生物固锰除锰工艺及其微生物群落结构解析.pdf

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1、博士学位论文生物固锰除锰工艺及其微生物群落结构解析BIOLOGICALMANGANESESTABILIZATIONANDREMOVALPROCESSINGWITHTHEANALYSISOFTHEMICROBIALCOMMUNITYSTRUCTURE张宇哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TU991.2学校代码：10213国际图书分类号：628.162密级：公开工学博士学位论文生物固锰除锰工艺及其微生物群落结构解析博士研究生：张宇导师：张杰教授申请学位：工学博士学科：市政工程所在单位：环境学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU991.

2、2U.D.C:628.162DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringBIOLOGICALMANGANESESTABILIZATIONANDREMOVALPROCESSINGWITHTHEANALYSISOFTHEMICROBIALCOMMUNITYSTRUCTURECandidate：YuZhangSupervisor：Prof.JieZhangAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：MunicipalEngineeringAffiliation：SchoolofEnviro

3、nmentDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要地下水除锰技术是以“生物固锰除锰”理论为指导，同时也开辟了该理论应用于工程实践的工程范例。将传统的二级处理工艺改进为“跌水弱曝气+一级生物滤池”的工艺流程，这是应用生物滤池同层去除地下水中的铁锰的典型工艺，并得到了广泛的应用。实际应用结果表明，该工艺出水水质均优于国家标准。困扰了人类半个多世纪的针对地下水净化锰难题找到了一条捷径，同时也是一条高效且非常经济的解决办法。根据实际运行水厂以往的经验，如果滤池中有较高浓度的亚

4、铁离子存在的话，生物滤池的滤层对于铁锰同层净化的培养周期会出现较大的延长，比正常培养周期多出5至6个月的时间，而且成熟后的生物滤层的稳定性较差；此外，一定浓度的氨氮往往会存在于地下水中，也会抑制生物滤层的培养，必须考虑先将氨氮完全硝化去除后，再将地下水中的锰离子彻底去除。本文针对高铁高锰并含有氨氮的地下水中在生物除铁除锰滤池中锰离子的去除机理进行研究，研究去除锰离子的过程中起到关键作用的锰氧化菌，并对其群落结构进行解析，以便更好地指导和应用于工程实践。根据以往对生物滤池中铁锰去除过程中的铁锰离子之间的相互作用的氧化还原关系的研究结果得知：在生物滤层中铁锰离子之间存在着较为复杂的氧化还原反应，同

5、时还与地下水水质情况有着密切的关系：当地下水中Fe2+浓度高于3mg/L，会为较高价态的锰氧化物的还原提供电子供体，导致二价锰离子析出，就会破坏生物滤层中已经形成的生物膜结构，进而影响出水水质。只有当绝大部分亚铁离子在生物滤池的上层被氧化作用去除后，生物滤层的中下层才能形成高效且稳固的生物固锰除锰滤层，也就是说铁锰离子是在同一个滤池中去除，但是在滤池的不同高度层被去除。本文所研究的目标水厂的地下水水源是高铁高锰含氨氮的水质，在生物滤池的上层去除大部分铁并伴有较弱的除锰功能，锰离子是在滤池的中下部被去除掉的，因此滤层的厚度必须超过一定的阈值，才能保证以上功能的实现。对于高铁的地下水源，生物除锰的

6、成熟滤层需要较长的培养周期，同时二价铁离子的浓度较高是对生物除锰的成熟滤层的除锰效果有较大的干扰，由此给出了在原水铁含量较高时成熟的生物除锰滤层的解决办法：如果成熟的生物滤层采用单层滤料的培养周期中，成熟的生物滤膜就会受到反冲洗水和亚铁离子的冲击并遭到破坏，因此需要延长培养时间，以利于成熟生物滤膜的形成。基于这些情况，本文提出以两层滤料的方式加快除锰生物滤膜的快速培养，通过模拟滤柱实验得知，采用两层滤料后，当亚铁离子浓度为18mg/L，二价锰离子浓度为1.4mg/L时，生物除铁除锰在同层去除的培养周期将缩短在两个月之内。-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文对于源水中含有氨氮的水质去除过程就需要

7、较高的溶解氧消耗，本论文研究的水质浓度为（Fe2+约为18mg/L，Mn2+约为1.4mg/L，NH+4-N约为1mg/L），还需要实现在同层中将铁锰和氨氮去除，进水中的溶解氧至少要在7.9mg/L以上。因为生物滤层上亚铁离子和氨氮以及一些还原性物质将消耗大量的溶解氧，生物除铁除锰滤层的中下层也是需要一定量的溶解氧才能够将原水中的锰去掉，这也是除锰的关键因素之一。基于源水中含有的氨氮量，以及生物固