小規模水廠鐵錳曝氣氧化-沉淀-過濾凈化消毒組合技術研究

馬維群

中鐵二十局集團第三工程有限公司，重慶 400000

在我國一些以地下水為飲用水主要來源的村鎮地區，往往存在地下水中的微生物含量以及鐵錳含量超標的問題，如果不對這些污染負荷進行有效的凈化消毒處理，就會對村鎮地區人民的身體健康造成嚴重的威脅。但是這些地區的水廠規模都相對比較小，在凈化處理的技術和設備方面存在著一定的不足之處，因此，小規模水廠更要高度重視對現有設備的充分利用，并加大技術創新的力度。本文以西北地區某村鎮小規模水廠為例，該廠利用泵余壓來展開曝氣射流，對進入曝氣池的地下水進行處理，使地下水中的鐵錳元素發生氧化反應后沉淀。此外，還綜合利用了多種濾料來進行分級過濾，同時結合紫外線消毒技術，進一步提高了地下水的處理效果，保障了村鎮居民的飲用水安全。

1 小規模水廠鐵錳曝氣氧化-沉淀-過濾凈化消毒組合技術

1.1 對地下水進行射流曝氣處理的技術分析

射流曝氣技術主要是利用了地下水提升泵中所產生的余壓來作為射流器的動力來源，以實現微曝氣射流。射流曝氣的作業主要是促使地下水中所含有的二價氧化鐵成分發生氧化作用并形成三價鐵，從而產生膠體以及沉淀。同時也可以促使地下水中所含有的氨氮發生氧化作用，從而產生硝酸鹽氮成分，此外，還能夠對地下水中的錳元素以及其他有機物進行氧化。通過實踐應用發現，在經過3～4d的曝氣沉淀后，地下水中的鐵錳元素含量將趨于穩定，此時水體中的鐵錳含量值也就是通過曝氣沉淀技術能夠分離鐵錳的最大值。

1.2 通過實驗研究合理選擇組合濾料

在選擇濾料組合時，常用的備選濾料包括普通的煤質柱狀活性炭或者椰殼活性炭、石英砂、麥飯石以及錳砂等，濾料組合的確定需要進行相關的試驗檢測。一般采用的組合方式主要有5種：

（1） 第一級為石英砂，第二級為錳砂，第三級為粒徑在0.6到1.2mm之間的石英砂，最后一級普通活性炭的濾料組合方式；

（2） 第一級為錳砂，第二級采用石英砂，第三級使用粒徑在0.6～1.2mm之間的石英砂，最后一級使用普通活性炭的濾料組合方式；

（3） 第一級選用石英砂、第二級選用錳砂，第三級使用粒徑在0.6～1.2mm之間的石英砂，最后一級改用椰殼活性炭的濾料組合方式；

（4） 第一級采用石英砂，第二級用麥飯石，最后一級選用椰殼活性炭的濾料組合方式；

（5） 第一級選用麥飯石，第二級使用錳砂，第三級為麥飯石，而最后一級采用普通活性炭的濾料組合方式。

在試驗過程中，地下水應在每種濾料組合方式中的停留時間均為1h，然后觀察并測量每種濾料組合對污染負荷的去除指標。經過試驗檢測發現，采用石英砂、錳砂、麥飯石以及椰殼活性炭的這種濾料組合方法去污染負荷的能力最強，不僅水體的色度和渾濁度得到了明顯的改善，而且能夠有效去除水體重點鐵錳元素、菌落、有機物、氨氮以及硝酸鹽氮成分，凈化過濾效果十分理想。

此外，針對石英砂、錳砂、麥飯石以及椰殼活性炭的這一濾料組合方式還開展了不同停留時間對過濾效果影響的試驗，以檢測停留時間對去除鐵錳元素效果的影響。在本次實驗中所使用的溶液內鐵元素的的含量為15mg/L，而錳元素的含量則是1.5mg/L。設定的停留過濾時間分別為4.5、4、3.5、3、2.5、2、1.5、1.0、0.5h。通過對試驗結果的測定發現，去除鐵錳的效果與停留時間成正比，但是當停留時間超過1.5h后，水體中的鐵錳含量相對穩定。在該小規模水廠中本試驗持續了3個月，經過對出水水體的連續檢測發現，當停留時間達到1h以上時，過濾后的水體中的鐵錳含量分別為鐵濃度小于0.5mg/L，而錳濃度則小于0.3mg/L，這一含量值已經達到并優于了我國的飲用水標準，說明該技術具有良好的處理效果。

