生物固錳除錳機(jī)理與工程技術(shù)

第l章緒 論……………………………………………………………… 1
1．1我國(guó)地下水資源與利用狀況………………………………………1
1．1．1我國(guó)的水資源……………………………………………… 1
1．1．2地下水資源的分布與開(kāi)發(fā)一……………………………… 1
1．2地下水的物理、化學(xué)特性…………………………………………3
1．2．1地下水的物理性質(zhì)…………………………………………… 4
1．2．2地下水的化學(xué)性質(zhì)…………………………………………… 4
1．2．3地下水環(huán)境背景值的形成…………………………………… 5
1．3地下水污染………………………………………………………… 6
1．3．1地下水污染的含義…………………………………………… 6
1．3．2地下水污染源及途徑………………………………………… 7
1．3．3地下水污染狀況……………………………………………… 7
1．3．4地下水污染的特點(diǎn)…………………………………………… 8
1．3．5地下水系統(tǒng)中污染物的遷移、轉(zhuǎn)化與自凈………………… 8
1．4含鐵、錳地下水的特性………………………………………… 10
1．4．1 自然界中鐵、錳的存在及性質(zhì)……………………… 10
1．4．2鐵、錳離子的水化學(xué)效應(yīng)…………………………………11
1．4．3微生物與鐵、錳元素的循環(huán)………………………………12
1．4．4 地下水中鐵、錳的來(lái)源…………………………………14
1．4．5含鐵、錳地下水的分布……………………………………16
1．5鐵、錳與人類健康和工業(yè)生產(chǎn)………………………………… 17
1．5．1鐵的生理功能…………………………………………………17
1．5．2錳的生理功能…………………………………………………20
1．5．3含鐵、錳水對(duì)生活和工業(yè)生產(chǎn)的危害………………………22
1．5．4生活飲用水與工業(yè)用水中鐵、錳的濃度標(biāo)準(zhǔn)………………24
1．6地下水除鐵除錳技術(shù)發(fā)展歷程和趨勢(shì)………………………… 25
1．6．1地下水除鐵技術(shù)發(fā)展歷程…………………………………25
1．6．2地下水除錳技術(shù)發(fā)展歷程…………………………………26
1．6．3國(guó)外除鐵除錳技術(shù)的發(fā)展…………………………………27
1．6．4除鐵除錳技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)…………………………………27
第2章傳統(tǒng)地下水除鐵技術(shù)…………………………………………… 29
2．1空氣氧化除鐵法……………………………………………………29
2．1．1空氣氧化除鐵法的基本流程………………………………29
2．1．2 fe。’的空氣氧化速度……………………………… …30
2．1．3 fe。’氧化產(chǎn)物——?dú)溲趸F的性狀………………… 34
2．1．4空氣氧化除鐵流程的設(shè)計(jì)特點(diǎn) …………………………37
2．2氯氧化除鐵法…………………………………………………… 38
2．2．1氯對(duì)fe“的氧化……………………………………………38
2．2．2投氯量的確定………………………………………………40
2．2．3氯氧化除鐵法的工藝流程…………………………………41
2．3接觸氧化除鐵法………………………………………………… 44
2．3．1接觸氧化除鐵的基本概念…………………………………44
2．3．2接觸氧化除鐵法的基本流程與特點(diǎn)………………………45
2．3．3接觸氧化除鐵觸媒…………………………………………47
2．3．4 fe00h的結(jié)構(gòu)形態(tài)…………………………………………52
2．3．5接觸氧化除鐵的機(jī)制………………………………………62
2．3．6接觸氧化除鐵工藝的設(shè)計(jì)與運(yùn)行要點(diǎn)……………………64
2．3．7接觸過(guò)濾法在除鐵工藝技術(shù)中的位置……………………70
第3章傳統(tǒng)地下水除錳技術(shù)………………………………………………72
3．1氯接觸氧化過(guò)濾除錳…………………………………………… 73
3．1．1錳的氧化去除機(jī)制…………………………………………73
3．1．2確定投氯量的模型實(shí)驗(yàn)……………………………………73
3．1．3高nw—n含鐵、錳地下水投氯量實(shí)驗(yàn)…………………… 76
