水库微污染水源水处理技术研究 89页

'武汉理工大学硕士学位论文水库微污染水源水处理技术研究姓名：陈克玲申请学位级别：硕士专业：环境工程指导教师：罗亚田2003.5.1 武汉理工大学硕士学位论文摘要水库水是我国许多城市和地区主要供水源。随着我国生态环境的恶化，不少水库的水质呈逐年下降趋势，水库水质的微污染情况十分普遍，导致原有的自来水厂所使用的常规处理工艺已无法生产出水质合格的饮用水，这给社会的卫生安全带来了严重隐患。开发出微污染水高效经济合理的净化工艺是当前自来水厂工艺改革的亟切要求。本论文以深圳市微污染水库水质净化这一科研项目为研究课题，展开了对处理微污染水库水的自来水厂新工艺的研究。首先，在系统分析当前国内外处理微污染水的技术现状与水库微污染水源的水质特征的基础上，认为生物预处理方法是去除微污染水源中富营养化污染物最有前途的方法，并通过试验重点研究了生物预处理工艺对氨氮、有机污染物等指标的去除效果、规律及影响因素的生化分析，确定了四种生物预处理池填料水力负荷与气水比的最佳工况运行参数区间。然后，针对同一微污染水库水源的净化提出了五种工艺组合方案，并以中试规模对它们进行系统的对比性试验研究，总结出各种工艺方案的处理特点、规律及工艺流程选择的理论依据。继而从中优选出最佳的处理工艺组合，确定了该工艺组合的最佳运行参数。结果表明，由于深圳水库微污染水源水质浊度及色度较低，大分子有机物含量低，采用“生物预处理+常规处理”工艺可满足深圳市微污染水库水源的达标净化的要求，在经济许可的情况下可在此基础上增加活性炭吸附深度处理单元提高自来水质量。在实验研究的基础上，本论文还从水库微污染过程的动态分析入手，根据水库微污染水源生物预处理的稳态生物膜模型，讨论了该模型的基质利用转化规律，研究认为：生物膜是通过对初级基质的利用形成的，痕量有机物的去除是对二级基质的利用产生的，较低浓度的二级基质能增强生物预处理的去除效果。从而得出：生物预处理对低浓度有机物有强化的去除作用。本论文研究成果可填补国内微污染水库水处理技术理论，为国内水库微污染水体水源处理技术改良积累经验，具有实用价值，可供国内相关研究借鉴参考。关键词：微污染水源，生物预处理，工艺方案，二级基质 武汉理工大学硕士学位论文AbstractReserviorsaremainwatersupplysourcesmmanyareasinChina．Wimthegradualdeteriorationofecologicalenvironment，acommonproblem，micro-scalepollutionofreservoirwater,givesrisetothefailureoftraditionalwatersupplyprocess，whichbringsserioushiddendangertopeople’Shealth．Thus，thecurrenttendencyofwatersupplyprocessreformationistOdevelop11igll-effective、economicalpurifyingtechnology．nethesisofthispaperistOexplorenewwatersupplytechnologyfocusingonmicro·scalepollutedreservoirwater,supportedbytheresearchprojectofmicro-scalepollutedwaterpurificationinShenzhencity．Firstly，thepapersummarizestheexistingcircumstanceofrelatedresearchesandanalyzesthecharacteristicsofthereservoirwater,concludingthatmicro-organismpretreatmentisthemostpromisingmethod．Then．theeffectivenessandregularrulesofammonianitrogenandorganicpollutantremovalandbiochemicaleffectofsystemfactorsinfourkindsofbiologicalpretreatmenttanksarestudied．Theoptimalrangesofaggregatedhydraulicpowerloadingandtheratioofgastowaterarcfoundbyexperiment．Secondly,fiveshemesofcellcombinationarecardedoutbasedonpilot．scaleexperiment．Afterthecomparisonofeachscheme。thebestoneiSselected．ConsideringthelowcontentofbigorganicmoleculeandlowturbidityandchromaticityinShenzhenreservoir,theschemeof‘"biologicalpretreatment+conventionalprocess”iSsatisfactorytoreachtostandardofdrinkingwateLIffundpermits．GACadvancedtreatmentfollowingiShelpfultoenhancethequalityofwatersupply．Basedonthepractice，thepaperanalyzesthepurifyingprocessofthemicro—scalepollutedwater．AccordingtOtheHomeostasisBiologicalSlimeModelofthebiologicalpretreatment，thepaperdiscussestheregularrulesofsubstrateutilizationandtransformation，resultingthatthebiologicalslimeutilizestheprimarysubstratetoformitself,themicro．organicutilizesthesecondsubstratetofeeditself,thesecondsubstrateofthelowerconsistenceCanenhancetheerectivenessofthebiologicalpretreatment．Theresultindicatesthatbiologicalpretreatmenthasenhancedremovaleffectontheorganicofthelowerconsistence． 武汉理工大学硕士学位论文Theavailableachievementofthispapermakesupthelackofwatertreatmenttechnologyintheaspectofmicro—scalepollutedwaterpurificationandaccumulatesexperienceforthereformationofwatertreatment．Theauthorhopesallshehasdonebringsvaluableassistancetorelatedresearches．Keywords：micro-scalepollutedwatersource，biologicalpretreatment，technologysheme，di—substrate． 武汉理工大学硕士学位论文1．1研究项目来源第1章引言我国是一个淡水资源缺乏的国家，人均拥有淡水量较少且水源分布极不均衡，在我国许多地区，供水水源主要以水库水为主，随着我国生态环境的人为劣化，全国各地水库水源受到不同程度的污染，水库水源的水质呈逐年下降的趋势，水中总磷、总氮、氨氮、亚硝酸盐氮、高锰酸盐指数、生化需氧量、石油类、挥发酚的浓度一般都有不同程度的超标情况，水库水有生物臭，锰含量常常很高，藻类含量也较高，部分水库已经富营养化，水质已呈现一种微污染状态。