专利名称：一种连续运行的低溶解氧生物除铁固锰装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于水处理技术领域，具体涉及一种用于含铁、锰和微量有机物污染的地下水净化装置。
背景技术：
地下水是水资源的重要组成部分，由于水量稳定、水质优良，成为部分地区或城市的重要水源之一。在地下环境中生成的重碳酸盐和一些络合物,使铁、锰溶于水中并随水迁移，导致部分地区地下水中铁、锰离子浓度较高。当铁、锰离子含量超过一定限值时，在输配水管网中会形成铁锰沉淀，破坏输配水关键设备。长时间饮用高铁、锰的地下水，会影响人的饮食并引起消化系统和骨骼系统疾病，过量摄入铁锰还会损伤动脉内壁和心肌，容易造 成冠状动脉窄而引发冠心病。因此，含高铁、锰的地下水在使用前必须进行处理，使其浓度达到国家规定的标准限值。地下水除铁除锰技术的发展经历了三个阶段。第一阶段的除铁、锰技术是以曝气充氧氧化法为主，利用水中的溶解氧将Fe2+和Mn2+氧化成Fe3+和Mn4+的絮状物，经过絮凝沉淀后过滤去除。为了保障铁锰氧化生成絮凝体过程的顺利进行，要求水的PH值不低于7. O,而且充氧还能够进一步去除水中溶解的CO2,间接提高水的pH值。第二阶段是以曝气接触过滤技术为基础。含铁地下水经过曝气后直接进入锰砂滤料层，滤料表面形成的活性滤膜能够催化氧化水中的Fe2+和Mn2+离子,从而达到去除水中铁、猛的目的。然而，水厂生产运行显示，采用曝气接触除铁、锰工艺的水厂，除个别水厂出水锰浓度达标并长期稳定外，绝大多数水厂的除锰效果未达到设计要求。为了克服生产实践中的除锰难题，地下水除铁、锰技术发展进入第三阶段，这个阶段中地下水中铁、锰的去除是以细菌除锰为基础，这就是生物除铁固锰理论。生物除铁固锰理论认为，在运行良好的水厂中，Mn2+的氧化是以Mn2+氧化细菌为主的生物氧化作用，而不是曝气充氧的化学接触氧化或滤料表面生成的滤膜催化氧化。受此理论影响，传统水厂工艺由一级弱曝气过滤除铁、二级强曝气过滤除锰的两级曝气两级过滤工艺，改进为弱曝气单级过滤除铁、锰工艺。这种简化工艺充分利用了 FeOOH的接触催化氧化除铁和生物酶催化氧化除锰的协同作用，在一个反应池内同时完成Fe2+、Mn2+的去除，是一种高效、经济的饮用水除铁、锰工艺。以弱曝气单级过滤技术为基础建设的水厂，通常采集土著锰氧化细菌经扩增后接种于滤池，待培养结束后开始生产运行。随着时间的推移，滤料表面的锰氧化细菌逐渐生殖，形成一层具有固锰作用的生物膜。同时，滤层的水头损失也逐渐增大，达到一定时间后必须对滤池进行反冲洗。反冲洗一方面使滤料表面死亡或过量的生物膜脱落，降低滤层的水头损失，使滤层恢复生产，另一方面，也降低了滤料表面生物膜量，导致反冲洗完成后，滤层初期出水水质变差
实用新型内容
[0006]本实用新型提供一种连续运行的低溶解氧生物除铁固锰装置，目的是克服反冲洗降低滤料表面生物膜量，导致滤料床不能连续运行的弊端，使滤料床除铁除锰和滤料清洗在同一反应器内完成，提高装置的运行稳定性。本实用新型解决的技术问题的方案是采用罐体、滤料清洗管、进水管、集水干管、提升管、泥水分离器和排泥管构成连续运行的低溶解氧生物除铁固锰装置，滤料清洗管的底部是料管锥体，罐体的底部是罐锥体，滤料清洗管在罐体内，料管锥体底部通过提升管固定连接罐锥体底部，提升管上安 装有泵体，泵体连接有压缩空气管，压缩空气管的另一端在罐体外，泵体与料管锥体底部的罐体内安装有水平放置的集水干管，集水干管上装有开口向下的集水头，集水干管连接有集水管，集水管在罐体外部，滤料清洗管的上部外侧有泥水分离器，泥水分离器由滤板、挡板和外沿构成，滤板靠近滤料清洗管外壁，外沿靠近罐体内壁，挡板在滤板和外沿之间，滤板底部与滤料清洗管外壁之间有重力阀门，罐体上连接有进水管，进水管对应泥水分离器，滤板和外沿在底部交汇，排泥管连接在滤板和外沿底部交汇处，排泥管另一端在罐体外部。