錳砂濾料,石英砂,無(wú)煙煤濾料用于地下水除鐵除錳效果技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究

錳砂濾料,石英砂,無(wú)煙煤濾料用于地下水除鐵除錳效果技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究

關(guān)鍵詞：地下水,鐵,錳, 微生物處理,錳砂,錳砂濾料,天然錳砂,石英砂濾料,無(wú)煙煤濾料
一、概述
           我國(guó)大部分地區(qū)特別是北方地區(qū)水資源相對(duì)稀缺，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，工農(nóng)業(yè)及生活用水的需求量逐年增加，水資源的開發(fā)利用變得越來(lái)越重要．在我國(guó)的水資源中，地下水因具有分布廣、水質(zhì)好、不易污染等特點(diǎn)，正被越來(lái)越廣泛地開發(fā)和應(yīng)用．但由于自然界本身巖質(zhì)狀況  以及植被的破壞，地下水中Fe2+和Mn2+的質(zhì)量濃度明顯超出要求，因此降低地下水中Fe2+和Mn2+質(zhì)量濃度至飲用水標(biāo)準(zhǔn)，已成為近年來(lái)研究的熱點(diǎn)．  地下水除鐵除錳方法主要有：加堿調(diào)pH值、強(qiáng)氧化劑氧化法、離子交換法、臭氧氧化法、磁分離法等．我國(guó)對(duì)地下水除鐵技術(shù)的研究較早，對(duì)除錳的研究則相對(duì)較少，理論和應(yīng)用上先后經(jīng)歷了自然氧化法、接觸氧化法和生物氧化法。
 1.自然氧化法；
           自然氧化法包括曝氣、氧化反應(yīng)、沉淀、過(guò)濾等一系列復(fù)雜的過(guò)程．曝氣是先使含鐵地下水與空氣充分接觸，讓空氣中的氧溶解于水中，同時(shí)大量散除地下水中的CO2，提高pH值，以利于鐵錳的化學(xué)氧化．地下水經(jīng)曝氣后，pH值一般在6．0---7．5之間，F(xiàn)e2+氧化為Fe3+并以Fe(OH)3的形式析出，通過(guò)沉淀、過(guò)濾去除．可是對(duì)于Mn2+的去除，只經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的曝氣是不能實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)镸n2+在pH大于9．0時(shí)，自然氧化速率才明顯加快，而地下水多呈中性，在同樣的pH條件下，Mn2+的氧化比Fe2+慢得多，難以被溶解氧氧化為沉淀物而去除．所以需向地下水中投加堿(如石灰)，提高pH值，才能氧化Mn2+．可見，自然氧化法除錳后尚需進(jìn)一步酸化才能使用，這使工藝復(fù)雜并增加了運(yùn)行費(fèi)用．其次，在實(shí)際運(yùn)行中由于Fe(OH)3絮體顆粒細(xì)小，易穿透濾層，除鐵效果有時(shí)達(dá)不到要求．氧化和沉淀過(guò)程要求處理水在沉淀池中停留時(shí)間較長(zhǎng)，約2～3 h，因此，該工藝設(shè)備龐大，投資高。此外，水中溶解性硅酸與Fe(OH)3形成硅鐵絡(luò)合物使Fe(OH)3膠體凝聚困難，影響Fe(OH)3通過(guò)絮凝從水中分離．以上聞?lì)}的存在，限制了該方法在工程實(shí)踐中的廣泛運(yùn)用，達(dá)不到高效除鐵除錳的根本目標(biāo)。
2.接觸氧化法；
