严寒地区碳化稻壳生物净化地下水高铁锰研究

孙　楠，田伟伟，张　颖，鲁　岩，宋秋霞，李春艳，姜　昭（.东北农业大学水利与建筑学院，哈尔滨　50030；.东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨　50030）



严寒地区碳化稻壳生物净化地下水高铁锰研究

孙楠1，田伟伟1，张颖2*，鲁岩2，宋秋霞2，李春艳2，姜昭2
（1.东北农业大学水利与建筑学院，哈尔滨150030；2.东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨150030）

摘要：采用碳化稻壳吸附-优势巨大芽孢杆菌生物氧化-活性炭除菌耦合净化严寒地区地下水中高铁锰，探究联合滤柱低温快速启动方法，基于接触氧化法与生物法对比分析成熟稻壳滤柱沿程除铁效果与反应速率，考查特定进水锰含量梯度下进水总铁浓度对生物除铁锰影响。结果表明，优势菌液全循环、低滤速运行方式使生物除铁锰活性滤膜成熟且稳定仅需34 d；稳定运行时铁、锰、残余菌平均去除率为96.28%、93.18%、75.43%，出水浓度均达国家生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）；生物法可加强总铁、Fe2+去除效果，滤速提高对生物法中Fe2+去除能力影响显著，进水铁含量过高或过低均会影响滤层除锰能力。

关键词：地下水；铁锰；生物法；低温

孙楠,田伟伟,张颖,等.严寒地区碳化稻壳生物净化地下水高铁锰研究[J].东北农业大学学报, 2016, 47(2): 31-39.

Sun Nan, Tian Weiwei, Zhang Ying, et al. Study on purification of high iron and manganese in underground water of cold regions by the integrated process of carbonized rice husk and biological oxidation[J]. Journal of Northeast Agricultural University, 2016, 47(2): 31-39. (in Chinese with English abstract)

黑龙江大部、吉林、辽宁西部和内蒙古自治区东北部等严寒地区是我国第二大地下水富集区，农村近65%生活用水取自地下，但受原生地质环境与面源污染影响，冬季村镇地下水呈低温、高铁锰、高氨氮特点，铁、锰离子超标严重。生物法具有工艺流程短、抗冲击负荷能力强、节省能耗、占地少等优势，成为除铁锰领域重点研究方向[1-2]，但因地下水属贫营养环境且锰氧化菌世代周期长，生物除铁锰滤柱启动时间长，Li研究表明，低浓度总铁、Mn2+（0.01~0.5、0.575~3.05 mg·L-1）水源水生物滤膜成熟需2~3个月[3]，出水浓度低于国家生活饮用水卫生标准（GB5749-2006），限制生物除铁除锰技术推广；此外，低温生物活性低、固化成本高、滤层培养慢、处理效果不佳及应用推广运行参数欠缺等问题尚待解决[4-5]。

本研究采用稻壳为原料，以碳化稻壳颗粒作为生物固定化材料；以研究区域筛选巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）作为铁锰氧化菌，通过碳化稻壳吸附-生物氧化耦合净化高铁锰地下水，实现铁锰快速同步去除；优选柱状活性炭处理碳化稻壳颗粒生物滤柱处理后残余菌，保证饮用水安全；探究装置低温快速启动方法，基于接触氧化法与生物法对比分析成熟稻壳滤柱沿程除铁效果与反应速率，考查特定进水锰含量梯度下进水总铁浓度对生物除铁锰影响效应。为建立严寒地区高铁锰地下饮用水处理技术标准提供技术支持。

1　试验部分

1.1试验装置

试验装置见图1，由曝气池、中间水池、出水池及两个滤柱串联而成，滤柱Ⅰ滤料为自制碳化稻壳颗粒，除铁锰；滤柱Ⅱ采用优选柱状活性炭为滤料，去除滤柱Ⅰ出水残余生物菌。

1.2试验水质

人工配制试验原水，静止24 h以上自来水中投加一定浓度MnSO4溶液与FeSO4溶液，温度始终保持在10℃，不同阶段试验用水性质见表1。

图1试验装置Fig. 1 Test equipment

1.3优势菌种与菌悬液

采集黑龙江省红旗农场地下水取水口泥样，经分离、初筛（平板法）、复筛（摇瓶法）挑选对铁锰降解率较高菌株，经16SrDNA测序鉴定初步确定为巨大芽孢杆菌Bacillus megaterium，菌落形态见图2。

