一種地下水生物除錳方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明屬于地下水凈化處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種地下水生物除錳方法，采用投加 適宜營(yíng)養(yǎng)鹽方式快速促進(jìn)除錳濾層啟動(dòng)，通過(guò)對(duì)濾層進(jìn)行除錳微生物的構(gòu)建，達(dá)到對(duì)含錳 地下水進(jìn)行處理的效果。
【背景技術(shù)】：
[0002] 目前，地下水是重要的飲用水水源，近年來(lái)由于持續(xù)的污染，使地下水水質(zhì)不斷惡 化，調(diào)查研宄發(fā)現(xiàn)，地下水的主要污染物包括：鐵、錳、硝酸鹽氮、亞硝酸、礦化度、總硬度、 鉛、砷、揮發(fā)性酚、氨氮、鉻和汞等，其中錳、鐵濃度過(guò)高是最常見的地下水污染之一。據(jù)統(tǒng) 計(jì)，我國(guó)超過(guò)飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的含錳地下水約占地下水總量的20%，其區(qū)域所含人口數(shù)占 我國(guó)總?cè)丝跀?shù)的1/5,錳污染對(duì)人類生活和生產(chǎn)造成了嚴(yán)重的影響?，F(xiàn)有的地下水中去除 錳含量的方法主要包括：自然氧化除錳技術(shù)、接觸催化氧化除錳技術(shù)和生物氧化除錳技術(shù)； 自然氧化除錳技術(shù)要求將處理水的pH值提高到9. 5以上，操作管理復(fù)雜，除錳效果不穩(wěn)定， 應(yīng)用較少；接觸催化氧化技術(shù)需要長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后在濾料表面形成一層錳質(zhì)活性濾膜，才能 對(duì)水中的Mn2+進(jìn)行催化氧化去除，由于目前對(duì)活性濾膜的形成機(jī)制仍不清楚，因此在實(shí)際 應(yīng)用中濾料的成熟期無(wú)法有效控制，導(dǎo)致不同的水源處理效果相差較大；生物除錳技術(shù)起 源于上世紀(jì)80年代，是一種近年來(lái)逐步得到關(guān)注的新型除錳技術(shù)，在生物除錳技術(shù)中大量 的實(shí)際運(yùn)行除錳設(shè)施表明，除錳濾層中存在的微生物能促進(jìn)除錳效率，保證除錳濾層運(yùn)行 的穩(wěn)定性，除錳微生物的形成也是除錳濾層啟動(dòng)的關(guān)鍵因素；生物除錳的氧化機(jī)理可分為 直接氧化和間接氧化兩種：直接氧化包括由錳氧化菌胞內(nèi)的酶促反應(yīng)產(chǎn)生的生物氧化除錳 效果以及錳氧化菌細(xì)胞膜表面對(duì)帶負(fù)電荷Mn2+的吸附去除效果；間接氧化指受錳氧化細(xì)菌 代謝所分泌的生物聚合物影響，使周圍環(huán)境變?yōu)槲A性，促進(jìn)了水中游離的Mn2+與溶解氧 發(fā)生催化氧化反應(yīng)的過(guò)程。
[0003] 在現(xiàn)有技術(shù)中，生物除錳濾層啟動(dòng)成熟的標(biāo)志是形成穩(wěn)定高活性的錳氧化微生物 膜，這個(gè)過(guò)程的歷時(shí)稱為成熟期。由于錳氧化菌種類繁多，生物特性各異，在生物除錳濾層 啟動(dòng)時(shí)的接種菌源營(yíng)養(yǎng)要求不同，導(dǎo)致除錳濾層的啟動(dòng)和運(yùn)行過(guò)程中不能準(zhǔn)確有效的進(jìn)行 營(yíng)養(yǎng)控制，使生物除錳濾層的啟動(dòng)成熟期長(zhǎng)達(dá)3-6個(gè)月，且由于不能很好適應(yīng)除錳微生物 的生長(zhǎng)特性，出現(xiàn)除錳不穩(wěn)定。目前從微生物營(yíng)養(yǎng)類型角度看，可以將錳氧化細(xì)菌分為自養(yǎng) 型、異養(yǎng)型和兼養(yǎng)型錳氧化細(xì)菌；自養(yǎng)型的錳氧化細(xì)菌包括生發(fā)纖發(fā)菌、赭色纖發(fā)菌和鞘鐵 菌屬等；異養(yǎng)型的錳氧化細(xì)菌包括生金菌屬和球衣菌屬等；兼養(yǎng)型的錳氧化細(xì)菌包括厚鞘 纖發(fā)菌、生絲微菌屬和褐色細(xì)枝發(fā)菌等，不同的優(yōu)勢(shì)錳氧化菌種，具有不同的生長(zhǎng)速率和除 錳效率，因此從除錳濾層的啟動(dòng)開始，通過(guò)技術(shù)手段有效控制錳氧化微生物的類型和培養(yǎng) 參數(shù)，可以快速構(gòu)建高效的除錳反應(yīng)器，并針對(duì)構(gòu)建的除錳微生物特性，在運(yùn)行階段施加相 應(yīng)的控制方法，可以保持除錳反應(yīng)器的運(yùn)行穩(wěn)定。