董歷新(撫順市市政工程設計研究院)
仲愛青(西安市曲江水廠)

　　含鐵、錳水質的地下水源水廠，其處理方法多采用自然氧化和天然錳砂接觸氧化工藝，不僅處理流程復雜，出水水質也難以得到保證。采用生物固錳除錳技術設計建設的水廠，不僅簡化了工藝，也使處理后的水質有了較大的提高。現將撫順經濟開發區水廠建設的實踐予以總結，為類似水質水廠的設計與運行提供有益的借鑒。

1 原水水質及工藝選擇

　　位于撫順西郊的經濟開發區由于距城市供水管網較遠，1994年選擇地下水為生活飲用水源，建設李石凈水廠。經過區域內農用井及采探井的水質調查，查明該區域內地下水水質見表1。

　　從原水含有的物質成分看出，超標物質主要是鐵、錳、硫化物和氨氮，因此選擇安全、高效、經濟、實用的工藝是關鍵。根據分析認為：距地表覆土10余m的地層中含有的鐵、錳、硫化物是隨土壤地質共存于地下水中的；硫化物的存在說明土壤中含有硫鐵礦物質；而氨氮類物質的出現，并非地表污染造成，而是硫鐵礦物質在含有碳酸水的作用下，含氮化合物還原生成的。因此，該地下水作為生活飲用水源是可以的。
　　由表1可見，原水屬普通含碳酸型地下水水質，這種水質不存在除鐵除錳原水堿度不足及硅酸干擾問題。因此選擇接觸氧化法除鐵、除錳工藝，原水經跌水曝氣充氧后，由于曝氣強度不大，pH值仍在中性域內，水中Fe²⁺離子在通過濾床時與“濾膜”充分接觸，被氧化成Fe³⁺離子，從而被濾層截留，可以達到除鐵的目的。但除錳按照給水設計規范GBJ13—86要求：Fe>2.0mg/L(北方)、Mn>1.5mg/L時，均要采用一級過濾除鐵、二級過濾除錳的“二級過濾”工藝。這種工藝流程需要對第一級濾后水的Fe²⁺離子含量進行監控，保證在下一級除錳濾床中有足夠的Fe²⁺離子才能使“濾膜”保持活性，達到除錳的效果。
　　鑒于國內有報導：當原水含Fe<10mg/L、含Mn<1.5mg/L時，采用“曝氣—天然錳砂過濾”的一級處理流程，出水水質亦可達到生活飲用水水質標準，故決定在留有二次過濾余地的情況下，本期工程只建一級過濾處理裝置，這樣濾池在工作過程中不僅可以保證Fe²⁺的接觸氧化，也可以使Fe²⁺離子始終保持除錳濾膜的活性，從而滿足除錳需求，達到鐵、錳同時去除的目的。因此選定工藝流程(見圖1)及參數如下：
　　主要設計參數：?
　　① 設計規模 Q=3000m³/d
　　② 跌水曝氣池 跌水高度：1.25m
　　單寬流量：20m³/(h·m)
　　停留時間：20min
　　經實測，曝氣后的溶解氧含量在水溫10℃時為3～4mg/L，達飽和值的26.5%～35.4%，pH值為7.0左右。
　　③ 錳砂濾池
　　濾速：5m/h
　　濾料：馬山錳砂
　　濾料厚度：1.0m(后增加到1.2m)，考慮填加雙層濾料時可達1.5m
　　反沖洗強度：18L/(m²·s)
　　④ 消毒 二氧化氯投加量1mg/L
　　⑤ 清水池 貯水容積1000m³，分兩格

　　水廠按以上接觸氧化濾池的參數設計并建設，于當年11月投入運行。

2 運行情況

　　水廠投入運行后，最初除鐵、除錳效果均很好，經過半年多的運行，出現了除鐵效果好，而除錳、除氨氮效率不高的局面，錳的去除率僅有10%，氨氮的去除率約50%，甚至出現亞硝酸鹽氮含量出水高于進水的狀況，主要水質指標見表2。?

　　分析原因，問題的關鍵是濾池的設置。濾池的運行效果如何可直接導致出廠水質的好壞。針對這一情況，決定進行“生物固錳除錳”模型試驗，以模型試驗的成果指導生產濾池的調整。仍以接觸氧化濾池的各項參數制作模型，并將模型濾池的初始濾速調到1.7～1.8m/h進行生物培養，待生物膜形成后以生物接觸濾池方式運行，當各項出水指標合格并相對穩定后再上調濾速。結果表明，在逐漸達到設計濾速，甚至超過設計濾速(達到10m/h)時，出水各項指標均合格。
　　以模型試驗的運行參數及結果調整濾池，其結果卻不相同，濾池內的生物濾膜難以形成，微生物鏡檢難以發現呈數量級的細菌總數。分析原因，除反沖洗水質不同外，其它運行狀況都一樣。故決定采用不含氯水進行反沖洗生產濾池，結果濾池內除鐵、除錳細菌總數很快增長，濾池出水指標達國家標準。出廠水質見表3。

　　通過將接觸氧化濾池改為生物接觸濾池的調試和運行，證明了采用“生物固錳除錳技術”處理類似的地下水，用一級過濾流程即可使出廠水達到生活飲用水水質標準，其處理構筑物簡化，管理方便，降低了工程投資和運行費用，經濟效益十分可觀。

