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我国东北地区松花江流域是含铁、锰地下水的集中区域，尤其黑龙江省以高铁高锰地下水而著称，以沈阳浑河和太子河水系为代表则是典型的低铁高锰地下水。松花江流域属于高寒大陆性气候，地下水水温常年低至3～5℃左右，该地区大多以含铁锰地下水作为饮用水水源，其原有水厂设计初期采用传统化学接触氧化除铁除锰工艺，随着地下水中铁锰含量的增高，原有工艺已无法实现该地区高铁锰地下水的净化，其出水锰浓度高达0.3～0.5mg/L，甚至更高，然而要想使出水锰浓度达标，无疑极大增加了运行成本。生物除锰技术具有除锰效果好、运行成本低等优势，已得到世界各地科研工作者的广泛关注，为提高工艺运行经济性，所以欲在该地区尝试采用生物除铁除锰工艺。目前国内外文献报道应用生物技术净化含铁锰水体的温度较高，很少有研究涉及如此低水温的工程实例，鉴于低温条件下微生物活性低，从而存在启动周期长，运行不稳定，高浓度亚铁离子对除锰生物膜的破坏作用，外部环境条件的变化（原水水质）造成的生物滤层锰中毒，以及一些不可避免的人为因素（水厂日常的检修及维修操作）等致使滤层的破坏、恢复困难等问题。所以本课题以实际低温含铁锰地下水作为研究对象，进行低温含铁锰地下水单级生物工艺启动、稳定运行与恢复研究，以期对低温地区铁锰含量超标地下水的处理提供技术支持。 本文首先采用单级滤柱进行低温高铁锰生物净化工艺的启动。在滤柱中上部接种100mm取自水温10℃稳定运行的生物除锰滤池内的成熟无烟煤滤料，滤柱启动开始时滤速控制在1～1.5m/h，采用变反冲洗强度和时间，同时将水箱静置20～30min的反冲洗上清液回流至滤柱。滤柱进水TFe浓度平均为13.5mg/L，在滤柱整个培养过程中TFe的去除率达95％以上;出水锰浓度在第11d己降至0.1mg/L以下，运行60d后滤柱的滤速已达6m/h，滤柱培养成功。之后改变反冲洗强度和周期，滤柱稳定运行的优化参数为:滤速为4～7m/h、反冲洗周期为24～36h、反冲洗强度为10～12L/(s·m2)、反冲洗时间为4～5min。沿程分析可知，锰主要在400～900mm去除;5.0～6.0m/h滤速的优化滤层厚度为1200mm;6.0～7.0m/h滤速的优化滤层厚度为1300mm;7.0～9.0m/h滤速的优化滤层厚度为1500mm。 滤柱培养成熟以后，将原水通过另一滤柱进行预处理，其预处理水指标为:TFe:0～5.0mg/L、TMn:1.0mg/L左右，通过人为调节进水铁锰含量为低铁高锰地下水。实验结果表明此进水水质条件下，TFe浓度变化对铁锰去除几乎没有影响，除铁量完全不受进水锰浓度变化的影响;在达到生物滤层的锰极限负荷值之前，除锰量并不受TFe浓度的影响，而影响滤层除锰量的主要因素是进水锰浓度。此外，滤速分别为6m/h、7m/h、8m/h的锰极限进水负荷分别为8.0～8.5mg/L、7.0～7.5mg/L、6.0～6.5mg/L;沿滤层由上向下分析可知，单位滤层厚度滤料的除锰量逐渐减少。 对于由于锰极限试验导致滤层锰中毒及长时间停运共同导致的滤层除锰性能失效的滤柱，为尽快恢复滤柱的除锰性能，试验采取了不同流向过滤方式、改变进水铁锰浓度、添加无机碳三种恢复方式。试验表明，3种恢复方式均能够有效缩短生物滤柱的恢复时间，其分别为40d、54d和35d，相比2＃滤柱常规恢复方式，1＃、3＃滤柱恢复时间分别提高了26％、35％，显然采用添加无机碳的方式最有效。试验S1(1～2m/h)、S2（3～4m/h）阶段表明上向流过滤、适量无机碳能够快速富集锰氧化菌，提高除锰性能;S3（5～6m/h）阶段表明尽管改变进水铁锰浓度的恢复时间较长，但滤柱恢复后除锰性能更稳定。从恢复效果和经济合理性综合考量，最佳恢复方式建议为铁锰浓度由低升高并在滤速升至2～3m/h后添加无机碳的方式。