一种两级过滤生物除铁除锰工艺的启动方法属于地下水净化领域。本发明经过滤柱的培养运行，在低滤速下培养滤柱，并逐级提高滤速，采取弱反冲、尽量延长工作周期的策略，并协调两滤柱之间的运行，在低温高铁高锰水质下，使滤层具有了除铁除锰效果，实现了工艺的启动，使出水达到国家饮用水标准，经过一级滤速和二级滤速及其相应运行参数的调整，找到了工艺稳定运行的优化运行参数。
1.一种两级过滤生物除铁除锰工艺的启动方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：
1)反应器搭建：反应器系统包括依次连接的一级滤柱、中间水箱和二级滤柱、还包括反冲洗水泵；滤柱中填装滤料是无烟煤或者是石英砂或者是锰砂，滤料厚度均为1000mm～
2)工艺流程：进水经曝气之后，依次流经一级滤柱、二级滤柱，即一级滤柱出水为二级滤柱进水，其中，当处理铁>10mg/L、锰>2mg/L且氨氮含量大于2.8mg/L的水质时，即需氧量大于水中最大饱和溶解氧量时，在一级滤柱和二级滤柱前分别进行曝气为净化水提供充足溶解氧量，反冲洗水来自滤后水；
3)滤柱培养：进水为含铁和锰地下水，pH为6～7，一级滤柱以2m/h滤速开始运行，出水注入中间水箱，再由二级潜水泵抽取进入二级滤柱，二级滤柱以1m/h的滤速运行；当二级滤柱出水铁＜0.3mg/L，出水锰＜0.1mg/L，并且运行稳定后：即保持出水铁＜0.3mg/L，出水锰＜0.1mg/L一周以上，提高二级滤速，提高幅度为1m/h，一级滤速随着二级滤速的提高也相应提高1m/h，一级滤柱初始工作周期定为120～168h，随着滤速的提高不断缩短，缩短幅度为24～36h，原则上使一级滤柱不堵塞为宜，反冲强度使滤料的膨胀率达到10％～20％，初始反冲时间2～3min，随着滤速的提高不断提高，提升幅度为0.5min～1min，二级滤柱不进行反冲；最终，反应器在一级滤柱达到12m/h的滤速下，二级滤柱达到12m/h的滤速下稳定运行，两者均达到了一级过滤生物除铁除锰工艺设计滤速的2倍，一级滤柱反冲洗周期为24～
36h，反冲时间5min，反冲强度使滤料的膨胀率达到10％～20％，二级滤柱不进行反冲，出水铁＜0.3mg/L，出水锰＜0.1mg/L，并稳定运行一周以上，从而实现两级过滤生物除铁除锰工艺的启动；
4)优化运行：工艺完成启动以后，在保证二级出水达标的情况下，逐渐提高一级滤速，确定一级滤柱以24h为周期运行时对应的滤速，同时调整二级滤速，一级滤速与二级滤速以
1:1的滤速比运行，如果出水不合格，逐渐降低二级滤速，最多降至一级滤速与二级滤速比值为2:1，如果出水还不合格则需要降低一级滤速，重复之前对二级滤速的调整，直到出水合格为止，出水合格为：出水铁＜0.3mg/L,出水锰＜0.1mg/L。
一种两级过滤生物除铁除锰工艺的启动方法
技术领域
[0001] 本发明属于地下水净化领域。具体涉及处理低温、高铁高锰地下水的两级过滤生物除铁除锰工艺启动方法及优化运行策略。
背景技术
[0002] 目前，在处理高铁(铁＞10mg/L)高锰(锰＞1mg/L)水质时，采用一级过滤生物除铁除锰工艺，仍然存在亚铁与氧化锰的接触导致生物膜难以形成、同层去除反冲参数的难以控制，含氨氮等复杂含铁锰水质溶解氧量供给不足等的问题，特别是在低温水质生物活性降低的情况下滤池更无法为微生物提供稳定的生长环境。而通过实验研究发现，两级过滤生物除铁除锰工艺完全可以解决以上问题。两级过滤生物除铁除锰工艺能够实现一级过滤利用化学接触氧化作用除铁，二级过滤利用生物介导作用除锰的效果，避免了高铁高锰水质下亚铁与氧化锰的接触；对一级滤池与二级滤池分开进行反冲，同层去除反冲参数的难以控制的问题得到解决，二级除锰滤池反冲周期长，微生物生长环境稳定，有利于低温水质下铁锰氧化细菌的富集；两级过滤可对处理水进行二次曝气，对含氨氮等复杂含铁锰水质可提供充足的溶解氧量。因此，对于两级过滤生物除铁除锰工艺的研究意义重大。
