第l章绪 论……………………………………………………………… 1

1．1我国地下水资源与利用状况………………………………………1

1．1．1我国的水资源……………………………………………… 1

1．1．2地下水资源的分布与开发一……………………………… 1

1．2地下水的物理、化学特性…………………………………………3

1．2．1地下水的物理性质…………………………………………… 4

1．2．2地下水的化学性质…………………………………………… 4

1．2．3地下水环境背景值的形成…………………………………… 5

1．3地下水污染………………………………………………………… 6

1．3．1地下水污染的含义…………………………………………… 6

1．3．2地下水污染源及途径………………………………………… 7

1．3．3地下水污染状况……………………………………………… 7

1．3．4地下水污染的特点…………………………………………… 8

1．3．5地下水系统中污染物的迁移、转化与自净………………… 8

1．4含铁、锰地下水的特性………………………………………… 10

1．4．1 自然界中铁、锰的存在及性质……………………… 10

1．4．2铁、锰离子的水化学效应…………………………………11

1．4．3微生物与铁、锰元素的循环………………………………12

1．4．4 地下水中铁、锰的来源…………………………………14

1．4．5含铁、锰地下水的分布……………………………………16

1．5铁、锰与人类健康和工业生产………………………………… 17

1．5．1铁的生理功能…………………………………………………17

1．5．2锰的生理功能…………………………………………………20

1．5．3含铁、锰水对生活和工业生产的危害………………………22

1．5．4生活饮用水与工业用水中铁、锰的浓度标准………………24

1．6地下水除铁除锰技术发展历程和趋势………………………… 25

1．6．1地下水除铁技术发展历程…………………………………25

1．6．2地下水除锰技术发展历程…………………………………26

1．6．3国外除铁除锰技术的发展…………………………………27

1．6．4除铁除锰技术的发展趋势…………………………………27

第2章传统地下水除铁技术…………………………………………… 29

2．1空气氧化除铁法……………………………………………………29

2．1．1空气氧化除铁法的基本流程………………………………29

2．1．2 Fe。’的空气氧化速度……………………………… …30

2．1．3 Fe。’氧化产物——氢氧化铁的性状………………… 34

2．1．4空气氧化除铁流程的设计特点 …………………………37

2．2氯氧化除铁法…………………………………………………… 38

2．2．1氯对Fe“的氧化……………………………………………38

2．2．2投氯量的确定………………………………………………40

2．2．3氯氧化除铁法的工艺流程…………………………………41

2．3接触氧化除铁法………………………………………………… 44

2．3．1接触氧化除铁的基本概念…………………………………44

2．3．2接触氧化除铁法的基本流程与特点………………………45

2．3．3接触氧化除铁触媒…………………………………………47

2．3．4 Fe00H的结构形态…………………………………………52

2．3．5接触氧化除铁的机制………………………………………62

2．3．6接触氧化除铁工艺的设计与运行要点……………………64

2．3．7接触过滤法在除铁工艺技术中的位置……………………70

第3章传统地下水除锰技术………………………………………………72

3．1氯接触氧化过滤除锰…………………………………………… 73

3．1．1锰的氧化去除机制…………………………………………73

3．1．2确定投氯量的模型实验……………………………………73

3．1．3高NW—N含铁、锰地下水投氯量实验…………………… 76

3．1．4氯接触氧化过滤除锰生产装置在运行中应注意的问题…78

3．1．5锰氧化触媒的形态…………………………………………79

3．1．6氯接触氧化过滤除锰的评价………………………………80

3．2碱化除锰………………………………………………………… 81

3．3光化学氧化除锰………………………………………………… 82

3．4 KMn0。氧化除锰…………………………………………………85

3．5除铁与除锰流程组合…………………………··…………… 85

3．6除铁除锰与氧化还原电位……………………………………… 87

3．6．1氧化还原电位(0RP) …………………………………… 87

3．6．2与除铁除锰相关的氧化还原系 …………………………88

第4章空气接触氧化除锰工艺的探求……………………………………94

4．1空氧接触氧化除锰(高井雄的研究成果)…………………………94

4．1．1实验装置和方法………………………………………………94

4．1．2实验结果………………………………………………………94