罐体内装有滤料，滤料和水分界线与水位线之间的区域为混合区(A区);滤料和水分界线与集水干管之间的区域为反应区(B区)；集水干管与滤料床底部罐锥体之间的区域为滤料待处理区(C区)；滤料清洗管下半部为滤料清洗区(D区)；滤料清洗管中部设置缩放口，所辖区域为水流加速区(E区)；滤料清洗管上部为气水分离区(F区)；滤料清洗管上部外壁与滤板之间的区域为滤料沉积区(G区)，重力阀门设置在滤料沉积区底部；滤板、挡板之间的区域为泥水分离区(H区)。工作过程整个装置内部分为混合区(A区)、反应区(B区)、滤料待处理区(C区)、滤料清洗区(D区)、水流加速区(E区)、气水分离区(F区)、滤料沉淀区(G区)和泥水分离区(H区)。含有铁、锰离子和微污染有机物的地下水由进水管进入，与泥水分离区(H区)向外漫流的富氧水，在混合区(A区)进行混合，混合后水中溶解氧浓度为4-5mg/L。混合后的水受重力作用向下流动，经过滤料和水分界线到达滤料床，进入反应区(B区)，水中的铁、锰离子和微污染有机物经过滤料床的时候，在低溶解氧和生物膜的双重作用下，从水中去除。清洁的水继续向下流动，一部分水经过集水头的时候被收集到集水干管中，最后通过集水管18供给用户。另一部分水继续向下流动到达滤料床底部罐锥体处，即滤料待处理区(C区)。压缩空气通过压缩空气管进入提升管，在压缩空气及泵体的作用下，滤料待处理区(C区)的水和待清洁的滤料被提升到滤料清洗管的下半部，即滤料清洗区(D区)。压缩空气与水形成的紊流加速滤料碰撞，使滤料表面附着生长的生物膜脱落，并随水和滤料一起向上运动。脱落的生物膜具有大比表面积，能够大量吸附水中的有机物和离子。脱落的生物膜、滤料和水随着空气向上运动的过程中，在水流加速区(E区)附近形成更强的紊流和碰撞效果，进一步清洁滤料。脱落的生物膜与滤料、水和空气继续向上运动，达到滤料清洗管上部的气水分离区(F区)。在气水分离区(F区)，空气从水中逸出，完成气水分离。在滤料清洗阶段，压缩空气形成的曝气作用使滤料清洗管中水的溶解氧达到饱和。滤料、脱落的生物膜和经过充氧的水漫过滤料清洗管顶部，流向滤料沉淀区(G区)。滤料经过倾斜设置的滤板的时候，由于直径大于滤板上孔道的孔径而不能穿过滤板，被截留在滤料沉淀区(G区)，沉降到滤料沉淀区(G区)底部的重力阀门的上部，并逐渐累积。当滤料累积达到一定高度时，重力阀门自动打开，堆积的滤料受重力向下运动，最后落入滤料床的上部。脱落的生物膜和经过充氧的水能够穿过倾斜设置的滤板中的孔道，进入泥水分离区(H区)，过水断面增大，水流速度降低，脱落的生物膜逐渐沉淀到泥水分泥区(H区)底部的集泥斗中，最后通过集泥斗底部设置的集泥管排出滤罐外。完成泥水分泥后，经过充氧的清洁水穿过挡板，流向泥水分离系统的外沿，最终漫过泥水分离系统的外沿流向混合区(A区)，与进入滤罐的待处理水混合。在滤料清洗管中部的内径处安装有缩放管，使脱落的生物膜与滤料、水和空气经过滤料清洗管中部的时,流速进一步加大。本装置采用粒径约5_的轻质多孔滤料，滤料床高2. 5-4m,滤料床中间垂直放置滤料清洗管(用于清洗滤料表面的生物膜)，滤料清洗管上端设置滤料与泥水分离系统，滤床底部设置集水系统，反应器底部为圆锥形便于收集需清洗的滤料。含铁、锰离子和微污染有机物的地下水与滤料清洗管排出的经充分曝气的水混合，能够保证水中溶解氧浓度达到4_5mg/L的水平。混合后的水流经滤料床时，在溶解氧和生物膜的作用下，水中铁、锰离子和·有机物被去除。位于反应器底部的滤料由压缩空气提升到滤料清洗管，在压缩空气的作用下，清洗管内水向上运动，完成管内水的充氧曝气，而且形成的紊流一方面使滤料与管壁或滤料之间不断碰撞，另一方面产生较大的水力剪切力，使滤料表面的生物膜脱落，完成滤料的清洗。脱落的生物膜具有大比表面积，能够吸附水中的有机物和离子，进一步提高水质。在向上运动的过程中，滤料、脱落的生物膜和充氧的水会通过设置在清洗管中的缩放管，受水力条件变化的影响，会加速向清洗管上部运动。