楊猛

（遼寧省朝陽市環(huán)境科學(xué)研究院，遼寧 朝陽 122000）

1 引言

在北方地區(qū)，錳含量若突破1.5mg／L時必須加強(qiáng)運(yùn)行管理，加強(qiáng)微生物數(shù)量的檢測，一旦發(fā)現(xiàn)微生物呈數(shù)量級下降，就會出現(xiàn)“漏錳”現(xiàn)象，因此選擇工藝流程的關(guān)鍵是錳含量的大小。

某公司水源水質(zhì)情況比較特殊，一般地下水水質(zhì)都是含鐵高，含錳低，而一水源水質(zhì)卻含錳高，含鐵低，這在國內(nèi)比較少見。因而除錳是本試驗(yàn)的關(guān)鍵。目前地下水除鐵、除錳雖然已有較完善的處理技術(shù)，但是由于我國地域遼闊，地下水水質(zhì)千差萬別，一般要針對某一水質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)研究，確定出較為合適的處理過程和處理工藝參數(shù)。本文以某公司水源為例，對北方地區(qū)地下水處錳機(jī)理進(jìn)行探討。

2 水源除錳試驗(yàn)

我國20世紀(jì)60年代研究開發(fā)了接觸氧化法除錳工藝，根據(jù)地下水中鐵易氧化、錳難氧化的化學(xué)特征，將地下水中鐵錳的去除分為兩級，一級曝氣、過濾除鐵，二級強(qiáng)曝氣、過濾除錳，排除了Fe2＋對MN2＋氧化的干擾，利用錳氧化物活性濾膜的自催化作用，在pH值≥7.5的條件下，實(shí)現(xiàn)了“曝氣接觸氧化法除錳”

進(jìn)行了下面實(shí)驗(yàn)：取水源原水，加入一定量的Mn－SO4使其Mn濃度達(dá)到一水源東線水一般情況下的含錳量（測定為0.516mg／L），然后在4個1L的燒杯中分別裝入800mL上述配制的水樣，在其中的3個燒杯中分別加入上述得到的泥16g，開始計(jì)時，不斷進(jìn)行攪拌，不同時間取樣濾去粘泥后測定的過濾水的含錳量，計(jì)算錳去除率，實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)見圖1～4.

圖1 錳柱反沖洗泥對Mn2＋的去除作用

圖2 無煙煤－石英砂濾柱反沖洗泥對Mn2＋的去除作用

圖3 一水源沉砂池斜板黏泥對Mn2＋的去除作用

圖4 一水源沉砂池斜板黏泥、錳砂濾柱和無煙煤－石英砂濾柱反沖洗泥對Mn2＋的去除作用

由圖可以看見，在沒有加入濕泥的燒杯中，攪拌115min后錳濃度幾乎不變；而加入濕泥的燒杯中前25min錳濃度顯著降低，錳去除率達(dá)70%以上，斜板上泥對Mn也表現(xiàn)出良好的去除效果，25min去除率達(dá)72%，在延長攪拌時間至85min，錳去除率僅由72%提高到78%。而無煙煤－石英砂濾柱反沖洗泥對Mn的去除效果最好。在實(shí)驗(yàn)過程中還注意到，加油泥的去除過程中當(dāng)然也會發(fā)生一定的吸附作用，由以上綜合分析可以初步認(rèn)為，一水源東線水由于受 Mn、Fe，污染，含有較高濃度的 Mn、Fe，為 MN2＋、Fe2＋氧化細(xì)菌的生存創(chuàng)造了條件，并在斜板（正、反面）接種形成菌落后，吸附水中的 MN2＋，并進(jìn)一步發(fā)生的氧化作用，使 MN2＋轉(zhuǎn)化成MnO2，形成高含量MnO2的黏泥，日積月累就在斜板及池壁上產(chǎn)生厚厚的黏泥。

3 除錳機(jī)理探討

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，比較支持“生物固錳除錳”理論，原因如下。

（1）按化學(xué)理論，濾料的培養(yǎng)成熟時間與所用濾料有關(guān)，錦西錳砂，石英砂。無煙煤的成熟要90d以上，而且在培養(yǎng)期間，出水Mn濃度會出現(xiàn)剛開始較低（吸附作用），然后升高（吸附飽和），再逐漸降低（濾料專揀成熟）的現(xiàn)象。而實(shí)驗(yàn)結(jié)果是兩個柱子的培養(yǎng)期都較短，而且在實(shí)驗(yàn)過程沒有出現(xiàn)出水Mn濃度的升高現(xiàn)象。成熟期與吸附期銜接在一起了，這與“生物固錳除錳”理論相符。

（2）按化學(xué)理論，除錳過程需進(jìn)行曝氣，去除水中的CO2和降低pH值，才能達(dá)到較好的處理效果。對錳砂濾柱的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，曝氣與不曝氣處理效果不變，而無煙煤－石英砂濾柱始終在無曝氣條件下運(yùn)行，處理效果一直良好。

（3）按化學(xué)理論，除錳效果與濾料組成有關(guān)，濾料中含Mn3O4越高，成熟期越短，處理效果越好，而“生物固錳除錳”理論則認(rèn)為，只要為微生物的生存提供良好的環(huán)境，不管是何種濾料，都能在較短時間內(nèi)成熟，獲得較好的處理效果。從觀察來看，錳砂濾料比無煙煤濾料難以成熟，而且處理效果也不如無煙煤濾料。

（4）我們在反沖洗水及斜板泥上都檢測出了較高含量的鐵細(xì)菌，說明在除鐵、除錳過程中鐵細(xì)菌的確起了重要作用。

據(jù)文獻(xiàn)報道，鐵細(xì)菌除錳本質(zhì)是生物酶的催化作用，反應(yīng)活化能低，反應(yīng)速率遠(yuǎn)較化學(xué)催化高，在經(jīng)簡單曝氣后，較低的條件下即能發(fā)現(xiàn)錳的生物氧化作用，且能達(dá)到鐵錳同時去除的效果，鐵細(xì)菌可以直接以鐵為氧化底物，而不能直接以錳為氧化物底物，但在鐵錳共存的情況下，便可以鐵錳為雙氧化底物而獲得較多的能量生長，鐵的存在使鐵細(xì)菌產(chǎn)生了氧化錳的功能。因此，鐵不僅作為鐵細(xì)菌的氧化底物，而且還可以能充當(dāng)了“酶激活劑”的角色。Fe2＋與某種酶結(jié)合后，使 MN2＋更有利于同該酶的催化部位和結(jié)合部位相結(jié)合，激活了氧化錳的功能，加速了反映進(jìn)行。反映式如下：

地下水一般為鐵錳共存，鐵細(xì)菌在鐵錳共存環(huán)境喜愛生長良好，所以利用鐵細(xì)菌生物酶的催化作用實(shí)現(xiàn)高效率的生物除鐵除錳工藝是可行的。

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