第２４卷第４期 ２０１０年８月 能源环境保护 Ｅｎｅｒｇｙ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ＶＯＬ２４．Ｎｏ．４ Ａｕｇ．，２０１０ 凹凸棒复合滤料生物过滤去除Ｆｅ２＋．Ｉ生能研究 申明杨 ，王郑 ，刘璐 ，杨铠诚 ，卢霞 ，孙海 ，田龙杰 ，马磊 （１．南京林业大学土木工程学院，江苏南京２１００３７； ２．南京林业大学南方学院，江苏南京２１００３７） 摘要：利用凹凸棒复合滤料良好的吸附和生物挂膜性能对普通滤池进行生物强化．研究生 物过滤对原水中Ｆｅ 的去除效果及影响因素。实验结果表明：原水溶解氧在３ ｍｇ／Ｌ左右． Ｆｅ 的去除率达到９０％以上；温度在１３．９ ｃＩ＝～２２．３ ｑＣ时，Ｆｅ 去除率达到９３％以上：滤速越 低，生物过滤对Ｆｅ 的去除率越高，４ ｍ／ｈ为本实验研究的最佳水力负荷；原水中Ｆｅ 浓度 在２ ｍｇ／Ｌ以下时，出水的Ｆｅ 浓度可以达到０．１５ ｍｇ／Ｌ以下 反冲洗对生物过滤去除Ｆｅ２＋ 的影响较小，去除率在冲洗２ ｈ后能够恢复到冲洗前的水平 关键词：凹凸棒复合滤料；生物过滤；Ｆｅ２＋：性能研究 中图分类号：Ｘ７０３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—８７５９（２０１０）０４—００３０—０４ ＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥ ＳＴＵＤＹ ｏＮ ＲＥＭｏＶＡＬ ｏＦ ＦＥ２＋ ＢＹ ＢＩｏＦＩＬＴＲＡＴＩｏＮ ＵＳＩＮＧ ＡＴＴＡＰＵＬＧＩＴＥ ＣｏＭＰｏＳＩＴＥ ＦＩＬＴＥＲ ＳＨＥＮ Ｍｉｎｇ－ｙａｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｚｈｅｎｇ ，ＬＩＵ Ｌｕ ，ＹＡＮＧ Ｋａｉ—ｃｈｅｎｆ， ＬＵ Ｘｉａ ，ＳＵＮ Ｈａｉ ，ＴＩＡＮ Ｌｏｎｇ－ｊｉｅ ，ＭＡ Ｌｅｉ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００３７，Ｃｈｉｎａ ２．Ｓｏｕｔｈ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｎａｎｊｉｎｇ Ｆｏｒｅｓｔｒｙ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００３７，Ｃｈｉｎａ ｊ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｕｓｅｄ ａｔｔａｐｕｌｇｉｔｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｉｌｔｅｒ ｗｉｔｈ ｉｔｓ ｇｏｏｄ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｂｉｏｆｉｌｍ ｐｅｒ— ｆｏｒｍａｎｃｅ ０ｎ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｉｌｔｅｒ ｉｎｓｔｅａｄ ｏｆ ｎｏｒｍａｌ ｆｉｌｔｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｂｉｏｆｉｈｒａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｆｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｆｒｏｍ ｒａｗ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ： Ｆｅ２＋ｒｅｍｏｖａｌ ｒａｔｅ ｗａｓ ｏｖｅｒ ９０％ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｒａｗ ｗａｔｅｒ ｗｉｔｈ ３ｍｇ／Ｌ ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ ｏｘｙｇｅｎ ｌｅｆｔ．