50m³/h生活饮用水除锰解决方案
浩良河化肥厂位于黑龙江省伊春市浩良河镇,该地区地下水比较贫乏,且地下水中含锰量较高。为提高生活饮用水质量,浩良河化肥厂组织专业人员就锰含量高的问题进行了考察论证,从投资与成本、技术的可靠性、运行的稳定性、操作的复杂性等方面进行了方案比较,最终决定采用生物除锰技术,原有生活饮用水进行除锰处理,现就有关设计与运行总结介绍,供同行参考。
1 饮用水水源及原有处理工艺
1.1 生活饮用水水源
浩良河化肥厂生活饮用水以深层地下水为水源,取自3.5km以外的水源地,铁与锰的质量浓度分别为10-21mg/L,0.25-1.8mg/L;处理后铁的质量浓度为0.1-0.3mg/L,锰的质量浓度为0.25-0.8mg/L。水处理站采用跌水曝气、石英砂过滤工艺,设计处理能力1000m3/d。
1.2 工艺流程 其工艺流程如图1所示。
原水由一次泵站通过输水干管送到水处理站后首先进人曝气池顶部,从1.1m高处的喷淋管喷淋曝气后落入内部跌水池,再沿内部跌水池四周溢流而下,再次跌水曝气,落入下部1.3m处的外部水池内,然后跌人混合井,同时在此处投加聚合氯化铝,使之与原水充分混合,再经无阀滤池过滤,并以重力流流入生活水池,最后由生活水泵送往生活区供居民使用。
2 原水水质与除锰方案
2.1 原水水质
为了合理确定除锰系统工艺流程,我们统计了原水水质分析资料,其水质分析数据见表1。
项目 | 数据 | 水温 | 3-4 | ρ(浊度)/(mg.L-1) | 45 | 肉眼可见物 | 无 | pH值 | 6.55 | ρ(总硬度)/(mg.L-1)(CaCO3计) | 65.6 | ρ(钙)(mg.L-1) | 13.97 | ρ(镁)/(mg.L-1) | 7.48 | ρ(铁)/(mg.L-1) | 12.06 | ρ(锰)/(mg.L-1) | 1.09 | ρ(铜)/(mg.L-1) | <0.001 | ρ(锌)(mg.L-1) | <0.015 | ρ(氯化物)/(mg.L-1) | 9.57 | 色度/倍 | >60 | 味 | 无 | ρ(氟化物)/(个.mL-1) | 0.17 | ρ(氨氮)/(个.mL-1) | 0.65 | ρ(亚硝酸盐氮)/(个.mL-1) | 0.004 | 细菌总数/(个.mL-1) | 4 | |
2.2 除锰方案
用于实际生产的除锰方法有:碱化除锰法、KMnO4氧化法、氯连续再生接触氧化法、空气接触氧化法、生物氧化除锰法等,前3种方法需投药,增加运行成本,而且操作复杂。从我厂现有装置的实际运行情况来看,空气接触氧化法对现有水质除锰不够理想。而锰的生物氧化法理论比较完善可靠。为此采用了生物除锰的方法。
3 除锰系统
3.1 除锰流程
在分析了原有流程、原水及处理后的自来水水质后,决定采用“一级跌水曝气+无阀滤池过滤+二级表面曝气+锰砂过滤”的流程,即在原无阀滤池的后面再增加一级除锰工艺,同时停止投加聚合氯化铝混凝剂。改进后的流程如图2所示。
3.2 主要构筑物及设备
3.2.1 表面曝气池
表面曝气池呈长方形,其平面尺寸:3.08m×2.60m,有效水深3.55m,总容积45.9m3,水在池中停留时间20min;曝气区平面尺寸:3.01×2.60m,水深3.55m;表曝机采用泵型叶轮,叶轮直径:D=500mm,叶轮线速度4-6m/s。
3.2.2 吸水池及提升泵
吸水池呈长方形,平面尺寸为:3.80m×2.60m,有效水深3.55m ;总容积45.9m3;提升泵采用100QW100-22型潜水泵,流量100m3/h,扬程22m。
3.2.3 除锰罐规格及工艺参数
除锰罐是除锰工艺中的主要设备,其主要作用是去除经二级曝气处理的滤后水中的铁和锰,本流程中采用Φ3.0m×4.79m的除锰过滤器 2台,内装锰砂滤料,采用小阻力配水,过滤面积7.1m2,设计处理能力50m3/(h·台)。除锰罐的操作参数如表2所示。
