高铁锰地下水生物净化技术

　　水是地球的基本组成要素，是地球环境、地球地质和地球化学中最活跃的因素。地下水径流是地球水文循环系统的重要组成部分。水通过地下径流与上覆层、含水层相互接触，发生了一系列化学、物理化学和生物化学反应。因而在某些区域形成了含铁锰地下水。由于各地域不同的水文地球化学还原环境又造就了千差万别的含铁锰地下水水质。含铁锰地下水主要分布于松花江、嫩江干支流、长江中下游、珠江三角洲等流域的l8个省市地区，是一些中心城市和广大农村地区的重要水资源。用水中铁锰过量会影响工业生产和居民生活，因此含铁锰地下水的净化是水质工程学长久研究的课题。21世纪初我们课题组和中国市政工程东北设计研究总院的工程师们开始致力于浑河流域含铁锰地下水净化的研究，在众多工程实践的基础上突破了接触氧化除锰理论，发现了生物固锰除锰机制，由此创建了“弱曝气+一级过滤除铁除锰”的简捷流程，成功建设并运行了沈阳张士开发区生物除铁除锰水厂。然而，浑河流域的微铁高锰地下水仅仅是含铁锰地下水类型之一。随着工程实践的扩展和研究的深入，逐渐发现浑河流域含铁锰地下水净化的成功经验往往不能复制应用于我国广大地域各种类型含铁锰地下水的净化，尤其是对于寒冷地区伴生氨氮高铁锰水质，几乎无效。鉴于此，我们课题组在哈尔滨松北区前进水厂经3年的潜心实验研究和对全国各地除铁除锰技术的调研，最终解决了特殊水质含铁锰地下水的净化，创建了针对不同水质类型的含铁锰地下水的净化流程，建设了寒冷地区伴生氨氮高铁锰地下水生物净化示范水厂。本书是前述研究与实践的总结，是我们课题组2005年出版《生物同锰除锰机理和工程应用》的姊妹篇，是生物固锰除锰机理的完善和补充。全书共分10章，由李冬、曾辉平分章撰写，李冬统稿，张杰审。第l章从地球水的循环人手，讨论含铁、锰地下水的成因、分布和类型；第2章介绍铁、锰元素化学性质，迁移循环规律，铁锰与人体健康及各国各地区生活和工业用水标准；第3章回顾除铁除锰科学技术的发展历程；第4章探求接触氧化除铁机制和生物固锰除锰机理的协同作用，建立生物除铁除锰滤池的理论模型；第5章解析高铁锰水质生物净化滤层中Mn2+的氧化还原反应动力学基础，从而探求加速生物除锰滤层成熟的滤层结构；第6章研究地下水中Fe2+、Mn2+、NH；等还原物质在生物滤池中对溶解氧的需求和利用规律，探求伴生氨氮高铁锰地下水的生物净化流程；第7章通过现场模拟试验和生产性试验确立伴生氨氮高铁锰水质生物净化水厂工程设计方案和运行参数；第8章研究伴生氨氮高铁锰地下水生物净化滤层的微生态系统和锰氧化菌生理、生态特性；第9章研究高铁锰地下水供水系统的规划、总体布局及水厂设计；第l0章介绍不同含铁锰地下水生物净化流程及其工程示范。

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第1章 水循环与水资源
1.1 地球上的水储量
1.2 自然界水文循环
1.3 地球水资源分布
1.3.1 各大洲的水资源及分布
1.3.2 中国的水资源及分布
1.4 我国含铁锰地下水的分布及水质类型
1.4.1 含铁锰地下水的成因
1.4.2 我国含铁锰地下水的分布及水质类型
第2章 生活与生产用水中铁锰的危害及允许浓度
2.1 天然水中的铁和锰
2.2 生活饮用水与生产用水中铁锰的危害
2.3 铁锰与人类健康
2.3.1 铁的生理功能
2.3.2 锰的生理功能
2.4 生活饮用水与工业用水中铁锰浓度标准
第3章 饮水除铁除锰科学技术的发展历程
3.1 早期饮用水除铁技术
3.1.1 曝气直接氧化除铁
3.1.2 氯氧化除铁
3.2 早期饮用水除锰技术
3.2.1 锰沸石法
3.2.2 高锰酸钾氧化法
3.2.3 氯接触氧化除锰法
3.2.4 碱化除锰
3.3 曝气接触过滤除铁除锰技术的发展
3.3.1 曝气接触过滤除铁技术研究历程
3.3.2 空气氧化接触过滤除锰工艺的探求
3.4 生物固锰除锰机理与工程技术
3.4.1 生物固锰除锰机理的发现与确立
3.4.2 生物除铁除锰水厂的工艺技术变革
第4章 生物除铁除锰滤池理论模型
4.1 接触氧化除铁机制
4.1.1 接触氧化除铁工艺的基本流程与特点
4.1.2 接触氧化除铁滤池的活性定位
4.1.3 滤砂表面披覆物中的触媒物质
4.1.4 除铁触媒的矿物学特征
4.1.5 除铁滤沙表面披覆物的结构
4.1.6 接触氧化除铁机制与接触氧化反应
4.2 生物除锰滤池中生物量与除锰率的相关性研究
4.2.1 模拟滤柱试验
4.2.2 生产性试验
4.2.3 试验室试验
4.2.4 分析与讨论
4.3 生物滤层除锰能力的活性定位
4.3.1 生物滤层除锰活性的验证
4.3.2 生物滤层滤料的除锰活性分析
4.4 Fe2+对生物除锰滤层的作用
4.4.1 无Fe2含锰地下水成熟生物滤层过滤试验
4.4.2 无Fe2含锰水的除锰生物滤层培养试验
4.4.3 天然地下水除铁除锰生物滤层培养试验
4.5 生物滤层与无菌滤层的除铁性能研究
4.5.1 生物滤层与无菌滤层的除铁性能研究
4.5.2 化学接触氧化除铁滤层与生物除铁除锰滤层内铁泥的性状
4.6 生物滤层中铁锰同时去除的研究
4.6.1 鞍山大赵台水厂的生物漶柱试验研究
4.6.2 抚顺开发区除铁除锰水厂生产性试验研究
4.6.3 长春市双阳除铁除锰水厂滤柱试验
4.6.4 生物滤层铁锰同池去除的规律研究
4.6.5 生物固锰除锰理论
4.7 生物除铁除锰滤池理论模型
第5章 伴生氨氮高铁锰地下水净化技术初探
5.1 伴生氨氮高铁锰地下水深度净化课题的提出
5.1.1 松北区供水系统概况
5.1.2 松北区供水系统改扩建工程
5.1.3 -期净水间工艺改造效果
5.1.4 研究方向和内容
5.2 高浓度Fe2与M。u氧化还原互动关系
5.2.1 铁锰的氧化还原电位与氧化还原反应
5.2.2 双层滤料在高铁高锰地下水净化中的应用
……
第6章　地下水中Fe2+\Mn2+,NH4+等还原物的氧化需氧量
第7章　伴生氨氮高铁锰地下水净化试验研究
第8章　伴生氨氮高铁锰地下水生物净化滤层微生物学研究
第9章　高浓度铁锰地下水供水系统规划与设计
第10章　各种典型含铁地下水生物净化流程和工程示范
参考文献