            20世紀(jì)60年代研制開發(fā)了地下水除鐵技術(shù)，成功實(shí)驗(yàn)了天然錳砂接觸氧化除鐵工藝并于70年代確立了接觸氧化除鐵理論，80年代初，又開發(fā)了接觸氧化除錳工藝，并迅速推廣．地下水經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單曝氣后，直接進(jìn)入濾池，在濾料表面催化劑的作用下，F(xiàn)e2+、Mn2+被氧化后直接被濾層截留去除．該法的機(jī)理是自催化氧化反應(yīng)，起催化作用的是濾料表面的鐵質(zhì)和錳質(zhì)活性濾膜．鐵質(zhì)活性濾膜吸附水中的Fe抖，被吸附的Fe2+在活性濾膜的催化作用下迅速氧化為Fe3+，并且生成物作為催化劑又參與新的催化反應(yīng)．同理，Mn2+在濾料表面錳質(zhì)活性濾膜的作用下，被水中的溶解氧氧化為MnO：并吸附在濾料表面，使濾膜不斷更新．  活性濾膜的自催化作用實(shí)現(xiàn)了在pH>7．5的條件下對(duì)Mn2+的去除，降低了除錳難度，解決了自然氧化法流程復(fù)雜的問題，水在系統(tǒng)內(nèi)的停留時(shí)間僅為2～30 min，設(shè)備小，大幅度降低了運(yùn)行費(fèi)用．同時(shí)，鐵的去除不受溶解性硅酸的影響，出水總鐵質(zhì)量濃度也隨著過(guò)濾時(shí)間的增加而減少，在過(guò)濾周期內(nèi)水質(zhì)越來(lái)越好． 但是，由于鐵的氧化還原電位比錳低，因此在濾層中，Mn2+氧化為MnO2的速度較慢，錳質(zhì)活性濾膜的成熟期較長(zhǎng)．另外，由于經(jīng)常性的反沖洗，錳質(zhì)活性濾膜有時(shí)無(wú)法形成，這些都使得除錳效果呈現(xiàn)不穩(wěn)定的狀態(tài)．此外采用一級(jí)曝氣、過(guò)濾除鐵除錳，將使濾床上層除鐵濾層厚度增加，下層除錳濾層厚度相對(duì)減少，對(duì)除錳效果產(chǎn)生影響．當(dāng)鐵或錳質(zhì)量濃度較高時(shí)，通常采用一級(jí)曝氣、過(guò)濾除鐵，二級(jí)曝氣、過(guò)濾除錳的分級(jí)去除方法，但是這樣一來(lái)，工藝流程趨于復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用偏高．實(shí)踐表明，這種地下水除鐵除錳的方法是不夠嚴(yán)密的，需要有更有效的方法和技術(shù)。
3.微生物氧化法；
            早先有研究證實(shí)一些微生物能夠產(chǎn)生胞外聚合物如多糖、糖蛋白、脂多糖等具有大量陰離子的基團(tuán)，與金屬離子絡(luò)合．微生物也可通過(guò)甲基化作用、鰲合作用、吸收作用、氧化和還原作用等改變金屬的價(jià)態(tài)，有些微生物還能通過(guò)生物轉(zhuǎn)化作用或生理代謝活動(dòng)使金屬由高毒狀態(tài)變?yōu)榈投緺顟B(tài)．20世紀(jì)80年代后期，我國(guó)的張杰院士等對(duì)除錳濾池進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)濾沙表面有大量微生物繁殖，由此提出了生物催化氧化除鐵的新思路，并于90年代在我國(guó)率先開展了地下水生物除錳新技術(shù)的理論及應(yīng)用研究。
（1）.生物法除錳機(jī)理；
            早期地下水除錳機(jī)理是通過(guò)高效的除鐵工藝研究以及鐵、錳本身相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等表象特征推得．經(jīng)深入研究，發(fā)現(xiàn)生物除錳法中起催化作用的不是錳的氧化物而是微生物，氧化的主體是鐵錳細(xì)菌．因此，研究人員從微觀上對(duì)微生物除錳的機(jī)理重新進(jìn)行了深入分析，認(rèn)為生物氧化除錳的一級(jí)氧化作用是通過(guò)錳氧化菌胞內(nèi)的酶促反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的，Mn2+吸附在帶負(fù)電的錳氧化菌細(xì)胞膜表面的胞外聚合物上，隨之產(chǎn)生酶促反應(yīng)．氧化菌附近分泌的生物聚合物產(chǎn)生了堿性的微環(huán)境，從而發(fā)生簡(jiǎn)單的催化反應(yīng)．