Ｆｅ２＋ｒｅ． ｍｏｖａｌ ｒａｔｅ ｒｅａｃｈｅｄ ９３％ｗｉｔｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ ｆｒｏｍ １ ３．９℃ｔｏ ２２．３０Ｃ．Ｂｉｏｆｉｈｒａｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｅ Ｆｅ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈｅｒ ｒｅｍｏｖａ１ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｗｈｅｎ ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｌｏｗｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｌｏａｄｉｎｇ ｗａｓ ４ｍ／ｈ．Ｒａｗ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｅ２＋ｂｅｌｏｗ ２ｍｇ／Ｌ．ｔｈｅ ｅｆｆｌｕｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ Ｆｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｗａｓ ｂｅｌｏｗ ０．１ ５ｍｇ／Ｌ．Ｂａｃｋｗａｓｈｉｎｇ ｈａｄ ｌｉｔｔｌｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｂｉｏｆｉｈｒａｔｉｏｎ ｒｅｍｏｖａｌ ｏｆ Ｆｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｒａｔｅ ｃａｎ ｒｅｓｔｏｒｅ ａｆｔｅｒ ２ｈ ｏｆ ｂａｃｋｗａｓｈｉｎｇ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｔｔａｐｕｌｇｉｔｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｆｉｌｔｅｒ；ｂｉｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ；Ｆｅ ；ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｓｔｕｄｙ ‘ 自２０世纪８０年代以来，国外在研究传统的 自然曝气过滤除铁的过程中发现生物氧化除铁具 收稿日期：２０１０—０５—２４ 有处理效率高、出水水质稳定、过滤周期长和对水 质适应范围广等优点川。生物过滤除铁是利用铁细 菌的吸附、催化氧化作用除铁。铁细菌能分泌氧化 还原酶．附着在细胞外将二价铁氧化成不溶性的 氢氧化合物．部分铁细菌将其吸附到细胞体内在 基金项目：２００７年南京林业大学科技创新基金项目，编号 １６３０５００２３。南京林业大学２００９年大学生科技创新项目，编号 ２００９７３ ・３２・ 能源环境保护 第２４卷第４期 除铁可能主要是物理化学氧化所致。这一实验结 果与Ｃｈｉｏｒｓｅ［６１的研究结论是一致的，Ｃｈｉｏｒｓｅ认为． 在ＤＯ较高、ｐＨ值为７左右的条件下，Ｆｅ 的生物 氧化不会是主要的，除非ｐＨ值较低（ｐＨ值５－６）。 通过上述分析可知，凹凸棒复合滤料生物过滤除 Ｆｅ ，溶解氧在３ ｍｇ／Ｌ左右时即可满足运行要求。 ２．２温度对Ｆｅ 去除率的影响 滤速为８ｍ／ｈ时，温度对Ｆｅ 去除率的影响如 图４所示。 由图４可知．当水温在１２．９℃～１３．８ ｏＣ时． ａ ５ ｔ００ —ｔ一原水浓度 ２ ９５ 十出水浓度 ∞ ！ ・ ９０＋去除率 黉１ ｓｓ 要芝 料 Ｏ ５ ８０ ７ ｉｚ． ｌ １３． ｌ４．Ｚ ｌ４，ｉｂ ｚ ｌｂ．ｂ ｌｂ Ｊ ｉ ｌ ｚｚ Ｊ 温度／＂１２ 图４温度对Ｆｅ 去除率的影响 凹凸棒复合滤料生物过滤对Ｆｅ 的去除率为 ８５．