3．1．4氯接觸氧化過(guò)濾除錳生產(chǎn)裝置在運(yùn)行中應(yīng)注意的問(wèn)題…78
3．1．5錳氧化觸媒的形態(tài)…………………………………………79
3．1．6氯接觸氧化過(guò)濾除錳的評(píng)價(jià)………………………………80
3．2堿化除錳………………………………………………………… 81
3．3光化學(xué)氧化除錳………………………………………………… 82
3．4 kmn0。氧化除錳…………………………………………………85
3．5除鐵與除錳流程組合…………………………··…………… 85
3．6除鐵除錳與氧化還原電位……………………………………… 87
3．6．1氧化還原電位(0rp) …………………………………… 87
3．6．2與除鐵除錳相關(guān)的氧化還原系 …………………………88
第4章空氣接觸氧化除錳工藝的探求……………………………………94
4．1空氧接觸氧化除錳(高井雄的研究成果)…………………………94
4．1．1實(shí)驗(yàn)裝置和方法………………………………………………94
4．1．2實(shí)驗(yàn)結(jié)果………………………………………………………94
4．1．3除錳機(jī)理的探求………………………………………………97
4．1．4小結(jié)……………………………………………………………98
4．2錳質(zhì)活性濾膜理論(哈爾濱工業(yè)大學(xué)李圭白先生研究成果) …99
4．2．1哈爾濱平房區(qū)除鐵設(shè)備………………………………………99
4．2．2 “錳質(zhì)濾膜”理論…………………………………………101
4．3除鐵除錳工藝的探索和工程實(shí)踐(中國(guó)市政工程?hào)|北設(shè)計(jì)研究院的研究成果) 103
4．3．1沈陽(yáng)市李官卜水源微污染地下水深度處理實(shí)驗(yàn)……………103
4．3．2鞍山大趙臺(tái)水廠除鐵除錳實(shí)驗(yàn)………………………………107
4．4地下水除鐵除錳現(xiàn)代觀……………………………………………107
第5章生物固錳除錳技術(shù)的理論研究……………………………………108
5．1 除錳濾池中生物量與mn。’的氧化去除效率的研究……… 108
5．1．1模擬濾柱過(guò)濾實(shí)驗(yàn)……………………………………………108
5．1．2生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)……………………………………………………110
5．1．3實(shí)驗(yàn)室的培養(yǎng)基實(shí)驗(yàn)…………………………………………110
5．1．4分析與討論……………………………………………………11l
5．2濾層生物活性來(lái)源的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)………………………………… 114
5．2．1實(shí)驗(yàn)材料與方法………………………………………………114
5．2．2結(jié)果與討論……………………………………………………115
5．3生物濾層濾料的活性分析……………………………………… 117
5．3．1實(shí)驗(yàn)材料………………………………………………………117
5．3．2實(shí)驗(yàn)方法………………………………………………………117
5．3．3結(jié)果和討論……………………………………………………118
5．4鐵、錳在同一生物濾層中去除的實(shí)驗(yàn)研究…………………… 119
5．4．1鞍山大趙臺(tái)水廠濾柱實(shí)驗(yàn)…………………………………120
5．4．2撫順開(kāi)發(fā)區(qū)除鐵除錳水廠生產(chǎn)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)…………………124
5．4．3長(zhǎng)春市雙陽(yáng)區(qū)水廠成熟濾柱實(shí)驗(yàn)…………………………125
5．5生物濾層鐵、錳同時(shí)去除的規(guī)律探討………………………… 126
5．5．1實(shí)驗(yàn)材料與方法………………………………………………126
5．5．2結(jié)果與分析……………………………………………………127
5．6濾層中fe¨、mn?！x子氧化還原的動(dòng)態(tài)研究……………… 129
5．6．1無(wú)fe?！i地下水成熟生物濾層過(guò)濾實(shí)驗(yàn)……………129
