微污染水源水处理技术研究 86页

'摘要摘要我国华南地区气候温暖湿润，工业发展迅猛，河流，湖泊和水库富营养化现象较为普遍。水体中氨氮及亚硝氮浓度超标，蓝藻水华时有发生，水体腥臭味浓烈，微污染有机物含量较高，部分内分泌干扰物在水体中被检出。对于水源水取自富营养化水体的雁田水厂，氨氮、亚硝氮及水体腥臭味难以通过混凝一沉淀一过滤一消毒这一常规工艺得到有效去除。而当蓝藻水华发生时，该水厂亦面临着藻类暴发导致的沉淀池效率降低、滤池堵塞、反冲洗周期缩短及反冲洗耗水量大的问题。为此，我们针对以上问题进行了实验研究。固定化生物活性炭技术以其高效、低耗、低运行费用等特点在饮用水深度净化领域独树一帜。以水厂常规处理工艺出水作为固定化生物活性炭进水的小试研究表明，固定化生物活性炭对氨氮、亚硝氮的平均去除率在95%以上，微污染有机物的平均去除率为30%左右。对部分内分泌干扰物有一定的去除作用。藻类暴发导致沉淀池超负荷运行，在沉淀池表面漂浮大量的藻类与混凝剂形成的混合物，通过预氧化混凝除藻可提高沉淀池效率。试验表明投加高锰酸钾具有一定的去除效果，最佳投加量为0.8mg/L。同时在取水口投加黄泥具有一定的沉淀藻类的效果。另外，对不同pH值下藻类对混凝产生影响的研究表明:当pH值在6.0-7.。时，混凝效果最好，出水浊度低;当pH<6.0或>8.。时混凝效果变差油水水质恶化。对沉淀池及滤池反冲洗水的实验表明，将沉淀池及滤池的反冲洗水回用是可行的。在原水中投加适量的反冲洗上清液，可以使矾花颗粒沉降速度加快。改善沉淀池中原混水的沉降性能。回收利用反冲洗水上清液投加至沉淀池，投加上清液量应占该反应池处理原水量的最佳比例为10%左右。反冲洗水的回用对于整个水厂提高经济效益，减少水的浪费及耗电量，保护环境有着重大意义关键字:饮用水深度净化;固定化生物活性炭;富营养化水体;除藻;反冲洗水回用 哈尔滨1业大学硕士学位论文AbstractWaterbodiessuchasriverandreservoirareeutrophicatedpervasivelyandseriouslyintheChinaSouthbecauseofwarmclimateandexcessiveindustrialdischargeofthissunnyarea.NH3-N&NO:一concentrationconstantlyovertopNationalStandardofDrinkingWaterthroughtheyear,Micro-pollutantisalsointhesamesituation.Green-bluealgaebloomingcausedfishyodorandmustytasteofwater.Someendocrinedisruptershavebeendetectedineutrophicwaterbody.Yantianwatertreatmentplant,whichtakesrawwaterfromaneutrophicationreservoir,havedificultiestodecreaseNH3-N&N02-Nconcentrationandremovefishyodorofpurifiedwaterwithitsconventionaltreatmentprocess.Whenblue-algaeblooms,Thisplantwillexperienceloweficiencyofsettlementtank,sand-cloggingoffilter,shortintervalofback-washingandgreatwastageofback-wash吨water.Thisdissertationdescribetheresearchonthesolventofthoseproblems.ImmobilizationBiologicalActivatedCarbon(IBAC)techniqueiswidelyusedinwateradvancedpurificationwithitshigheficiencyandlowoperationcost.Lab-scaleexperimentofIBAChadagoodresultthataverageremovalratewasabove95%ofNH3-N&NOZNandnearly30%ofmicro-pollutant.TheconcentrationofcertainendocrinedisrupterofeffluentwasalsolowerthantheinfluentofIBACshowingbyresultofGC/MSanalyzinginstrument.Settlementpondisoverloadwhenblue-algaeblooming.MixturesofcoagulantagentandAlgamicro-polutantfloatinthesurfaceofitstreatedwater,Sopre-oxidationandenhancedcoagulationexperimentwascarriedontoremovealgae.TheoptimaldosingamountofPotassiumpermanganateis0.8mg/Ltokillexcessivealgae.Muddosingintheintakealsoactwelltosetlealgae.UnderdiferentpH,Algaehavedifferentefectoncoagulation.When州isintherangeof6.0and7.0,algaehaveapositiveefect,otherwisenegative.Lab-experimentofthereuseofback-washingwaterfromsettlementpondandfilterprovedpracticableofthisplan.Certainamountofback-washingwaterdosagetorawwatercanfastenflocsgranulesettlement.Theoptimaldosageratiotothec即acityofsetlementpondisnearly10%.Thereuseofback-washingobtainbothsubstantialeconomicprofitsandenvironmentalprotection.Keywords:Advancedpurification;IBAC;eutrophicwaterbody;algaeremoval;reuseofback-washingwater 第一章绪论第，章绪论1.1给水系统中水源水污染引发的问题1.1.1水源富营养化对水厂的影响在湖(库)或海湾等封闭或半封闭水体中，水流迟缓，水体交换能力差，水质更新周期长，悬浮物沉积作用强，氮磷等营养盐类进入水体后容易积累，难以排除，从而引起藻类爆发性增长，形成水华或赤潮等富营养化现象111.湖泊常常是生活饮用水和工业用水的供给水源。富营养水体在作为供给水源时，会给制水厂带来一系列问题。首先，在夏日高温季节，藻类增殖旺盛给制水厂在过滤过程中带来障碍，需要改善或增加过滤措施。其次，在富营养状态的水体中生长着很多藻类，其中有一些藻类能够散发出腥味异臭，使水味难闻，大大降低了水质质量。富营养水体由于缺氧而产生硫化氢、甲烷和氨等有毒有害气体，而且水藻产生的某些有毒的物质，在制水过程中，更增加了水处理的技术难度。既影响制水厂的出水率，同时也加大了制水成本费用[z1富营养对水质的另一个影响是某些藻类能够分泌、释放有毒性的物质，有毒物质进入水体后，若被牲畜饮入体内，可引起牲畜肠胃道炎症，人若饮用也会发生消化道炎症，有害人体健康。蓝藻能产生毒素，最主要的是铜绿微囊藻、水华鱼腥藻、水华束丝藻。微囊藻毒素是分布最广，最复杂的一种毒素，它能抑制生物体内蛋白磷酸酶1和2A而成为具有一种大田软海绵酸途径的促肿瘤剂，是迄今为止发现的最强的肝肿瘤促进剂。藻类溶解性有机物在自来水加氛氧化后会产生弱的致癌物质。藻类产生的毒素通过水厂的常规处理难以得到去除[311.1.2氨氮及亚硝氮对水质的影响氨氮本身无毒性，水中的氨氮以非离子氨(NH3)和离子氨(NH内两种形式 哈尔滨工业大学硕士学位论文存在，两者处于平衡状态。NH,+H,0-jNH",+0H-非离子氨浓度超过0.04mg/L，则对水中鱼类有毒性，为此我国地面水环境质量标准GB3838对I-III类地面水规定非离子氨不得大于0.02mg/L。1.氨氮是水体黑臭的诱因根据上海自来水公司制定的污染指数计算方法:水中氨氮浓度(mg1L)污染指数=0.4十水中溶解氧饱和率当污染指数大于5时，水体有不良臭味。2.氨氮含A过高是高锰酸盐指数过高的导因实际上当水中氨氮浓度较高时，水中的有机物也相应增加，水的化学需氧量也同样增加，一些学者提出的水的臭阀值的表达式为:I=0.2COD+O.1NH3一Nx1.085T-100.3+溶解氧饱和率1993年世界卫生组织颁布的“生活饮用水水质准则”将氨氮作为用户是否接受的水质指标，要求其浓度不超过1.5mg/L[4l,3.亚硝氮为致癌物质硝酸盐和亚硝酸盐浓度高的饮用水可能对人体造成两种健康危害，即诱发正铁血红阮截尤其是婴)L)和产生致癌的亚硝胺，这两种危害都是亚硝酸盐直接造成的[511.1.3水体中的工业排放污染物对人体的危害工业排放污染物中的表面活性剂、可塑剂、涂料等构造特性不同的许多合成化学物质，被发现具有干扰内分泌的作用[6J,多种合成化合物(如壬基酚、双酚A匆的实验室研究及造纸、纸浆厂排出废水的实验室研究和调查显示，其可导致虹缚鱼和蟾蛛的异性么及雄体内卵黄素浓度升高[71.水中的内分泌干扰物质主要来自于工厂排放的工业废水、生活污水及雨水191.近年来，在自然界发现了奇形怪状的鸟、大f的畸形蛙、发育不良和生殖器异常的鳄鱼(美国)和贝类(日本);妇女患乳腺癌和子宫癌，男人患膀胧癌、前列腺癌和攀丸癌的病例在增多191.这些现 第一章绪论象被认为是由近似于生物激素的化学物质引起的，诸如氯化有机物，其结构与激素非常相似，当不知不觉经饮水和食物摄入这些污染物后，就会破坏生物的激素平衡，导致发育与生殖功能出现异常(to]。自20世纪90年代以来，科学界认为，内分泌紊乱能导致癌症、不育症、甲状腺机能障碍、先天性缺陷、行为障碍、神经系统压抑以及生殖器官畸形，而人造化学物质可能正在严重破坏人和野生动物的激素，造成内分泌紊乱1li气1.1.4制水成本的增加及水厂的二次污染在藻类爆发的季节，大多数水厂都面临着除藻的问题。目前的每一种除藻方法或工艺都需要增添新的构筑物、投加除藻剂或增大混凝剂的使用量。对于除氨氮、去味的要求也面临着需要投入资金与人力的问题，相应的制水成本也要增大。在藻类繁殖旺盛的季节里，各水厂常规构筑物的处理负荷都会增加，工作周期相应缩短，反冲洗频率、强度也会增大，反冲洗耗水量增多。