２６％～８９．８３％：当水温在１３．９℃～２２．３℃时， 尽管进水Ｆｅｚ＋浓度波动比较大，但是出水浓度都 在Ｏ．１５ｍｇ／Ｌ以下．去除效率均在９３％以上。综合 各温度条件下凹凸棒复合滤料生物过滤对Ｆｅ 的 去除率，温度对Ｆｅｚ＋去除率有影响，但影响不是很 显著。同时说明除铁微生物在１２．９℃～２２．３℃范 围内能够大量的生长繁殖，满足生物过滤除铁对 微生物的生物量和生物活性的需要。 ２．３水力负荷对Ｆｅ 去除率的影响 水力负荷对Ｆｅ 去除率的影响如图５所示。 由图５可知。当水力负荷为８ ｍ／ｈ时，对Ｆｅ ＋原水浓度 ＋出水浓度 ＋去除率 更 斟 水力负荷／（ｍ・ｈ‘。） 图５水力负荷对Ｆｅ 去除率的影晌 的平均去除率为８４．９３％：当水力负荷为４ ｍ／ｈ 时，平均去除率为９５．６４％；当水力负荷为２ ｍ／ｈ 时，平均去除率为９８．１８％。由此可知，随着水力 负荷的降低，去除率是逐渐提高的。水力负荷为８ ｒｒｄｈ时，由于水在滤柱中的停留时间较短．Ｆｅｚ＋在 滤柱中的生物氧化不够充分，致使出水中铁含量 较高。水力负荷降低到４ ｎｄｈ时，去除率提高１０ ％左右，其主要原因是水力负荷的降低提高了原 水在滤柱中微生物的接触时间，Ｆｅｚ 得以充分接触 氧化，同时有利于滤料及微生物对Ｆｅ 的吸附。当 水力负荷为４ ｒｒｄｈ和２ ｍ／ｈ时。Ｆｅ 的出水浓度全 部低于０．１５ ｍｇ／Ｌ，去除率达到９０％以上。４ｍ／ｈ 的水力负荷和２ ｒｎ／ｈ相比，其稳流作用对生物膜 厚度的控制以及对传质效率的改善更为有利 。结 果表明４ｍ／ｈ的水力负荷具有更高的实际应用价 值。 ＼料篮 ２．４原水浓度对Ｆｅ 去除率的影响 亩菩 滤速为８ ｒｎ／ｈ时，原水浓度对Ｆｅ 去除率的影 响如图６所示： ０ ０ ５ ｌ １ ５ ２ ２ ５ ３ 原水浓度／（ｍｇ・Ｌ ） 图６ Ｆｅ 浓度对其去除率的影响 由图６可知。当进水浓度在０．４３～２．０２ ｍｇ／Ｌ 时，生物过滤对Ｆｅ 的去除率达到９０％以上，出 水浓度均在０．１５ ｍｇ门Ｌ以下。当Ｆｅ 的浓度为 ２．４６ ｎｑＩｇ／Ｌ时，去除率仅为７３．７５％，出水浓度达到 ０．６５ ｍｇ／Ｌ。因此，对于Ｆｅ 浓度较高的原水，可通 过降低水力负荷或者增加溶解氧含量的方式来提 高处理效果。 ２．５反冲洗对Ｆｅ 去除率的影响 反冲洗是保证生物过滤有效工作的必要条 仆。本实验采用不加氯水反冲洗的形式，反冲洗强 度为１６ Ｕｓ＿ｍ。。历时５ｒａｉｎ，整个实验过程共进行４ 次反冲洗。在反冲洗后两小时取滤柱出水检测，反 冲洗对Ｆｅ 去除率的影响见表２。 申明杨等凹凸棒复合滤料生物过滤去除Ｆｅ ２＋｜｝生能研究 表２反冲洗对Ｆｅ“去除率的影晌 ・３３・ 滤去除Ｆｅ 性能对于微污染原水处理具有较高的 实际应用价值。 结果表明．凹凸棒复合滤料表面的生物膜和 滤料内部附着的微生物具有较强的抗冲击能力， 反冲洗２ ｈ后生物过滤效果就可以恢复到反冲洗 前的水平。 参考文献 ［１］任文辉，余健，郭照光等．低ｐＨ下饮用水生物除铁试验研究ＩＪＪ．工 业水处理，２ｏ０７，２７（１）：５５～５７． ［２１周祺，王郑，缪伟等．凹凸棒复合滤料吸附水中Ｃｒ（ＶＩ）性能研究 【ＪＪ．能源环境保护，２００９，２３（５）：１６－１９． ３ 结论 结果表明：原水溶解氧在３ｍｇ／Ｌ左右，Ｆｅ 的 去除率达到９０％以上；温度在１３．９℃～２２．３ｏＣ时， 【３］谢晶，李小明，曾光明．生物除铁除锰及其影响因素［ＪＪ．净水技 术，２００３，２２（５）：３７～３９． ［４］国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会．水和废水 监测分析方法（第四版）【Ｍ］．北京：中国环境科学出版社，２００２： ３６８～３７０． Ｆｅｚ 去除率达到９３％以上；滤速越低，生物过滤对 Ｆｅ。＋的去除率越高。４ｍ／ｈ为本实验研究的最佳水 力负荷：原水中Ｆｅ 浓度在２ｍｇ／Ｌ以下时，出水的 Ｆｅ 浓度可以达到０．１５ ｍｇＣＬ以下。反冲洗对生物 ［５］张志焕．