1.3 反沖洗處理技術

小規模水廠在應用多級濾料對地下水進行過濾處理后，還需要對濾料進行反沖洗。在實際操作時，應根據濾池的面積以及水體深度來選擇相應的空壓機設備，選擇設備時重點要考慮其出口壓力以及排量。該廠在實踐應用中發現，反沖洗可以利用凈化過濾后的水體，并采用氣升水淋技術進行3～5次的沖洗，再由自吸泵通過濾池底部或者濾柱將水排空。其中，所謂一次指的是同時導入水氣，且從下部引入氣體，而從上部倒進水體。濾池中水進滿后，進行5min的進氣，最后由自吸泵將水體排空的這一過程為一次。當排水的渾濁度以及色度從視覺效果上看基本接近反沖洗用水時，該濾池的反沖洗就完成了。在該水廠的應用實踐中，反沖洗主要針對的是前三級濾料，而最后一級由于使用的是活性炭濾料，因此，不需要采用反沖洗技術，只要根據活性炭的性能狀態對其進行更換即可。

1.4 利用紫外線照射進行消毒

利用紫外線進行殺菌消毒是小規模水廠中的常用技術之一。在實踐應用中，要根據微生物菌落的數量來確定紫外線的照射劑量。同時，氣殺菌效果還會受到紫外線照燈的具體類型、輸出能量、使用時間一級光強等因素密切相關。此外，紫外線照燈發生老化時，氣強度將喪失30%～50%左右。而紫外線的照射劑量則要根據細菌滅活率的要求來確定。紫外線的消毒效率與氣照射劑量成正比。但在實踐應用中，受設備尺寸的限制，照射通常只能維持幾秒鐘的時間，所以必須提高紫外照燈燈管的輸出強度（UVC），這也是紫外線照燈的重要性能參數之一。對地下水進行消毒時，照射劑量應不小于300J/m3。如果不能達到設一標準，就可能發生光復活，也就是說出水在可見光的照射下，病菌會復活，這樣就無法達到徹底殺死病菌的效果，影響了飲用水的安全性。當對殺菌效率有較高的要求時，也應相應增加照射劑量。透光率也是對紫外光殺菌效果產生影響的關鍵性因素之一，在紫外光的照射時間一級輸出強度保持恒定的條件下，不同的透光率會對微生物實際接收到的照射劑量產生直接的影響。

目前比較常用的紫外線消毒技術主要是低壓紫外照射技術，一部分大型水廠采用了更加先進的高強度中壓或者低壓紫外照燈，這種高強度照燈可以大量減少所使用的燈管數量，占地面積更小，所需要的安裝成本以及后期的維護檢修成本也更低。同時，該技術還能夠適用于水質較差水體的消毒處理。而在該小規模水廠中采用的則是管道式的紫外消毒方式，這種方式主要是將紫外管道式消毒裝置加設進入村鎮的主管道上。本次使用的紫外消毒設備的總功率達到了80w，其流量為6m3/h，同時燈管可以連續使用9000h。這一紫外消毒設備具有良好的消毒效果，技術也比較成熟，特別是其燈管在村鎮的小規模水廠中能夠使用大約3年時間，其實用性比較好。

2 科學確定各項技術參數

鐵錳曝氣氧化-沉淀-過濾凈化消毒組合技術充分利用了提升泵所產生的余壓作為射流器動力，進行射流曝氣，使地下水中的鐵錳元素氧化后形成沉淀膠體。同時，綜合利用多級濾料組合來去除其他的污染負荷。此外，配合以反沖洗、以及紫外消毒等相關技術，對水體進行進一步的消毒凈化處理。最后利用重力供水系統將符合衛生標準的飲用水提供給農戶。

在該成套過濾凈化技術中，射流微曝氣在沉淀期間的停留時間應設定為3～4h。水體在過濾中停留的最佳時間應設定為1～1.5h。整體工程的停留時間應設定為6～8h，其中主要是應合理延長對前三級濾料進行反沖洗時所需要的時間，此外，還應科學確定更換活性炭的周期。

3 結語

自該小規模水廠推廣應用了鐵錳曝氣氧化-沉淀-過濾凈化消毒組合技術以來，處理后的地下水中微生物菌落的數量、鐵錳元素的含量以及CODMn含量分別下降了18%、74%以及24%，地下水的處理規模約為50m3/d，其投資成本在為800～1000元/m3，而運行成本大約在每立方0.5～0.7元/m3。經過綜合凈化消毒技術處理后的水體中所含的各種元素含量均達到了我國規定的飲用水標準。實踐證明，這種將射流曝氣、過濾鐵錳元素、反沖洗以及紫外燈等多種處理消毒技術綜合運用的方法已經取得了良好的效果，技術較為成熟，能夠保證水質處理的穩定性，其運行成本也比較低，具有很高的應用價值。