（2）.生物法除錳過(guò)程；
           生物除錳的過(guò)程包括擴(kuò)散、吸附和氧化3個(gè)階段．在擴(kuò)散階段，Mn2+由水中向生物膜表面擴(kuò)散；在吸附階段，擴(kuò)散到生物膜表面的Mn2+通過(guò)范德華引力和細(xì)菌胞外分泌物被吸附到生物膜的表面上；在氧化階段，被吸附的Mn2+被氧化為MnO2，該過(guò)程可能包含兩個(gè)方面，一是在微生物周圍及內(nèi)部形成了一個(gè)堿性的微環(huán)境，Mn2+在擴(kuò)散到微生物表面及進(jìn)入生物膜內(nèi)部的過(guò)程中，被水中溶解氧迅速氧化．二是吸附在生物膜表面的Mn2+在微生物胞外酶的催化下被氧化成MnO2。在濾池中接種鐵錳氧化細(xì)菌，經(jīng)培養(yǎng)，熟料表面形成一個(gè)復(fù)雜的微生物生態(tài)系統(tǒng)，該系統(tǒng)中存在著大量具有錳氧化能力的細(xì)菌．濾層的活性就來(lái)自于附著的錳氧化細(xì)菌的活性．細(xì)菌在載體上再生出新的吸附表面，從而使吸附、氧化、再生處于動(dòng)態(tài)平衡。  
            生物法除錳的優(yōu)點(diǎn)及尚待解決的問題  生物法是利用微生物技術(shù)提出的新方法，該法提高了除錳效果，降低了工程投資及運(yùn)行費(fèi)用，是目前該領(lǐng)域的最新發(fā)展方向．但在工程實(shí)踐中，由于各地水質(zhì)的差異，生物除錳濾柱缺乏規(guī)范化的調(diào)試運(yùn)行方法，在反沖洗時(shí)間、周期和強(qiáng)度、濾速、溶氧量、濾層厚度、濾料粒徑等的選擇上沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)．如何在保證出水合格的前提下縮短濾料的成熟時(shí)間、減小水頭損失仍是一個(gè)應(yīng)不斷研究的課題．這些問題的解決對(duì)降低運(yùn)行成本、提高鐵錳離子的去除效果將有較大的現(xiàn)實(shí)意義。
 4.鐵錳去除的其他方法；
            其他的地下水除鐵除錳技術(shù)如：氯氧化法、臭氧氧化法、高錳酸鉀氧化法及離子交換法等，盡管有時(shí)能獲得較好的除錳效果，但工藝流程復(fù)雜、成本高、調(diào)試運(yùn)行難度大，有些方法(如用臭氧處理)處理后有細(xì)菌生長(zhǎng)的危險(xiǎn)，處理過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的污泥，在我國(guó)大中型地下水廠中應(yīng)用很少． 2影響微生物高效除錳技術(shù)的因素  與傳統(tǒng)方法相比，微生物固錳除錳有明顯的優(yōu)勢(shì)，為了在微生物除錳的基礎(chǔ)上高效除錳，需探索經(jīng)濟(jì)有效的提高生物除錳效果的方法及條件．現(xiàn)根據(jù)近年來(lái)的研究概況找出影響微生物高效除錳技術(shù)的幾個(gè)因素。
二、碳、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)條件；