4．1．3除锰机理的探求………………………………………………97

4．1．4小结……………………………………………………………98

4．2锰质活性滤膜理论(哈尔滨工业大学李圭白先生研究成果) …99

4．2．1哈尔滨平房区除铁设备………………………………………99

4．2．2 “锰质滤膜”理论…………………………………………101

4．3除铁除锰工艺的探索和工程实践(中国市政工程东北设计研究院的研究成果) 103

4．3．1沈阳市李官卜水源微污染地下水深度处理实验……………103

4．3．2鞍山大赵台水厂除铁除锰实验………………………………107

4．4地下水除铁除锰现代观……………………………………………107

第5章生物固锰除锰技术的理论研究……………………………………108

5．1 除锰滤池中生物量与Mn。’的氧化去除效率的研究……… 108

5．1．1模拟滤柱过滤实验……………………………………………108

5．1．2生产性实验……………………………………………………110

5．1．3实验室的培养基实验…………………………………………110

5．1．4分析与讨论……………………………………………………11l

5．2滤层生物活性来源的验证实验………………………………… 114

5．2．1实验材料与方法………………………………………………114

5．2．2结果与讨论……………………………………………………115

5．3生物滤层滤料的活性分析……………………………………… 117

5．3．1实验材料………………………………………………………117

5．3．2实验方法………………………………………………………117

5．3．3结果和讨论……………………………………………………118

5．4铁、锰在同一生物滤层中去除的实验研究…………………… 119

5．4．1鞍山大赵台水厂滤柱实验…………………………………120

5．4．2抚顺开发区除铁除锰水厂生产运行实验…………………124

5．4．3长春市双阳区水厂成熟滤柱实验…………………………125

5．5生物滤层铁、锰同时去除的规律探讨………………………… 126

5．5．1实验材料与方法………………………………………………126

5．5．2结果与分析……………………………………………………127

5．6滤层中Fe¨、Mn。’离子氧化还原的动态研究……………… 129

5．6．1无Fe。’含锰地下水成熟生物滤层过滤实验……………129

5．6．2无Fe。’水的生物滤层培养实验…………………………130

5．6．3自然地下水培养实验………………………………………132

5．7生物滤层与无菌滤层的除铁差异实验研究…………………… 133

5．7．1生物滤层与无菌滤层的除铁效果实验……………………133

5．7．2铁的生物氧化和非生物氧化所产生的铁泥的性状………134

5．8生物固锰除锰理论的确立……………………………………… 136

第6章生物除铁除锰工艺的微生物学研究 ……………………………137

6．1 自然界的铁、锰氧化、还原细菌…………………………… 137

6．2 自然界中的铁、锰氧化和还原……………………………… 137

6．3铁、锰氧化还原细菌的分类…………………………………… 139

6．4铁、锰氧化还原细菌的生理学………………………………… 145

6．4．1代表性的铁、锰氧化细菌(属) …………………………145

6．4．2从水厂分离到的铁、锰氧化细菌…………………………146

6．5细菌氧化铁、锰的机理………………………………………… 150

6．5．1生物氧化的类型……………………………………………150

6．5．2细菌氧化Fe。’的机理……………………………………151

6．5．3细菌氧化Mn。’的机理……………………………………152

6．6铁、锰氧化细菌的酶学研究…………………………………… 153

6．6．1细菌的生物催化剂——酶…………………………………153

6．6．2铁、锰氧化还原酶(系) …………………………………155

6．7生物除铁除锰滤池……………………………………………… 156

6．7．1滤料缝隙中的铁泥及其作用………………………………157

6．7．2滤料上的生物膜及其特点…………………………………157

6．7．3滤层中生物量及其分布规律………………………………161

6．7．4滤层中生物活性的变化规律………………………………164

6·7·5滤层内的菌群形态…………………………………………166

6·7．6铁、锰离子对亚硝化和硝化反应的不同效应……………167

6．8生物滤层中锰去除反应动力学研究…………………………… 169

6．8．1生物除铁除锰动力学基础…………………………………160

6．8．2滤层内锰去除反应动力学分析……………………………170

6．8．3滤层内锰去除反应动力学模型假设………………………171

6．8．4实验验证……………………………………………………172

6．9微生物固定化技术……………………………………………… 175

