活性炭/锰砂生物滤层法去除地下水中铁锰的研究

摘要

以改进中小型除铁锰设备为目标，研究了活性炭/锰砂滤层来强化滤层的截污效率，进一步通过自动控制方法实现设备的自动运行，有效的解决了部分地区村镇居民和小型企业的用水难题。相关研究结果如下:
　　(1)获得了活性炭/锰砂生物滤层培养与启动方法，该方法采用生物强化技术，将高浓度菌液与滤料混合的接种方式，在低滤速条件下升流式进水培养，维持生物滤层的贫营养生态系统，可促进生物滤层的快速成熟。
　　(2)根据双层滤料中铁、锰细菌的沿程分布特征和铁、锰的沿程去除规律，提出活性炭-锰砂双层滤料床布置方案，避免了传统均质、级配滤层中铁锰集中在表面滤料层去除的现象，增强了上层滤料的纳污量，实现了滤床空间有效利用，延长了生物滤层的工作周期，减缓了水头损失增加速率。
　　(3)曝气效率分析的结果显示，射流泵曝气效率优于曝气塔和喷淋式曝气，而显著强于跌水曝气。出水水质分析结果显示，维持上层液体低DO条件即可满足滤层除铁锰要求。
　　(4)实现了生物除铁锰设备的溶解氧实时监控自动控制，该自控系统可以根据生物滤层溶解氧变化情况，建立控制节点，根据进出水溶解氧浓度来调节过滤速率，避免高溶解氧条件下大量氧化水中Fe2+和抑制铁、锰细菌活性，而且可以实时报警或紧急断水来控制低溶解氧条件下铁、锰氧化不完全导致滤层出水不达标，由此提高生物滤层的工作稳定性。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 研究背景

1．1．1 铁、锰元素简介

1．1．2 地下水中铁、锰元素来源

1．1．3 地下水中铁、锰元素的危害

1．1．4 地下水中去除铁、锰元素的意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本论文研究内容

1．4 研究方法

第二章 铁锰去除的材料与方法

2．1 实验原材料与试剂

2．2 生物除铁除锰设备模拟装置

2．3 滤料配比、水头损失和不同反冲洗强度对滤柱的影响

2．4 曝气效能研究

2．5 溶解氧实时监控系统

第三章 滤柱除铁除锰效果及其影响因素分析

3．1 除铁效果的对比

3．2 除锰效果的对比

3．3 水头损失比较

3．4 反冲洗对除铁除锰效果的影响

3．4．1 反冲洗周期对活性炭／锰砂滤层成熟的影响

3．4．2 反冲洗时间对活性炭／锰砂滤层成熟的影响

3．4．3 反冲洗强度对活性炭／锰砂滤层成熟的影响

3．5 活性炭／锰砂混层滤料中两种滤料最佳比例研究

3．6 滤速对滤层快速启动的影响

3．7 小结

第四章 生物滤层结构与功能研究

4．1 生物滤层中细菌数量的沿层变化

4．2 生物滤层中铁和锰的沿层去除

4．3 生物滤层厚度

4．4 生物强化细菌的选择与接种方式

4．5 投加生物活性炭强化滤层的快速启动

4．6 小结

第五章 生物除铁除锰设备曝气效能研究

5．1 跌水曝气试验分析

5．2 曝气塔曝气试验分析

5．3 喷淋曝气试验分析

5．4 射流曝气试验分析

5．5 工程经济效益分析

5．6 小结

第六章 溶解氧实时控制系统

6．1 控制系统

6．2 PID控制系统算法

6．3 PLC控制闭环控制系统

6．4．1 正常运行条件

6．4．2 临界条件

6．5 小结

第七章 结论与建议

7．1 结论

7．2 创新点

7．3 建议与展望

参考文献

致谢