            通常從地下水中分離得到的鐵錳細(xì)菌，為兼性貧營(yíng)養(yǎng)型微生物，因此，培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分不能太高，否則會(huì)造成雜菌污染，破壞原有的微生態(tài)平衡，改變?yōu)V料原有的表面結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致除錳率下降或出現(xiàn)漏錳現(xiàn)象，嚴(yán)重破壞出水水質(zhì)．研究表明，這類微生物的生長(zhǎng)及濾料的成熟只需要一些必須的營(yíng)養(yǎng)元素，如碳、氮、磷等．  碳源物質(zhì)在微生物生長(zhǎng)過(guò)程中經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的化學(xué)變化后成為微生物自身的細(xì)胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物．微生物能夠利用的碳源分為無(wú)機(jī)碳源和有機(jī)碳源，研究表明有機(jī)碳的存在與否對(duì)濾層幾乎無(wú)影響，單純依靠溶解在水中的CO2即可保證濾層對(duì)碳的需求．這是因?yàn)樯�物除鐵除錳濾層內(nèi)的優(yōu)勢(shì)菌群以鐵錳細(xì)菌為主，這類菌大部分屬于化能自養(yǎng)菌，CO2是它們細(xì)胞代謝的碳源，所以單純地依靠溶解在水中的CO2就可以保證濾層對(duì)碳的需求。氮源物質(zhì)一般不作為能源，主要用來(lái)合成細(xì)胞中的含氮物質(zhì)，有文獻(xiàn)指出極其微量的氮即可保證成熟生物除鐵除錳濾層對(duì)氮源的需求．地下水中氨氮的含量一般都可提供足夠的氮源來(lái)保證生物除鐵除錳濾層高效穩(wěn)定地運(yùn)行．  磷是微生物生長(zhǎng)的必需元素，培養(yǎng)基中磷的含量只需保證鐵錳細(xì)菌能夠正常生長(zhǎng)并發(fā)揮作用就好，培養(yǎng)基中合適的碳磷比對(duì)生物除錳有明顯的促進(jìn)作用，當(dāng)碳磷質(zhì)量比減小到20：1時(shí)，除錳效果均有所提高，但如果再進(jìn)一步減小碳磷質(zhì)量比，除錳效果提高不明顯．   此外，鈣、鎂離子對(duì)微生物的影響也很大，鈣具有調(diào)節(jié)pH值、降低細(xì)胞膜透性的作用，是一些酶的重要輔因子．鎂也是許多酶反應(yīng)的輔因子．地下水中鈣、鎂離子分布比較廣泛，幾乎所有的地下水本身都能滿足生物除鐵除錳濾層對(duì)鈣、鎂離子的營(yíng)養(yǎng)需求。
三、石英砂濾料、錳砂濾料、無(wú)煙煤濾料除鐵除錳效果實(shí)驗(yàn)分析；
            經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究表明，濾料主要有兩方面的作用：一是作為載體，在其表面形成活性濾膜，對(duì)水中的Fe2+和Mn2+起催化氧化作用；二是過(guò)濾作用，截留水中的鐵錳氧化產(chǎn)物．不同的濾料由于物理性質(zhì)等的差異，成熟時(shí)間不同，除錳效果也不同。

除鐵除錳濾料產(chǎn)品如圖；

錳砂濾料

石英砂濾料

無(wú)煙煤濾料

         地下水除鐵除錳濾料主要選擇了石英砂濾料、錳砂濾料、無(wú)煙煤濾料。石英砂濾料是一種堅(jiān)硬、耐磨、化學(xué)性能穩(wěn)定的硅酸鹽礦物，主要成分是SiO2，該濾料密度大，機(jī)械強(qiáng)度高，使用周期長(zhǎng)，用石英砂作為過(guò)濾介質(zhì)，在一定的壓力下，能有效的截留去除水中部分重金屬離子。錳砂濾料以錳礦石為原料，經(jīng)破碎、篩分等加工而成，是處理水的一種特殊濾料，常用于除鐵、除錳過(guò)濾裝置，效果良好，值得注意的是，當(dāng)錳砂濾料中MnO2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于35％時(shí)，既可除鐵又能除錳，而質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于30％的錳砂濾料只能用于地下水除鐵。