而且国内大部分水厂的反冲洗水直接排入取水的河流湖泊，从而给河流湖泊带来二次污染[121。这部分污染是不容忽视的，因为反冲洗水中含有的污染物、重金属离子浓度是原水的几十倍甚至上百倍。上海市月浦水厂自陈行水库取水，从每年的3月下旬开始，库中水温上层高、下层低，藻类繁殖很快，进入水厂的藻类难以沉淀，造成滤池堵塞(过滤周期仅为2^"3h尸31滤池堵塞后需要排池放水，然后冲洗。自来水厂的生产废水包括沉淀池排泥水和滤池反冲洗水两部分，一般情况下占水厂产水量的5%-10%.在这两部分废水中，滤池反冲洗水一般为沉淀池排泥水的5^-10倍，由此可知，滤池反冲洗水约占水厂产水量的4%-90/o[141。随着社会用水量的日益增加，对于水资源较贫乏的城市，特别对于远距离输水的城市，回收利用这部分废水，不仅可以减轻环境污染，也具有很好的社会效益和经济效益。51，.2饮用水常规处理的发展现状1.2.1常规处理工艺目前，饮用水常规处理工艺仍以去除悬浮物、浊度和病原微生物的常规处理 哈尔滨工业大学硕士学位论文工艺为主，并根据水源水的特性选择适当的处理构筑物类型，组合成饮用水处理工艺流程，常规处理工艺有以下几种类型，见表1-1e表1-1饮用水传统处理工艺流程序号工艺流程适用条件1原水一混凝一平流沉淀池~过涟一消毒原水悬浮物含量一般小于1000mg/i2原水一混凝一斜管沉淀池一过滤-消毒原水悬浮物含量500-1000mg/i3原水~机械搅拌澄清池-过涟~消毒原水同上，适用于中小水厂4原水一水力循环澄清池~过逮一消毒原水同上，适用于小水厂5原水-脉冲或悬浮橙清池-过涟~消毒原水同上，适用于中小水厂fi原水一混凝一气浮澄清池一过池一消毒适用于低沮低浊水消毒方式主要以氛消毒为主，也有少数水厂采用二氧化氯、臭氧或紫外线消毒。出水水质一般要求达到生活饮用水水质标准GB5749-85的要求”叹1.2.2常规处理的局限性对于水质良好的水源，传统的水处理工艺可获得安全合格的饮用水。但随着水源水的污染，传统处理工艺的不足也逐渐显现。在对有机物去除，降低三氮含>t这些目前饮用水急需解决的问题上，传统的水处理工艺满足不了要求问.在自来水安全性评价中，对氛气消毒副产物的内分泌千扰作用的评价中发现双酚A在抓气消毒过程中副产物比出发物质双酚A具有大的内分泌干扰作用11叹常规处理对高藻水处理效果一般。藻类数量达到1X106妇L、总磷达到0.2mg/L、总氮达到0.02mg/L的一般属于高藻水1191藻类的稳定性使其难于混凝，其代谢产物与铝盐、铁盐混凝剂作用使混凝效果下降;藻类沉淀效果差，如采用斜管沉淀池沉淀，斜管上会附着藻类.藻类进入滤池后会粘附在滤料表面，缩短过渡周期，增加反冲频率，提高制水成本;某些藻类尺寸很小，可穿过滤池进入给水管道，消耗管网内余级，使水中有机物增加，污染管道1201 第一章绪论.3饮用水深度净化的目的饮水与健康的关系十分密切。目前因水源水污染严重，富营养化现象普遍，水中氨氮含量较高是我国饮用水处理中普遍面临的问题。国内大多数水厂的出水存在着三氮含量过高，微污染有机物去除率过低，内分泌干扰物微量存在等危害人身体健康的问题。此外，消毒副产物的存在及加氯消毒后造成的水的口感较差，臭味较大也应予以解决。因此，降低饮用水中三氮含量，去除消毒副产物，改善饮用水的嗅、味成为饮用水深度净化的主要目的。.4饮用水深度净化的发展现状目前国内大多数水厂处理过程中存在技术问题，致使出水达不到理想水质。尤其是对于水源水取自富营养化水体的水厂，常规处理工艺更难以达到要求。饮用水深度净化技术的存在与发展改变了目前的现状。1.4.1自来水厂去除氨氮的几种工艺自来水厂去除氨氮主要有曝气法，折点加氯法，沸石过滤法及生物氧化法。现分别扼要介绍。1.曝气除氨法曝气法是去除水中溶解性气体的常用方法，对于水中的氨氮，必需考虑它在水中存在的状态.氨的离解常数为1.8X10-5(25*C),可以算出当pH=7.0时，水中[NH`41=180[NH3]，即水中主要为NH`4离子;当pH=11时，[NH3]=55[NH勺，即水中主要为溶解的分子态NH3，易于在曝气过程中从水中逸出，水的pH调至11.0,于水与空气的重量比为0.12^-0.16时，最好的NH3去除率为90%.此工艺需调整pH，耗碱量巨大，且有大量沉淀，冬天结冰，效率降低。2.折点加抓除氨折点加氛除氨的化学反应可简化为:2NH3+3CIZ--NZ+6HC1其时在余氛一加氯量曲线上出现一个折点，余氯量最低。折点加氮量一船要沃 哈尔滨工业大学硕士学位论文到氨氮的9-10倍，以达到除铁、锰、色度及消毒的目的，加氛量要达到几个甚至几十mg/L，导致水中消毒副产物浓度增加。舰仿浓度会高至几十~几百ug/L，此外尚有卤代醋酸、卤代醛、卤代酮等等消毒副产物，增加了饮用者的致癌风险。近年折点加氛已较少采用。3.沸石除氨沸石是一种硅铝酸盐矿物，具有独特的矿物和晶体化学性质，外观呈灰白色，沸石除氨装置较为简单，为一圆柱形滤器。器内底部有卵石，粗砂垫层。上部放置沸石。厚度可取0.6-1.0m,滤速取2-4m/h。当进水氨氮浓度为4.0mg/L，出水浓度达到0.5mg/L时，停产再生。再生液用3-5%NaCl溶液，以8-10m/h滤速过滤，然后用除氨水冲洗后投产。沸石对水中的钙及其他金属也有一定去除作用。4.生物氧化除氨将生物接触氧化、生物滤池、生物转盘、生物流化床法等废水的生物处理方法引入给水处理工艺中。同济大学、清华大学进行了生物预处理和接触氧化的研究，广州市自来水公司和中南市政设计院等还进行了生物接触氧化的研究、生物预处理的中试，结果表明这些办法对氨氮的去除效果好，有机物的去除效果一般，最后加氛消毒后依然产生许多致突变的物质。5.生物活性炭(BAC)活性炭空隙多，比表面积大，成为细菌栖息的好场所。而水中的有机污染物在活性炭表面浓缩，为细菌的生长提供物质条件，导致微生物在活性炭颗粒表面繁殖生长并形成生物膜。若提供足够的氧气来促进细菌的降解作用，使吸附后的有机物迅速分解，减少活性炭的吸附负荷，大大地延长活性炭的使用周期，提高活性炭的生物降解效率[2q在活性炭附着的硝化菌、亚硝化菌可以转化水中的氨类化合物，降低水中氮一氮的浓度。此外，生物活性炭还有以下作用:(1)除奥、除味活性炭作为一种多孔的物质，能够吸附水中浓度较低、其它方法难以去除的物反如二甲基异次醉、土味素等，所以即使在枯水季节，也能保证较好的水质[u)(2)去除合成洗涤剂(烷基苯磺酸钠,ABS)随着合成洗涤剂在工业、生活中 第一章绪论使用量的加剧，原水中ABS的浓度不断增加，活性炭吸附是一种有效的途径。(3)生化降解作用对于水中的微污染有机物，吸附在活性炭上的细菌可将其作为底物进行利用，以利于细菌新陈代谢及生长[231对各型除氨工艺比较，曝气除氨由于需调整pH，耗碱量大，用气量大，其费用为折点加氛的5-10倍，不宜采用。折点加氯除氨由于其消毒副产物的生成泪前己较少采用。沸石除氨需用食Am再生，成本也较高，宜于小型水厂采用。生物氧化法占地面积大，我国有许多老水厂都修建在市区，地方有限，不可能再修建较大的处理工程。生物活性炭(BAC)除氨由于其净水效率高，能同时去除多种污染物，成本低，受到广泛的欢迎。最初的BAC定义是指在水处理工艺中，预臭氧化后，活性炭滤池中生长着微生物的活性炭。因预臭氧化的作用，使活性炭滤池处于好氧状态，有大量微生物生长于炭的表面，有利于对水中溶解性有机物的去除。随着研究的深入和应用的开展，BAC的定义被扩充为在饮用水和废水的处理中，表面长有好氧微生物的颗粒活性炭。采用BAC处理技术所涉及的首要问题是BAC的形成及影响因素oBAC在不同的处理系统中是靠自然形成的，因此，从普通活性炭到形成具有稳定去除效率的BAC，就会受到许多因素的影响，如水中微生物的种类、数量、温度及前处理工艺等，从而使BAC形成的时间有很大差异。BAC生物相构成较复杂，由于炭表面细菌的生长繁殖，从而引起以细菌为食的原生动物和后生动物的增殖，如钟虫、轮虫、线虫等.也是因为炭表面生物种类繁多，形成了一个微生态系统，所以BAC就由微生物菌体代谢或细胞外高分子物质构成了生物层，而覆盖与炭表面。6固定化生物活性炭(MAC)目前，人们所提及的BAC均为GAC长期运行自然形成的，由于无选择性，所以导致BAC上生物相构成复杂，关于这一问题，在已有的仇-BAC研究中得到了证实.但是，炭表面被微生物分泌的粘液性物质覆盖后，其吸附作用能否发挥;具有高活性的BAC多长时间放能形成;其影响因素如何;由于场化后的水中，微生物的量很少，能否在GAC吸附饱和之前形成BAC等等，这些问题的存 哈尔滨工业大学硕士学位论文在，均是造成BAC未能推广应用，处于研究阶段的主要原因。针对这一状况，马放等自1992年开始，采用生物工程技术，筛选、驯化出专向工程菌，并通过固定化手段，人工形成BAC，经小试和生产应用，证明是可行的。在炼油厂二级出水回用、煤气废水处理、饮用水深度净化等方面均有实际应用，实现了脱氨氮、脱酚及降低水中高锰酸盐指数等目的Ps11.4.2自来水厂去除藻类的几种工艺藻类的去除一般有物理、化学和生物法。物理方法中，常规水处理工艺对藻类的去除率低于50%那使使用双层滤池，去除效率也仅为70%^-85%;微滤机除藻在国外的平均去除率为89.3%，国内的平均去除率为60%;由于气浮的除藻效果较好，目前国内外使用较多，其去除率为700/6-800/61"41.在化学方法中，硫酸铝除藻是成倍地增加硫酸铝投量，在絮凝效果好的状况下可去除大部分藻类，但由于投加的铝盐过多，可能带来负面影响.硫酸铜也是常用的一种除藻剂，特别是对具有活性的藻类是有效的。据报道，在生产性试验中投加0.3mg/L的硫酸铜，对硅藻的去除率可达90%。另外，还有铁盐除藻，铁盐能与水形成较重的矶花，增加混凝效果，提高藻类的去除率。对于某些藻类(例如绿藻)可以用抓、奥氧、高锰酸钾或二氧化级等氧化剂进行预氧化，以提高去除效果[2s1在生物方法中，可把一批六角形的蜂窝管(孔径为10-20mm，高为IOOOmm)在池中垂直放置，使要处理的源水与新鲜空气共同从底部向上通过蜂窝管，在管内渐渐形成生物膜.水连续通过时，新鲜生物膜不断形成，老化的生物膜不断排出.同时，水中的杂质被附着在蜂窝管上的生物膜吸附、分解和澄清，使源水中的污染物被大f去除，水中的藻类也得以很好地被去除。生物滤池工艺也是生物除藻的一种，主要是利用生物膜上的微生物对藻类的絮凝、吸附作用，使其被沉降、氧化或被原生动物吞曦[261目前处理高藻水研究最多的是从给水处理工艺上加以改进，如微絮凝、直接过浦法、气浮过滤法，需改进常规水处理工艺，工程花费高。简单的方法是采用预氧化方法，如奥氧和UV辐射、预抓化、二氧化氛预氧化等[271.利用高锰酸钾除藻也有较好的效果对碱性水的除藻效果优于中性或酸性水。臭氧是惟一不增加处理水中 第一章绪论总固体的有效氧化剂，由于该法所需投资和运行费用较高，但比较起增加构筑物而言，强化混凝除藻还是比较经济的。1.5本课题研究的目的及内容1.5.1课题来源广东东莞雁田水库的源头为东江，该水库位于雁田工业区内，工厂较多，工业排放污染物未经处理便排至雁田水库，致使水库中氨氮，亚硝氮含量严重超标，常年保持在较高水平。