6．9．1微生物固定化过程……………………………………………175

6．9．2影响微生物固定的重要因素…………………………………177

6．9．3生物f涂铁除锰滤池中的微生物固定技术………………… 177

第7章生物固锰除锰理论工程应用技术研究……………………………179

7．1曝气溶氧的实验研究………………………………………………179

7．1．1生物氧化除铁、除锰的需氧量………………………………179

7·1·2生物除铁除锰滤层需氧量的测定……………………………180

7．1．3曝气装置………………………………………………………182

7．1．4工程应用………………………………………………………185

7·2生物除铁除锰滤池不同过滤方式的实验研究…………………… 185

7·2-1实验材料……………………………………………………… 186

7·2·2实验方法与结果………………………………………………186

7·3生物滤层结构………………………………………………………188

7·3·1均质滤料和级配滤料…………………………………………188

7·3．2不同材质滤料生物滤层除铁除锰效能比较…………………190

7．3．3软质滤料………………………………………………………191

7．3．4天然轻质页岩…………………………………………………192

7．3．5双层滤料………………………………………………………193

7．4除铁、除锰生物滤层的建立………………………………………194

7．4．1贫营养微生物的生态特性……………………………………194

7．4．2细菌的选择和接种……………………………………………195

7．4．3培养过程的调控………………………………………………195

7．4．4其他参数的调控………………………………………………197

7．4．5生物除铁除锰滤层培养范例…………………………………198

7．4．6建立生物除铁除锰滤层的总结………………………………201

7．5生物除铁除锰水厂的设计与运行…………………………………202

7．5．1含铁含锰地下水供水系统的总体布局………………………202

7．5．2生物除铁除锰水厂标准流程…………………………………202

7．5．3单体构筑物设计参数…………………………………………203

7．5．4生物除铁除锰水厂的维护和管理…………………………206

7．6生物除铁除锰工艺与锰质滤膜接触氧化除锰工艺的比较…… 206

7．6．1工艺流程的比较………………………………………………206

7．6．2铁、锰氧化机制的比较………………………………………207

7．6．3去除效果的比较………………………………………………207

7．6．4对微污染地下水的适应性……………………………………208

7．6．5经济性…………………………………………………………208

第8章生物固锰除锰机理在工程中的应用………………………………209

8．1沈阳经济开发区生物除铁除锰水厂的设计…………………… 209

8．1．1供水水源与原水水质…………………………………………209

8．1．2生物除铁除锰水厂的工艺设计………………………………209

8．1．3生物除铁除锰滤池的接种培养与成熟………………………213

8．1．4生物除铁除锰滤池的正常运行………………………………214

8．1．5讨论……………………………………………………………215

8．1．6结论……………………………………………………………216

8．2兰西镇生物除铁除锰水厂……………·…………………………216

8．2．1水厂设计规模与供水水源……………………………………216

8．2．2取水形式与净水厂位置………………………………………217

8．2．3除铁除锰工艺方案的选择……………………………………217

8．2．4净水厂设计……………………………………………………218

8．2．5滤池接种、培养与运行………………………………………221

8．2．6讨论与分析……………………………………………………222

8．3佳木斯江北大型地下水生物除铁除锰工程………………………223

8．3．1城市概况………………………………………………………223

8．3．2水源的选择……………………………………………………223

8．3．3净水厂设计……………………………………………………225

8．4东丰县第二水厂……………………………………………………228

8．4．1东丰县城市与水资源概况……………………………………228

8．4．2第二水厂扩建工程……………………………………………228

8．5生物除铁除锰技术工程应用的总结………………………………231

8．5．1原水水质与滤池的成熟期……………………………………23l

8．5．2净化工艺流程…………………………………………………233

8．6生物除铁除锰技术展望……………………………………………234

主题词索引……………………………………………………………… 235

主要参考文献…………………………………………………………… 239