反冲洗水的溶解氧(DO)浓度对除铁锰过滤器的运行效果和滤料性能有显著影响,具体作用机制与影响程度因过滤工艺(如催化氧化法或生物氧化法)而异。以下是详细分析:
一、催化氧化法(如锰砂滤池)中的 DO 影响
1. 对铁锰氧化效率的影响
DO 是氧化反应的关键驱动力:
在催化氧化工艺中,锰砂滤料作为催化剂,通过吸附和催化作用将水中的 Fe²⁺、Mn²⁺氧化为 Fe³⁺、Mn⁴⁺的固态沉淀物(如 Fe (OH)₃、MnO₂)。反应式如下:铁氧化:4Fe²⁺ + O₂ + 10H₂O → 4Fe(OH)₃↓ + 8H⁺
锰氧化:2Mn²⁺ + O₂ + 4OH⁻ → 2MnO₂↓ + 2H₂O
DO 不足(如 DO<2 mg/L):氧化反应速率显著下降,滤料表面的 Fe²⁺、Mn²⁺无法完全氧化,导致反冲洗时残留的低价离子被冲散,可能造成出水铁锰短暂超标或滤层内形成 “黑锰泥”(未完全氧化的锰化合物)。
DO 充足(如 DO>5 mg/L):加速氧化反应,反冲洗水能有效清除滤料表面附着的铁锰氧化物,保持滤料催化活性。
2. 对滤料再生的影响
DO 促进滤料表面更新:
反冲洗过程中,高 DO 水可冲刷掉滤料表面沉积的 Fe (OH)₃和 MnO₂,并通过氧化作用使锰砂表面的活性位点(如 MnO₂催化基团)再生。若 DO 不足,滤料表面可能被惰性铁锰氧化物覆盖,导致催化效率下降,长期运行会使滤层阻力增加、除铁锰能力衰退。
3. 对反冲效果的影响
DO 不足可能引发二次污染:
低 DO 反冲洗水可能将滤层中未完全氧化的 Fe²⁺、Mn²⁺重新带入水体,尤其是在反冲后期流速降低时,这些离子可能随反冲水渗透到滤层深处,造成滤料 “中毒”(活性位点被低价离子占据)。
二、生物氧化法中的 DO 影响
1. 对微生物活性的影响
DO 是铁锰氧化菌的生存条件:
生物法除铁锰依赖铁细菌、锰氧化菌等微生物的代谢活动,这类细菌多为好氧菌,适宜的 DO 浓度为2~5 mg/L。DO 过低(如 DO<1 mg/L):微生物呼吸作用受抑制,代谢速率下降,导致滤层内铁锰氧化效率降低,反冲洗时无法有效清除微生物代谢产物(如胞外聚合物 EPS),可能造成滤层堵塞。
DO 过高(如 DO>8 mg/L):可能对部分厌氧菌(如反硝化菌)产生抑制作用,破坏微生物群落平衡,间接影响铁锰氧化效率。
2. 对生物膜结构的影响
DO 影响生物膜分布与组成:低 DO 环境下,生物膜可能向滤层表层聚集(表层 DO 相对较高),导致滤层深层微生物活性不足,铁锰去除不彻底。
高 DO 环境可促进生物膜向滤层深层生长,但过高的水流剪切力(反冲时)可能导致生物膜过度脱落,影响系统稳定性。
3. 对反冲排泥的影响
DO 不足导致污泥黏性增加:
低 DO 条件下,微生物易产生大量黏性 EPS,使反冲洗时污泥絮体难以分散,导致反冲排水浊度升高、污泥滞留滤层,长期积累会降低过滤效率。