[0003] 对于一级过滤生物除铁除锰工艺的启动的研究，已经对源水水质、滤速、反冲洗强度、滤料分别作了研究，但是，对于两级过滤生物除铁除锰工艺的启动，不仅要考虑各级滤池的进水水质、滤速、反冲洗强度，还要考虑各级滤池之间的进水水质、滤速、反冲洗之间的关系。而工艺完成启动后，需要实现工艺运行的最佳运行，对于一级滤柱需要寻求合适的反冲周期，保证其经济高效的运行，对于二级滤柱，则要确定合适的二级滤速，使出水能够达标。如何实现快速启动，以及在何种参数下运行达到最优效果，目前并没有这方面的研究。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种两级过滤生物除铁除锰工艺的启动方法和最佳运行策略。
[0005] 本发明实例中，对于反应器基本状况进行了具体描述，但本方法并不局限于反应器规模，可以应用到工程实践。
[0006] 一种两级过滤生物除铁除锰工艺的启动及优化运行策略,其特征在于该方法按以下步骤进行：
[0007] 1)反应器系统包括依次连接的一级滤柱、中间水箱和二级滤柱、还包括反冲洗水泵。滤柱高3000mm，滤柱中填装滤料是无烟煤或者是石英砂或者是锰砂，滤料厚度均为1000mm～1300mm，粒径1～2mm，垫层300～400mm。详细反应器结构见附图1。
[0008] 2)工艺流程：进水经曝气之后，依次流经一级滤柱、二级滤柱，即一级滤柱出水为二级滤柱进水，其中，当处理铁>10mg/L、锰>2mg/L且氨氮含量大于2.8mg/L的水质时，即需氧量大于水中最大饱和溶解氧量时，在一级滤柱和二级滤柱前分别进行曝气为净化水提供充足溶解氧量，反冲洗水来自滤后水。
[0009] 3)滤柱培养：进水为含铁和锰地下水，pH为6～7，一级滤柱以2m/h滤速开始运行，出水注入中间水箱，再由二级潜水泵抽取进入二级滤柱，二级滤柱以1m/h的滤速运行。当二级滤柱出水铁＜0.3mg/L，出水锰＜0.1mg/L，并且运行稳定后：即保持出水铁＜0.3mg/L，出水锰＜0.1mg/L一周以上，提高二级滤速，提高幅度为1m/h，一级滤速随着二级滤速的提高也相应提高1m/h，一级滤柱初始工作周期定为120～168h，随着滤速的提高不断缩短，缩短幅度为24～36h，原则上使一级滤柱不堵塞为宜，反冲强度使滤料的膨胀率达到10％～20％，初始反冲时间2～3min，随着滤速的提高不断提高，提升幅度为0.5min～1min，二级滤柱不进行反冲。最终，反应器在一级滤柱可以达到12m/h的滤速下，二级滤柱达到12m/h的滤速下稳定运行，两者均达到了一级过滤生物除铁除锰工艺设计滤速的2倍，一级滤柱反冲洗周期为24～36h，反冲时间5min，反冲强度使滤料的膨胀率达到10％～20％，二级滤柱不进行反冲，出水铁＜0.3mg/L，出水锰＜0.1mg/L，并稳定运行一周以上，从而实现两级过滤生物除铁除锰工艺的启动。
[0010] 4)优化运行：工艺完成启动以后，在保证二级出水达标的情况下，逐渐提高一级滤速，确定一级滤柱以24h为周期运行时对应的滤速，同时调整二级滤速，一级滤速与二级滤速以1:1的滤速比运行，如果出水不合格，逐渐降低二级滤速，最多降至一级滤速与二级滤速比值为2:1，如果出水还不合格则需要降低一级滤速，重复之前对二级滤速的调整，直到出水合格为止，出水合格为：出水铁＜0.3mg/L,出水锰＜0.1mg/L。
[0011] 本发明具有以下有益效果：
[0012] 1)本发明提供了一种低温高铁高锰地下水水的有效稳定的处理工艺；
[0013] 2)本发明提供了一种两级过滤生物除铁除锰工艺的启动方法；