表1试验水质特性Table 1　 Experimental water quality characteristics

用接种环挑取一环优势菌株于盛有5 mL PYCM改良培养基锥形瓶中。在10℃下，125 r·min-1空气恒温振荡器内活化12 h，取活化后菌液以体积分数1%比例置于盛有PYCM改良培养基锥形瓶中，以同样条件培养24 h后，4 500 r·min-1离心10 min，弃去上清液，无菌生理盐水清洗3次，然后重悬于pH 7.0 HEPES缓冲液，制得菌悬液，取1 mL菌悬液用平板稀释计数法确定菌悬液含菌浓度。按照试验所需菌悬液浓度稀释。

1.4分析项目及方法

采用邻菲罗啉分光光度法、高碘酸钾氧化分光光度法、平板稀释计数法测定进出水铁、锰、菌浓度。方法参见文献[6]。

图2优势菌落形态Fig. 2 Dominant colony morphology

1.4.1装置启动与稳定运行研究分析

启动阶段，让稻壳颗粒快速达到铁锰吸附饱和状态，评价接种生物菌群除铁锰作用，将高浓度（4.0×109cfu·mL-1）铁锰氧化菌液注入滤柱Ⅰ，浸泡滤料1 d后循环过滤4 d，控制滤速2 m·h-1，反冲洗强度、时间、工作周期分别为4 L·（s·m2）-1、2 min、2 d。在无培养基、低营养源条件下，利用地下水自身营养驯化，低滤速、低反冲洗强度运行培养生物挂膜，使生物滤柱在启动阶段即建立贫营养生态系统，生物菌经适应期—对数生长期培养后适应性更强，生物滤柱更稳定。当滤柱Ⅰ出水铁锰、细菌连续3 d稳定后，增强试验条件，加大进水铁锰负荷，滤速每次提高1 m·h-1，反冲洗强度每次提高2 L·（s·m2）-1，根据实际运行情况调节运行周期，每天检测滤柱Ⅰ进出水铁锰指标、滤柱Ⅱ进出水细菌指标，直至滤柱Ⅰ出水铁锰浓度及滤柱Ⅱ细菌浓度达标并稳定，考查装置快速启动与稳定运行特征。

1.4.2基于接触氧化法与生物法滤柱沿程除铁效果与反应速率对比分析

基于接触氧化法与生物法，分别待滤柱Ⅰ启动成功后，考查不同滤速条件下滤柱Ⅰ中每天进出水、各滤层沿程（自上而下20、40、60、80、100、120、140 cm）出水Fe2+浓度与总铁浓度。试验条件控制如下：反冲洗强度、时间、周期分别为10 L·（s·m2）-1、2 min、2 d，进水总铁浓度分别为2、5、10 mg·L-1，滤速分别为3、5 m·h-1，滤速一定时，每个进水总铁浓度下滤柱Ⅰ运行7 d。

1.4.3特定进水锰含量梯度下进水总铁浓度对生物除铁锰影响效应分析

以成熟滤柱Ⅰ为研究对象，配制进水总铁浓度分别为0.6、2与10 mg·L-1，在每个总铁浓度下，Mn2+浓度自1 mg·L-1起以1 mg·L-1梯度逐渐提升，每天测定进水、出水中总铁与Mn2+浓度，考查特定进水锰含量梯度下进水总铁浓度对铁锰去除能力。试验条件控制如下：滤速5 m·h，反冲洗强度、时间、周期分别为10 L·（s·m2）-1、2 min、2 d。进水总铁浓度确定后，每个进水Mn2+浓度下滤柱Ⅰ运行12 d。