1992年11月建设部以建城[1992]837号文下发了“关于印发《城市供水行业2000年技术进步发展规划》“”的通知”，规定一类水司(自来水公司)供水水质应满足《城市供水行业2000年技术进步发展规划》中暂行水质指标88项的要求。目前部分以水库水为水源的水厂出厂水氨氮、亚硝酸盐氮、锰时有超标，水有异味，并呈现生物不稳定性“1。现有的常规净水工艺已难以满足对净水水质的要求。具体表现为有机污染物、氨氮、臭味等去除率较低，当藻类“”含量较高时，易造成滤池堵塞，过滤周期缩短，冲洗水量增加，产水量减少等问题。因此，寻求新的技术经济可行的水处理工艺，以提高自来水出厂水质，从而保障人民健康不仅是十分必要的，而且迫在眉睫。鉴于饮用水水质要求的提高，而水库水源水质又日趋恶化以及常规净水工艺的局限性，深圳市水务局向深圳市科技局申请进行《深圳市水库水源自来水处理工艺流程》课题的研究，得到了深圳市科技局，财政局的大力支持，本课题主要由笔者所在中国市政工程中南设计研究院承担，而本人为主要研究人员之一。1．2研究目的和意义1．2．1研究目的l_研究生物预处理工艺对氮氮、有机污染物等指标的去除效果，提出物预处理的最佳运行工况参数。2．针对深圳市水库水源的污染现状，提出技术经济可行的水处理工艺 武汉理工大学硕士学位论文流程，使自来水出厂水质达到国家建设部推荐的2000年一类水司88项水质指标的合格率。3．实施所提出的新的水处理工艺流程，使之成为全国水库微污染水源处理工艺之示范。1．2．2研究意义1．通过中试研究，寻求适合于深圳市水库水源水的技术经济合理的净水工艺流程，这不仅对深圳市水厂的建设及老水厂的改造具有指导意义，而且为深圳市今后供水行业的发展奠定了技术基础。2．本研究还为深=}IlI市饮用水水质与先进国家接轨，提高饮用水水质安全性以及深圳市今后水处理工艺研究创造了有利条件。3．本研究还为高质量处理微污染水库水开辟一条新的处理之路，从而为全国水库水源的保护研究提供了科学依据及实验数据，填补国内在高质量处理微污染水库水工艺比较研究方面的空白，这对采用水库微污染水源供水地区具有现实的指导意义。1．2．3水库微污染水源处理的国内外状况消除水库水体微污染化对饮用水生产不良影响的最彻底的办法是解决水体富营养化，从根本上改善水源水水质，这就需要对水库及其上游流域进行综合整治，但这一过程在短期内不可能实现。对于众多以水库水为水源的净水厂来说，急需解决的问题是如何将水质已恶化的水源水处理成合格的安全的饮用水。目前，针对水库微污染水源，国内外采用的主要处理方法基本为。1：预处理+常规处理+深度处理。常规处理工艺的处理方法，即：混凝、沉淀或澄清、过滤和消毒。这种常规处理工艺长期以来被世界上大多数国家所采用，是目前饮用水处理的主要工艺。对于水库微污染水源而言，常规处理工艺已显得力不从心，常规处理工艺不但去除水中溶解性有机物效率低，而且氯化过程本身还导致了水中对人体健康危害更大的有机卤化物的形成，因此，必须开发新的水处理技术m。预处理通常是指在常规处理工艺前面，采用适当物理、化学和生物的处理方法，对水中的污染物进行初级去除，同时可以使常规处理更好的发挥作用，减轻常规处理和深度处理的负担，发挥水处理工艺整体作用，提高对污染物的去除效果，改善和提高饮用水水质。由于各种物理化学处理预处理方法成本较高，在推广使用中存在局限性，而生物预处理以其良好的处理效果和经济性越来越受到人们的注意。目前生物预处理技术在欧洲较为普及，其中法国的研究和使用代表着当今世界生物预处理技术的先进水平，最近几年，1 武汉理工大学硕士学位论文中国和日本等亚洲国家也相继开展了生物预处理的各种研究，目前生物预处理方法可分为如下几种类型进行描述：生物过滤反应器、生物转盘反应器、生物塔滤、生物接触氧化、生物硫化床及在水源地通过堤岸、沙丘等渗透的土地处理系统。1．生物过滤反应器生物滤池是目前生产上常用的生物处理方法，有淹没式生物滤池(曝气与不曝气)、煤／砂生物过滤及慢滤池等。滤池中装有比表面积较大的填料，通过固定生长技术在填料表面形成生物膜，水体与生物膜不断接触过程中，使有机物及氮等营养物质被生物膜吸收利用而去除，这种滤池在运行中有时需补充一定量的压缩空气，这不仅为生物成长提供足够的溶解氧，而且有利于新老生物膜的更新换代，保证生物膜的高氧化能力。这种工艺的特点是运行费用低，处理效果稳定，管理方便，污染物去除效率高，污泥产泥量少，且受外界环境的影响较少。南朝鲜斧山水厂实验采用了生物滤池预处理+常规处理取得了较好的效果。生物过滤工艺中有机物及氨氮的去除除了受原水水质影响外，反应器内生物膜总量是决定生物降解效果的重要因素，而决定生物量大小的又依靠生物载体的比表面积。另外生物氧化还需要一定的接触时间，在已有的报道中，大多数的研究所采用的接触时间为10～120分钟。接触时间影响生物处理效果的规律性或者在较短的接触时间下能否有较强的生物氧化能力，这些方面的研究还未见有更多的报道。2．生物塔滤在塑料滤料问世之前，人们已经突破滤池在高度上的限制，发现高度大于8米左右，可以克服滤料空隙小所造成的通风不良的困难，因此创造了池身很高的滤池。近几年来，由于轻质滤料的采用，塔滤池的平面尺寸有了扩大的可能性。目前国外已广泛使用塑料制成的大孔径波纹板滤料和管式滤料，我国常采用的是环氧树脂固化的玻璃钢蜂窝填料。同生物滤池相比，生物塔滤的主要优点是负荷高，产水量大，占地面积小，且对水量水质的适应性较强，缺点为动力消耗较大，且运行管理较为不便。上海自来水公司和同济大学用生物塔滤作为预处理结合常规净水工艺，对黄浦江水进行了生产性规模的处理研究，认为生物塔滤作为污染水源的预处理工艺，能有效地降解去除大部分污染物质，但要获得安全水质，还必须有合适的后续处理。3．生物接触氧化生物接触氧化法也叫做浸没式生物膜法，即是在池内设置人工合成填料，经过充氧的水以一定的速度流经填料，使填料上长满生物膜，水体与生j 武汉理工大学硕士学位论文物膜接触过程中，通过生物净化作用使水中污染物质得到降解和去除。这种工艺是介于活性污泥法和生物滤池之间的处理方法，具有这两种处理方法的优点。生物接触氧化法的主要优点是处理能力大，对冲击负荷有较强的适应性，污泥生成量少，能保证出水水质，易于维护管理，但缺点是在填料间水流缓慢，水力冲刷少，生物膜只能自行脱落，更新速度慢易引起堵塞，且填料较贵。生物接触氧化法作为水源水预处理的研究和应用在日本开展得较为普及，对不同水质条件下的生物接触氧化的处理效果，混合条件，水温和有机物负荷等对反应器工作性能的影响作了深入的研究，在研究中发现，氨氮的去除与温度影响有一定的关系，在高温季节去除率达9096，但在低温季节(水温<5℃)去除率降至70％，原水浊度的变化对生物硝化作用的影响不大。4．生物转盘反应器生物转盘在污水处理中已被广泛采用，目前在给水处理尤其是水源污染较为严重的水处理中逐渐被研究者所采用。由于生物转盘上的生物膜能够周期地运动于空气与水两者之间，微生物能直接从大气中吸收需要的氧气，使生化过程更为有利地进行，转盘上生物膜生长的表面积大，生物量丰富，不会出现生物滤池中滤料堵塞情况，容易清理及维修管理，而且生物转盘有较好的耐冲击负荷的能力，运转费用较低，脱落生物膜也易于处理，但存在的不足之处是生物需要接触时间较长，构筑物占地面积大。日本Masuda。1等人对生物转盘同时存在的有机污染物的氧化及氨氮的硝化作用作了深入研究，认为膜密度及异养菌，自养菌密度随着膜的厚度增加而增加，但生化反应速度与膜厚的关系不太明显，但在生物膜厚度达到300tlm以上时，生物膜内部还能进行生物反硝化，将N转化成N：而完全去除。5．生物流化床反应器下表为国内外利用生物流化床反应器预处理水源水的结果。在生物流化床反应器中，生物膜是均匀分布的，生物膜与营养基质接触几率的增加，导致传质效果的改进，基质在液相和生物膜之间的转移加快，从而使生物氧化在更快的反应速度下进行。从表中数据可看出，该类型的生物预处理对有机物及氨氮有较好的处理效果，起到了改善水源水质的作用。Trinetf31]等人对三相流化床反应器的研究表明，流化介质的投加浓度及介质大小是决定反应器内生物膜特性的重要因素，在较高湍流度和适宜介质浓度下易形成密而薄的生物膜。生物流化床的应用，解决了固定填料床中常出现的堵塞问题，但由于保持流化状态消耗的动力费用较高，且维护管理较为复杂，在运行中还出现流化介质跑料现象。 武汉理工大学硕士学位论文表1．1生物流化床预处理效果实验规模地点进水污染物浓度去除率(％)中试Medmenham(英国)TOC3．