3 討論

　　該水廠自1995年12月正常生產至今已近三年，如今地下水含鐵、錳量有上升趨勢，據1998年3月測定原水水質，進水總鐵含量達9.8mg/L，錳含量達1.7mg/L，濾池內鐵泥包裹的濾料增長速度很快，一周就要在濾料表面刮除一層銹砂。盡管出廠水有時尚有錳超標現象，但就工程本身的建設而言，有些設計問題還應引起重視，為此進行討論。
3.1 鐵、錳共存的地下水，工藝重點是除錳
　　在北方地區，當原水中鐵含量為10mg/L以下，錳含量在1.3mg/L的情況下，選擇一級過濾流程仍十分有效。就是說，采用生物接觸濾池的一級處理流程，鐵的處理范圍可突破《規范》給出的界定值，且還可增大濾速，除鐵效果良好。應當引起重視的是除錳要比除鐵困難得多，當原水錳含量<1.5mg/L時，采用一級處理流程是可行的，但錳含量若突破1.5mg/L須加強運行管理，加強微生物數量的檢測，一旦發現微生物呈數量級下降，就會出現“漏錳”現象，出廠水錳含量就會超標。因此選擇工藝流程的關鍵是錳含量的大小，至于一級生物濾池除錳量的最大值是多少，還有待于今后的探討。
3.2 重視鐵細菌的培養
　　水廠建成后，不能像地表水源水廠那樣經短時間的調試即可投入正常生產。生物濾池的運行成功與否關鍵在初期的生物培養階段，如果水溫、濾速、反沖洗強度控制得當，短則一個月(錳砂濾料)即可完成生物的培養、繁殖、成長，達到穩定；反之，會長時間無生物繁殖或微生物的生長繁殖每mL砂中達不到10.5～10.6數量級，影響水廠的運行和效益。在有條件的地方，還可以采取接種含有除錳能力的菌種，加速繁殖，縮短周期。
　　濾池中鐵細菌的活性增長通常要經過三個生長周期得以實現，不同濾料都可以作為截留鐵泥的載體繁殖微生物，只是濾砂介質不同，鐵細菌的生長周期不同。據模型試驗得出，生物培養期：濾速低于2m/h，出水指標合格，石英砂濾料約需90d，雙層無煙煤飽和濾料約需60d，而錳砂濾料在生物培養期由于有較強的除錳吸附能力，表現得不明顯；生物成長期：濾速在2～5m/h逐級上調階段，達到各出水指標合格，石英砂濾料約需100～120d，雙層濾料約需60～90d，錳砂濾料約需30～50d；生物穩定期：濾速達到設計值5m/h，濾層內細菌計數每mL砂中含幾十萬到上百萬個細菌，菌團新鮮并具有強盛的繁殖代謝能力，說明微生物生長穩定，生物濾池已經成熟，耐沖擊負荷，出水各項指標合格，標志調試階段結束，水廠即可進入正常生產階段。
3.3 工藝設計參數的選擇
　　① 曝氣強度不易過高，pH值達到6.0以上即可。跌水曝氣是一種簡單而有效的形式，跌水高度1.0～1.3m，單寬流量20m³/(h·m)，溶氧量可達飽和值的26.5%～35.4%。
　　② 生物濾池的濾速不易選擇過大，以5～7m/h為佳，濾料填裝高度應考慮到生物包裹濾料顆粒增大而使濾層增厚的現象，反沖洗強度控制在18L/(m²·s)為宜。濾料以馬山錳砂濾料為好，但受到條件限制時也可選用其它濾料，差異是濾料成熟期不同，但均能收到效果。
　　③ 反沖洗水不得含氯。大多數水廠反沖洗水直接取自清水池，清水池中含氯水對濾池的反沖洗有助于氧化清除濾料表面截留物。然而生物濾池的反沖洗水不得采用含氯水，尤其是生物培養初期會抑制生物的生長繁殖，忽略了這一點，生物濾池的設置將不會成功。
　　④ 除鐵、錳的同時去除氨氮。通過撫順經濟開發區水廠的運行效果測定，生物濾池內的生物作用不僅使除鐵、除錳效果良好，而且對氨氮類物質有一定的去除能力，且去除效率穩定。因此，對遭受氨氮類物質微污染的原水，可采用生物濾池予以處理。
　　⑤ 生物濾池的管理。無論設計參數的選擇多么合理、生物生長期縮短多少，在水廠投入正常生產后，管理好生物濾池更為重要。隨著生物的新陳代謝，鐵泥包裹非常嚴重，使得生物的生長繁殖受到抑制，這就要掌握反沖洗強度、時間和溫度，控制“濾料”的過快增長，避免反沖洗時跑砂。同時還要將生物鏡檢作為常規檢測項目，隨時監測記錄生物數量，以指導調整濾池的運行，使除鐵、除錳水廠的運行有安全保障。

參考文獻

　　1 張杰等.生物固錳除錳技術的確立.給水與排水，1997；(1)
　　2 張杰等.地下水除鐵工藝與適用條件.給水與排水，1997；(1)

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　　(收稿日期 1998-10-29)