制参数 | 控制数据 | 过滤速度/(m.h-1) | 7.0 | 工作压力/Mpa | 0.44 | 反洗周期/h | 48 | 反洗强度/(L.s-1.m-2) | 18 | 反洗时间/min | 5-10 | |
滤料级配见表3。
滤料种类 | 级配/mm | 装填厚度/mm | 锰硝 | 0.6-2.0 | 100 | | 2.0-4.0 | 100 | | 4.0-8.0 | 100 | | 8.0-16.0 | 100 | 河卵石 | 16.0-32.0 | 100 | | 32.0-64.0 | 150 | |
3.2.4 生活水池与供水泵房
生活水池为半地下式钢筋混凝土结构,有效容积600m3/m3。供水泵房为半地下式,其平面尺寸为:7.5m×24.5m,内设生活水泵2台,反冲洗泵2台,消防水泵4台。生活水泵为自灌式起动,单机功率40kw,流量105m3/(h·台),供水总管压力0.5-0.6MPa。
4 除锰效果及经济分析
4.1 运行情况
本工程刚投产时出水铁、锰均达设计指标,但运行20余天后,滤后水铁、锰开始逐渐增高,原因是锰砂吸附饱和和生物膜形成脱节、衔接不好所致,这期间除锰主要是靠锰砂的吸附作用,生物活性除锰层并没有形成,为此,调整了运行工况,并进行微生物接种、培养和驯化,以加速生物活性除锰层的成熟,经3个月的精心调试,滤后水铁含量稳定在0.1-0.28mg/L,去除率为98.34%;锰为痕量,锰去除率近于100%。至此认为,生物活性除锰滤层已基本成熟。现装置的最终出水铁、锰指标均达到国标,实际运行证明,生物除锰是可行的,系统运行一直比较稳定。
为较好的说明生物技术的除锰效果,在此,我们将工程验收时的有关数据整理如表4。
月份 | ρ(Fe)/(mg.L-1) | ρ(Mn)/(mg.L-1) | ρ(NH3-N)/(mg.L-1) | 滤支细菌数/(个.mg-1) | 进水 | 出水 | 进水 | 出水 | 进水 | 出水 | 1 | 9.38 | 0.28 | 0.96 | 0.87 | 1.46 | 0.025 | | 2 | 9.63 | 0.22 | 0.98 | 0.92 | 1.48 | 0.031 | | 3 | 10.02 | 0.18 | 1.16 | 0.78 | 1.56 | 0.028 | | 4 | 11.03 | 0.23 | 1.05 | 0.58 | 0.98 | 0.026 | 2.8×103 | 5 | 10.69 | 0.17 | 0.99 | 0.029 | 0.99 | 0.025 | 8.1×104 | 6 | 11.86 | 0.16 | 0.98 | 0.019 | 1.06 | 0.032 | 5.6×105 | 7 | 10.12 | 0.13 | 0.86 | 0.050 | 0.99 | 0.051 | 4.6×105 | 8 | 9.46 | 0.12 | 0.96 | 0.018 | 1.16 | 0.026 | 6.8×105 | 9 | 8.68 | 0.09 | 1.02 | 0.022 | 0.98 | 0.026 | 6.6×106 | 10 | 10.06 | 0.11 | 1.09 | 0.027 | 0.86 | 0.025 | 7.6×106 | 11 | 9.19 | 0.12 | 1.05 | 0.021 | 0.89 | 0.025 | 8.6×106 | 12 | 10.01 | 0.09 | 1.15 | 0.020 | 0.364 | 0.015 | 8.8×106 | |
4.2 经济分析
除锰系统投运前,每天加15kg聚合氯化铝,1年按360d计算(去除检修时间),商品氯化铝每吨按2600元计算,则每年可节约药费为:15×360/1000×2600=14040(元/a)。
由以上分析可知,采用生物除锰技术,在改善水质的同时,还节省了水处理费用,同时也简化了操作程序。
5 结语
本生物除锰设计是成功的,达到了设计目的,和原工艺相比停止了加聚合氯化铝混凝剂,便于操作管理。滤后水铁、锰均达到国标。二级处理对于去除亚硝酸盐有作用,但不十分明显,这方面有待研究。