2结果与分析

2.1启动阶段运行情况

2.1.1培养期间铁去除情况

如图3（a）所示，第1天碳化稻壳颗粒滤柱使部分铁自然氧化，去除率低且出水不达标，第7天达到国家饮用水标准（<0.3mg·L-1）；当滤速由2增至3 m·h-1时，出水铁波动幅度较大，由0.13增至1.32 mg·L-1，去除率由95.75%降至77.59%，这是由于此阶段滤速及反冲洗强度均较低，滤层受冲击负荷低，固定于滤料上铁泥与微生物较松散，提高试验运行负荷后，滤层截留铁泥能力减弱，出水铁浓度变大；随培养时间延长，改变试验条件后，出水铁波动幅度逐渐减小，且滤层恢复力逐渐增强，21 d后出水铁浓度几乎不受试验条件改变影响，持续保持在0.3 mg·L-1以下，去除率为98%~99%。

图3培养期间铁(a)、锰(b)及细菌(c)去除情况Fig. 3 Removal efficiency of iron(a), manganese(b) and bacteria (c) in training period

2.1.2培养期间锰去除情况

如图3（b）所示，培养初期滤柱Ⅰ对锰去除率仅为10%~30%，与Bruins等研究结果[7]一致，这是因为此阶段进水浓度低，微生物营养物质有限，铁锰氧化菌处于第一活性增长期，物质代谢速度缓慢，发挥作用效果不明显，每次改变滤速后，滤柱Ⅰ出水锰产生一定波动，但波动幅度会随反应进行逐渐降低；滤速由2 m·h-1增至3 m·h-1后，出水锰波动幅度较大，由0.25 mg·L-1增至0.58 mg·L-1，去除率由56.80%降至31.91%，之后经过7 d去除效果趋于稳定；滤速增至4 m·h-1后，出水锰由0.07 mg·L-1增至0.49 mg·L-1，去除率由91.31%降至56.38%，之后经4 d恢复去除效果；滤速增至5 m·h-1后，出水锰仅变化0.01 mg·L-1，去除率变化2.4%，34 d后出水锰浓度几乎不受试验条件改变影响，保持在0.1 mg·L-1以下，去除率为90~95%，此时生物滤膜趋于成熟，滤柱具备较强抗冲击、抗负荷能力，启动成功。

2.1.3培养期间细菌去除情况

如图3（c）所示，滤柱Ⅱ进水细菌量随着滤柱Ⅰ挂膜情况发生变化，培养初期滤柱Ⅰ内滤膜不成熟，滤后水中细菌量较大，高达480 cfu·mL-1；随着试验运行，滤柱Ⅰ内滤膜逐渐成熟，滤后水中细菌量降低，但试验条件改变，滤柱Ⅱ进水细菌量则大幅增加；滤速由1增至2m·h-1后，滤柱Ⅱ进水细菌量由238增至368 cfu·mL-1；滤速增至3 m·h-1后，进水细菌量由146增至248 cfu·mL-1；滤速增至4 m·h-1后，进水细菌量仅变化11cfu·mL-1，表明滤柱Ⅰ内滤膜已趋于成熟，具备较强冲击能力。培养期间滤柱Ⅱ出水细菌量始终低于100 cfu·mL-1，达到饮用水标准，表明柱状活性炭颗粒对细菌吸附效果显著。

2.2稳定运行阶段运行情况

改变试验参数后，出水铁、锰及细菌浓度仍在国家生活饮用水卫生标准内时，反应器即进入稳定运行阶段。稳定阶段滤柱Ⅰ除铁锰、滤柱Ⅱ除菌情况见图4。共运行12 d，进水铁锰浓度分别为1.26~ 1.37、0.68~0.83 mg·L-1，出水水质稳定，铁、锰、细菌浓度均达到国家标准。

2.3基于接触氧化法与生物法滤柱沿程除铁效果与反应速率对比分析

地下水除铁机理是利用物理化学或生物方法，使水中Fe2+氧化成Fe3+，基于滤层截留铁氧化物作用实现铁去除。基于生物法与接触氧化法，考查不同滤速、进水总铁浓度条件下滤柱Ⅰ中沿程总铁与Fe2+去除效果及其反应速率，结果如图5、6所示。