而水体中氨氮等大量营养物质积累，且该地处亚热带，全年温度较高，富营养化现象严重。因工业排放污染物较多，也出现了一些内分泌干扰物。广东东莞雁田水厂水源水取自该水库，而该水厂因处理工艺存在着诸多问题，导致处理效果较差。根据东莞市卫生局出具的卫生评价报告单可知，雁田水厂出厂水口感较差，有一级泥腥味;耗氧量较高，出水氨氮及亚硝氮严重超标。为此，广东东莞雁田水厂根据东莞卫生局的月水质检测报告书，以及历年的水厂监测资料，委托哈尔滨工业大学市政环境工程学院进行滤池出水脱氮除味的小试研究。本课题就是通过小试，探讨该水厂处理水深度净化及反冲洗水回收利用的可行性.1.5.2研究的主要内容(1)IBAC对氨氮、亚硝氮的去除及影响因素(2)微污染有机物降解菌对有机物的降解规律初探(3)IBAC对内分泌干扰物质的去除(4)各种氧化剂及不同投加量的混凝剂除藻效果对比(5)各种氧化剂去味效果与IBAC去味效果的比较(6)反冲洗水循环方案的确定 哈尔滨工业大学硕士学位论文1.5.3研究的目的和意义本研究是针对南方湖泊、河流富营养化现象较为普遍，以此为水源水的水厂大都存在着出水氨氮偏高，嗅味较大，运行过程中滤池易堵塞，反冲洗频繁等问题，提出切合实际的解决方案。此研究对于提高南方饮用水水质，降低制水成本，保证人民身体健康有着重要意义。 第二章试验方案的确定及研究方法氮工艺相比，固定化生物活性炭有占地面积小，投资小，运行费用低，效果好且稳定，更适合现有老水厂的改造.生物活性炭的特点是:完成生物硝化作用，将NH,"-N转化为NO,:将溶解性有机物进行生物氧化，可去除mg/L级浓度的溶解有机碳(DOC)和三卤甲烷前体物(THMFP)，以及ng/L到Ng/L级的有机物。根据雁田水厂的情况及处理要求，本实验拟采用固定化生物活性炭工艺。同时为了去味及截留生物活性炭出水残菌，在生物活性炭柱后加一活性炭柱。雁田水厂原水水质较差，藻类数量较多，悬浮物含量大，尤其是沉淀池斜板上长满青苔，沉淀池冲洗完开始运行时，表层浮满青苔藻类，这层脏水直接流入滤池，使滤池迅速堵塞。若在沉淀池后加生物活性炭滤罐，在此种情况下不仅使其生物降解负荷增加，也易造成罐内堵塞。由于滤池出水余氯较低，对后续活性炭上的微生物活性影响较小，故计划在滤池后连接生物活性炭滤罐，即实验用水取滤池出水作为生物活性炭柱进水。2.2.2“泥泡上浮”现象的解决藻类属于胶体类物质，其直径在6Nm左右.天然水体中的胶体通常是带电荷胶体，有关研究表明，铝盐或铁盐的水解物可压缩藻类表面的负电荷双电层，从而形成很强的聚合体。Bernhardt等人的显微镜照片表明，当采用铝盐或聚二烯丙基甲基抓化按混凝剂与阴离子聚丙烯酞胺连用时，铝盐或阳离子高分子混凝剂可在微藻之间吸附架桥，从而形成大的矾花被沉淀过滤四.雁田水厂第二部分实验为强化混凝除藻实验，主要目的是解决泥泡上浮问题，增大矾花沉降率，降低浊度。2.2.3反冲洗水回用方案的确定雁田水厂沉淀池及滤池反冲洗较为频繁，沉淀池平均每两天反冲洗三次，滤池每天反冲洗一次，反冲洗后的水直接由山顶水厂排至山脚的雁田水库。这部分水的回收利用对于水厂增加效益，降低水库二次污染具有较大意义。故通过实验室静沉实验、现场监测反冲洗周期及强度，结合现场地形确定反冲洗水回用方案。综上所述，本实验分三个部分，见图2-30 哈尔滨工业大学硕士学位论文图2-3试验方案示惫图2.3水质指标的确定水质标准是用水对象(包括饮用和工业用水等)所要求的各项水质参数应达到的指标和限值。水质参数指能反映水的使用性质的量，但不涉及具体数值，如水中各种溶解离子等;另一种水质参数，如水的色度、浊度、总溶解固体等称“替代参数”。它们并不代表某一具体成分，但能直接或间接反映水的某一方面使用性质。根据我国《生活饮用水卫生标准》所列，将水质项目分为以下几类。第一类属于感官性状方面的要求，如水的浊度、色度、臭和味以及肉眼可见物等。它们虽然不属于危害人体健康的直接指标，但色、臭、味的存在会引起使用者厌恶感，而且色、奥、味严重时，很可能是水中含有有毒物质的标志。浊度离时不仅令使用者感到不快，而且病菌、病毒及其它有害物质往往附着于形成浊度的悬浮物中。因此，降低蚀度不仅为满足感官性状要求，对限制水中其它有毒、有害物质含量也有积极愈义。第二类是对人体健康有益但不希望过t的化学物质，如水中钠、钾等元素。第三类是对人体健康无益但一般情况下毒性也很低的物质，如挥发酚类、氨氮及阴离子合成洗涤剂等。第四类是有毒物质，如砷、汞等.这类有毒物质一般均由于水源污染造成，在未受污染的天然水中，有毒物质很少。生活饮用水水质与人类健康和生活使用直接相关。试验中采用的水质指标如表2-l0 第二章试验方案的确定及研究方法表2-1实验水质指标序号项目单位原水出水1pH6一96，5-8.52色度蕊153高锰酸盐指数mg/L<44NH,-Nmg/L<0.55N02-Nmg/L6大肠杆菌cfu/L<37嗅味mg/L408浊度盯U<39异养菌总和cfu/L簇10010藻类数目个/L11游离余氯mg/L<0.32.4分析方法和仪器根据需要，本研究确定的检测项目及方法如表2-2a表2-2水质测定项目项目分析方法pHpH测定仪SS滤纸重量法高锰酸盐指数酸性滴定法浊度浊度仪异养菌总数平板计数法和镜检计数法藻类数目浮游生物计数框计数大肠菌群MNP平均值N压-N纳氏试剂分光光度法,15 哈尔滨工业大学硕士学位论文N压-NN一(卜禁基)一乙二胺光度法clot碘量法DO碘童法沮度温度计水盆量筒计时法有机物分析色谱质谱联用唤多人品尝游离余抓DBP比色所用仪器有分析天平、PH计、磁力搅拌器、浊度仪、电热干燥箱、生化培养箱、冰箱、分光光度计、托盘天平、净化工作室、显微镜、恒温水浴箱、高压蒸汽灭菌器、混凝搅拌仪、电阻炉、摇床等.2.5小结确定并设计“原水一混凝一砂滤--IBAC一出水”的工艺流程:从解决水厂实际问题的立场，确定了强化混凝除藻为解决泥泡上浮”现象的方案。本着为水厂增加效益，减少浪费的原则，确定了建造反冲洗水回用系统并应提出相应方案。根据实验设计要求和对水质的分析确定了水质指标;对研究方法和安排进行了说明;水质检测方法均为国标。 哈尔滨工业大学硕士学位论文3.2.2试验技术参数赚气充载泵:供氧量可调，根据运行中的实际情况及实验需要调节供氧童。GAC柱和IBAC柱:两柱均为有机玻璃柱，直径为l00mm，装填高度为550mm，柱高850mm实验过程中为保持系统的稳定性，取出炭样后不再补充新炭。由于所取炭样较少，故实验后期两柱中的炭层高度与初始填充高度相差不多。炭层下面设有有机玻瑞板，板上穿孔15圈，每个小孔孔径为2mm.IBAC采用上向流，出水作为GAC进水，GAC采用上向流。实验过程中改变滤速，来确定最短停留时间。实验用炭为LC-A2，其规格见表3-1,表3-1LC-A2炭的实验规格规格较假比重四氛化碘值比表硬度灰分水亚甲墓蓝径晌1碳吸附.9/9面积%Min%M日盆分率脱色力Min价脚in%%班in.岁gMinM叮LC-A21.51}0.4-0.46}1551701000950}19510--l5进水泵:为管道泵，流it为8L/min，最大扬程为10米。3.2.3实验结果与讨论IBAC深度处理滤池出水实验历时四个月，连续流通水，开始一个月以去氨氮、亚硝氮及徽污染有机物为目的，实验流程为滤池出水作为IBAC进水，进入IBAC后经该柱生物降解作用得到深度净化后排出。这一阶段去氨氮、亚破氮及徽污染有机物效果较好，但出水没有达到无味的效果，故从优质饮用水标准考虑，在IBAC柱后接一个GAC柱，两柱串联，观察处理效果。整个实验过程中，采取逐步增大流速的方法确定IBAC柱最短空床接触时间。 哈尔滨工业大学硕士学位论文四极杆温度:150"C质A扫描范围:50-600阂值:100，扫描2次/秒调谐:标准质谱调谐方式有机物检索:样品经GC/MS分析后，将样品质谱图与标准谱库比较，确定有机化合物名称。原水、涟池出水、IBAC柱出水的GC/MS扫描图谱见图3-5,3-6,3-7，有机物种类见表3-2,3-3,3-4..翻....图3-5原水的GC/WS扫描图谱 第三章固定化生物活性炭深度处理微污染水试验图3-6滤池出水的GUMS扫描图谱〔二石一花~一一~一兀.洲.沂一一一--一一一——叫习叫洲二曰图3-7IBAC柱出水的GUMS扫描图谱其中包括1,1一二甲基环己烷、苯并唾哇等13种美国环保局规定的潜在有机物。 哈尔滨工业大学硕士学位论文表3一原水的GUYS结果峰号保留时间化学名称}分竺子量}元素组成积分面积匹64x配度11i5.91甲墓丙酮128CAu09820192-64$C乙6.232,4二甲墓庚烷116口‘17646243-姚几J-9.851,1,2,2四抓乙烷112C川C肠3640843一璐d﹃11.042,4.4三甲荃2戊烯1106CA.2627068一95x‘dl11.68苯甲醛-138ClH,O5185858-83x丹匕12.79戊基峡喃1128Cii..02261986一黔，‘工19.29获1135C.扎3160786-姗R，~了曰笨并睡哇CANS9532826工1一124-46$9n吸.‘一一工工2亚乙基环已阴一160C月,刃11117550-叽10nQ‘曰1-[4-(1甲基乙基)CA,zO28876136苯基〕一乙翻1170呱-1225.82二笨醚1151C.2H.u04264556一46%-1326.25对乙阶胶墓酚-162以协Oz6608944-哪26.781,1"(1,4苯乙烯)C.diIA3107480814对乙酮18064%一1627.68丁基独墓苯甲醚-鲤CuHie0.9782168一64x一1628.742，5对苯肠2C"6430616-哪-1729.99邻苯二甲酸二乙脂-26CA=(h23513955-哪一扭30.13十六烷-2Cia如12857964-丝一1931.12雪松醉-丝C016010964099塑一2031.324(1甲荃丙墓)苯盼鲤COH1405995553glx一2132.91里CGCHw6156003一姗一233.12(3H)一苯并懊哇酮28C7H洲OS39459717-姗-2334.81十四酸-26C,16Dj17247142-毗一2435.161十九烯一纽C.lix9796605-蜕一2535.32十Il烷塑C,洲5053686-淤一2636.323-十八炔2CA=36491795一麟一2736.841-十六炔一278CI妇肠13372582一济37.07苯二甲酸(2甲荃丙4078598028372荃)脂鲤一毙淤一29一37-倪9-十八炔绷-鹅叨-30-38一6二十九烷-254妙一13仅沁249一95x一31139f09-十六烯酸-278呼一26416506一glx一32139工0一256朴一60287272-眯一3一39︸6-282毙21714281一吼一34一206982847-踢一350.15-320朴1522227一91%2.5428760162 