無(wú)煙煤濾料從深井礦物中精選，含碳量高，機(jī)械強(qiáng)度高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，不含有毒有害物質(zhì)，在一般酸性、堿性、中性水中均不溶解．  對(duì)幾種濾料進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，錳砂濾料吸附容量大，但其機(jī)械強(qiáng)度低，相對(duì)體積質(zhì)量大，價(jià)格高．石英砂濾料雖吸附強(qiáng)度不及錳砂，但機(jī)械強(qiáng)度高，相對(duì)體積質(zhì)量和價(jià)格適中．無(wú)煙煤濾料的孔隙率高，相對(duì)體積質(zhì)量小，價(jià)格低廉，從物理性質(zhì)上分析完全可以作為鐵錳細(xì)菌的載體．因?yàn)檩^高的孔隙率可以提高濾層內(nèi)的生物量，節(jié)省反沖洗的水電肖耗量，同時(shí)，可使微生物群系和Fe2+、Mn2+隨原水深入到濾層更深處，發(fā)揮整個(gè)濾層的除錳能力。孔隙率大，避免表層過(guò)快堵塞，延緩了全層阻力的增大，延長(zhǎng)了反沖洗周期。質(zhì)輕可以減少反沖洗強(qiáng)度．此外，與石英砂和錳砂濾料相比，無(wú)煙煤濾料明顯加快了濾池的成熟，大大縮短了濾池的成熟時(shí)間。
1.縮短濾膜成熟時(shí)間的技術(shù)工藝；
           濾柱活性的增長(zhǎng)并不是由于濾料表面細(xì)菌的繁殖，而是鐵泥中細(xì)菌的增長(zhǎng)．濾柱的成熟需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間使細(xì)菌固定在濾料上．總的說(shuō)來(lái)濾柱的成熟可以分為4個(gè)時(shí)期：0～15 d為適應(yīng)期，這一階段濾層幾乎無(wú)明顯除錳效果；15--30 d為第一活性增長(zhǎng)期，此時(shí)隨著微生物的不斷繁殖，濾層的除錳率不斷提高；30-50 d為第二活性增長(zhǎng)期，此時(shí)微生物數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定，出水錳逐漸達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)；50 d后到達(dá)穩(wěn)定期，此時(shí)濾層完全成熟并且運(yùn)行穩(wěn)定．可見，在大型水廠的地下水處理濾池中活性濾膜的形成和成熟需經(jīng)歷較長(zhǎng)的時(shí)間，因此縮短濾膜的成熟時(shí)間對(duì)降低生產(chǎn)成本和提高除錳效率具有重要意義． 3．
（1）.完全氧化時(shí)間；
           各地區(qū)地下水中Fe2+的完全氧化時(shí)間相差較大，這主要受水中溶解氧、可溶性硅酸、水酸堿性等因素的影響．有的地區(qū)地下水接觸空氣之后，短短的時(shí)間就可被氧化為Fe3+膠體顆粒，而有的更長(zhǎng)時(shí)間也不能被完全氧化．Fe2+完全氧化后，地下水由澄清透明變?yōu)闇啙岬狞S褐色，在濾層表層形成一層薄薄的鐵泥，這些鐵泥會(huì)影響生物膜的增長(zhǎng)，導(dǎo)致成熟期延長(zhǎng)。
（2）.菌體的附著效能；