图4稳定运行阶段铁、锰及细菌去除情况Fig. 4 Removal efficiency of iron, manganese and bacteria in stable operation period

图5不同滤速、进水总铁浓度条件下滤柱Ⅰ中总铁去除效果Fig. 5 Removal efficiency of total iron in filter columnⅠunder the condition of different filtration rate and total iron concentration

2.3.1不同进水总铁浓度对滤柱Ⅰ中铁去除效果影响分析

由图5可知，滤层深度120 cm范围内，生物法出水总铁含量低于接触氧化法，原因是某处滤层铁氧化菌较少或受反冲洗等因素影响。由图6可知，生物法与接触氧化法对Fe2+去除效果差异不显著，但生物法除铁速率均高于接触氧化法，在滤层20 cm处对Fe2+氧化率即达75%以上，而于接触氧化法Fe2+则需在大于100 cm滤层深度处被完全氧化，这是由于滤柱上部富氧，Fe2+被水中溶解氧氧化，且铁氧化菌在有氧条件下可利用Fe2+作为电子供体为自身提供能量，对Fe2+氧化有极强促进作用，故出水Fe2+含量低[8-9]。

2.3.2不同滤速对滤柱Ⅰ中铁去除效果影响分析

针对滤柱Ⅰ相同进水总铁浓度、不同滤速试验结果，由图5可知，当进水总铁浓度为2、5 mg·L-1时，滤速对两种方法除总铁能力影响规律一致，滤层上部20 cm范围内低滤速对应滤柱沿程出水总铁含量略低，提高滤速后，滤层中部（40~120 cm）除总铁能力显著；进水总铁浓度提高至10 mg·L-1时，接触氧化法与生物法对总铁去除效果受滤速影响较小。由图6可知，两种滤速下，接触氧化法对Fe2+氧化差别不大。生物法对Fe2+去除效果随滤速增加而略有下降；相同滤层深度下出水Fe2+浓度高滤速高于低滤速，表明提高滤速后生物法需更厚滤层完成进水中Fe2+氧化。综上，铁氧化菌加速滤层对进水Fe2+氧化，增强微生物对滤层截留铁氧化物能力；滤速提高对生物法中Fe2+去除能力影响显著，与杨柳等研究结果[10-11]一致。

2.4特定进水锰含量梯度下进水总铁浓度对生物除铁锰影响效应分析

进水总铁浓度影响滤层中铁氧化菌含量，促进或抑制滤层除锰能力，通过定期提高进水锰含量，考查不同总铁浓度下滤层对铁锰去除能力，研究进水总铁浓度对滤层除锰能力影响。试验结果见图7、8、9。

图6不同滤速、进水总铁浓度条件下滤柱Ⅰ中Fe2+去除效果Fig. 6 Removal efficiency of Fe2+under different filtration rate and influent total iron concentration

图7特定进水锰含量梯度下进水总铁浓度为0.6 mg·L-1时总铁（a）与Mn2+（b）去除效果Fig. 7 Under the specific influent Mn2+concentration gradient, the removal efficiency of total iron (a) and Mn2+(b) when the influent total iron concentration is 0.6 mg·L-1

2.4.1特定进水锰含量梯度下进水总铁浓度对生物除铁影响效应分析

如图7（a）所示，进水总铁浓度维持在0.6mg·L-1，进水Mn2+浓度1~12 d维持在1 mg·L-1，13~24 d维持在2 mg·L-1；第13天时进水Mn2+浓度增大提高出水总铁含量；各阶段出水总铁含量随滤柱Ⅰ运行逐渐降低，总铁去除率逐渐升高，出水总铁浓度低于0.3mg·L-1，总铁去除率较低，变化范围分别为68%~92%，49%~ 77%。表明进水Mn2+浓度对总铁去除影响是暂时的，滤柱运行一段时间后可增强自身除铁能力。