第三章固定化生物活性炭深度处理微污染水试验363.464,4-0甲基亚乙228CIAA41488171593%基)对苯酚376.921}274U1nNA}6332553146%381}8.16十二烷酸十一脂}}354C与Oz983462694%393.1143}C,.F1,N11744909430%表3-3滤池出水的GUMS结果峰号保留时间}化学名称分子量元素组成积分面积匹配度1}6.372,4二甲基庚烷}128G泪679476391%28.99对二甲苯1061.auI}211902793%311.042,4,4三甲基2戊烯112CA.211856672%4I}11.68苯甲醛106C71603289236}195%521.14}2亚乙基环己酮124CJ1120845681046%61}25.82苯醚170}IC,Ao03750530g0%726.781,1"(1,4苯乙烯)对162CGOHIA3507480893%乙酮8l}27.68丁基经基苯甲醚180CA,A828233470%930.15十二烷酸200Ci2H.O2一}476971894%10}31.12雪松醉222CaH.01040135487%1131.32一}4(1甲墓丙基)苯酚150CioHu06550745一}90%1234.81十四烷酸228}CA562414298%1336.311,3,3三甲基一双环庚138CGAs444836745%烷1436.8{葵基环戊烷210CGSFho4377687}92%1537.07}苯二甲酸脂278C460,3310078697%16137.239-十八炔250CAM}}5988473}70%17{}37.55二十九烷268}CH.701892860%1839.01邻苯二甲酸二丁脂}278C,湘,58062880}96%1940.15}1丁基轻基甲苯220CGSflz.O1502068153%2043.46二十五烷352G肠1668409291%2143.624,4"(1甲荃亚乙墓)228CJ,e0e1355704486%对苯酚2246.921}274CJ6NA6427663446%23{48.16十二烷酸十一脂354C认7226186}83%241}53.1143}}C,o%N11744909430%2 哈尔滨工业大学硕士学位论文表3-4IBAC出水的GUMS结果保留时间化学名称1分子量I元素组成积分面积匹配度130内‘、J黔14.32一乙墓一卜己372940164肠醉-206一C一0姗28.82,5对一苯酚一2一一287323047一96$C习31,12雪松醉1150-we91973771璐月o‘31.324-(i甲荃丙3441847荃)苯酚37.02苯二甲酸脂278C，日it0,3257775297%39.01邻苯二甲酸二278CAA5443679396%丁脂7一143.46!共士五烷1352.{Uim!10341200191%色一质联机分析结果表明，原水中共检出39种有机物，原水经过常规处理即混凝一一争预加抓一10沉淀-"过滤处理后，检出24种有机物，所检出的化合物中有6种是原水中不存在的，说明常规处理后有新的化合物生成。滤池出水经生物活性炭深度处理后总离子流色谱图中的有机物谱峰明显减少，滤池出水中的24种有机物在此检出了6种，但它们大多为扫描数大于200的物质。同时，还检出了涟池水中不存在的I种化合物。显然，生物活性炭工艺对水中有机徽污染物去除效果较好。3.3.5内分泌干扰物的去除致内分泌紊乱的有机污染物，因在环境中的浓度低致使其危害未得到足够重视，在包括水环境在内的各种环境媒介中残存的农药、表面活性剂、可塑剂、涂料等构造特性不同的许多合成化学物质，最近被发现具有干扰内分泌的作用。被怀疑具有内分泌干扰作用的化学物质，在日本是67种，美国72种，韩国66种。其中最多的是杀虫剂、除草剂、杀菌剂等农药类物质，其次是工业用原料，按其结构特性分有机抓化物、特拉津类农药、有机锡化物、烷荃苯酚类、邻笨酸脂类等。色一质联机分析结果表明，雁田水库因大童的工业污染物排放，原水中含有内分泌干扰物质。既邻苯二甲酸二乙脂(DEN、邻苯二甲酸丁脂(DBP)、十六烷及属于烷荃苯酚类中的4(1甲基丙斟苯酚,4,4(1甲基亚乙脚对苯酚。 第三章固定化生物活性炭深度处理微污染水试验滤池出水的GC/MS结果表明常规处理可以去除一部分内分泌物质。被彻底去除的物质为十六烷、邻苯二甲酸二乙脂(DEP)，可能是因为十六烷具挥发性，而邻苯二甲酸二乙脂为油状液体，不溶于水的缘故。通过IBAC进一步去除的内分泌干扰物为4,4-(l甲基亚乙基)对苯酚。烃类、酚等疏水性有机物可能主要是通过活性炭吸附去除，而脂肪酸和醇类等亲水性、易生物降解的有机物可能是通过微生物的作用去除。对于可生化性较差且不易被活性炭吸附的邻苯二甲酸丁脂及4(1甲基丙基)苯酚有机物，虽然在所有的水样中皆检测出，但谱峰的面积有所减少，即使没能达到百分之百的去除，但也有一定的效能。由于不能对单项指标进行跟踪测定，因此无法确定单项指标的去除率。3.3.6反冲洗周期及冲洗方式的确定反冲洗时间的确定，对于保证IBAC处理系统稳定高效地运行起着十分重要的作用。经过3周的连续运行，高锰酸盐指数及浊度有偏高的趋势，在工BAC柱进水区底部积累了厚厚的一层泥垢，虽然IBAC柱为上向流，但仍然阻值不了脱附的工程菌、进水的徽颗粒物质及菌的分泌物猫结在一起后慢慢下降积累在底部。为了保证出水水质，必须对IBAC进行定期的反冲洗，以免造成污物的堆积及活性炭的猫结，阻力增大，影响IBAC柱的正常运行。IBAC柱反冲洗水来自IBAC柱的出水，采取水反冲方法，结果见图3-8a以氨氮为指示参数，是因为硝化、亚硝化菌受冲击较大。从图3-8可以看出，反冲洗之后，碳柱的恢复期为Id，工BAC的处理效果即恢复正常，出水指标仍可达到国家规定的排放标准3.3.7最短空床接触时间的确定停留时间是反应器容积的决定因素，故确定最短停留时间可以缩小反应器的体积而不会影响处理效果。本实验通过逐步增大流量的方式来减小停留时间，见图3-9。由图可知，最短停留时间为25min左右，当接触时间缩短至17min时，氨氮去除率明显降低。 第三章固定化生物活性炭深度处理微污染水试验3.5本章小结本章对生物活性炭深度处理雁田水厂滤池出水的处理效果进行了分析。滤池出水的特点为低浊、高氨氮、有嗅味、含内分泌干扰物，经过生物活性炭处理后，实现了降低微污染物含量，氨氮及亚硝氮含量达标的目的。生物活性炭对内分泌干扰物也有一定的去除作用。将生物活性炭柱与活性炭柱连用可进一步优化出水水质。生物活性炭柱最短空床接触时间为25min左右。 哈尔滨工业大学硕士学位论文第4章固定化生物活性炭微生物生理生态学4.1深度处理系统的微生物生态学4.1.1固定化生物活性炭的形成自1967年Parkhrust等人首次肯定了微生物在活性炭上生长的有利性。生物活性炭(BAC,BiologicalActivatedCarbon)处理技术的优势就在于微生物的降解作用使活性炭吸附的有机物被降解，使活性炭内这部分物质所占有的吸附位重新空出来，从而长时间地保持活性炭的吸附能力，这就是活性炭的生物再生作用。活性炭在水中可以自然挂膜，然而自然形成的BAC上的菌将活性炭的表面堵塞，活性炭内部的微孔没有利用，活性炭只起到了载体的作用，严重影响了活性炭的物理吸附作用，对水中有机物的去除只有通过菌的生物降解作用，菌的活性也低。固定化生物活性炭(IBAC,ImmobileBiologicalActivatedCarbon)上人2固定的菌是不连续分布的，活性炭的表面没有堵塞，通过活性炭的物理吸附作用和工程菌的生物降解作用对有机物进行去除。而工程菌是经过针对性筛选和驯化的，活性极高。IBAC的形成就是要使悬浮于水中的工程菌能够固定到活性炭的表面上，并能发挥高效的作用，因此，选择适当的固定化方法是十分重要的。固定化的方法很多，但荃本上是通过一种胶连剂，将微生物细胞固定在载体上，由于胶连剂为高分子聚合物，对徽生物有毒性，抑制徽生物活性，同时，将使活性炭失去物理吸附作用。研究中，我们采用循环物理吸附法，即充分发挥活性炭的物理吸附作用，将水中的徽生物与活性炭结合在一起. 第四章固定化微生物生理学与生态学4.1.2工程菌的筛选工程菌是指通过筛选、培养和驯化，以及运用生物工程技术，定向选育的、用于实际生物处理装置中的高活性单一或混合的纯培养的优势微生物种群。要想获得高活性的工程菌，首先应该找到种源，这就是筛选的目的。这次试验中采用的工程菌为哈尔滨工业大学马放教授微的分子生物学实验室已筛选出的工程菌，其中微污染有机物降解菌15株，硝化菌7株.通过分离和纯化，将微污染有机物降解菌的巧株菌，经个体形态、菌落特征及生理生化试验等指标的测定，最后经检索将其鉴定到属。分离、纯化及鉴定用的培养基。结果表明，15株菌分别属于假单胞菌属(Pseudomonas)5株、芽抱杆菌属(Bacillus)4株、微球菌属(Miccous)2株、短杆菌(Brevibactrium)2株、动胶菌属(Zoogloea)1株、气单胞菌属(Aeromonas)1株。优势菌属为假单胞菌属和芽抱杆菌属。将筛选出的硝化菌鉴定到属，属于亚硝酸菌单胞菌属(Nit工obacer)，短杆菌属(Nitrococcus)，亚硝酸螺菌属(Nitrospira)和硝酸球菌属(Nitrosococcus)o在取样分离的同时，对水样进行了细菌总数和大肠菌群数的测定，同时，还对水中粪型链球菌、粪大肠菌等细菌的一些指标进行了测定，证明水中不存在这些细菌，完全符合国家饮用水标准，从而保证了所分离的菌株不存在病原微生物。另外，任少珍等对自来水中微小菌落菌群的分离鉴定和致病性研究，证明经加氛处理的饮用水中无致病性菌群，由此保证了分离筛选的菌株安全性。各菌属的主要特征如下。(1)假单胞菌属(Pseudomonas)杆菌，单细胞，偏端单生或偏端丛生鞭毛，无芽抱的革兰氏染色阴性细胞，大小为0.5^-1.0X1.5^-4.OEun。大多为化能异养菌，利用有机碳化物为碳源，但少数是化能自养型，利用Hz或CO,为能源。专性好氧或兼性厌氧。在普通培养基上生长良好，达200余种，有些种能在4℃生长，属于嗜冷菌。(2)芽抱杆菌属(Bacillus)杆菌，大小为0.3^-2.2X1.2^-7.OEun。大多数 哈尔滨工业大学硕士学位论文有鞭毛，形成芽抱，革氏染色阳性。在一定条件下有些菌株能形成英膜，有的产生色素。芽饱杆菌为腐生菌，广泛分布于水和土壤中，有些是动物致病菌。属化能异养型，利用各种底物，严格好氧或兼性厌氧，代谢为呼吸型或兼性发酵:有些种进行硝酸盐呼吸。该菌能分解葡萄糖产酸但不产气。(3)微球菌属(Miccous)球状，直径。.5^-3.5Fun,单生、对生和特征性的向几个平面分裂形成不规则堆圆、四联或立方堆。革兰氏染色阳性，但易变成阴性，有少数种运动。普通肉汁膝培养基上生长，可产生黄、橙、红色色素。属化能异养菌，严格好氧，能利用多种有机碳化物为碳源和能源，最适生长温度20-281C，主要存在于土壤、水体、牛奶和其它食品中。(4)短杆菌属(Brevibactri耐短杆菌，单个成对或呈短链排列。大小为0.5^-1.OX1.0^-1.5Fun，可达0.3^-0.5Fun，大多数以周生鞭毛或偏端生鞭毛运动或不运动，无芽抱，革兰氏染色阳性。