7mg／l5．4中试Medmenham(英国)BODs2．8mg／129中试Colwick(英国)TOC10mg／i10中试(中国)BODs5～10mg／l27～48中试Medmenham(英国)氨氮≤2．O～2．5mg／l100生产Tewkesbury(英国)氨氮≤0．83mg／l100中试Mulheim(德国)氨氮l～2mg／180中试(中国)TKN2～4mg／119～806．土地处理系统利用堤岸过滤或沙丘渗透等系统对莱因河水进行预处理已有70多年历史，在控制污染的过程中，土壤中生长的大量微生物起到了十分重要的作用。至今仍有不少的水厂采用该方法作为处理流程中的第一个环节，国外运行经验证明，土地生物处理系统对有机化合物尤其是有机氯以及氨氮有较好的去除效果。在微污染水源生物预处理理论研究方面，为了了解生物膜反应器对水中微生物营养基质的去除工程和特点，提出了稳态生物膜模型，稳态生物膜模型是目前研究较多并能合理解释生物膜反应器内微生物生长和基质利用过程的数学模型。稳态生物膜模型是对单一速率限制基质，综合考虑了多种影响生物膜动力学的因素和三个基本过程，即：基质从液膜向生物膜的扩散过程；生物膜内活性细菌的基质利用过程：生物膜的生长和自身氧化过程。深度处理通常是指在常规处理工艺以后，采用适当的处理方法，将常规处理工艺不能有效去除的污染物或消毒副产物的前体物加以去除，提高和保证饮用水质。应用较广泛的深度处理技术有：活性炭吸附、臭氧氧化w、生物活性碳和膜技术等。在各种改善水质处理效果的深度处理技术中，活性炭(GAC)锄1吸附是完善常规处理工艺以去除水中有机污染物最成熟有效的方法之一。在微污染水源饮用水处理技术方面，从70年代开始，水处理研究人员研究出许多水的净化处理新技术，有的已经在实际中得到应用，取得了较好的效果。 武汉理工大学硕士学位论文1．荷兰。阿姆斯特丹水厂采用的极为复杂的水处理系统，共计有九道工序：莱因河水与自然净化池水混合、一级快滤、臭氧、粉末活性炭、混凝、二级快滤、慢砂过滤、脱酸和安全加氯。2．德国。威斯巴登水厂过去河水经河岸渗滤即可供水，由于莱因河污染，因此目前采用的水处理工艺为曝气、沉淀、折点加氯、加三氯化铁混凝、快滤、活性炭过滤、由水井和水池内渗滤补给地下水、地下水曝气、慢滤和安全加氯。3．瑞士。苏黎世城水厂1982所建成的水处理工艺：(1)机械处理——格网、沉砂池、预处理；(2)生物处理——活性污泥池；(3)化学处理——活性污泥池中加混凝剂；(4)过滤——微絮凝、双层或多层滤池，并可根据原水水质变化情况，拟在增加臭氧和活性炭过滤。4．芬兰。图尔库水厂采用两段混凝浮选法改善有机物的去除。原水取自奥拉河，第一段用三价铁盐，在pH4．8～5．1时混凝浮选对去除腐殖质和降低浊度是有效的。然后加入石灰使pH提高到10～10．5，吹入压缩空气约30分钟，曝气时部分锰被氧化为二氧化锰，而二价铁被氧化成三价铁。接着第二段加铝盐混凝，将pH维持在8．0左右。在第-an药点加氯供消毒与氧化腐殖质吸附的锰。再将混凝浮选后的水经l米后的颗粒活性炭滤床，用氢氧化钠调整pH到终值。5．日本。千叶县柏井净水厂采用粉末活性炭和颗粒活性炭分别作为预处理和深度处理。6．中国。北京田村山水厂和水源九厂分别采用了臭荤卜活性炭和活性炭吸附作为常规处理工艺基础上的深度处理，目前使用效果较好：昆明新建水厂采用滇池水采用臭氧一活性炭深度处理工艺：大同册田水库中试实验研究生物预处理与生物处理对油污染去除：北京城子水厂采用生物陶粒技术生物预处理改善常规处理水质研究。1．3本课题研究所采取的技术路线综观国内外的研究状况可见，生物预处理方法是去除微污染水源中富营养化污染物的最有前途的方法。因此，本课题选定微污染水的生物预处理工艺作为研究重点，并在此前提下突出以下两个方面：1．研究生物预处理工艺对氨氮、有机污染物等指标的去除效果及规律，并进而提出生物预处理的最佳运行工况参数：2．对国内微污染水的处理进行多方案比较研究，从而总结各类处理工艺^ 垫堡堡三盔兰堡土兰堡堕苎一————运行的优缺点，并在比较中谶行对生物预处理方法虑用于微污染水源水处理效果骢窖残诤蛰。=艇吸取国内外已有研究成果及实践经验的基础上，从对水库微污染过程的动悫分析入手，进而辩承瘁镦污染永源静处理按术进行较为全面和深入的探讨，再进丽提出针对微污染水源预处理的稳态生物膜模型并分孝厅该模型中基质利用转化的规律，是本谦题研究的核心问题，而在中试规模以五种典型链理浚程分魏l对翳一徽污染水疼承源进行爻搴魄处理，爨l是澡题逡嚣实验戮究的特色。菠于离质蠹簸理水库永源靖5一种工慧既高散又经济，建国内水库微污染承源处理技术嚣临的一个难题。同时影响生物颈处理效果的因素茔H底寿哪些，影响程度如何，如何针对影响因素提出物预处理的最佳运行工况参数，也对国麦承痒徽污豢攻深憝理技术接广矮毒掺导意义。嚣j邃，零漾霞研究不僵可以补充国内水库微污染水源处理技术理论，更熏要的是它的实用和推广价值。一．生街预处理研究技术路线生物预处理磷究主要通过采用不同填斟祭传下媳硬究生物接触襞化邀对氨氮、有机污染物等指标的去除效果，通过实验数据，总结出生物预处理豹最健运行工撼参数，并对生糍颈处理静生纯穰|毽逶行探讨。霉。茎生Ej亘翟I型II型III跫IV型生物接触氧化浊I型池采用YDT弹性波纹立体填料，膜片式微孔曝气器充氧，曝气头位于填料之下，氩接向填料曝气充氧，填料下设空气反冲洗多芤管，采溺二缀曝气枣联方式；生物接触氧化池II型池采用YDT弹性波纹立体填料，穿孔管曝气，曝气头设置盔中心静流筒之内，曝气孑L径4m，填料下设空气反冲洗多子L管，；是鼹三级曝气串联方式；生物接触氧化池III型池采用页岩陶粒填料，承托层里设置穿孔曝气管，， 武汉理工大学硕士学位论文底部安装长柄滤头布气及布水；生物接触氧化池IV型池采用网状立体填料，穿孔管曝气，曝气管位于填料之下。二．水库微污染水源工艺比较技术路线基于预处理+常规处理+深度处理这一当前国内外对水库微污染水进行处理的基本模式，笔者提出五条工艺路线进行实验对比，通过实验结果(常规监测项目评价及全分析实验达标)的分析，全面比较五条工艺路线水质处理效果及经济指标，从而推荐适合水库微污染水源的最佳处理工艺并阐明其作用机理。流程I：生物预处理+常规+深度处理流程II：生物预处理+常规流程III：常规+深度处理流程IV：强化常规处理流程V：普通常规处理这里所指的“常规处理”系指现行应用广泛的自来水厂生产流程，即是“混合—絮凝—沉淀—砂滤—消毒”处理。1．4试验目标中试验要求达到的技术经济指标如下：1．生物预处理藻去除率70～90％；氨氮去除率70～90％：TON去除率40～60％：浊度去除率40～80％。2．经济指标相对于常规处理工艺，基建投资的增加不大于20％，运行费用的增加不大于20％。3．工艺流程的出水水质本试验的出水水质达到国家建设部《供水规划》推荐的一类水司88项水质指标合格率，即原有35项合格率应大于95．94％，可以有一项不合格；新增53项的达标率不低于8096，允许有10项不合格。同时改善水质稳定性。 武汉理王大学硕士学位论文第2章试验概况2．1中试地点焉水源中试地点在深圳大涌水厂内，位于机修间北侧，占地约250m2。试验场撒分净水魏筑物区、纯验室、窆匿椒+闼与馕班室。试验用原水引自大涌水厂的两根原水管。直接在原水管上接DNl00镀锌钢管到试验场媳，可攀弼搬艨进入试验净水梅筑物。熊够交鸷使用深圳水库、西沥水库和铁岗水库水源。2．2对}匕试验王艺流程方案试验王艺滚疆选定鳐下五个方寨遴霉实验毙较：1。滚程I(生物预处理+常规+深度处理)：NaOH碱名艏氯霖磅§◆生携预处毽洼—￡擎会、絮凝、菠淀、砂滤遗-辫键滤港◆2．流程Ⅱ(生物预处遴+常规)NaOH碱名菇氯原水—◆生物预处理池—Jr韫含、絮凝、沉淀、砂滤池—，出水t+3。滚程III(常规+深度处理)碱名会、絮凝、沉淀、移滤漶—憋AC滤涟4．流程Ⅳ(强化常规处理)：NaOH碱襄惹氯默舻余黼濑激摊池蚰水夸患 武汉理工大学硕士学位论文采用降低水力负荷、投加Kln0。、PAC等强化措旌。5、流程V(普通常规处理)：NaOH碱名后氯原水蚺混合、絮凝、沉淀、砂滤池主"出水1满流程I、II示意图详见图2．1，生物预处理池包括生物接触氧化池I型、生物接触氧化池Ⅱ型、生物陶粒滤池三种池型。流程Ⅲ、Ⅳ、V示意图详见图2．2。