生物濾層內(nèi)錳去除反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及影響因素研究.pdf

1、本文以生物固錳除錳理論為依據(jù)，通過(guò)理論分析、模擬濾柱與生產(chǎn)性試驗(yàn)、微生物學(xué)觀察、分析與計(jì)算，對(duì)除鐵除錳生物濾層內(nèi)鐵、錳氧化細(xì)菌的特性、除鐵除錳生物膜的特點(diǎn)、錳去除反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型、參數(shù)的變化及影響因素、濾層中Fe<'2+>的生化效應(yīng)等進(jìn)行了詳細(xì)研究。旨在客觀、全面地揭示生物濾層中的錳去除反應(yīng)動(dòng)力學(xué)變化規(guī)律和特點(diǎn)，以期為生物除鐵除錳濾池的設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)方法和運(yùn)行控制提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。 除鐵除錳生物濾層的建立及穩(wěn)定運(yùn)行試驗(yàn)表明，適宜

2、的反沖洗操作是保障濾池生物活性增強(qiáng)和維系的重要因素；濾層中微生物以兩種形式存在，生物膜是成熟除鐵除錳生物濾層的核心；貧營(yíng)養(yǎng)微生物的特點(diǎn)決定了鐵、錳氧化細(xì)菌具有特殊的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和基質(zhì)利用特性；成熟的除鐵除錳生物膜薄而稀疏，但活性強(qiáng)、去除效率高。 通過(guò)傳統(tǒng)的細(xì)菌計(jì)數(shù)、顯微鏡觀察并結(jié)合濾后水水質(zhì)，發(fā)現(xiàn)了除鐵除錳生物濾層內(nèi)細(xì)菌數(shù)量及其分布在時(shí)間和空間上的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。濾層內(nèi)除錳能力的變化趨勢(shì)和特點(diǎn)與濾層內(nèi)細(xì)菌數(shù)量及其分布的變化規(guī)律大體上是

3、一致的。認(rèn)為濾層內(nèi)微生物活性的變化主要與其內(nèi)在的錳去除反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律有關(guān)，其次與外在的環(huán)境變化有關(guān)；反沖沈可部分恢復(fù)因環(huán)境變化引起的生物活性的降低。 以莫諾方程為基礎(chǔ)，對(duì)濾層內(nèi)錳去除反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析，提出并證明，除鐵除錳生物濾層在運(yùn)行過(guò)程中既存在高底物濃度的反應(yīng)模型，也存在中、低底物濃度的反應(yīng)模型，并仍可用莫諾方程式的推論形式表示。 影響因素的試驗(yàn)表明，運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短是影響濾層內(nèi)的錳去除反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型的重要原因之一。

4、在運(yùn)行時(shí)間較短的情況下，濾層內(nèi)的錳去除反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型表現(xiàn)為高底物濃度反應(yīng)模型；隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，濾層內(nèi)的錳去除反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型由高底物濃度反應(yīng)模型演變?yōu)?，沿濾層深度的增加依次存在典型的高、中、低底物濃度反應(yīng)類型。體現(xiàn)了一個(gè)從量變到質(zhì)變的動(dòng)念變化過(guò)程。 認(rèn)為運(yùn)行時(shí)間的長(zhǎng)短引起的錳去除反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型及參數(shù)的變化實(shí)質(zhì)是濾層內(nèi)微生物數(shù)量與活性的變化引起的。試驗(yàn)表明。細(xì)菌數(shù)在4.5×10<'6>個(gè)/mL濕砂以下、錳濃度在2.2488mg/

5、L以上時(shí)，錳去除反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型應(yīng)表現(xiàn)為高底物反應(yīng)類型。細(xì)菌數(shù)在4.5×10<'3>個(gè)/mL濕砂以上、錳濃度在0.5188mg/L以下時(shí)，錳去除反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型應(yīng)表現(xiàn)為低底物反應(yīng)類型。而錳濃度在0.5188mg/L至2.2488mg/L之間時(shí)，因?qū)?yīng)的細(xì)菌數(shù)的不同，錳去除反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型既可表現(xiàn)為高底物反應(yīng)類型，也可表現(xiàn)為低底物反應(yīng)類型，鐵對(duì)錳去除影響的試驗(yàn)表明，濾層內(nèi)能夠影響錳去除動(dòng)力學(xué)的是鐵離子的狀態(tài)而不是鐵離子的濃度。一定濃度的Fe<'