在普通营养琼脂培养基上生长良好。有时产生红、橙红、黄、揭色的脂溶性色素。属化能异养型，好氧，在2096或更高的氧分压下生长最好。分布于乳制品、水和土壤中。(5)动胶菌属(Zooglo阔杆菌，大小0.5-1.OX1.0-3.Opm，偏端单生鞭毛，在自然条件下，菌体群集于共有的菌胶团中，特别是碳氢比相对高时更是如此。革兰氏染色阴性，专性好氧，化能异养，最适温度28-300，广泛分布于自然水体和废水中，是废水生物处理的重要细菌.(6)气单胞菌属(Aeroxonas)细胞直，具有圆端的杆状到1.0^-4.4Fim的类球状，偶见形成长到8Fam的丝状体;单个、成对或成链:极毛运动，通常单鞭毛;有的种不运动。革兰氏染色阴性。化能异养菌;有呼吸和发醉二种代谢;碳水化合物分解成酸，有的产气(CO=.H2)。有些种长在以按盐作为唯一氮源的无机培养基上。可分解荀萄箱、果糖、麦芽糖。水解淀粉、糊精和甘油。水解酩阮;液化明胶;产生DNA醉、精氨酸脱氮醉和磷酸酷酶;不分解服素。细胞色素氧化酶、氧化醉和接触醉阳性.兼性厌氧。最低温度0^-50.生长限制在PH5.5^-9.0范围内。(7)产袱杆菌属(Alcaligenas)0.5^-1.2x0.5^2.6Fun，通常单个出现.未知有休止期。革兰氏染色阴性。 第四章固定化微生物生理学与生态学以1.8根周毛运动。专性好氧具严格代谢呼吸型，以氧作为电子最终受体。有些菌株在存在硝菌盐或亚硝酸盐时进行厌氧呼吸。适宜生长温度为20-371C.氧化酶、接触酶阳性.不产生叫跺。通常不水解纤维素、七叶灵、明胶和DNA。化能有机营养型，利用不同的有机酸各和氨基酸为碳源。由几种有机酸盐和酞胺产碱。通常不利用糖类。4.1.3工程菌的驯化1.所需材料培养和驯化所用的液体培养基共有5种。培养和驯化所采用的装置，见图4-1.图4-1培养和驯化装置示意图1.进样口2.出水口3曝气头4加氧泵2.培养和驯化方法培养和驯化的目的就是通过富营养到贫营养、贫营养到富营养的变化过程，最终使筛选出的菌株能够在有一定底物浓度的水中生长.微污染有机物降解菌的培养与驯化:将待用的15株菌的斜面用10ML无菌水洗脱，然后各取2mL菌液分别接种于装有已灭菌的100ML培养基I中，再置于摇床上，30℃培养24h, 哈尔滨工业大学硕士学位论文吸取15株菌的培养基I中的培养液IOML，分别加入盛有100ML培养基II的三角瓶中，30V培养24h.依次按上述的t和培养方法，将巧株菌的培养液分别加入培养基m、W、V中，最后加入已灭菌的自来水中，30℃摇床培养24h。经过观察，15株菌经过整个培养和驯化过程，均可以在自来水中生长繁殖。为了保存菌种，将15株菌分别接种于琼脂培养基中，结果全部生长，然后再转接于牛肉青蛋白陈斜面上，置于冰箱中3-5℃保存。将纯菌种培养和驯化中剩余的8ML菌液，一同倒入装有1000ML培养基I的装里中，见图3-5。室温培养48h，然后从出水口放出900mL，再加入IOOOML培养基1，室温培养48h。重复这一过程，分别加入培养基II,N.V，最后，每天加入200mL蒸馏水，直至达到所需要的菌液量，以备后续实验用。硝化菌的培养和驯化方法与微污染有机物降解菌的培养与驯化方法相同，不同之处在于硝化菌使用硝化菌及亚硝化菌专用培养基。4.1.4固定化方式首先对工程菌进行活化。将驯化并培养到一定里的工程菌，采用培养基从富营养到贫营养，再从贫营养到富营养反复驯化2次，最后用现场水驯化。一方面得到所需的菌t，另一方面使工程菌适应现场进水条件，以期接种后马上能达到一定的活性。固定化采用间歇式循环物理吸附法，即菌液投入雄中后，循环2h,停止4h,然后重复这一过程，其目的是将筛选驯化的工程菌均匀地吸附在活性炭表面，而且整个炭峨中的菌1k(即每B炭上的菌数)均匀。循环12h的再吸附12h,将菌液放空，经反冲洗投放正常运行。计数表明，经过这样的方法，出水中菌t已从107af级降到10Z，决大部分工程菌已经被活性炭吸附，人工固定化完成，生物活性炭已形成。4.1.5工程菌的生长繁殖规律徽生物生长和策殖统称为发育，要研究微生物的发育过程必须从研究微生物的群体生长方面着手。因为徽生物群体在生长过程中，个体的细胞体积和重盆变化不易被察觉，只能以细胞数t的增加或以细胞群体重盆的增加作为生长繁殖的 哈尔滨工业大学硕士学位论文机物的降解。由于微生物生长代谢中物质和能量的需要，将部州氏分子分解为二氧化碳和水，同时也将降解中生成的部分中间产物合成为微生物体。(2)微生物胞外酶对大分子有机物的分解作用。(3)生物吸附絮凝作用。生物膜的比表面积较大，能吸附部分有机物。微生物分泌物多聚糖等粘性物质有类似化学絮凝的作用，使部分大分子在生物反应器中被填料上生物膜吸附下来，在反冲洗时被带出反应器。活性炭上的工程菌可以利用水中的微量有机物缓慢生长。如果水中有机物的浓度在一定范围内变化，工程菌的数盘也就会在一定的范围内变化，而在实际应用中，就会反映出高锰酸盐指数的去除率保持相对稳定的变化范围，因此，人工固定化的生物活性炭的运行比较稳定。活性炭吸附的有机物中含有氮、磷等营养物质，它们给微生物的生长、繁殖创造了适宜的条件。一个细菌在活性炭表面约占40Pm，主要被吸附在大孔和过渡孔中。自然形成的生物活性炭的大孔内，细菌、霉菌、酵母菌和少t的藻类都能生存;在过渡孔内，游离的细菌以及由上述菌体分泌的酶和辅酶被吸附;虽然细菌不能进入徽孔区，但是分泌的酶却能渗入，并在微孔中被吸附和富集。酶有多种多样，可按其催化反应机理分为:氧化酶(使有机物氧化或脱氢)，脱水酶(从被作用物中除去水)，水解醉(即加水分解，使蛋白质分解成氨基酸，使脂肪分解成脂肪酸和甘油，以及使复杂的多糖分解成单糖)，脱氢酶(即从氨基酸或胺中去除一-NH,)，脱赦醉(从被作用物中去除二氧化碳)等。在这些酶类以及辅酶的共同作用下，发生了三个阶段的反应:第一阶段将大的有机物分子降解为单糖、氨荃酸、脂肪酸:第二阶段是将上述产物部分地氧化成为下列物质的一种或几种，即二软化碳、水、乙酸荃辅醉A,。一翻戊二酸和草酸;第三阶段是将上述的物质最后权化成二氧化碳和水。第一阶段由被作用物分解成的三种物质可以合成碳水化合物、蛋白质和脂肪，并进一步合成细胞原生质，使微生物生长和繁殖，合成能且是由被作用物氛化分解产生的。被活性炭吸附的有机物通过上述的氧化分解和合成徽生物新细胞两条途径，将其从活性炭的吸附位置上解脱出来，腾出吸附位里，从而恢复吸附容it.工程菌(大小为10A)主要集中于炭颗粒的外表及邻近大孔中，而不能进入微孔中。这些存在于表面及大孔中的细菌能够将活性炭表面和大孔中吸附的有机 第四章固定化微生物生理学与生态学物降解掉，使活性炭表面的有机物浓度相对降低，造成炭粒内存在一个由内向外减少的浓度梯度，有机物就会向活性炭表面扩散，可逆吸附的有机物因此解吸而被微生物利用。另外，细胞分泌的细胞外酶和因细胞解体而释放出的酶类(10A大小)能直接进入生物活性炭过渡孔和微孔中，与孔隙内吸附的有机物作用，使其从吸附位置上解脱出来，并被微生物利用，这就构成了吸附和降解的协同作用。4.1.7工程菌的(分解)代谢途径1有机物的生物降解生物降解是指土壤、水体和废水生物处理系统中的需氧微生物对天然及合成有机物的破坏或矿化作用.IBAC处理工艺要达到的最终目的是尽量使水中的有机物彻底矿化，即将有机物最终变成H,0和Col.我们分离并驯化培养的工程菌皆为好氧菌。工程菌在好氧条件下对有机物的生物降解途径十分复杂，但无论何种物质要想达到完全矿化，都必须经过共同的途径才能实现。在研究有机物的生物降解过程中，人们所关注的是有机污染物的生物降解究竟进行到何种程度。Mausnet等曾根据有机污染物生物降解的进行程度将生物降解分为三种，即①初级生物降解，是指有机污染物在微生物的作用下，母体化合物的化学结构发生变化，并改变了原污染物分子的完整性，即有机污染物.本来的结构发生部分变化。②环境允许的生物降解，是指可除去有机污染物的毒性或者人们所不希望的特性。③最终生物降解，是指有机污染物通过生物降解，从有机物向无机物转化，完全被降解成C伍、H2O和其他无机物，并被同化为微生物的一部分。而根据有机污染物与微生物的相互关系可以将有机污染物分为四类，即:①可以立即被微生物利用作为能量和营养来源的，这类物质包括简单的糖、脂肪酸和一些涉及典型代谢途径的污染物。②能够逐步被微生物分解利用的，这类污染物的生物降解需要一个驯化期，在此期间有机污染物很少或根本不发生生物降解，如苯系化合物。③生物降解十分缓慢或者根本就不能降解的，这些物质包括一些天然高分子物质以及许多人类合成的有机化合物，如腐殖酸、有机氛化物等。④ 哈尔滨工业大学硕士学位论文可以通过共代谢作用分解的，此类化合物作为唯一碳源或能源时，不能被微生物所利用，而当存在另外一些微生物能够利用的碳源或能源化合物时，这类化合物也能被同时降解，但微生物不能从这类化合物的降解中获得碳源或能源。当然，有机污染物与微生物的此类关系不是固定的，不同微生物种属对同一种有机污染物的反应是不同的。因此，根据生物降解的过程和有机污染物与微生物的相互作用关系，要想完全实现有机污染物的最终生物降解是不可能的。只有将水中有机污染物尽可能多地转化成第一类物质，才能使有机物的去除率达到最大。2.硝化菌对氮氮的转化硝化反应是将氨氮转化为硝酸盐氮的过程。硝化反应是由一群自养型好氧微生物完成的，它包括两个基本反应步骤，第一阶段是由亚硝酸菌将氨氮转化为亚硝酸盐(N0,-)，称为亚硝化反应。第二阶段则由硝酸菌将亚硝酸盐进一步氧化为硝酸盐，称为硝化反应。亚硝酸菌和硝酸菌统称为硝化菌，均是化能自养菌。它们利用无机碳化物如呱、CO,r,HCO,等作为碳源，通过与NH=NH,",N0,的氧化反应来获得能f.亚硝酸菌和硝酸菌的特性可见表4-2,4-3.项目亚硝酸菌硝酸菌(椭球或棒状)(椭球或棒状)细旅尺寸/，.1X1.50.5X1.5革兰氏染色阴性阴性世代期/h8^-3612^-59自养性专性兼性擂氧性严格好氧严格好氧最大比增长速率u./h""0.04^-0.080.02^-0.06产率系数Y0.04^-0.0130.02^-0.07饱和常数K/(mg/L)0.6-3.60.3-1.7氮氮被氧化为亚硝破盐、亚硝酸盐被氧化为硝酸盐的表示形式如式(4-5)、(4-6)NH,"+1.50.一NOe-十2H"+H#(240-350kj/mol)(4-5)NW+0.50e-I"NO,-+(65-350kj/mol)(4-6)(1)氮氧化为亚硝酸的过程亚硝酸细菌首先在氨单加氧酶(AM的的作用下将氨氮氧化为NH,OH和H,0，此过程中的2个外源电子来自后续的狡氨氧化，通过Cytc和COQ由HAO传递给AMO.NH#I氧化为NOZ"是由独氨氧还原酶(HAO)进行的。AMO 第四章固定化微生物生理学与生态学是一种膜组合蛋白，而HAO存在于周质中，见图4-2。参与此过程的微生物特性见表4-3，反应过程为见式(4-5)，(4-6).