针对水库微污染水源目前主要处理基本方法：预处理+常规处理+深度处理，笔者提出如上五条工艺路线进行实验对比，通过比较各种组合在技术及经济上的优劣从而推荐出适合水库微污染水源工艺处理方法。圭"接量I{匕毫fI蔓)憧Ijlh，ml麓置蔓慧伽，．h，Ⅲ石荚修薯蔫(H5“h)I．生I接-l证鼍(I壁)+l曩楚夏+最庄楚藿挫I薹-氯{匕蕾(J塑)+霉规处理)c^cl漕瓣2IL5-，瑚 武汉理工大学硕士学位论文正毫空气5心％j{j蝤。I木力曩合l凰觚f型㈣皇鱼燕苎叁垒羹i旦蔓)茎墨：墨薹兰蔓!!堡兰查』!!i!兰一fpl3I’Ⅲ舡l钿’／h)卅6．5．，时(pzzz．5-’／b)k生-接-氯亿漕【Ⅱ叠)+t麓是毫+罩度赴曩(生鲁蓑-jI北池(Ⅱ墨)+l规处理)±!查墼l妻l羹沉淀*i荚砂毒≈CACgt(争3．hl／吣(睁3．k’m㈣．5-，吣(扣221．5-，，h)a生I_垃薯毫+l曩茭理+最度是星(圭-冉鞋l鱼+幸坦是理)田2．1遗毫i(生鲁爱jt襄+1|曩楚堡+鼙度失差)．直程Ⅱ：生簟爰处毫+章曩JIt理}示意吾 武汉理工大学硕士学位论文j薹盘盘生隰絮凝。嚣淀池石荚砂建漕0^c淖渣(Q,-3．Om’／h)(Y-6．5m／h)(妒2X1．5z"／h}a：常规处理+深度处理(普通常规处理)b：强化常规处理图2．2流程Ⅲ、流程Iv、流程V示意图 2．3试验装置2．3．1净水构筑物净水构筑物按功能划分为三部分：生物预处理池、常规处理构筑物、深度处理构筑物。(一)生物预处理池ll主要设计参数生物预处理池分四种：生物接触氧化池I型、II型、m型(生物陶粒滤池)、Ⅳ型，各池的主要设计参数见表2．1。表2．1生物预处理池主设计参数序＼池型号爪IIIIⅡⅣl设计处理水量叫／h)5．03．33．00，982水力负荷(m"／d·h)1．0l_03空床滤速(m／h)3．964气水比1：ll：ll：11：15平面尺寸(m)2-0．80×0．803—0．48×0．48O．87x0．872一O．40×0．406总高度(m)4．805．754．404．197水深(m)4．555．404．103．70YDT弹性波纹填8填料YDT弹性波纹填料陶粒网状立体填料科9填料高度及根数4．0m,56根5．0Ⅱ30报2．0m2．95m10中心导流筒(m)由100KBB-215徽孔曝气DNl5穿孔管曝DNl5穿孔管DNl5穿孔管曝11曝气方式器共2个，后改为4气孔径m4，后改曝气，孔径由气，孔径由2个KBB一150为中2距水面4．4m,置距水面12曝气器位置距水面4．35m于中心导流3．65m，位于距水面35m筒内承托层中间气水反冲洗，距填科底部lOcm设DN25反冲洗穿13反冲洗方式长柄滤头布DNl5穿孔管．气冲孔管于填料下部水布气 武汉理工大学硕士学位论文2。填料主要参数生物接触氧化池I型、1I型均采用浙江东方环保实业公司生产的YDT弹性波纹斑体填料。该壤料为聚爝泾塑誊幸制簸豹弹性丝条，弹经丝条黻中心挂绳为中心晨均匀辐射状，有一定柔韧性，回弹性自％好，具有较大比表面积。主要参数见表2．2。裹2。2YDT弹性波纹立体壤辩主要参数I项且填料单元赢径丝条赢径成品重比表磺粳使用寿命砘隙率l20～，。，％!I参数185rm：,,oI50me3．14～3．64kg．／蠢8～lOa25舒／,e生物陶粒滤池的陶粒填料97年7月至98年3月为粒径2～5mm的页岩陶粒，其燕要特往参数详觅表2．3。表2．3晦粒iL踩势毒及燕要特性参数大孔小孔微孔孔直径(锄)>1004～100<14占比袭疆积吾分跑(篱)≥85≤150比褒面积(mZ／g)3。990蛾积容驻(kg／0)620生耪接艋襞仡泡Ⅳ墅采蔫广东鑫都(薅罗)水处莲嚣耪厂生产的P酊型网状立体填jI|i}。使用填辩间距h为45ram。填料示意图见图2．3。～、中心绳。填辩尊图2．3网状立体填料承意圈 武汉理工太学硕士学位论文PwT型网状立体填料主要参数详见表2．4。表2，4P孵黧嬲拔立体填辩燕要参数间距密度比表颟积使用海命l规格网片尺寸孔隙率(柚)(kg／ra3)(m2／lll3)(a)lpvfr-70250x200704．6518．42>998～IOl翔陌一45250x200457。3028．95>998～io∞鬻短处理常规处理部分由混含、絮凝、沉淀、砂滤组成。设计处瓒水量为3．0m3／h。I。混合静态水力混合器、塑料板管制作。平嚣尺寸；0．49×0。18m。混合时间：6s。2。蘩凝采用多级串联孔室反应。每级单格的平面尺寸0．50×0．50m，共6格。总尺寸：i。50×I。00m。蓠度1．73m，有效承深0+72～1．01m。絮凝(反应)时间：23．imin。辩涎：斗藏重力捺淀。3．沉淀采用斜管流淀漶。斜管帮分平霹尺寸：0．50Xi．20m。瓣臀井留躐壹径由25，斜譬安漩倾角60。，斜管长I．00m。沉淀与絮凝合建，钢结构。沉淀部分总离度4。42m，其孛淀诤离0．80m，稚承与缓；串区1．20m，籀管区0．87m，清水区0．80m，趣高0．75m。清永送土舞速度1．39ml／s，斜管内上辩速度l+60mm／s。排泥：DNl00穿孔管排泥，孔径由20。4．砂滤采用石英砂均质滤池。处理量3．0mVh，滤速6．49m／h。滤港平面尺寸：0．68x0．68m。滤沲高度3．60m，其中配永隈0．14m，承托层0．36m，滤料厚度1．40m，待滤水深1．40m，超高0．30m。承托朦级配：由上歪下，砾石粒径I～2mm，厚度80mm：粒径2～4mm，厚度80ram=粒径4～8mm，厚度100mm；粒饺8～16ram，厚度100ram。滤料为石英砂均粒滤辩，粒径0．8～1．0ram。承托朦下布水板采用钢筋砼，开由4孔196个(14×14)。反冲洗形式为水冲。镧结构。 武汉理工大学硕士学位论文㈢深度处理采用粒状滔性炭(GAC)滤池进行浓度处理。GAC滤池采用矩形，平面尺寸；2—O．39x0．39m。分为独立的两格，每掇处理水量1．5mVh，滤速9．99m／h。滤料厚度2．oIn。滤料下承托层厚度由上而下分剐为：砾石粒径1～2mm，厚度80mm；粒径2～4mm，厚度80mm：粒径4～8mm，厚度lOOmm；粒径8～16mm，厚魔lOOmm。配永区高度0．14m，待滤水区高度1．40m，GAC滤滟总高度4．20m。两格滤池分装不同型号的粒状活性炭。如表2．5所示。襄2．5活性炭性能I型活性炭规格n型活性炭规模产地江苏寨兴江嚣太原活性炭颗粒12×40目柱状，d1．5mm．L2～6mm璇蠖1027mg／g≥950mg／g亚甲兰脱色力200mg／g≥150mg／g强度90％≥85％吸骈|600mg／CCk／g津酚值≥lOOmg／g堆积密度0．42lg／e￡0。4*-lg／em3水份《5％获给≤l嚣反冲洗形式为水冲。钢结构。2．3+2试验辅助设施1．供气设施供气设藏悉子生魏犊处瑗漶貔供氧窥受物黉敉滤港秘气承爱；孛洗。供气设施选用2台美国PUMA集团台湾合正机械股份有限公司生产的臣霸耩溅?5l∞空气垂缩梳，互茺备瘸，交替使溺。空气莲缭壤静特穗参数：排气搬0．969m3／min，使用压力8kg／cm2，功率5．5kw。空匿梳配套设施包戆1．醚盼渚气罐、减压阀鞫空气净纯器。2．计羹设施所有浚备静永气计麓均采溺转子流量专十。3．投药设施采用2台美潜米禳罗公司生产的MP-100鳌许爨泵授加碱锾和NaOH溶5 武汉理工大学硕士学位论文液。加氯利用恒速电机投加。4．水泵提升设施石英砂滤池的出水接GAC滤池，由于水头不够，石英砂滤池出水需经水泵抽升至GAC滤池。试验采用管道泵抽升。5．水质化验在试验现场进行常规水质分柝，配备了一些必须的分析仪器。2．4试验水样检测项目与方法根据试验目的，水样检测项目分为常规监测项目和全分析项目。常规监测项目包括水温、pH值、色度、浊度、嗅阈值、肉眼可见物、氨氮、亚硝酸盐氮、高锰酸盐指数、藻类、锰，共计ll项。以上项目每周分析5～6次。此外，对水样的TOC、UVm亦进行了分析化验工作。全分析项目为国家建设部《供水规划》““中建议的一类水司88项水质分析项目，另增加藻类和Ames试验，共计90项。水样的全分析测定定期进行。常规监测“”项目的分析化验基本以GB5750-85标准为依据；无机金属类的检测采用DZ／T0064．22—93原子吸收分光光度法；有机类的分析采用美国EPA标准及688972—88标准气相色谱一质谱法、液相色谱法；藻类以计数框法测定；Ames试验采用平皿掺入法分析。 