所以，從錳氧化物微生物的選擇、培養(yǎng)與 接種、啟動(dòng)操作與運(yùn)行控制入手，設(shè)計(jì)一套完整的新型生物除錳啟動(dòng)及運(yùn)行操作技術(shù)，實(shí)現(xiàn) 生物除錳的快速啟動(dòng)并保持運(yùn)行的穩(wěn)定性，使生物除錳過(guò)程具有更加嚴(yán)格的理論指導(dǎo)性和 操作規(guī)范性，將具有明顯的市場(chǎng)前景。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，尋求開發(fā)一種地下水生物除錳方 法，通過(guò)錳氧化菌選擇、培養(yǎng)、接種和營(yíng)養(yǎng)控制等步驟，培養(yǎng)自養(yǎng)型微生物除錳菌群和控制 自養(yǎng)型菌群的生長(zhǎng)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)除錳濾層的快速構(gòu)建，縮短除錳濾層啟動(dòng)過(guò)程；再通過(guò)調(diào)整運(yùn) 行過(guò)程的營(yíng)養(yǎng)配比，控制除錳濾層中除錳菌的生長(zhǎng)和活性，保持運(yùn)行的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下 水中錳的去除。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明在生物接種除錳系統(tǒng)裝置中實(shí)現(xiàn)生物除錳，其工藝過(guò) 程為：
[0006] (1)菌種的采集培養(yǎng)和馴化：
[0007] 先在具有硝化脫氮功能的曝氣池的末端采用常規(guī)方法取菌種，所取菌種含有較多 的自養(yǎng)型菌；菌液體積為接種濾層體積的1%，接種濾層體積以除錳反應(yīng)器中的濾料體積 計(jì)算；然后用重量百分比濃度為〇. 8%的NaCl水溶液將菌液體積稀釋到5倍并充分?jǐn)嚢杌?合，使菌膠團(tuán)解體分散，靜置5分鐘使菌液中的無(wú)機(jī)成分和泥沙快速沉淀，取上部20%體積 的懸濁液，用重量百分比濃度為0. 8%的NaCl水溶液再將菌液體積稀釋5倍后靜置沉淀5 分鐘，抽取上部20%體積的懸濁液作為自養(yǎng)型除錳菌液；再在自養(yǎng)型除錳菌液中加入經(jīng)高 溫滅菌后的JFM(朽1檬酸鐵按）培養(yǎng)液，培養(yǎng)液成分如表1，在25°C恒溫環(huán)境下攪拌培養(yǎng)，5 天為一個(gè)周期，5天后靜置沉淀10分鐘后抽取80%體積的上清液，重新加入新鮮的JFM培 養(yǎng)液，按上述步驟進(jìn)行培養(yǎng)2個(gè)周期后即制得接種菌種；
[0008] 表1JFM培養(yǎng)液成分
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種地下水生物除錳方法，其特征在于，在生物除錳系統(tǒng)裝置中實(shí)現(xiàn)生物除錳，工藝 過(guò)程為： (1) 菌種的采集培養(yǎng)和馴化： 先在具有硝化脫氮功能的曝氣池的末端采用常規(guī)方法取含有自養(yǎng)型菌的菌液，菌液體 積為接種濾層體積的1%，接種濾層體積以除錳反應(yīng)器中的濾料體積計(jì)算；然后用重量百 分比濃度為0. 8%的NaCl水溶液將菌液體積稀釋到5倍并充分?jǐn)嚢杌旌希咕z團(tuán)解體分 散，靜置5分鐘使菌液中的無(wú)機(jī)成分和泥沙沉淀，取其上部20%體積的懸濁液，用重量百分 比濃度為0. 