           在工程實(shí)踐中僅有氧化能力強(qiáng)的細(xì)菌是不夠的，還需要細(xì)菌與濾料有較好的附著，研究表明可選用適當(dāng)?shù)墓潭ɑ�方法．而甲殼素作為固定化載體就能有效促進(jìn)濾料的成熟．首先由于甲殼素本身結(jié)構(gòu)非常疏松，對(duì)蛋白質(zhì)有很強(qiáng)的親和力，并在微酸性的介質(zhì)中呈正電性，因而對(duì)微生物，尤其是負(fù)電的細(xì)菌有著很強(qiáng)的吸附作用．其次，甲殼素提取于生物，具有較好生物相容性，對(duì)微生物無(wú)害且能較高地保持微生物活性，文獻(xiàn)表明甲殼素在固定淀粉酶和溶菌酶時(shí)可保留酶90％的活性．此外，甲殼素對(duì)重金屬離子的吸附和螯合作用的最佳pH值范圍為6．5～8．0，正好在微生物固錳除錳的pH值范圍內(nèi)，與微生物的最佳培養(yǎng)pH值范圍也相吻合，可使微生物免受重金屬離子的侵害。
           Fe2+的影響  實(shí)踐證實(shí)，在生物除錳的過(guò)程中，F(xiàn)e2+起著相當(dāng)大的作用，F(xiàn)e2+的存在除了能夠促進(jìn)微生物分泌胞外酶并刺激其活性外，還能通過(guò)Fe2+的變價(jià)傳遞電子，催化Mn2+的氧化反應(yīng)．此外，還可能充當(dāng)酶激活劑的角色，F(xiàn)e。+與某種酶結(jié)合后，使Mn2+更有利于同該酶的催化部位和結(jié)合部位相結(jié)合，加速M(fèi)n抖的氧化．若進(jìn)水中缺少Fe2+，濾柱對(duì)Mn2+只有物理吸附作用，無(wú)法達(dá)到生物固錳除錳的目的．究其原因，當(dāng)Fe2+不存在或質(zhì)量濃度過(guò)低時(shí)濾層內(nèi)為極端貧營(yíng)養(yǎng)環(huán)境，而細(xì)菌對(duì)底物的氧化速率受底物濃度的影響，底物濃度太低，鐵錳細(xì)菌的代謝繁殖受到限制，成熟期時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)．但過(guò)量的Fez+會(huì)壓縮濾層的除錳空間，影響Mn2+的去除，由于還原作用阻礙Mn2+的氧化，還會(huì)導(dǎo)致頻繁的反沖洗，這些對(duì)濾池的培養(yǎng)都是不利的。
四.濾速；
           培養(yǎng)期濾速的大小直接影響濾層的成熟狀況，這主要是由于鐵錳細(xì)菌對(duì)環(huán)境的要求所致．鐵錳細(xì)菌與載體接觸后，并不能立刻牢固地附著在其表面，若此時(shí)的濾速較大，相應(yīng)的水流剪切力也較大，會(huì)將剛剛附著在濾料表面的細(xì)菌沖刷下來(lái)．所以在鐵錳細(xì)菌與載體表面接觸后需要一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的環(huán)境，保證他們能在載體表面有一定的停留時(shí)間，以使鐵、錳氧化細(xì)菌在載體表面牢固附著。為以后的生長(zhǎng)、繁殖創(chuàng)造條件．隨著濾層中微生物數(shù)量的不斷增加，濾砂表面附著與固定的微生物量也不斷增加，此時(shí)便可以逐漸提高濾速，因此，采取低濾速有利于生物濾層的快速成熟．
（1）.反沖洗時(shí)問和強(qiáng)度；
           對(duì)于生物除鐵除錳濾池極為重要的是維持濾砂表面和濾層孔隙中的生物量及其活性，因此，反沖洗操作參數(shù)在培養(yǎng)期間尤為重要．反沖洗強(qiáng)度弱、時(shí)間短，會(huì)造成鐵泥、細(xì)菌代謝物和老化細(xì)胞積累，增加濾層的水頭損失，影響生物活性，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)濾層板結(jié)，影響濾池的正常運(yùn)行，降低除錳率．  對(duì)于不同水質(zhì)的地下水，濾池的反沖洗參數(shù)是有差異的，應(yīng)綜合考慮諸多因素，并根據(jù)生產(chǎn)狀況來(lái)確定．