武汉理工大学硕士学位论文第3章水库水源水质试验水源分别采用了深圳水库、西沥水库和铁岗水库水源，其中以深圳水库为主。试验期间深圳水库和西沥水库水质全分析结果详见表3．1。表3．1深圳水库，西沥水库水源水质(全分析项目)_阵曝圳求库西两水葺项目单位号量大值最小值平均值曩大值最小值平均值I色度40203220262浑浊度NTU7072S65477984586303嗅和嚷(TON)401025128lI4内嚷可见簪有5pH6996446727537047336总硬度(以caco,计)msa．4393473933I4296307氯化袖(1；cCL计)mg『L164I30147+8270768硫酸盐f以S04计)m矶20ll1489喀解性总固体．mlVl．155lOI12811468103lO璃酸盏(以N计)吼237I6ll89062O150舢ll氯化簟fI；(F计1m扎0518034总口放射性Bq，Ln2，4<002000790038002003035总凸放射性B0，L03500135024301540l(30013236铝me／L002<002n100006600833"I钠m叽l，312613O3202．90305382,4,6-三氯酚u叽<2‘239I，2．=氯乙兢u叽2．62005092I59<00240I．I．=氯乙烯ug，L如02<0054l四量乙烯u∥LI62<010055l47如0242三氯乙烯u扎I．59009043l3818092)1801352电导事u，Ⅻ’190150170l’o95108．f加t，53钙mg，L20710715795849l54镬m叽34I920：ll6l9}55硅ITI∥L64663264034930332656巷算氯mg，Ll76O38l0766430655957总^度(以caco，计)mg／L40530835643232537658亚硝酸盖(以NO：计，n蟛L1．1820256071000920046007059氧(以NH，计)mg／L3622132800320060IO60耗氯量mg，L4222．65344389262319●6l总宥机碳mn2252．071232l84I4582l62矿辅油p叽1037l6．3601615642102563镊mWL00400200300464硼m玑(020<02065苯哥“g，L<0105l‘0l66阃甲跨¨玑∞l054<0l67o}二氯酚¨扎(005<00568对碡墓酚u扎(0lI33l14l2469二氯甲烷u玑13O0G642481003043270I。I，卜三氯乙垸H扎009<0．02<0021II，t≯三氯乙烧p叽t：00，<002721．1．23四氯乙烷p叽l22∞．02l23<00273三囊甲烷p∥L<00274对二I【苯u∥L<002097‘00205：了5六主苯u∥L<000：<000220 茎墨矍三查堂堡主兰竺堡苎续表3．1深圳水库西丽水库序项目单位最大使最小值平均值曩置值量小值平均值号76链mg，L<0000l(0000I}7"／镶mg，LO∞300170012<00l}l78锑rnSq-0008000400060002<000：l79钒，m乩(002<002●I80钴mg／L<020一一Q一∞．《寸匦螺墨智尽赈梢镒话爿裂截人I一口一∞．《寸阻螺翘曾蟋蜒热爱副>一一p)∞．《寸圈繇趣苗尽斌妊絮剥人I—o一∞．《寸圈 一壅墨堡三查鲎堡主篓垡堡墨婚甘竹N州蛊嚣(影昱毋)磋豢嚣凝嚣瓣星导嚣。譬(NO,L)珥酬蕾嚣Ⅲ拦蔷薹是州篓嚣茎霉辑)虫潮挈d<’／翱)荔∞～耋鑫塞午时，甘岳神●lo繇露茁墨蟮荣剐人I(I)∞．《寸匦《露留遮《器锅整姆攫碉懿Al一暑)∞。《寸燕oN．o《囊絮毽越硝爰剥人l—S∞．《≈匝攥赶智遐警霉球震裁>一o)∞，《寸隧oN寻。t期器 垂圣堡三奎兰墨主兰垡垒茎————㈥j幸f翱翠{％)重捌睾墨富是导昌。：!：三!。do6o6o三(1小sⅢ)薯译疆融巫(．曲盍翱翠毫富8导蠹。("I／NSum’薯薯曼是毫导蠹。司‘击dq圈翻日一日幽司圜_品q．i卤q——墨蓉●●’___-_。__一司l霹曩篷I，““日l害害孙“§善萤量罩曼。【1／^望)椠鼙’(％)毒搠翠8搴昌器2。、—-—---J—------L--—--—-·-·—-----—．--—------—二-—．．．．-—．-—．．．．．．～羞曼=望曼需啦甘“oInlN)蕈赣2at。一一2竺蛊d宝账姆替幅；|}蟋长避畏暴隧镤酬蕾蛊∞N∞I|尊。T|釉一．。一嚼『T．口∞．卜．旧眯好辞罐城鼎释帮茸长避繁幂聪镶剥H一。一甙．《寸盟《盎旧“∞『I曲心一N『I．。一旧『I．。∞．_己．岈一『I叶『f『IT『眯姆冬强越越繁蛾长毒隧蔼酬一一3)心<17髓睬姆辞鳆城撼畏避长幕隧嗣剥一一8氨．《口匝韪鑫噼N昏『Io口一*『I．o一嶂一．啦∞心．mnI|下一一f| 武汉理工大学硕士学位论文(％)索捌旱(％】牵制军曼昌是导翕。曼昌基导昌。∞寸nN—o56d6d(’徊m)鼻(％)木捌羊是8导昌￡2。昌品曼。(NO上)磷■蕾釜占一曾澎d宣鼍一Lo篁2。啦一望宝兰碰d矗鼍一∞2卞_一一吧峨甘讳柏一o6d(1，N缸I)薯再疆崩盏㈤虫捌旱宝盆宝导昌。司q司司口墨墨蜜暖墨卤q≮订。[jq萎剽i。争}文i———●．墨亟量三旦啦一曲N岍_嵋。一“一6("lYNlo)1l鼍印哆●哆专々堇哆々专，口哆氟护々§印哆。哆々篓9々专，口哆吐尹夸咯辞堪城辐镫絮爿*世长幂隧锲副HI(毒vo一．《甘匝眯好鲁罐姆繁避长再瞒镶剥HG一甙．《寸匝醋旱，备帮撼妪长世长蓦隧锲副Il(oo一．《々匝．芎眯好辞堰迥骚球长龄长蓦隧荣剐一一。一岔．《寸匝 武汉理工大学硕士学位论文(％)血捌军2昌是导蠹。㈨+型)肇鼍审夸t?峰9夸岛^宣哆哆．峰．8哆护々夸(‘}‘)血捌孚8导昌。Sd6d(啊Ⅲ)矗嚣瓮2o(niN)翦霹异器三。(No,t)lltlmWo哆咯夸●母9o篓眵专，哆，疗哆毋冬咯眯好藩糟姆长避畏蓦隧爱剥HHe。一．《寸匦蛊喜，9、、9哆々々哆≯2口p々令账姗拳帮粼糍苌避长幂隧謦副Hl_一p)01．《寸殴账勰辞堰避匿球繁世长春隧爰剥II(。一。一．《寸圈。 武汉理工大学硕士学位论文∞一rq(％)毒捌军昌导蠹。宁匦鋈露型#羼虱一扣l薯萎髫_l_一|串辞-峭l曩—■●——IJ日r"J．习J．宁童霾霞霞藿副三：苫三。q圆嘲豳“司：**!Ij封{三蒋i门q】霸日笾!。，—■j}茸-q|lji蠹曼l{口口日iL———■甘nN—e(1，NsⅢ憧瓷∞篓∞姜一aft(％)童羽孚2昌8导舄。厂i．H日匿鍪霪琶霾崩(1，斗型)话鼙(％)毒捌军8导翮啊釉鞣㈣辩黼m獬㈣liII《*1Ij封茁酶ql赢f露霹篷l*}稍l血口日司q∞姜∞堇厂]匝鼬蒯“2∞咕_No(n上NJ触髯<々圈眯姆髁疆粼铤长世长幂隧长议匦剥一一一一p)。II《寸匝眯姆替堰赈矧镫帮爿长世长蓦隧避蜊匦剥_HH一口一o【．《寸圈几圈．0蚕阅藿圈蚕一剖账姆辞麓蜊炭景世长蓦隧长议凰剥一JI(。一。一张姗辞帮骧繇长避长蓦隧送删隧副三一B)o一《口图d一 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武汉理工大学硕士学位论文第5章工艺流程试验及结果5．1流程运行概况针对常规净水工艺(混凝、沉淀、过滤)不能有效去除水库水源水中的氨氮、有机污染物，在中试研究中，以常规处理为基础，研究优化水处理工艺流程，主要采取了以下几种措旌。1．在常规处理前增加生物预处理：2．在常规处理后增加深度处理(活性炭滤池)；3．组合生物预处理和深度处理工艺单元，在常规处理工艺中既增加生物预处理，又增加深度处理：4．不增加新的处理单元，对常规处理进行强化。在实际运行中，各工艺流程的投药量以控制沉淀池出水浊度在1NTU左右进行调节；生物预处理池主要以生物接触氧化池II型为代表，进行工艺组合，其它生物池组合运行相对较少：深度处理包括填装两种不同特性活性炭的GAC滤池，平行运行：由于l、3两种措旌前一阶段处理工艺单元相同，实际联合运行；强化常规处理主要采取降低水力负荷，在反应沉淀池前投加粉末活性炭及高锰酸钾等措施：该阶段试验中最后工艺出水均未加氯消毒。各工艺流程一般间隔3～5天交错运行。水样根据各构筑物的水力停留时间顺序采集。5．2工艺流程运行结果本节主要讨论各工艺流程对常规监测项目的处理效果。表5．1、5．2、5．3分别为生物预处理+常规处理+深度处理(流程I，包括流程II生物预处理+常规处理)、常规处理+深度处理(流程Ⅲ，包括流程V普通常规处理工艺)、强化常规处理(流程IV)的试验结果。