如图7（b）所示，进水总铁浓度维持在2mg·L-1，进水Mn2+浓度1~12 d维持在1 mg·L-1，13~24 d维持在2 mg·L-1，25~36 d维持在3 mg·L-1，37~48 d维持在4 mg·L-1，与图7（a）情况相似，在第1、13、25、37天进水中Mn2+浓度发生变化时，相应出水总铁含量短暂升高，但随运行时间增长，出水中总铁含量逐渐下降，去除率逐渐升高。表明进水中总铁含量升高，进水Mn2+浓度变化对出水总铁含量影响不大，总铁去除率超过90%。

如图7（c）所示，进水总铁浓度越大，特定进水锰含量梯度下进水总铁浓度对生物除铁影响越小，总铁去除率越高，均接近100%。

2.4.2特定进水锰含量梯度下进水总铁浓度对生物除锰影响效应分析

进水总铁浓度对生物除锰影响较大，如图7 （b）所示，进水中含微量铁时，当进水Mn2+浓度为1 mg·L-1，出水Mn2+含量为0.1 mg·L-1，去除率为91%~99%，但当Mn2 +浓度升高到2 mg·L-1，出水Mn2+含量稳定时最低为0.9 mg·L-1，去除率仅35%~ 62%，此时进水Mn2+浓度超过滤柱Ⅰ去除能力。如图8（b）所示，进水总铁浓度为2 mg·L-1时，滤柱Ⅰ具有较强除锰能力，进水Mn2+浓度增大，出水Mn2+含量也随之上升，但滤层经较短时间适应与培养即可保证除锰效果，即使进水Mn2+浓度升高到4 mg·L-1也可保证出水Mn2+含量低于0.1mg·L-1，去除率高达99%。相比于进水总铁含量0.5 mg·L-1工况，此时滤柱Ⅰ对锰去除能力更强。如图9（b）所示，进水中总铁浓度为10 mg·L-1时，进水Mn2 +浓度提升至3 mg·L-1，滤柱Ⅰ可有效除锰，去除率达99%，但与图8（b）对比可知，该工况下滤柱Ⅰ经培养适应进水Mn2+浓度升高时间高于比总铁浓度3 mg·L-1时，出水Mn2+浓度波动大；在第37天时，进水Mn2+浓度升至4 mg·L-1，出水Mn2+大幅升高，出水Mn2+含量为1.96 mg·L-1，并在第38天升高至2.07 mg·L-1，随运行时间增加，出水Mn2+含量逐渐降低，但当Mn2+含量下降至0.2 mg·L-1时，波动后，最终降至0.13 mg·L-1，低于国家标准，此时进水Mn2+含量超过滤层最大除锰能力，需采取措施提高滤层除锰能力。

图8特定进水锰含量梯度下进水总铁浓度为2 mg·L-时总铁总铁（a）与Mn2+（b）去除效果Fig. 8 Under the specific influent Mn2+concentration gradient, the removal efficiency of total iron (a) and Mn2+(b) when the influent total iron concentration is 2 mg·L-1

图9特定进水锰含量梯度下进水总铁浓度为10 mg·L-1时总铁总铁（a）与Mn2+（b）去除效果Fig. 9 Under the specific influent Mn2+concentration gradient, the removal efficiency of total iron (a) and Mn2+(b) when the influent total iron concentration is 10 mg·L-1