8 %的NaCl水溶液再將菌液體積稀釋5倍后靜置沉淀5分鐘，抽取上部20 %體 積的懸濁液作為自養(yǎng)型除錳菌液；再在自養(yǎng)型除錳菌液中加入經(jīng)高溫滅菌后的檸檬酸鐵銨 培養(yǎng)液，在25°C恒溫環(huán)境下攪拌培養(yǎng)，5天為一個(gè)周期，5天后靜置沉淀10分鐘后抽取80% 體積的上清液，重新加入新鮮的檸檬酸鐵銨培養(yǎng)液，按上述步驟進(jìn)行培養(yǎng)2個(gè)周期后即制 得接種菌種； (2) 菌種的接種： 采用步驟（1)制得的接種菌種與除錳濾層構(gòu)建成一個(gè)濾層循環(huán)式的生物除錳接種系 統(tǒng)裝置，在該裝置中進(jìn)行菌種接種，在該系統(tǒng)裝置中進(jìn)行菌種接種，關(guān)閉第二閥門和第四閥 門，開啟第一閥門和第三閥門，控制濾速為3m/h，每2-5天補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)液一次，同時(shí)提高lm/h 的濾速，運(yùn)行4個(gè)周期，并使濾速最終上升到8m/h，經(jīng)過(guò)10-30天接種完成；接種完成后濾 層中的濾料由白色變?yōu)楹诤稚砻嬗猩锬じ街? (3) 濾層除錳： 經(jīng)過(guò)步驟（2)接種的除錳濾層形成除錳生物膜后，停止接種液的循環(huán)培養(yǎng)；在生物除 錳系統(tǒng)裝置中進(jìn)行除錳；使含錳原水通過(guò)進(jìn)水口通入反應(yīng)器，依次通過(guò)布水管、除錳濾層和 收集管，最終通過(guò)出水口排出；碳酸銨容器通過(guò)計(jì)量加藥泵與進(jìn)水口動(dòng)力連接；為保持濾 層中除錳微生物的運(yùn)行穩(wěn)定性，在含錳原水中通過(guò)計(jì)量加藥泵控制以0. 2-0. 5mg/L的比例 投加碳酸銨；過(guò)濾過(guò)程中控制過(guò)濾速度為6-10m/h ;過(guò)濾時(shí)間為8-12天； (4) 濾層的反沖洗： 對(duì)除錳濾層采用除錳水進(jìn)行反沖洗，反沖洗過(guò)程在生物除錳系統(tǒng)裝置中完成，關(guān)閉第 二閥門和第四閥門，開啟第一閥門和第三閥門，反沖洗水通過(guò)反沖洗水口進(jìn)入反應(yīng)器中， 依次經(jīng)過(guò)收集管和除錳濾層，最后通過(guò)反沖出水口排出；反沖洗過(guò)程中控制反沖洗速度為 8-12m/h，沖洗時(shí)間8-10分鐘，控制除錳濾層膨脹度為30%。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水生物除錳方法，其特征在于所述含錳原水中的有機(jī)物 耗氧量COD^SO-Smg/L ;原水中的溶解氧濃度為4-8mg/L ;微量鐵濃度為0. 05-0. lmg/L ;氨 氮濃度為〇? 1-0. 5mg/L。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下水生物除錳方法，其特征在于所述檸檬酸鐵銨培養(yǎng)液 中各組分的含量為：檸檬酸鐵銨l〇g/L，MnS04 ?H202g/L，（NH4)2S040. 5g/L，NaCl0? 2g/L， MgS04 ? 7H20 0? 5g/L，K2HP040. 5g/L，NaN030 . 5g/L。
【專利摘要】本發(fā)明屬于地下水凈化處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種地下水生物除錳方法，其工藝過(guò)程包括菌種的采集培養(yǎng)和馴化、菌種的接種、濾層除錳和濾層的反沖洗；通過(guò)錳氧化菌選擇、培養(yǎng)和營(yíng)養(yǎng)控制，培養(yǎng)自養(yǎng)型微生物除錳菌群和控制自養(yǎng)型菌群的生長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)除錳濾層的快速構(gòu)建，縮短除錳濾層啟動(dòng)過(guò)程，再通過(guò)調(diào)整運(yùn)行過(guò)程的營(yíng)養(yǎng)配比，控制除錳濾層中除錳菌的生長(zhǎng)和活性，保持運(yùn)行的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)對(duì)地下水中錳的去除，使生物除錳濾層可規(guī)范有序的建立，縮短濾料成熟期；其工藝步驟簡(jiǎn)單，原理可靠，操作簡(jiǎn)便，投資少，見效快，應(yīng)用環(huán)境友好。
【IPC分類】C02F3-34
【公開號(hào)】CN104628152
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510044734
【發(fā)明人】李金成, 夏文香, 楊良, 甘明強(qiáng), 郭海麗
【申請(qǐng)人】青島理工大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年1月29日