比较以上各表可看到：1．控制沉淀池出水浊度在1NTU左右，经过生物池预处理的水比原水的投药量(主要指碱铝投加量)要少。通过烧杯静态混凝试验进一步证明，其投药量可降低25％左右。 武汉理工大学硕士学位论文2．对氨氮的去除，包含生物预处理的流程I、II具有显著优势。其它流程去除效果小，有的几乎没有作用。3．对亚硝酸盐氮的去除，生物预处理部分作用明显；常规处理部分通过预加氯，可去除25％左右；深度处理部分可达到40～50％的去除率(指该处理单元)。因而流程I对亚硝酸盐氮的去除效果最好，其次是流程II、III，而流程Ⅳ的各种措施相对流程V效果均不明显。4．对高锰酸盐指数，处理效果最好的是包含深度处理的流程I、III，通过活性炭滤池的吸附，去除了绝大部分有机污染物。包括生物预处理的流程I和投加粉末活性炭的流程Ⅳ去除效果要稍优于流程V。5．在除臭方面，效果最佳的是有GAG的流程I、Ⅲ，去除率大于9096；其次是流程II和投加粉末活性炭的流程Ⅳ，去除率在70％左右；通过降低水力负荷的强化常规工艺和流程V，去除率都只有500,6左右。6．对藻类的去除，可以看到除生物预处理外，常规处理工艺中沉淀部分也有一定效果。但沉淀池排泥呈绿色，有明显的藻臭味。相对于经过生物预处理的沉淀池排泥，泥量大，难以沉降，容易造成二次污染。当原水藻含量增加时，常规工艺的沉淀池出水含藻量也大幅增加，影响石英砂滤池的稳定运行。总体上讲，从几项常规监测项目评价，流程I的处理效果最好，对氨氮、有机物及生物臭都有较高的去除率。其次是流程II和流程Ⅲ，两者各有优势。流程II在氨氮的处理上有优势，生物臭的去除效果也较好；流程Ⅲ则对有机物和生物臭的处理效果好。但在运行维护管理方面，流程II则比流程Ⅲ简单。相对于流程V，流程Ⅳ的一些强化措施只能对个别污染物的去除有一定程度的提高，总体效果不如流程I、II、m。 墓堡堡三盔兰堡主兰堡堡兰一．60，等篷水对．右梗lI}氍l唾*蛙e一簪餐雌蓝震裳蜒啦*囊奄9一苷鞋啦砷害罐寓警百*畦9鲁葛jf唯s警整蕾憾*粥嚼e一普蟹水鸡暑穗斌培画*隧0一普蕾水镶蛙嚼蓄*蔼捌霉栽e一苷蟹雌蔫瘁刊e摹嚣书坷}寸一科一一科鬟撰爱粥一_l，uI．6心口寸．9．掣暑茸艚襄啻公，IIl旨等一．亭n一颦《甚《：I¨I_。∞o曾*，一J≥三一，寸莓辜崭．露一J、E一^。o一霉薯_!l}晕^一{Joo—c善Nc．匿苗氆谜．|9暮苫如窖喀H≮州赠蚵斌q堪N，m，fm￡9一二心。昌}《采*安葛咪H#坷警暮≮薹祟瘁刊一0^苹案量8孝嚣喜9o是雾管昌it-。审捌肯暑麓■一。叫篷3昌■审亏守荽耄量9莘嚣耋e露兽I掌#譬挂毒■量咎5暑■守寻守孳羞喜e摹睾量8露li-*髫肯蛙■蟹薹■一辜耄至e霉‘i壬书曩膏S$Ill一篁拿謇。i；矗÷乓膏蕾_3善一3：睾鼍^}i毒重i§i奎：|营^毒■：蠢_i暑乏毫■眯旱辜篱嚣戳裂莓f隧+餍嵇+裂掣蛞霍黧雾刊．【．兮搽 茎翌堡三查堂堡主兰垡兰苎——————————————一6l，静畿舢妨，$铡鬻繇爵*峰e一苷燕墙苦槎麓球悄昔冀沓@普墅书劝．誉翟赘奄商荽隧e一鲁遂峭窨譬鬻审姑*划斌e一普篷求时一譬露粥瞎葡舞匿一e苷堑水霉争寸j曹了“一爨懿蒜糟～《辍．譬pol~t垂|辫啦#描．—瀛嚣竹锑毒譬辨崔一壹f繁蠛辩：1，曰暑了“^睾奄霍翳一《舞．一，{lg￡|oTt寸书草辱黛．J、c192毒=譬}≮～辛，*要藿_撼掣“．《暑oo一带争}氍．_I，暑=专。叶∞馁整龠嫒矶警q盘塞+矗忸蟋蒜嶂二呐蓉蔷啦蟆～避*擦鞋讨《霪。1谢端铽+《鬟吨蚺铡整套黛嚣cz赋辜肆落《茹婚鼙誉如蜷一世繁眷街¨鬻舔螺州埘蝉一¨燃整拳夺蝥享邋t簧J尊争：辩一麓I鬻撼一；三《一罐撼譬g昙《专譬。整_。等盘l整ng封嚣■。蘩警赘博誉n蠢喇no撼3g宝毫■守o。一整锋一采葛鬟蕞拳一蔷耐挂瑶■黛兽埘一I嚣S苫‘∞音书氅墨摹荟毒畦《6m茸。I筐g=，善誓5“尊f。一喜：一呈’二-÷茎i量I一盂^蔷辜、《鬈}量恣《i-譬暑墨营I_篷3÷尊■》疆摹叠馨警号冀鼍一≮邑基誓蜒《蜒《垂毒i耋《i-aft镌薏■一摧S篑‘鲰丧蕾避媾’÷牲鬻瞒嫩啭埒繇莘l嬲鬟弼隧十聚瓣N．兮啉 苎堡堡三奎兰堕主兰堡笙苎—————————————一辟篷啦劬耄捌叠牟鸯画*隧e一鲁畿粕餐樱簧每堪*蜊瑶0一昔蟹眯鸡s翟暮c癌篇*畦e普篮柿露斗o、昌鲁．坦淹篓蘑ti囊罐墨《喜：言蟊召罱点^羹-蚤錾垂冀嶝蛾翠辱姆嚣翼避璃l辫黼蕃黎霸囊瑟粗鞲崔嚼匿鼍鼍蟋每婺■-薹塞整露毫耋鲁吕g÷一HS守譬。o葛*尊震。一囊键蠢■o。童g■6整冒‘．*崔童兽苫斌■N蟹昌11-一薯提}一。薹挂客8宝鞋《一n瓮o基暑兽■；一。蕞瞄．3备一≥一量毫一曹E善"s丑3暑●_一：i《主i每一鼍■群2一己警捌邑牛1：I3}曩j一譬5掣球k邑毫■基、按g嚣譬鉴越穗誓掌号主鼍《球掣■薯曩g鼍球掣蠢譬t曼l芏吾．j鼍：鞋‘．I瘟_墨■难："1《舅‘嘲_鼍套掣苍糙岂宴*毒祜￡空哇哦懊￡9《聋*鼍情枯联姆禽嚣剐最餍靶基骥n．g搽 武汉理工大学硕士学位论文第6章工艺流程88项水质指标达标率《供水规划》中提出的一类水司水质目标共计88项，其中原有35项指标合格率应大于95．94％，即可以有一定不合格；新增加的53项指标合格率应大于80％，即允许有10项不合格。另外需要定期进行水的Ames致突变试验，每年1～2次。6．1全分析试验概况本中试研究共进行了6次水样分析，其中以西沥水库为原水2次，深圳水库水4次。各种工艺流程试验次数有所不同，以流程II、Ⅲ、V占多数。全分析项目包括藻类和Ames试验在内共90项，根据已经监测出的分析结果，考虑原水中无机类(主要是重金属)基本来检出，后期全分析项目有所减少，共42～85项。试验日期为1997年lO月26日～27、1998年1月2～3日、1998年3月23～24日、1998年4月20～21日、1998年9月23日、1998年11月10日，基本覆盖了深圳市各个季节的水质，有一定代表性。全分析试验流程概况详见表6．1。其中流程I、II中生物预处理分I型、Ⅱ型、Ⅲ型与后续工艺相接；流程Ⅳ的强化措旖主要是降低水力负荷至设计流量的76．7％；深度处理主要采用I型活性炭。6．2全分析试验结果6．2．1各工艺流程88项水质达标情况1～6次的全分析试验结果详见附录c。比较各工艺流程的出厂水与88项推荐指标值，其超标情况见表6．1。表6．1各工艺流程出厂水超标情况I水源流程I流程II流程V流程Ⅲ流程Ⅳl西沥水库0～IO～j10～l1}深圳水库lO～l3～5卜一3工艺流程I的试验次数较少，但其出厂水水质在同次全分析试验中最好，超标项目最少。西沥水库原水时超标的l项为突发性的结果，深圳水 茎堡墨三查兰堡主兰垡笙苎库为萘超标。流程I出水满足一类水司水质指标要求。工艺流程II在试验中由生物泡I型、II型、Ⅲ型分别与常规处理装置相接。出厂水的水质分析结果表明，组合不同类型生物池的出厂水水质类似，其超标项目均为有机氯(总量)超标。原有35项指标全部达标，新增的53项指标达标率为92．45％，大于80％要求。流程Ⅲ不能解决深圳水库的氨、亚硝酸盐的超标情况，出厂水浓度超出标准。流程Ⅲ处理西沥水库水，存在有机氯(总量)超标。流程Ⅲ的出厂水88项水质指标基本达标。流程Ⅳ只以西沥水库水为水源进行了两次试验。一次酚类(总量)超标，另一次则出现有机氯(总量)超标。降低水力负荷对改善出水水质的作用是有限的，当原水中氨氮、亚硝酸盐氮浓度升高时，该措旌仍无能为力。流程V为深圳市大部分水厂所使用的工艺流程。从表6．2可见，普通常规工艺的超标项目最多，尤其当原水为深圳水库水。超标项目主要有氨、亚硝酸盐、有机氯(总量)，偶尔出现苯并(a)芘及蔡的超标。与其它流程的出厂水相比，水质最差。6．2．2各工艺流程的Ames试验Ames试验是评价水质卫生毒理学的综合指标。当诱变回变率(MR)大于2，且诱发回变率(姐)与水样剂量呈良好的线性相关时，认为致突变性呈阳性反应。表6．2为各工艺流程出水在试验剂量下开始呈阳性的次数。表6．2备工艺流程消毒水Ames试验在不同剂量下开始呈阳性的次数剂量(L／皿)原水流程I流程Ⅱ流程V流程Ⅲ流程Ⅳ[1l13123l451三种剂量均呈阴性113总试验次数16l9541注：不舍97年10月26日分析结果考虑流程I、IV总试验次数少，结果受偶然因素影响大，在这里不进行讨论。从表6．