3讨论

3.1生物滤柱快速启动影响因素

研究首次以碳化稻壳颗粒作为生物固定化材料，对地下水井底土壤筛选铁锰氧化优势菌种——巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）以高浓度菌液形式一次性接种到滤柱Ⅰ中，扩增培养，使滤柱Ⅰ形成以优势菌为主导微生物生态体系，提高铁锰去除率。生物滤柱Ⅰ用全循环、低滤速启动方式为微生物生长提供有利条件，在无培养基、低营养源条件下，利用原水营养直接培养，21 d后出水铁浓度持续保持在0.3 mg·L-1以下，去除率在98%~99%。34 d后出水锰浓度保持在0.1 mg·L-1以下，去除率90%~ 95%，滤柱成熟。生物滤柱快速启动时间（滤料生物挂膜成熟时间，此刻除铁锰能力稳定）主要受滤料、菌株种类、接种方式影响。郜玉楠在ρ（Fe2+）= 1.47 mg·L-1、ρ（Mn2+）=5.77 mg·L-1、T=8~12℃、ρ（DO）=6.5~8.5 mg·L-1条件下，以改性火山岩陶粒为滤料，将5株具有同步去除铁、锰、氨氮效能优势菌种复配、富集培养与固定，低滤速-反冲洗强度启动，出水铁浓度平均为0.05 mg·L-1，去除率在87%~95%，30 d后出水锰浓度稳定在1.5 mg·L-1，去除率约80%，滤柱成熟[12]。Qin在ρ（Fe2+）= 6~ 8 mg·L-1、ρ（Mn2+）=1.5~2.25 mg·L-1、T=8~12℃、ρ（DO）=5 mg·L-1条件下分别以锰砂、石英砂作为滤料，扩增培养、驯化、固定哈尔滨水厂慢滤池成熟滤砂滤膜中分离纤发菌属细菌，经过16 d启动，两个滤柱出水铁浓度均低于0.3 mg·L-1，去除率在90%以上，锰砂滤、石英砂滤柱出水锰浓度平均为0.9、0.6 mg·L-1，均未达标，去除率稳定在60%、50%，但菌株在接种前需经过18~20 d驯化[13]。程庆锋在ρ（Fe2+）=8 mg·L-1、ρ（Mn2+）=1.1 mg·L-1、T=8℃、ρ（DO）>7 mg·L-1条件下，变动回流比（原水流量：回流水流量）、固定回流比、不回流时滤柱滤料分别需51、61、82 d成熟，出水总铁、锰浓度分别低于0.3、0.05 mg·L-1[14]。赵焱采用贫营养培养基，从运行多年生物除铁除锰水厂跌水曝气池壁上筛选金黄杆菌属，在ρ（Fe2+）=14 mg·L-1、ρ（Mn2+）=5.6 mg·L-1、T=12℃条件下，菌株MSB-4 48 h内对Fe2+、Mn2+去除率分别为90%、94.44%，但出水浓度均未达标[15]。

本研究结果表明，生物除铁锰滤柱在贫营养环境下启动时间短，出水铁锰均符合并低于国家生活饮用水卫生标准（GB5749-2006），具有推广优势。本研究首次使用碳化稻壳颗粒作为滤料，作为轻质滤料，与以往锰砂、石英砂等相比，价格低廉，轻质反冲洗可缩短时间，降低反冲洗强度，是除铁锰优良滤料。本研究首次直接从地下水井底土壤中筛选铁锰氧化菌株，更适应当地水质，菌株扩增培养后在滤柱中适应性强，促使生物滤层尽早成熟，缩短培养周期。

3.2生物滤柱运行参数选取研究

生物除铁锰滤柱关键在于维持滤料表面与滤层孔隙中生物量及其活性，滤速与反冲洗工艺参数对生物滤层培养、稳定运行无影响。研究结果表明，滤速对滤柱Ⅰ中铁去除效果影响程度较小，出水浓度恢复稳定较快，但对锰去除影响较大，易出现超标现象。Tekerlekopoulou等研究结果[16]一致，可能因铁、锰氧化菌相互竞争所致；试验运行，出水铁锰浓度逐渐稳定，与Katsoyiannis结果[17]一致，主要由于铁锰活性滤膜逐渐成熟，稳定附着于滤料表面，铁锰氧化菌空间分布均匀性提高，在胞外酶催化作用下铁锰氧化形成絮状沉淀被滤料截留，实现铁锰同步高效稳定去除。后续将进一步研究启动成功后滤料表面微生物及铁锰氧化物附着情况，探讨高铁锰环境下微生物作用机制。