到达滤料清洗管上部后，剩余空气从水中逸出，滤料、脱落的生物膜和水从滤料管顶端溢出，进入滤料与泥水分离系统。在泥水分离系统中，滤料由于粒径较大，无法透过多孔挡板而沉积。在滤料沉积区底部设置重力阀门，当滤料层超过一定高度，达到阀门设置限值时，重力阀门打开，滤料通过阀门进入滤料床顶部。水和脱落的生物膜透过多孔挡板进入相邻的沉淀区完成泥水分离，污泥从底部设置的污泥收集管排到滤罐外。清水通过沉淀区边缘落入滤料床顶部，与进入滤罐的地下水混合，从而使混合水流中溶解氧浓度达到4-5mg/L的水平，能够满足生物除铁固锰的溶解氧需求。本实用新型除铁固锰效果稳定，可以长期运行，而且对地下水中的微污染有机物也有良好的去除效果。
附图为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型由罐体I、滤料清洗管2、进水管3、集水干管4、提升管9、泥水分离器12和排泥管18构成，滤料清洗管2的底部是料管锥体8，罐体I的底部是罐锥体7，滤料清洗管2在罐体I内，料管锥体8底部通过提升管9固定连接罐锥体7底部，提升管9上安装有泵体10，泵体10连接有压缩空气管11，压缩空气管11的另一端在罐体I外，泵体10与料管锥体8底部的罐体I内安装有水平放置的集水干管4，集水干管4上装有开口向下的集水头5，集水干管4连接有集水管6，集水管6在罐体I外部，滤料清洗管2的上部外侧有泥水分离器12，泥水分离器12由滤板14、挡板15和外沿13构成，滤板14靠近滤料清洗管2外壁，外沿13靠近罐体I内壁，挡板15在滤板14和外沿13之间，滤板14底部与滤料清洗管2外壁之间有重力阀门16，罐体I上连接有进水管3，进水管3对应泥水分离器12，滤板14和外沿13在底部交汇，排泥管18连接在滤板14和外沿13底部交汇处，排泥管18另一端在罐体I外部，在滤料清洗管2中部的内径处安装有 缩放管17。
权利要求1.一种连续运行的低溶解氧生物除铁固锰装置，其特征在于它由罐体、滤料清洗管、进水管、集水干管、提升管、泥水分离器和排泥管构成，滤料清洗管的底部是料管锥体，罐体的底部是罐锥体，滤料清洗管在罐体内，料管锥体底部通过提升管固定连接罐锥体底部，提升管上安装有泵体，泵体连接有压缩空气管，压缩空气管的另一端在罐体外，泵体与料管锥体底部的罐体内安装有水平放置的集水干管，集水干管上装有开口向下的集水头，集水干管连接有集水管，集水管在罐体外部，滤料清洗管的上部外侧有泥水分离器，泥水分离器由滤板、挡板和外沿构成，滤板靠近滤料清洗管外壁，外沿靠近罐体内壁，挡板在滤板和外沿之间，滤板底部与滤料清洗管外壁之间有重力阀门，罐体上连接有进水管，进水管对应泥水分离器，滤板和外沿在底部交汇，排泥管连接在滤板和外沿底部交汇处，排泥管另一端在罐体外部。
2.根据权利要求I所述的除铁固锰装置，其特征在于滤料清洗管中部的内径处安装有缩放管。
专利摘要一种连续运行的低溶解氧生物除铁固锰装置，属于水处理技术领域，采用罐体、滤料清洗管、进水管、集水干管、提升管、泥水分离器和排泥管构成，滤料清洗管在罐体内，通过提升管连接，提升管上安装有泵体，罐体内安装有集水干管，滤料清洗管的上部外侧有泥水分离器，罐体上连接有进水管，泥水分离器连接有排泥管。地下水由进水管进入并向下流动到达滤料床，水中的铁、锰离子和微污染有机物经过滤料床过滤，清洁的水一部分经过集水干管供给用户，另一部分水下到罐体底部，水和待清洁的滤料被提升到滤料清洗管的下半部，使滤料表面附着生长的生物膜脱落，经泥水分离器。本实用新型除铁固锰效果稳定，可以长期运行，而且对地下水中的微污染有机物也有良好的去除效果。
文档编号C02F3/02GK202766350SQ201220438619
公开日2013年3月6日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者霍明昕, 朱遂一, 边德军, 李冬 申请人:东北师范大学