[0014] 3)本发明提供了在低温高铁高锰水质下，两级过滤工艺优化运行策略。
[0015] 本发明经过滤柱的培养运行，在低滤速下培养滤柱，并逐级提高滤速，采取弱反冲、延长工作周期的策略，并协调两滤柱之间的运行关联，在适当的运行参数下使滤层具有了除铁除锰效果，出水达到国家饮用水标准，找到了工艺运行的最佳参数。
[0016] 以下结合具体实施方式对本发明作进一步描述，但本发明的保护范围并不局限于此。附图说明：
[0017] 图1是本发明采用的滤柱试验装置示意图。图中一级滤柱1、滤料2、取样口3、垫层4、流量计5、阀门6、水泵7、喷淋头8、中间水箱9、溢流口10和二级滤柱11。
[0018] 图2是滤料培养前后的外观图片。
[0019] 图3是采用本发明方法的工艺启动过程中进出水铁锰浓度趋势图。
[0020] 图4是采用本发明方法提供的最优化运行策略下进出水铁锰浓度趋势图。
[0021] 图5是在采用本优化运行策略得出的运行参数下工艺稳定运行的进出水铁锰浓度变化趋势图。
具体实施方式
[0022] 实施例一
[0023] 本发明提供了一种两级过滤生物除铁除锰工艺处理低温高铁高锰地下水的启动和最优运行策略，其要点在于：低滤速培养滤柱、逐级提高滤速、采取弱反冲、兼顾两级过滤运行。
[0024] 1)反应器组装：反应器系统由一级滤柱、一级潜水泵、中间水箱、二级滤柱、二级潜水泵、反冲洗水泵组成。滤柱高3000mm，滤料来自佳木斯江北水厂滤池无烟煤滤料，其他滤料皆可，滤料厚度1300mm，垫层300mm。详细反应器结构见附图1。
[0025] 2)工艺流程：一级进水来自江北水厂经跌水曝气之后的水，由一级潜水泵直接从滤池配水槽抽取，从一级滤柱上部进水口进入，反冲洗水来自水厂滤后水；二级进水来自一级滤柱滤后水，由二级潜水泵从中间水箱抽取，从二级滤柱上部进入，反冲洗水来自水厂滤后水。
[0026] 3)滤柱培养：原水的ph约为6～7，为中性条件，溶解氧浓度8～9mg/L，总铁10～14mg/L，总锰浓度1～2mg/L，水温5～6℃，属于低温高铁高锰地下水。初始，地下水经曝气后进入一级滤柱，一级滤柱以2m/h滤速开始运行，一级滤速随着二级滤速的提高也相应提高，提高幅度为0.5～1m/h，一级滤柱初始工作周期定为168h，随着滤速的提高逐渐缩短,缩短幅度为24～36h，使一级滤柱不堵塞为宜，反冲强度使滤料的膨胀率达到10％为宜，初始反冲时间2～3min，随着滤速的提高不断提高，提升幅度为0.5min～1min。一级滤柱出水注入中间水箱，再由二级潜水泵抽取进入二级滤柱，二级滤柱以小于一级滤柱的滤速1m/h开始运行，当二级出水达标并且稳定后，提高二级滤速1m/h，整个过程不对二级滤柱进行反冲。
最终，一级滤柱可以在达到12m/h的滤速下，二级滤柱滤速达到12m/h，对应一级滤柱反冲洗周期为24h，二级滤柱不进行反冲，出水铁＜0.3mg/L，出水锰＜0.1mg/L，符合国家标准，可实现两级过滤生物除铁除锰工艺的启动，滤料培养前后见附图2，滤柱培养过程进出水铁、锰浓度趋势见附图3。
[0027] 4)优化运行：工艺完成启动以后，在保证二级出水达标的情况下，逐渐提高一级滤速，实验表明，在滤速提高的过程中一级滤速从大于13.5m/h开始，其反冲周期小于24h，反冲过于频繁，不利于经济运行；在一级滤速13.5m/h的条件下，二级滤速与一级滤速采取1:1的配比完全可以使二级出水达标，并且两级滤速最高达到了17m/h，因此，确定二级滤速可为12～13.5m/h，优化过程中进出水铁、锰浓度趋势见说明书附图4。最终确定最佳工艺运行参数：一级滤柱滤速13.5m/h，反冲周期24h，反冲时间5min，二级滤速12～13.5m/h，不进行反冲。在此参数下，工艺稳定运行过程中进出水铁、锰浓度趋势见图5。