认+qH图4-2氨氧化的电子传递示意图(2)亚硝氮氧化为硝酸的过程硝酸菌将NOZ-氧化为N0,-,产生ATP和NADH,并通过卡尔文循环固定Col，原子示踪实验证明亚硝酸盐好氧氧化过程中，产物硝酸盐中的氧原子来自于水，亚硝酸氧化酶(NOR)位于细胞的呼吸颗粒上，与膜紧密结合，因为能t的需要，参与此过程的细胞色素不是C型，而是a型，整个体系称为“亚硝酸氧化酶”，整个反应至今未检出任何中间产物，是一步完成的，参与此过程的微生物特性见表4-2a 哈尔滨工业大学硕士学位论文表4-3亚硝酸菌的外观特征代表种细胞形态鞭毛膜内摺结构细胞大小/“口Nitrosococcus球状至椭球状丛毛呈泡囊分布于四周或堆(1.5^1.8)X(1.7^-积中央2.5)Nitrosolobus多形态叶片状周生使细胞分隔(1.0~1.5)X(1.0-2.5)Nitrosomonas直杆状极生至呈泡裹分布于四周0.71.5)X(1.0-偏极生2.4)Nitrosospira紧密级旋杆周生细胞膜内陷(3.00.8)X(1.0-8.0)Nitrosovibrio细长弯曲杆状极生至细胞膜内陷(3.0^-0.4)X(1.0^-偏极生3.0)表4-4硝酸菌的外观特征代表种细胞形态德毛膜内摺结构细胞大小利用有机(，口)质能力Nitrobacter梨状或多态极生至侧扁平泡囊分布于(1.5~1.8)x可异养生杆状生一侧(1.7-2.5)长U言奋-..一~~亩.~n孟LLU仁弓蕊二UU肠球状极生使微管随机分布(1.0~1.5)X无(1.0-2.5)Nitrospina细长杆状未观察到无(0.7~1.5)X无(1.0-2.4)Nitrospira魂松姗旋杆未观察到细胞腆内陷(3.0~0.8)x可混合营(1.0-8.0)养生长以上介绍的是利用无机物的化能自养代谢过程，各反应的还原电势都比较高:E(N%-办肚勺=340mV,E(W/W)=430mV，因此欲使无机基质的氧化和NAD的还原相辐连，必须提供一定的能f，而细菌的氧化磷酸化的效率很低，NAD还原过 第四章固定化微生物生理学与生态学程产生1分子NADH需消耗3分子的ATP，然而实际情况是氧化1分子亚硝酸盐只产生1分子的ATP，因此为获得合成细胞所需的还原力，必须消耗大量的ATP,这就是硝化细菌生长慢、时代时间长、细胞产率低的原因。硝化菌的生长特性见表4-5e表4-5硝化菌的生长特性项目亚硝酸菌硝酸菌(椭球或棒状)(桶球或棒状)革兰氏染色阴性阴性世代期/h8^-3612^-59自养性专性兼性需暇性严格好氧严格好氧最大比增长速0.04^-0.080.02^-0.06率(v./h-")0.04^-0.0130.02-0.07产率系数Y0.6-3.60.3-1.7饱和常数〔K/(mg/L)J第一阶段反应放出能童多，该能量供给亚硝酸菌将NH,"合成N0,-，维持反应的持续进行，第二阶段反应放出的能量较小，到目前为止未发现中间产物。硝化过程中亚硝酸菌的酶系统十分复杂，氨氮氧化为亚硝态氮经历了3个步骤6个电子变化，而硝化反应只经历了1个步骤和2个电子变化，相对简单些。因此，有人认为亚硝酸菌比硝酸菌更易受到抑制，是硝化过程中的控制步骤.从能量是用于角度来看，第一阶段反应放能远大于第二阶段，而能量是用于细胞合成的，所以亚硝酸菌的产it大于硝酸菌的产量，这一点从上表中污泥产率系数的大小也可以看出。氧化(代谢)不是单独进行的，合成也在同时进行，这就导致了微生物的增长。合成的表示形式如下列各式.3NW+15C0,一，*10NO-+23H"+3C6H,N02+4H20(亚硝酸菌)(4-7) 哈尔滨工业大学硕士学位论文NH,"+5C0,+10NOZ-十2H,0~-州卜10W+CJi,NO,+H"(硝酸菌)(4-8)同时在水体中，CO,存在以下平衡关系:CO,十H,0一一卜邸仇--卜H"十HCO,-(4一)方程式(4-7)、(4-8)、(4-9)均有『生成，平衡左移、水中pH值下降。综合考虑方程式(4-5)，则方程式(4-7)、式(4-8)、式(4-9)分别变为:NH,"+1.50=+2HC0,--MVO,"十2H,C0,+H,0(第一阶段氧化)(4-10)13NH,"+23HCO,---*8H,C0,+10N0,-+3CJi,N0,+19H,0(第一阶段合成)(4-11)NH,"+HCO;+4H,C0,+10N0,--0"10N0,"+CAN0,+3H,0(第二阶段合成)(4-12)若第一阶段的产率系数Y,r0.15gVSS/gNH,-N,假设生成一个C6H,N0,需NH,"中氮为x个，则:C.H,N0,(VSS)Nx11314x0.151可得x=54，加上擂氧化的一个NH,"，第一阶段的总反应式为式(4-13)。55NH,"+760,+109HCO,-奋C.HAN+54N认.十57H,0+104H,CO,(4-13)同理对于第二个阶段，若产率系数Y,=O.02gVSS/gN0,-N，合并方程式(4-12)、式(4-13)，第二阶段的总反应式为(4-14)。NIL"+HCO;+4H,C0,+400N0,-+195O,-p.400NW+C6H,N0,+3H20(4-14)硝化过程总反应如式(4-15)。NH,"+1.98HCO;+1.83()一一*0.98N0,"+0.021CJi,M+1.041H,0+1.88H,C0,(4-15)该式包括了第一、二阶段的合成及氧化，是式(5-1)-(5-9)的综合体现。由反应式(5-11)可知，反应物中的N大部分被硝化为NO;，只有2.1%合成为生物体，硝化曹的产f很低，且主要在第一阶段产生(占1/55).若不考虑分子态以外的氧合成细胞本身，光从分子态氧来计量，只有1.1%的分子态氧进入细胞体内，因此细胞的合成几乎不需要分子态的氧。整个硝化过程总氧化反应式为(4-16)。NH,"+24.一一-10Np;+2H"+H20(4-16)考虑"iC平衡得式(4-17): 第四章固定化微生物生理学与生态学NH,"+20Z+2HC0,-一一iNOa+H,0+2H,C0,(4-17)由上述反应过程可知，将lg氨氮转化为硝酸盐氮需耗氧20,/NH,"-N=4.57g(其中第一阶段反应耗氧3.43g，第二阶段反应耗氧1.14g)同时由方程式(4-11),(4-13)可知，整个硝化过程要消耗水中碱度，主要是氧化反应所致.2H"+CaCO3i"Ca2`+COZ+H,O(4-14)即Caco,-r2HC0,--jNH,"-N.CaCO,/NH,"-N=100/14=7.14，每氧化坛氨氮需消耗重碳酸盐碱度(以CaCO,计))7.14g.4.2固定化生物活性炭微生物生态学微生物生态学是研究微生物与微生物之间以及与微生物相互联系的物理、化学和生物等环境因子之间的相互作用关系的一门学科。环境中各种因子影响着微生物的生存和生长繁殖，而微生物通过新陈代谢等活动也对环境产生着影响。研究微生物的生态，掌握微生物与环境之间的相互关系，不但可以了解微生物在反应器环境中的分布规律，还为人类利用微生物资源和控制微生物的生存提供了理论依据，更重要的是可以根据微生物生态学原理，创造有利条件，开发新型的人工生态系统，以便提高水污染控制工程中人的主观能动性，达到预期目的，使水污染控制在更高层次上得以发展。4.2.1IBAC上的细菌数最和种类的变化1.IBAC上的细菌分布规律本次试验中，水流方向为上向流，为了更好地反映出沿水流方向IBAC上工程菌数A的变化，分三层进行取样，分别记为底层、中层和上层。无菌操作取logIBAC放入无菌瓶中，加入一定量的无菌水清洗2次，以去除IBAC表面的附着物。定A加入90ML无菌水，放入玻璃珠，放于磁力搅拌器上振荡lh，静置后，取菌悬液进行倍比稀释至10""。取稀释度为101,10-5,10-6、10""的菌液0.5rnL放于培养皿中，采用平板菌落计数法测定菌量，结果见表5-5e 第四章固定化微生物生理学与生态学况下，高锰酸盐指数浓度没有太大变化，这样通过活性炭的吸附作用给工程菌提供了更多的营养物质，从而弥补了温度带来的影响，从而表现出稳定的高锰酸盐指数去除率。2.DO对IBAC净化效率的影响工程菌均为好氧菌，因此，必须保证水中有充足的DO，才能使工程菌净化效率达到最大，即高锰酸盐指数的去除率最高。通过实验研究，水中DO一般都在5mg/L以上，如表4-6a表4-61BAC溶解氧(mg/L)日期11-211-411-611-811-1011-1211-1411-1611-1811-2011原水5.225.475.415.589.169.28.69.128.87.65，8出水3.743.433.414.087.457.986.246.236.314.463.8DO与高锰酸盐指数的关系见图4-6。由图4-6可知，DO与高锰酸盐指数成相关性。3.5︵曰、旨︶2.5喇蔡2释阅1.5喇遴1米0.51234567891011，高锰酸盐去除量，耗氧量日期(d?46DO与高锰酸盐指数的关系3.高铭酸盐指数浓度与IBAC净化效率的关系高锰酸盐指数作为营养物质对工程菌的净化效率影响较大，从高锰酸盐指数的去除率来看，IBAC柱进水高锰酸盐指数浓度较高时，其去除率也较高，这与有 哈尔滨工业大学硕士学位论文关的研究结果是一致的。关于这一问题，我们可以通过底物浓度对酶促反应速度的影响加以讨论。工程菌对底物的利用实质上是酶促反应。因为工程菌的一切生化反应都是由酶来催化完成的。因此，各种因素对工程菌的影响，直接反映在酶促反应速度上.当其他条件稳定的情况下，底物浓度与酶促反应速度之间的关系，可以用米一氏方程式表示。V=V.s/(k.+s)(4-5)式中:v一一徽促反应的速度;V一最大反应速度;s一一底物浓度;k.一一米氏常数。k.是反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。当底物浓度较低时，k.>s>则v-V.s/k.(4-6)即反应速度与底浓度成正比，符合一级反应。当底物浓度很高时，OA.则v-V.(4-7)即反应速度与底物浓度无关，符合零级反应。IBAC上的工程菌的数且基本稳定，即醉量是一定的，而水中的有机物高锰酸盐指数浓度较低，所以反映出高镬酸盐指数的去除率在一定的范围内波动。当水中有机物浓度增加时，则醉促反应速度增加，则高锰酸盐指数的去除率提高。但进水的高锰酸盐指数浓度不能无限制地增加，当达到一定浓度时，反应速度达到最大，高锰酸盐指数的去除率也就不能再增加。4.3本章小结I、通过工程菌生长规律的研究，证明从富营养到贫营养的反复驯化方法，可以使工程菌在徽t有机物培养墓中生长。2、根据工程菌生长规律，计算出工程菌生长的代时G比较长，这是由于水中含有微t有机物。 第四章固定化微生物生理学与生态学3、通过研究有机物的生物降解途径来考察，工程菌对有机污染物的生物降解程度。4、由于分批培养的滤柱内，IBAC上的工程菌处于生长繁殖的稳定期，炭的吸附速度是一定的，体现出IBAC对高锰酸盐指数的去除率是相对稳定的。5、由于滤雄内工程菌分布均匀，而且占绝对优势，所以人工固化IBAC的净化效率较高，运行稳定。6、环境条件是控制微生物活性的因素，从而影响IBAC的净化效能。 哈尔滨工业大学硕士学位论文第5章预氧化强化混凝去除沉淀池藻类试验研究雁田水厂的水源水取自雁田水库，该水库为缓流水体，该水库微污染较为严重，氨氮、亚硝氮、高锰酸盐指数常年超标，为水体富营养化的特征。