總的來(lái)說(shuō)，反沖洗參數(shù)的確定應(yīng)遵循如下原則：在培養(yǎng)期內(nèi)，反沖洗強(qiáng)度從弱到強(qiáng)逐漸提高，時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，濾的工作周期相應(yīng)地縮短．濾層成熟后，濾層的處理能力和抗沖擊負(fù)荷能力大大提高，此時(shí)應(yīng)提高反沖洗強(qiáng)度，保證生物代謝的順暢．適當(dāng)增加反沖洗強(qiáng)度，使細(xì)菌能適應(yīng)較強(qiáng)的水力沖擊，有利于維持濾層的穩(wěn)定，進(jìn)而促進(jìn)濾池的快速啟動(dòng)，因此，必須從實(shí)際出發(fā)，確定一個(gè)合理的反沖洗強(qiáng)度。
（ 2）.濾池的運(yùn)行方式；
           濾池的運(yùn)行方式也是影響濾池成熟的因素之一，傳統(tǒng)濾池的運(yùn)行方式，即級(jí)配濾料的下向流過(guò)濾，級(jí)配濾層的特點(diǎn)是上層濾料的粒徑小，下層粒徑大，對(duì)于下向流過(guò)濾的水力條件，會(huì)使大量的鐵錳氧化物迅速在濾層上部淤積，這不僅減少了吸附容量，也使水頭損失增長(zhǎng)較快．而且由于上部濾層的堵塞阻礙了細(xì)菌向下層滲透，使整個(gè)過(guò)濾空間的細(xì)菌增值受阻，濾層培養(yǎng)期相對(duì)較長(zhǎng)．  在均質(zhì)濾層中(所謂均質(zhì)濾料是指沿著整個(gè)濾層深度方向的任一橫斷面上濾料組成和平均粒徑均勻一致)，上部濾料粒徑的增大使鐵錳雜質(zhì)有更多的機(jī)會(huì)進(jìn)入下部濾層，為鐵錳氧化細(xì)菌在濾層深處的繁殖提供了條件，減緩了水頭損失，延長(zhǎng)了過(guò)濾周期．在相同實(shí)驗(yàn)條件下，鐵在均質(zhì)濾層中的穿透深度是級(jí)配濾層的兩倍，在細(xì)菌數(shù)量的分布狀況上看，均質(zhì)濾層明顯加大了有效生物層厚度，提高了過(guò)濾空間的有效生物總量，使生物濾層的處理能力大大增強(qiáng)，同時(shí)濾層反沖洗時(shí)可將下層空間的一部分細(xì)菌攜帶到上層濾料中，促進(jìn)整個(gè)濾層細(xì)菌的繁殖，提高濾層空間內(nèi)細(xì)菌的數(shù)量，從而縮短濾層培養(yǎng)期。
五、菌種的影響；
           最新研究表明，混合菌的適應(yīng)能力較單一菌種強(qiáng)，混合菌間的互補(bǔ)作用使氧化作用比單一菌強(qiáng)．雖然每種單一菌種都有一定的適應(yīng)生長(zhǎng)期，但一般而言，細(xì)菌與其他菌共生時(shí)，生長(zhǎng)發(fā)育較其單獨(dú)生長(zhǎng)時(shí)好很多，所以細(xì)菌適應(yīng)生長(zhǎng)期很短，并不影響整個(gè)體系的變化．此外，研究過(guò)程也表明混合細(xì)菌對(duì)錳的氧化過(guò)程相對(duì)比較穩(wěn)定。
六、結(jié)論；
           本文總結(jié)了目前我國(guó)普遍采用的地下水除鐵除錳技術(shù)，對(duì)自然氧化法、接觸氧化法、生物氧化法3類主要方法進(jìn)行了比較分析，同時(shí)，詳細(xì)介紹了在我國(guó)北方地區(qū)廣泛應(yīng)用的生物固錳除錳方法，討論了微生物除錳技術(shù)的發(fā)展并對(duì)存在的問題進(jìn)行了探討，各種工藝各有利弊，為了選擇最適合的處理方法，應(yīng)考慮各種因素，并將各方法綜合運(yùn)用，達(dá)到有效、經(jīng)濟(jì)的處理效果。

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