3.3不同铁锰浓度变化对铁锰去除效果影响

本试验结果表明，出水Mn2+去除效果与进水总铁、Mn2+浓度均相关，①在中等总铁浓度（2 mg·L-1）条件下，铁锰氧化菌适应进水Mn2+浓度变化能力强，出水Mn2+远低于饮用水标准（0.1 mg·L-1）。研究结果与李圭白[18]一致。Fe2+适量存在可促进锰氧化菌分泌胞外酶并通过变价传递电子催化或与某种酶结合加速Mn2+氧化。②总铁浓度过低或过量时，进水Mn2+含量过高，出水Mn2+浓度值高且波动大，水质无法达标。总铁浓度偏低时滤层内为极端贫营养环境，锰氧化菌代谢繁殖受到限制，与余健研究结果一致[19]。过量总铁浓度会压缩滤层除锰空间影响Mn2+去除效果，Fe2+还原作用阻碍Mn2+氧化，即2Fe2++MnO2+2H2O=Mn2++2Fe3++4OH-。③Mn2+存在与否及其浓度对铁氧化菌除铁影响甚小，与李冬等研究结果[20]一致。

4结论

a.生物滤柱Ⅰ以碳化稻壳颗粒为吸附滤料、接种巨大芽孢杆菌（Bacillus megaterium）优势铁锰氧化菌，采用全循环、低滤速方式实现34 d快速启动滤层，稳定阶段铁、锰、细菌平均去除率为96.28%、93.18%、75.43%，平均出水浓度为0.048、0.051 mg·L-1、38 cfu·mL-1，达到国家生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）。

b.与接触氧化法比较，生物法加强总铁、Fe2+增强效果，提高滤速对生物法中Fe2+去除能力影响显著。

c.生物法中进水过高或过低铁含量均会影响滤层除锰能力。总铁浓度（2 mg·L-1）条件下，铁锰氧化菌适应进水Mn2+浓度变化能力较强，出水Mn2+远低于饮用水标准（0.1 mg·L-1）。

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Study on purification of high iron and manganese in underground water of cold regions by the integrated process of carbonized rice husk and biological oxidation

SUN Nan1, TIAN Weiwei1, ZHANG Ying2, LU Yan2, SONG Qiuxia2, LI Chunyan2, JIANG Zhao2(1. School of of Water Conservancy and Architecture, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China; 2. School of Resources and Environmental Sciences, Northeast Agricultural University, Harbin 150030, China)

Abstract:Purifing high iron-manganese in underground water of cold regions by the integrated process of carbonized rice husk particles adsorption, biological oxidation using Bacillus megaterium bacteria and the columnar activated carbon adsorbing residual bacteria, the quick start-up method of combined filter column at low temperature was studied. The iron removal efficiency and reaction rate along mature rice husk filter were analyzed through the compare between contact oxidation method and biological method. Under the gradient of the specific manganese content in influent, the effect of total iron concentration on biological removal of iron -manganese was investigated. The results showed that the active biological membrane reached to be mature and stable for 34 d by the filter column operation mode of bacteria liquid cycle and low filtration rate.In the stable operation phase, the average removal rate of iron-manganese and residual bacteria was 96.28% , 93.18% and 75.43% , respectively. The effluent concentration in the finished water met the requirements of the standards for drinking waterbook=32,ebook=37quality (GB-5749-2006). Biological method could strengthen total iron and Fe2+removal effect, the high filtration rate improved significantly Fe2 +removal effect in biological method, the too high or low iron content in influent would affect manganese removal ability along the filter layer.

Key words:underground water; iron and manganese; biological method; low temperature

*通讯作者：张颖，教授，博士生导师，研究方向为农村环境保护。E-mail: zhangyinghr@hotmail. com

作者简介：孙楠（1981-），女，副教授，博士，研究方向为农村水环境生态修复理论与技术。E-mail: nan662001@163. com

基金项目：“十二五”国家科技支撑计划课题（2013BAJ12B01）

收稿日期：2015-08-27

中图分类号：TU991.26+5

文献标志码：A

文章编号：1005-9369（2016）02-0031-09