该水库在每年的5月至10月间，藻类爆发的现象频萦发生。当藻类爆发现象出现时，水库水面出现黄绿色悬浮物，后来发展到水面漂浮绿漆状物质，水库透明度由原来的2.5m下降到1.0m以下，最低的在0.5m以下。当藻类大A爆发时，水库呈现“高藻类、低碱度、高pH值、低溶解氧”的特点[531。其它环境因素如风向、水温、水体流速及水库总闸是否关闭等也会导致藻类爆发现象的发生。当水源水中藻类大t繁殖时，雁田水厂的生产运行亦受到影响，表现在:(1)混凝剂及消毒剂消耗t增大，导致药剂的投加量增大。(2)藻类比重小，沉淀效果差.藻类与混凝剂形成的混合物漂浮在沉淀池表面且聚集在一起，形成大片的漂浮物无法沉淀。为了促使藻类沉淀，水厂在取水口处投加黄泥助沉，增加了涟池的运行负荷。(3)形成大且顺粒状有机物，堵塞或穿透滤床，过滤周期缩短，反冲洗频率增大，产水t降低。高浓度的藻类对滤池的危害最大，往往成为该水厂正常运行的制约因素，因此，积极探索简单易行的处理方法，具有很强的实用煮义.5.1实验过程与方法5.t.1采样点布设当水库出现藻类姗发事件时，对雁田水库不同取样点监测，进行水质理化及生物分析。分别取水厂取水口为1号采样点，水库左岸距岸边2米处为2号采样点，水库右岸距岸边2m处为3号采样点。实验用水取1号采样点。 第五章预领化强化混凝去除沉淀池澡类试验研究5.1.2水质理化分析测定对采样点水质进行理化分析测定，测定项目按常规方法测定。5.1.3藻类样品采集及记数在采样点处采集水样1L,置于量杯中，加入IOmiLugol碘液固定，沉降24h后，在液面lcm以下将上层固定液抽掉，剩约50mI时，将浓缩物转至小烧杯中，用蒸馏水冲洗量杯，将洗液并入小烧杯中，将小烧杯液体转入50m1容量瓶中，定溶至刻度，吸取固定液O.lml，用浮游生物计数框计算藻类个数。计数公式如下:N=赢·令Pn式中，Cs为计数框面积，Fs为每个视野面积;Fn为每片计数的视野数;v为藻样体积，v为计数框体积，Pn为每片计数视野计数得到的藻细胞总个数。利用显微镜分类计数，藻细胞以门分类，细化到属冈。5.1.4实验步骤在藻类基发时首先测定原水的理化及生物特性，然后取实验用水在全电脑控制的MY300()型搅拌仪上进行烧杯搅拌混凝实验。将高藻水转移至一系列IL的玻瑞杯中，依次加入不同量的高锰酸钾和二氧化氯两种强氧化剂，对同一种混凝剂比较杀藻效果及确定投加量。在强氧化剂及混凝剂都确定的情况，投加黄泥，确定黄泥的助沉效果。5.1.5实验条件先加入不同量的氧化剂，以300r/min的转速快搅Imin，投入一定量混凝剂，以50r/min的转速慢搅10min,然后静沉30min，在水面下lcm处抽取900ml上清液测藻类数目、浊度、PH值、高锰酸盐指数。 哈尔滨工业大学硕士学位论文5.2实验结果与分析5.2.1原水水质理化及生物分析当水库出现藻类攀发事件时，对雁田水库不同取样点监测，结果见表5-10表5-111月15日藻类基发各取样点水质状况取断面名称取样高锰总氮氮氮pH值藻类数目样深度酸盐(mg(mg/L)(个/L)点(m)指致/L)1水厂取水口0.58.41.393.858.375.18X10"2左岸2米0.57.91.243.768.435.4X10"3右岸2米0.58.11.273.818.475.23X10"水库当时水沮为27"C-31℃，对不同的取样点水样分析得知，雁田水库藻类爆发主要是由蓝藻中微囊藻属(Microcystis)，绿藻中的团藻(Volvocales)造成，如图5-1。徽囊藻是极为常见的一种浮游藻类，常在富营养水体中大a出现，在沮晚季节大且萦殖，是水体呈灰绿色，形成砂絮状水华，当被风浪吹涌到一起，在水面形成一层铜绿色油镶样膜状搜盖物，并散发出臭气。蓝藻通常为伪空胞，极易漆浮在水面上形成带状或片状的绿色团块随风漂移，所以主导风向对蓝藻的爆发和堆积起着不容忽视的作用。镜检发现，铜绿微囊藻在藻类暴发时占总藻类数目的90"/0。蓝藻的大f萦殖不仅影响水质的清洁度，更严重的是燕类在萦殖和生长过程中要消耗大f的暇气，到了液间由于缺氧造成藻类死亡。藻类的大A生长及燕类尸徽产生的强烈鱼腥味，是自来水长出水受到严重污染[55J燕类基发现象出现时，水源水的pH值由原来的7.5左右上升到8.5左右，这是因为燕类的大f挤殖和生长通过光合作用消耗了水中的C02,影响了水中的碳酸盐平衡，导致水体酸度降低IN. 哈尔滨工业大学硕士学位论文臭功能，其中臭氧能有效地分解有机物，具有明显的除臭作用，日本柏井水厂用臭氧方法处理方番沼的.奥水，当臭氧用A为2-3mg/L，接触5-10min，土性素与2·甲基异-2-茨醉的去除率达85810，臭阅值由原水的200降至30，可是该法的设备费与运行费较高。据文献报道，二叙化抓能有效地去除土霉味，由鱼鳞藻产生的鱼腥味以及由念珠藻、星杆藻、黄群燕及放线菌等代谢的土性素、2一甲基异·2-茨醉产生的奥味。但另外一些报道则宣称二氧化级不能有效地降低臭阐值和由微生物产生的霉味，对土性素与2一甲荃异.2-茨醉去除率为308/8或更低。高锰酸钾单独使用并不能很好地控制天然有机物引起的奥味。Lalezary研究表明高住酸钾对五种产生土排味物质的氧化去除率很低，相比之下，二氧化钮吸附去除该类物质的效率更高加刀.雁田水厂除奥工艺目前仍为常规工艺，主要靠化学方法处理，投加粉末活性炭，即“水库水一-卜预投级一今加入聚合叙化铝铁一争粉末活性炭~，魁入反应池即。长期以来除藻的效果不好，由于藻类没有有效地去除，大部分由燕类而引起的奥味就依然存在，沉浪池内的斜管为绿色，为藻类和青苔混合生长筱盖所致。游池中的涟层逐渐被水中的燕类阻塞并污染，滩料通常在很短的时间就全部变黑，又因为预投抓，水中的燕类与抓发生作用，臭味加重.本实验方法如下:取水派水先加入不同f的高铭酸钾和二氧化抓，以300r/min的转速快搅Imin，投入10.5mg/L的菜合抓化铝铁，以50r/nrin的转速慢揽10min,然后静沉30min，在水面下Icm处抽取900ml上清液，然后将9x""11上清液以8Im&的平均地速通过一个体积为2L的过柱，取滤出水作为实验用水对比除奥效果，取经“水库水一呻预投级产一一加入聚合抓化铝诈一反应沉淀池一一+涟池--+IBAC”处理后的出水、水厂水源水、水厂出厂水为做臭味对比，既在室盆(25℃)和加热沸脚情况下，用六级奥味强度法侧定臭味结果。结果见表5-2a 第五章预氧化强化混凝去除沉淀池澡类试验研究表5-2高锰酸钾和二氧化氮除臭对比00.20.40.60.81.0磕微臭味等级(分别为室沮和加热后结果)离锰酸钾32土腥味2土腥味2土腥味2土腥味2土腥味二氧化氛31鱼腥味2鱼腥味2鱼腥味2鱼腥味2鱼腥味高锰酸钾43土腥味3土腥味3土腥味3土腥味3土腥味二氧化抓42鱼腥味3鱼腥味3鱼腥味3鱼腥味3鱼腥味由表5一可知，高锰酸钾与二氧化氯去除水的臭味效果不明显。水源水在室温下奥味强度为3级，为腐奥味，经预加氛处理后在室温下仍为3级，转化为腥臭味，可以推断进厂原水中的臭味污染物与氯发生了化学作用，产生了另一腥臭味的污染物。出厂水臭味为2级，仍为腥臭味。而IBAC出水臭味为0级，表明IBAC有良好的除臭效果。从水源水、滤池出水及IBAC滤柱出水的GUMS报告可知(见本文第三章)，IBAC具有优异的去除有机物的效果。而水中的臭味多为有机物所致。1BAC出水的高锰酸盐指数为1.82.5之间，而本节实验投加高锰酸钾及二氧化抓后的滤柱出水高锰酸盐指数为3.0--3.5之间，说明高锰酸钾及二氧化氛对水中有机物的去除效果不如MAC明显。故从除臭角度，考虑采用化学与生物相结合的处理方式。5.2本章小结1,雁田水库为富营养化水体，藻类暴发现象常年发生，致使雁田水厂净水生产经常受到影响，沉淀池表面漂浮大量的藻类混合物，滤池易堵塞，出水嗅味大。2、显微镜镜检分析得出藻类暴发现象主要是由铜绿微囊藻过度繁殖造成.3、投加高锰酸钾及二氧化叙两种氧化剂杀藻及去除藻类有机物效果对比可知高锰酸钾效果较好，最佳投加量为0.8mg/Lo 哈尔滨工业大学硕士学位论文4、在取水口投加黄泥具有一定的沉淀藻类的效果。5、不同pH值下，藻类对混凝会产生影响。当pH值在6.0-7.0时混凝效果最好，出水浊度低;当pH<6.0M8.0时混凝效果变差，出水水质恶化。6、高锰酸钾及二氧化抓不能有效去除水中臭味，而生物活性炭则可有效的去除水中奥味，故建议考虑采用化学与生物相结合的处理方式。 第六章沉淀池及滩池反冲洗水回用的试验研究第6章沉淀池及滤池反冲洗水回用的试验研究雁田水厂因原水水质恶化，藻类过度繁殖，导致滤池易堵塞，过滤周期缩短，产水t降低，尤其是藻类浓度较高时，滤池运行周期缩短为原来的一半，这时反冲洗水t耗费为原来的一倍，且反冲洗水均为净化完毕后的清水。沉淀池虽采用原水进行反冲洗，但每次反冲耗水量大，时间长达半小时左右，相当于一台泵半个小时的抽水1t。反冲洗废水直排入取水河流，不仅导致制水成本攀升，也严重污染了水源，恶化水质[781。故雁田水厂的改造除了滤池部分，反冲洗水的回用对于整个水厂提高经济效益，减少水的浪费及耗电量，保护环境有着重大意义。本章的实验目的是确定将滤池及沉淀池反冲洗水沉淀后送至反应池首端，利用反冲洗废水中己形成的矾花颗粒，对混凝的有利作用，改善混凝沉淀性能的可行性。6.1实验装!与方法实验用水分别为沉淀池反冲洗水及滤池反冲洗水。沉淀池反冲洗出水水质见表‘1.滤池反冲洗出水水质见表6-2.表6-1沉淀池反冲洗出水水质项目指标浊度(NTU)1000-2000色度(倍)55-1000pH6.5-8SS(ml/L)100-300细菌(cfu/mD1000-2000 哈尔滨工业大学硕士学位论文6.4反冲洗水回用后混凝性能的小试研究6.4.1颗粒沉速的实验实验方法:取水源水2L，按水厂实际运行状况加入10.5mg/L的PAFC，取1升作为对比样，另取920]m，再加入80mi反冲洗水沉淀后的上清液，既配置成含上清液8%的混合液，作为实验水样。利用六联搅拌仪搅拌混合，条件如下:混合阶段:n=350r/min,r-60s反应阶段:n7--50r/min,t6OOs小试侧得静沉沉降曲线，见图6-3。实验所用原水浊度为18NTU,PH值为7.34，水温为201C,静沉30min。从图中可以看出，在同一颖粒沉速下，投加反冲洗废水的实验水样浊度去除率要比对比样的浊度去除率高;而在同一浊度去除率下，投加反冲洗废水的实脸水样的颖粒沉速要比对比样的颗粒沉速快。980哥余60冲廷邢40侧用2012345678顺粒沉速(v/m.min-1)圈6-3反冲洗水的投加与否对藕粒沉速及浊度去除百分率的形响由图‘3可以看出，相同的反应条件下，加入反冲洗水的水样颗粒沉速较快，这是因为加入反冲洗水中含有大盆较粗的颗粒，当它与原水混合时，起到了形成絮状物核心的作用，同时，细颖粒猫附粗颖粒的速度是细颖粒之间相互混凝结絮速度的几倍，这样原混水反应时顺粒迅速增大，颗粒沉降性较好阅. 第六章沉淀池及沈池反冲洗水回用的试验研究水位又会讯谏卜升;3)从水质的角度出发，必须始终取得沉淀后的表层水。