5．6．2無(wú)fe?！纳餅V層培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)…………………………130
5．6．3自然地下水培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)………………………………………132
5．7生物濾層與無(wú)菌濾層的除鐵差異實(shí)驗(yàn)研究…………………… 133
5．7．1生物濾層與無(wú)菌濾層的除鐵效果實(shí)驗(yàn)……………………133
5．7．2鐵的生物氧化和非生物氧化所產(chǎn)生的鐵泥的性狀………134
5．8生物固錳除錳理論的確立……………………………………… 136
第6章生物除鐵除錳工藝的微生物學(xué)研究 ……………………………137
6．1 自然界的鐵、錳氧化、還原細(xì)菌…………………………… 137
6．2 自然界中的鐵、錳氧化和還原……………………………… 137
6．3鐵、錳氧化還原細(xì)菌的分類…………………………………… 139
6．4鐵、錳氧化還原細(xì)菌的生理學(xué)………………………………… 145
6．4．1代表性的鐵、錳氧化細(xì)菌(屬) …………………………145
6．4．2從水廠分離到的鐵、錳氧化細(xì)菌…………………………146
6．5細(xì)菌氧化鐵、錳的機(jī)理………………………………………… 150
6．5．1生物氧化的類型……………………………………………150
6．5．2細(xì)菌氧化fe。’的機(jī)理……………………………………151
6．5．3細(xì)菌氧化mn。’的機(jī)理……………………………………152
6．6鐵、錳氧化細(xì)菌的酶學(xué)研究…………………………………… 153
6．6．1細(xì)菌的生物催化劑——酶…………………………………153
6．6．2鐵、錳氧化還原酶(系) …………………………………155
6．7生物除鐵除錳濾池……………………………………………… 156
6．7．1濾料縫隙中的鐵泥及其作用………………………………157
6．7．2濾料上的生物膜及其特點(diǎn)…………………………………157
6．7．3濾層中生物量及其分布規(guī)律………………………………161
6．7．4濾層中生物活性的變化規(guī)律………………………………164
6·7·5濾層內(nèi)的菌群形態(tài)…………………………………………166
6·7．6鐵、錳離子對(duì)亞硝化和硝化反應(yīng)的不同效應(yīng)……………167
6．8生物濾層中錳去除反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究…………………………… 169
6．8．1生物除鐵除錳動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)…………………………………160
6．8．2濾層內(nèi)錳去除反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析……………………………170
6．8．3濾層內(nèi)錳去除反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型假設(shè)………………………171
6．8．4實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證……………………………………………………172
6．9微生物固定化技術(shù)……………………………………………… 175
6．9．1微生物固定化過(guò)程……………………………………………175
6．9．2影響微生物固定的重要因素…………………………………177
6．9．3生物f涂鐵除錳濾池中的微生物固定技術(shù)………………… 177
第7章生物固錳除錳理論工程應(yīng)用技術(shù)研究……………………………179
7．1曝氣溶氧的實(shí)驗(yàn)研究………………………………………………179
7．1．1生物氧化除鐵、除錳的需氧量………………………………179
7·1·2生物除鐵除錳濾層需氧量的測(cè)定……………………………180
7．1．3曝氣裝置………………………………………………………182
7．1．4工程應(yīng)用………………………………………………………185
7·2生物除鐵除錳濾池不同過(guò)濾方式的實(shí)驗(yàn)研究…………………… 185
7·2-1實(shí)驗(yàn)材料……………………………………………………… 186
7·2·2實(shí)驗(yàn)方法與結(jié)果………………………………………………186
7·3生物濾層結(jié)構(gòu)………………………………………………………188