生物除铁、锰的需氧量试验研究［Ｊ１．环境保护科学， ２００６，３２（２）：２７～２９． ［６］Ｃｈｉｏｒｓｅ Ｗ Ｃ．Ｂｉｏｌｏｇｙ ｏｆ ｉｒｏｎ ａｎｄ ｍａｎｇａｎｅｓｅ ｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇ ｂａｅｔｅｒｉａ． Ａｎｎ Ｒｅｖ Ｍｉｅｒｏｂｉａ１．１９８４：５１５～５５０． 过滤去除Ｆｅ 的影响较小，去除率在冲洗２ ｈ后能 够恢复到冲洗前的水平。凹凸棒复合滤料生物过 ［７］郑俊，吴浩汀．曝气生物滤池卫艺的理论与工程应用［Ｍ】．北京： 化学工业出版社，２００４：５５～５６． 夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・夺・ （上接第２７页） 值，在低浓度氧化剂的条件下ＣＯＤ的测定结果并 【１］高亮，周如禄，徐楚良等．煤种与煤矿矿井水水质特性之间的 不取决于氯离子浓度的高低，氯离子的质量浓度 变化对测定结果干扰不大。 （３）通过试验发现．对高氯离子低ＣＯＤ矿井 水中ＣＯＤ的检测，采用低浓度氧化法检测误差较 相关性探讨ＩＪ１．能源环境保护，２００４，１８（６）：４６～４９． ［２］杨俊仕，谢翼飞，李旭东等．高氯离子废水中低ＣＯＤ简易分析 方法研究『Ｊ１．油田气环境保护，２００２，１２（３）：２２～３５． ［３】ＧＢ２０４２６—２００６《煤炭工业污染物排放标准》［Ｓ】． 【４】孔繁昌．钱伯友．高Ｃ１一／ＣＯＤ比值条件下ＣＯＤｃｒ的测定方法【Ｊ１． 中国给水排水，１９９９，１５（３）：５２～５３． ［５］国家环保总局《水和废水监测与分析方法》编委会．水和废水 监测与分析方法 ２００２．２１０～２ｌ３， 小，是较为理想的矿井水ＣＯＤ检测方法，同时氧 化剂浓度也不能过低．否则会影响实际的ＣＯＤ 值，测定过程中最好以标准溶液作为对比。 １．第四版．北京：中国环境科学出版社， 参考文献 竖 ！ ：叠 ！ ： （上接第２９页） 采用熔融浸滞法制备粉煤灰储能复合材料。 通过分析，该材料能在较低温度范围内完成吸放 热，且相变温度范围小。具有较大的吸热峰，热稳 ［２］Ｃｅｎｇｉｚ Ｄｕｒａｎ Ａｔｉｓ．［１ｅａｔ ｅｗ）ｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｖｏｌｕｍｅ ｌｆｙ ａｓｈ ｅｏｎｔｒｅｔｅ 【ＪＪ．Ｃｅｍｅｎｔ ａｎｄ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００２，３２（５）：７５ １￣７５６． ［３１２Ｅ智宇等．相变储能保温建筑材料的制备及性能评价ｆＪ】．新型建 筑材料，２００６，ｆ】１）：３５～３７． 定性好，因此具备一定的储热能力和恒温功能。由 ［４］Ｈａｗｅｓ Ｄ Ｗ，Ｆｅｌｄｍａｎ Ｄ，Ｂａｎｕ Ｄ．Ｌａｔｅｎｔ ｈｅａｔ ｓｔｏｒａｇｅ ｉｎ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ［Ｊ］．Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓ，１９９３，２０（１）：７７￣８６． ［５］李建立等．定形相变材料研究现状 ．化工进展，２００７，２６（１０）： １４２５￣１４２８． 于粉煤灰具有较大的比表面积和微孔结构．其吸 入量和吸入效果均较好。将粉煤灰用于相变储能 材料，既取得了较好的储能效果．又有利于减轻其 对环境的污染 ［６】余秀丽等．矿物复合相变储能功能材料研究进展及应用 ．４￣３－． 新型材料．２００７．３５（１１）：１４～１６． ［７］蒋达华，周阳，罗凯．海泡石复合相变储能建筑材料的试验研究 参考文献 ［１】马悦红．粉煤灰特性及综合利用［ＪＩ．西北电力技术，２００４，（３）：４５～ ４８． ［Ｊ】．非金属矿，２００８，３１（４）：４～５． ［８］席国喜等．硬脂酸，改性硅藻土复合相变储能材料的制备及性能 研究【Ｊ］．材料导报，２００９，２３（８）：４５～４８．