活动式穿孔集水管孔眼直径为30nmm，孔数由管长决定。反冲洗出水上清液回流底泥排放图6一反冲洗水回用工艺示意图滤池反冲洗水选择lh作为静沉时间是因为lh后沉淀水上清液浊度与原水浊度相当，且雁田水厂二期三期共16个滤池同时运行，每个滤池过滤周期为24h,也就是说每两个滤池反冲洗时间间隔为1h多一点。而当藻类含量较高时，过滤周期缩短，滤池反冲洗时间间隔也回缩短。故出于节省投资角度考虑，取一h作为静沉周期。沉淀池反冲洗水静沉池容积为1000扩，池深初步定为4m.污泥区容积为180扩，静沉时间为4h。沉泥区为多斗状，深控制在2m。进出水及水回用系统与滤池同。提升泵站:滤池静沉池设计最高水位与原处理系统中絮凝沉淀池水位高差为5.5m，静沉池最大水位为4m，当水位位于池中心时冰位为2m。进出水管径设为200mm，管长约lom,沿程水损约lm。则泵的扬程为:5.5十2十1=8.5ma沉淀池静沉池设计最高水位与原处理系统中絮凝沉淀池水位高差为6.1m，静沉池最大水位为4m，当水位位于池中心时，水位为2m。进出水管径设为200mm,流f为400m3/h,管长约30m，沿程水损约2.2m。则泵的扬程为:6.1+2十2.2=10.3ma两个池子提升泵的扬程相差不超过2m，故可以选择扬程为JIM的泵，使两池共用一台泵成为可能。 哈尔滨工业大学硕士学位论文污泥排放:采用静水压力排泥方式，利用高差，将泥排入低处。6.6滤池及沉淀池反冲洗水回收的经济效益分析雁田水厂的滤池为单层石英沙滤池，滤层厚度为0.8m，反冲洗方式为单水冲洗，按国内设计经验值，反冲洗强度一般为12Um2s-15IJm"s，按照雁田水厂现有规模，反冲方式及反冲时间，每个滤池平均每次反冲洗水量为:4.3mX4.3mX15X60sX12Um2s+4.3mX4.3mX2.6m=199.8甘每天滤池反冲洗水f为:200扩X16=3200m3每天滩池反冲洗水费为:3200扩X1.0元=3200元若水回收串按85%记:3200X850/x11720元节省电费为:N=K(H-h)QY/10211H:抽水泵总扬程K:动力安全系数h:反冲洗水回用扬程Q:流A故一天节约电耗为:N=0.0425933X(54-10)X3200=5997.14度沉淀池反冲洗水f:(以三期排至池底为最大设计水$)4.7X2X88.0275+200=1027.46扩沉淀池平均每天反冲洗水f为:1593.3+260+226.8=2080.1m3沉淀池每天反冲洗水费为:2080.1时X0.5元=1040元若水回收串按80"%记:1040X8a/.=832元节省电费为:N=K(H-h)QY/102n故沉键池反冲洗水回用一天节约电耗为:N=0.0425933X(54-10)X2080=3898.14度6.7本章小结1，淀池反冲洗水经沉淀后，上清液浊度与水源水浊度接近，故将反冲洗水沉淀后使上清液回流至沉淀他始端是可行的。滤池反冲洗水经沉淀后，上清液浊度低于水源水浊度，理论上可以将未经沉淀的反冲洗水直接回流至沉淀池， 第六章沉淀池及滤池反冲洗水回用的试验研究但考虑到滤池反冲洗水的特点是总量小而瞬间流A大，故仍设中间调节池，使其沉淀并使上清液恒流t回流至沉淀池。2.在原水中投加适It的反冲洗上清液，可以使矾花颗粒沉降速度变快。改善沉淀池中原混水的沉降性能。3.回收利用反冲洗水上清液投加至沉淀池，投加上清液量应占该反应池处理原水A的最佳比例为1096左右。4.反确定冲洗水工艺时，应注意沉淀池反冲洗水及滤池反冲洗水的不同特点及排放频率，设定合理的静沉池体积及静沉周期。5.由滋池及沉淀池反冲洗水回收的经济效益分析可知，反冲洗水回用后，可为厂里每日节省3000元左右. 哈尔滨工业大学硕士学位论文结论1,雁田水厂的出水水质氨氮、亚硝氮含it较高，出水嗅味较大，微污染有机物含f较高。针对该厂出水水质，确定并设计“原水~混凝~砂A--IBAC一出水”的工艺流程。2、通过四个月的连续运行，IBAC处理效果良好，高锰酸盐指数去除率达30%左右，且去除率与进水高锰酸盐指数成正相关性。IBAC去除氮氮及亚硝氮的效果极其稚定，平均去除率在95%以上。通过GUMS手段，对原水、滤池出水及IBAC出水总有机物进行检测，可知IBAC对总有机物去除率较高，且对内分泌干扰物有一定的去除效果。3、对田AC柱内活性炭上微生物的生理生态学进行深入研究得知，工程菌生长的代时比较长是由于水中含有微f有机物。由于分批培养的滤柱内，IBAC上的工程菌处于生长萦殖的稳定期，炭的吸附速度是一定的，体现出IBAC对高锰酸盐指数的去除率是相对稳定的。由于滤峨内工程菌分布均匀，而且占绝对优势，所以人工固化IBAC的净化效率较高，运行稳定。4.藻类基发现象对雁田水厂净水生产影响较大，降低沉淀池效率，堵塞涟池，出水噢味大。藻类基发现象主要是由钥绿徽囊藻过度繁殖造成。5、投加商锰酸钾杀藻及去除藻类有机物效果较好，最佳投加f为0.8mg/L,在取水口投加黄泥具有一定的沉淀燕类的效果。6、不同pH值下，藻类对混凝会产生影响。当pH值在6.0-7.0时混凝效果最好，出水浊度低;当pH<6.0或>8.。时混凝效果变差，出水水质恶化.7、高住酸钾及二氛化级不能有效去除水中臭味，而生物活性炭则可有效的去除水中奥味，故建议采取考虑采用化学与生物相结合的处理方式。8,沉淀池及滩池反冲洗水循环回用对雁田水厂意义重大。不仅可以减轻对雁田水库的环境污染，也会提高该厂的经济效益。 结论根据所做试验及试验结论做出以下建议:I、由于条件所限，本文对IBAC去除各种内分泌干扰物的效果、机理并未做深入探讨。对于去除内分泌干扰物的专向工程菌没有进行筛选及培养。对于准确检测内分泌干扰物含量的分析手段还未确定。希望以后的研究人员开展这方面的工作。2、虽然高锰酸钾具有一定的杀藻效果，但效率不高。希望以后能够开发出高效杀藻剂或絮凝剂除藻。这也是生物絮凝剂的一个研究方向。3.pH值对混凝过程影响较大，在水厂生产过程中采用何种物质调节pH比较经济安全，在本文没有探讨。4、本文对雁田水厂的反冲洗水回用设计了可行性方案。但实现反冲洗水回用的自动化及智能化，对水厂提高处理效率也颇有意义。 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哈尔滨工业大学硕十学位论文..目.........，...73).F.Briand,C.Robillot,C.Quiblier-Lloberas,J.F.Humbert,A.Cout!e,C.Bernard,EnvironmentalcontextofCylindrospermopsisraciborskii(Cyanobacteria)bloomsinashallowpondinFranceWaterResearch36(2002):3183一319274Nomura,H.Yoshi低M.Recentoccurrenceofphytoplanktoninthehyper-eutrophicatedinlet,TokyoBay,centralJapanOceanogr即hicLiteratureReviewVol:45,Issue:775陈迪军，阎修花，李春光，杨保礼.塔山水库蓝藻暴发的成因及控制.环境监测管理与技术.2001,13(1):27-2976梁象秋编著水生生物学:形态和分类2001年:79-8177王红兵·淡水湖泊中有毒藻类污染的毒理学研究及控制对策.同济大学硕士论文.2996:9-1078柯水洲等·滤池反冲洗废水回用和混凝性能的改善中国给水排水2000，16(6):9-1279柯水洲等，滤池反冲洗废水回用生产性试验研究湖南大学学报1999,26(2)-.81-9280柯水洲，袁辉洲等·撼池反冲洗水回用的小试研究湖南大学学报.1999,26(匀:76-8081宫本君，许占祥滤池反冲洗水的回收与利用工业水处理.2000,20(2):45-4782陈冬毅，施志强·气水反冲洗滤池的优化运行中国给水排水2001,17(2):9-11 哈尔滨工业大学硕士学位论文哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明:此处所提交的硕士学位论文《微污染水源水处理技术研究》，是本人在导师指导下，在哈尔滨工业大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果，据本人所知，论文中除己注明部份外不包含他人己发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以正确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签字寿本.名日期:s-3年7A;日哈尔滨工业大学硕士学位论文授权使用书《微污染水源水处理技术研究》系本人在哈尔滨工业大学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归哈尔滨工业大学所有，本论文的研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解哈尔滨工业大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权哈尔滨工业大学，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。保密口，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密口。(请在以上相应方框内打“,/">作者签-t:者，讼名日期:;,Do乡年7月夕日导师签名:日期:-2-07月S日 哈尔滨工业大学硕士学位论文致谢研究生生活将是我一生中经常回放的经典片段。每一次的回放，我的导师马放都将是这片段中的主角。几百个日子里，浩浩师恩永难忘。难忘导师对本论文的字斟句酌，难忘导师对我的淳淳教导，难忘导师宽厚待人、解人所难的品格。导师的成就及为人是值得我终生尊崇的。崔崇威老师和杨基先老师在我试验及论文期间给予了很多建议和帮助，赵庆良教授对我学业上给予了很大的帮助和支持，在此我深表谢意!陆静超老师、王砚老师对我生活上的细致关怀和帮助，让我倍感温暖与亲切。感谢雁田水厂的各位同事在试验期间给予我的帮助。董事长及厂长在我试验期间给我创造了一个良好的工作及生活条件，让我身处异乡时仍似处于家中。化验室的邓卫强、邓建议先生在试验期间给予了我很多帮助，使vi顷利完成试验，你们不记得失的精神让我敬佩!感谢吴波、周浩、徐善文、高洁的帮助，使初进实验室的我顺利完成试验准备.在试验期间吴波亦为我奔波，她厚道的为人令我感动。李淑更、李环两位师姐丰富的实践经验让我收益非浅。感谢王睿无私的帮助。感谢我的师弟、师妹们，谢谢你们的帮助和支持。感谢任广蒙、潘晶、马建薇、刘研、林晶的友谊，让我在学习和生活倍受关爱。感谢师兄黄鹏，无论是我的学习中还是生活中的困难，你都是我最好的依靠与倾诉者。感谢我的父母及家人，你们的养育之恩让我用更好的成绩来回报。秦松岩2003年6月哈尔滨工业大学'