3可见，原水(深圳水库水及西沥水库水)大多数情况下呈阴性，出现阳性时的最小水样接种体积为4L／皿：流程V即普通常规工艺 武汉理工大学硕士学位论文的出厂水里阳性时的最小水样接种体积大多数为lL／皿；流程II多数情况下为4L／皿：流程Ⅲ则多数情况下呈阴性。说明普通常规工艺通过预加氯及氯化消毒，增强出厂水的致突变活性；生物预处理+常规工艺可在一定程度上减弱这种致突变活性；而常规+深度处理工艺通过活性炭的吸附作用极大地改善了出厂水的致突变活性。综合上述分析，从88项水质分析及达标率来看，以生物预处理+常规处理工艺最好，尤其是对氨氮、亚砂酸盐氮超标的水源，出水水质可以全面提高，并能在一定程度上减弱水的致突变活性；深度处理工艺(GAC滤池)能进一步降低水中的有机污染物、生物臭，可极大改善出厂水的致突变活性，I羽此在经济条件许可的情况下，增加GAC滤池工艺单元，对进一步提高水质是可行的。 武汉理工大学硕士学位论文第7章经济分析以15万m3／d规模的深圳市新建水厂，常规工艺为水平折板加水平隔板的组合反应池、平流沉淀池、气水反冲洗均质滤池、加药间、送水泵房及清水池，采用生物接触氧化预处理，分析其基建投资及运行经营成本的增加情况。．1基建投资根据设计规模和构筑物所选池型，参照深圳地区同类工程的概决算资料以及广东省市政工程单位估价表、深圳市价格信息和有关取费标准进行投资估算。常规工艺流水厂部分工程总投资13841．1万元，生物预处理部分工程投资1416．8万元，基建投资增加百分比为10．2％。投资估算表详见表7．1。表7．1工程投资估算表估算价值(万元)序号工程费用及名称小计合计第一部分费用L1100．01配水井42．52反应池。清水池1745．03气水反冲滤池2278．54送水泵房，变配电间1292．05加药问697．06回收水系统439．07厂区管道1163．08电气设备自控及仪表1754．09附属工程及其它1689．0第二部分费用2082．0l土地征购费1000．02电贴180．O3其它费用合计∞2．O基本预釜费(一+二)x5％659，l常规处理总投资13841．】 苎堡堡三-丈兰堡主兰垡堡奎四生物预处理增加的费用1416．8生物接触氧化池965．5土地征购200．0其他费用合计25L3生物预处理+常规总投资15257．97．2经营成本经营成本估算表详见表7．2水厂以常规工艺运行，其年经营成本为6813．8万元，单位经营成本1．543元／m3水。以生物预处理+常规工艺运行，其年经营成本增加339．1万元，单位经营成本增加0．077元／m3水，增加百分比为5．096。表7．2常规工艺经营成本价值生物预处理部分增序号费用名称备注加或减少的费用(万元)1大修理基金318．92．4％+32．62水资源费3895．40．84元／t3电费1067．00．95元／度+312．14药剂费605．0—50．073人5工资福利费175．22．4万元／人．年6维护费132．91％+13．67其它费用619．4(1+⋯+6)X10％+30．88经营成本6813．8339．1年制水总量(万ms)4416．5单位经营成本(元／m3水)1．5430．077 武汉理工大学硕士学位论文第8章对生物预处理特点的生化机理探讨8．1生物预处理在水库微污染水源处理中的特点及其生化解释生物预处理是指在常规净水工艺之前增设生物处理工艺，借助于微生物群体的新陈代谢活动，对水中的有机污染物、氨氮、亚硝酸盐及铁、锰等无机污染物进行初步去除，这样既改善了水的混凝沉淀性能，使后续的常规处理更好地发挥作用，也减轻了常规处理和后续深度处理过程的负荷，延长过滤或活性碳吸附等物化处理工艺的使用周期和使用容量，最大可能地发挥水处理工艺整体作用，降低水处理费用，更好地控制水的污染。另外，通过可生物降解有机物的去除，不仅减少了水中“三致”“73物前体物的含量，改善出水水质，也减少了细菌矧在配水管网中从新滋生的可能性。用生物预处理代替常规的预氯化工艺，不仅起到了与预氯化作用相同的效果，而且避免了由预氯化引起的卤代有机物的生成，这对降低水的致突变活性，控制三卤甲烷物质的生成是十分有利的。生物预处理在在水库微污染水源处理中的特点如下：一．能有效地去除原水中可生物降解有机物从分子量来说，微生物可高效降解有机物主要是低分子量的有机物(分子量<1500)，常规处理工艺主要去除分子量>i0000以上的有机物，对低分子量的有机物去除率较低，特别是对分子量<500的有机物，几乎没有去除能力，甚至有所增加。而这部分有机物正是形成消毒副产物卤乙酸的主要前体，也是饮水管网中细菌生长的主要营养基质。统计资料“”表明这部分有机物在水质较好的水库水中占40～5096左右。因此，生物预处理能有效地去除这部分有机物，从而大大提高整个给水处理工艺对有机物的去除效果，并由此显现出其优越性和重要意义。二．使整个处理工艺出水更安全可靠研究人员在运用中发现：作为深度处理的活性炭工艺，炭粒表面的生物膜在水力冲刷作用下会自动脱落，进入出水，由于活性炭生物膜上微生物长期固定培养，它们对各种不利环境有较强的适应性，所以生物膜比单体细菌对消毒剂具有更强的抵抗能力，一般的后氯化消毒难以完全杀死这 武汉理工大学硕士学位论文些微生物，增大用氯量，又势必引起水中卤代物生成量增加，致突变活性升高。因此生物活性炭作为饮用水深度处理安全性问题己引起人们的注意。生物预处理是设置在物化处理工艺的前面作为预处理工艺，这样既可以充分发挥微生物的生物降解作用，应付各种水制变化所带来的不利冲击，保护后续的物化处理工艺，同时生物处理所产生的微生物代谢产物，脱落生物以及其它颗粒生物可以通过后续工艺加以控制，从而增加饮用水的卫生可靠性。三．对低浓度有机物有好的去除作用微生物利用水中营养基质进行繁殖，在载体表面形成薄层结构的微生物聚合体，产生生物膜。饮用水中可生物降解的有机物的浓度低有利于贫营养微生物的繁殖，而且微污染水源含有多种微量有机物，可增加生物膜系统的结构稳定性从而带来处理效果的稳定性；另外，贫营养微生物通过对二级基质的利用还能有效去除浓度极低的微量污染物，因此利用水中天然有机物形成的生物膜处理系统可较好地去除微量污染物，嗅味及色度物质。众所周知，在污水处理中常用生物法去除悬浮的和溶解性的有机物是十分经济和有效的。如今生物法被移植到污染水源的给水处理中是饮用水处理技术领域的一个重大进展。生物预处理的目的就是去除那些常规处理方法不能去除的污染物，如可生物降解的有机物，人工合成的有机物和氨氮、亚硝酸盐氮、铁和锰等，其去除机理与污水处理的机理类似，在此不再赘述，本节重点阐述生物预处理在微污染水源低浓度有机物情况下取得较好去除效果的作用机理及基质利用。为了了解生物膜反应器对水中微生物营养基质的去除过程和特点，有必要研究生物膜反应器的机理。稳态生物膜模型是目前研究较多并能合理解释生物膜反应器内微生物生长和基质利用过程的数学模型⋯。1．稳态生物膜模型稳态生物膜定义为随时间变化生物膜没有净增长或净死亡的现象，模型假设生物膜是均质的细菌层。生物膜反应器中如果基质浓度高，生物膜量会较大，这是由于细菌以较快的速度获得能量并部分地转化为生物量：相反，如果基质浓度低，则细菌获得能量的速度会降低。事实上，在足够低的基质浓度下，细菌的获能速率会小于耗能速度。所以，寻找基质利用与生物膜量之间的相互关系是动力学过程研究的基本条件。稳态生物膜模型将微生物对基质的利用与生物膜的生长结合起来。在 武汉理工大学硕士学位论文模型中，基质利用遮率和生物膜量可通过主体溶液中基质浓度与有关的基本参数诗葵出来。在稳态生物膜模型中，需解决下面三个问题：(1)形成一个稳态生物膜的最小主体溶液基质浓度怒多少；(2)形成一令稳态浮生物鹱懿簸小基震浓痉是多少?(生裙貘内基矮浓度降低至o)；(3)在上述两个极限浓度之间范围，基质通过稳态生物膜的通避如何计舞。1)基质利用和生物膜生长的动力学这里对理想的生物膜作一个简要的概括。理想生物具有～致的生物密度窝～致懿生耪貘零度。在生物貘肉佼滚z方商商基袋浓度瀚交化。假设赊一种基质(这里称之为限速纂质)外，其它的营莽物质都戆保证微生物鸵正常生长需要。在生物貘内任一点楚基覆零j周遵循Monod关系：j摄fKXf，Sf学h一齑(8-1)式中S—髅内任一点处的纂质浓度(弧4)；X，～生物密度(札1)：{(。—锪和常数(瓶。)；K～最大比基质零l用速率S．时，有一系列方程用来计算J和Lr。这些方程只能针对稳态生物膜应用，如果是非稳态的，则必须采用其它的计算方法。2．