7·3·1均質(zhì)濾料和級(jí)配濾料…………………………………………188
7·3．2不同材質(zhì)濾料生物濾層除鐵除錳效能比較…………………190
7．3．3軟質(zhì)濾料………………………………………………………191
7．3．4天然輕質(zhì)頁(yè)巖…………………………………………………192
7．3．5雙層濾料………………………………………………………193
7．4除鐵、除錳生物濾層的建立………………………………………194
7．4．1貧營(yíng)養(yǎng)微生物的生態(tài)特性……………………………………194
7．4．2細(xì)菌的選擇和接種……………………………………………195
7．4．3培養(yǎng)過(guò)程的調(diào)控………………………………………………195
7．4．4其他參數(shù)的調(diào)控………………………………………………197
7．4．5生物除鐵除錳濾層培養(yǎng)范例…………………………………198
7．4．6建立生物除鐵除錳濾層的總結(jié)………………………………201
7．5生物除鐵除錳水廠的設(shè)計(jì)與運(yùn)行…………………………………202
7．5．1含鐵含錳地下水供水系統(tǒng)的總體布局………………………202
7．5．2生物除鐵除錳水廠標(biāo)準(zhǔn)流程…………………………………202
7．5．3單體構(gòu)筑物設(shè)計(jì)參數(shù)…………………………………………203
7．5．4生物除鐵除錳水廠的維護(hù)和管理…………………………206
7．6生物除鐵除錳工藝與錳質(zhì)濾膜接觸氧化除錳工藝的比較…… 206
7．6．1工藝流程的比較………………………………………………206
7．6．2鐵、錳氧化機(jī)制的比較………………………………………207
7．6．3去除效果的比較………………………………………………207
7．6．4對(duì)微污染地下水的適應(yīng)性……………………………………208
7．6．5經(jīng)濟(jì)性…………………………………………………………208
第8章生物固錳除錳機(jī)理在工程中的應(yīng)用………………………………209
8．1沈陽(yáng)經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)生物除鐵除錳水廠的設(shè)計(jì)…………………… 209
8．1．1供水水源與原水水質(zhì)…………………………………………209
8．1．2生物除鐵除錳水廠的工藝設(shè)計(jì)………………………………209
8．1．3生物除鐵除錳濾池的接種培養(yǎng)與成熟………………………213
8．1．4生物除鐵除錳濾池的正常運(yùn)行………………………………214
8．1．5討論……………………………………………………………215
8．1．6結(jié)論……………………………………………………………216
8．2蘭西鎮(zhèn)生物除鐵除錳水廠……………·…………………………216
8．2．1水廠設(shè)計(jì)規(guī)模與供水水源……………………………………216
8．2．2取水形式與凈水廠位置………………………………………217
8．2．3除鐵除錳工藝方案的選擇……………………………………217
8．2．4凈水廠設(shè)計(jì)……………………………………………………218
8．2．5濾池接種、培養(yǎng)與運(yùn)行………………………………………221
8．2．6討論與分析……………………………………………………222
8．3佳木斯江北大型地下水生物除鐵除錳工程………………………223
8．3．1城市概況………………………………………………………223
8．3．2水源的選擇……………………………………………………223
8．3．3凈水廠設(shè)計(jì)……………………………………………………225
8．4東豐縣第二水廠……………………………………………………228
8．4．1東豐縣城市與水資源概況……………………………………228
8．4．2第二水廠擴(kuò)建工程……………………………………………228
8．5生物除鐵除錳技術(shù)工程應(yīng)用的總結(jié)………………………………231
8．5．1原水水質(zhì)與濾池的成熟期……………………………………23l
8．5．2凈化工藝流程…………………………………………………233
8．6生物除鐵除錳技術(shù)展望……………………………………………234
主題詞索引……………………………………………………………… 235
主要參考文獻(xiàn)…………………………………………………………… 239