二级基质的利用一些物质是不易被生物降解的，这是由于其作为唯一的碳源和能源不能为微生物提供足够的能量。但是在其它一些物质的存在下(这些物质能满足细胞的能量需要)，那些不易降解的物质也能被微生物利用。初级基质(PrimarySubstrate)是一种或多种物质的集合，其浓度远大于S。，它能维持长期生长的生物膜，但单个的痕量物质不能满足生物生长的需要，这类物质即称为二级基质。由初级基质的生物代谢形成的生物膜对二级基质的降解即称为二级基质的利用，故对二级基质的生物氧化需要初级基质的存在和支持。虽然二级基质提供的能量和碳质较少，但二级基质的利用也包括了有机物的部分生物氧化和完成的生物氧化过程，形成的代谢中间产物可作为细胞合成的基质。因此，二级基质利用的概念对了解自然界或人为水环境中痕量有机物的生物降解有较为重要的作用，二级基质利用过程也是有痕量有机物降解的主要机理。稳态生物膜模型是对单一速度限制基质，综合考虑了多种影响生物膜动力学的因素和三个基本过程，即：基质从液相穿过液膜向生物膜的扩散过程：生物膜内活性细菌的基质利用过程；生物膜的生长及自身氧化过程。生物膜量是由初级基质利用动力学决定的，但生物膜对二级基质的利用可去除痕量有机物至更低的浓度并且可用模型描述。74 武汉理工大学硕士学位论文Stratton等人指出，虽然不是每一个初级基质通过利用潜在的二级基质来维持细胞生长，但痕量有机物的去除是通过二级基质的利用产生的，他们给出了理论和试验结果，表明较低浓度的二级基质能增强去除效果。研究中选用了五种有机物为基质：乙酸、丙氨酸、半乳酸、苯酚和胸腺嘧啶。每一种都配成无菌的有机溶液，并以3L／d的速度通过反应器，反应器长120mm，直径为25m，是一玻璃圆柱，内装粒径3m的玻璃珠，反应器的水力停留时间为1l_3min，乙酸盐作为初级基质培养生物膜，其它四种为二级基质，进水乙酸盐浓度为3IIlg几，同时在进水中加入适量的无机物。进水pH值为7．1，试验中水温为22±1℃。最初，用千分之一稀释的生活污水对反应柱接种，静置过夜使细菌附着到载体的表面，然后开始用初级基质溶液过试验柱，2至3周后基质去除达到稳定并有褐色生物膜形成。这时开始二级基质的试验。用C．．。1标记的示踪剂测定乙酸、半乳糖和丙氨酸的基质去除。水样经0．45岫膜过滤器处理并加一滴浓HCL去除CO：后进行振荡计数测定。胸腺嘧淀浓度用265nm下的紫外吸光度表示；苯酚浓度用510hm下的紫外吸光度值进行换算，最终以CODc。表示。用Winkler方法控制试验中的溶解氧，出水溶解氧浓度一直保持大于2mg／L。试验中测定了生物膜动力学参数，乙酸连续进水2～3周后，稳定条件具备，开始进行短期二级基质利用的研究。用浓度为0．003mg／L的乙酸为基质培养的生物膜进行初级基质和二级基质去除的研究。不同的二级基质有不同的去除规律：胸腺嘧啶作为二级基质不易被利用，而丙氨酸则基本上完全被去除。初级基质和二级基质之间的相互关系决定了二级基质利用的难易程度。总的来讲，二级基质随着进水浓度升高，去除百分率下降。其中进水浓度的变化对胸腺嘧啶去除效果的影响尤为突出。因此丙氨酸和半乳糖在试验的不同浓度下，有稳定的去除百分率：对胸腺嘧啶而言生物膜又是薄的或完全穿透的。因此其去降度随浓度上升而显著下降。上述研究结果表明：二级基质利用是自然界及水处理中痕量有机物去除的可能机理，当生物膜是通过初级基质的利用而形成的，单个痕量有机物其浓度在远远小于S。时也能被微生物利用。四．能去除氨氮、铁、锰等污染物在反应器内生物膜固定生长的特点使生物具有较长的停留时间，一些生长较幔的微生物如硝化细菌等自养细菌可在溶解氧稍低于表面的膜内层获得生长优势，并在具有巨大比表面积的膜介质上形成以氨氮为基质的硝 武汉理工大学硕士学位论文化菌群，从而使氨氮等得以去除。巨大的介质和孔隙率、适宜的内层溶解氧(DO)，这些条件可促进硝化细菌群在膜内的生长和代谢活动。另一方面，由于水中的铁、镀离子会刺激氧化亚铁、硫杆菌等铁氧化茵在膜面的生长，使生物膜也具有除铁、锰的作用。总之，使用由负载微生物膜共生菌群的生化作用而构成其优异处理能力的生物接触氧化作预处理，能有效除去微污染水中的有机物、氨氮、亚硝酸盐氮、铁和锰等，与物化处理工艺相比，经济、有效、简单。8．2生物预处理净化效果影晌因素的生化分析在生物膜法中，水中基质的降解主要是依靠填料上附着生长的微生物的生物氧化作用净化水中的污染物。因此，凡影响微生物生长代谢活动的因素都会影响到生物处理的净化效果，如水温、pH值、溶解氧、填料类型、填料水力负荷等。下面将对生物处理的主要影响因素及实验中不同处理方式所取得的运行参数进行论述。1．水温温度是影响微生物正常生理活动的重要因素之一。大多数微生物的新陈代谢活动会随着温度升高而增强，随着温度下降而减弱。好氧微生物的适宜温度范围是10～35"C，一般水温低于lO℃，对生物处理的净化效果将产生一些不利影响。实验所在地深圳属南亚热带季风气候区，实验年份测得的最低气温为13．8℃，水温变化对生物膜的生长与净化效果未产生明显的影响。2．pH值微生物的生长、繁殖与水的pH值有着密切关系，对好氧微生物来说，pH值在6．5～8．5之间较为适宜。水库微污染水源的pH值一般均处于此适宜的范围内，对生物处理无明显的不良影响。若水源pH值过高，虽然微生物能通过降解水中的污染物形成C仉能与盯中和，但在水库微污染水源中，有机物浓度较低，所产生的C如量较小，不具备调节水的pH值的能力，对于碱性水质条件微生物的适应性较差。若水源pH值过低，里酸性，就会减弱细胞膜内的碱性状态，使细胞内外两侧的pH梯度减小，破坏维持细菌正常生长的能量平衡。3．水力负荷水力负荷的大小直接影响着工程的投资，并以多种方式影响生物池的净化效果。水力负荷的大小，直接关系到水在生物池中与填料上生物膜的接触时间。微生物对基质的降解需要一定的接触反应时间作保证。水力负76 武汉理工大学硕士学位论文荷愈小，水与填料接触的时间愈长，处理效果愈好，反之亦然。在较低的水力负荷下，其相同规模水量生物池的工程投资增大。水力负荷的大小在控制生物膜厚度，改善传质方面有一定的作用。水力负荷的提高。其紊流剪切作用对膜厚的控制以及对传质的改善有利。但水力负荷控制在一定的限度以内，以免造成水与填料上生物膜的接触反应时间过短，或因水力冲刷作用过强，造成生物膜的流失，反而降低了生物处理的净化效果。因此，不同的生物处理方式应有其适宜的水力负荷。实验结果表明，生物池的水力负荷在一定的范围内变化对各项水质指标的去除效果无明显影响，但超过一定的限度，净化效果将明显降低。陶粒滤料生物池的适宜水力负荷范围为4～8m／h滤速，弹性滤料生物池的适宜水力负荷以不大于lm3／一h为宣。4．溶解氧及曝气强度(气水比)溶解氧是生物处理的一个重要控制参数。实际运行中，溶解氧不足，可使微生物正常的代谢活动受到影响，对有机物，氨氮等污染无的净化效果下降。在污水好氧生物处理中，溶解氧应维持在2mg／L以上，就能满足生物体对溶解氧的需要，达到较稳定的去除效果。在微污染水源水的生物处理中，氧的传质条件较污水好得多，生物池中溶解氧在5～8mg／L之间，因此，溶解氧已不是各生物池净化效果的影响因子。较高的气水比一方面可提供充足的溶解氧，保证微生物对氧的需求，另一方面，上升气泡以及由此产生的水的流动对生物膜表面的冲刷作用，有利于老化生物膜的脱落，更薪。正常运行时，采用过高的气水比，会造成能耗的无谓浪费。陶粒滤料生物池因气水为逆向，当气量增大时，其下向水流阻力增加，池内水位会升高，滤速受到限制，该生物池实验气水比范围为0．7：1～1．2：l适宜气水比可选为1：1。弹性填料中心导流筒曝气循环生物池，正常运行下不存在气流对填料的直接冲刷作用，填料间水流流动缓慢。因此，气水比越高，越有利于加快水流流速，促进生物膜的脱落更新，增加水与填料上生物膜的接触机率。考虑能耗指标，只能在满足溶解氧需要的前提下，适当选取偏大的气水比，该生物}趣j置宜气水比可选定为1：l～l：1-5。弹性填料采用微孔曝气器，氧利用率高，如果不考虑利用微孑L曝气头气流对生物膜的更新作用，可选用较低的气水比如0．7：l。微孔曝气头的阻力大，采用过高的气水比，会造成曝气头上方即下层填料上生物膜的过分；中刷，但对上层填料生物膜的扰动作用小。从实验结果看，气水比在0．7：1～ 武汉理工大学硕士学位论文1．2：l的范围内变化均可行，可选用偏小的气水比。对于多级串联生物处理工艺，考虑到前段基质浓度相对最高，且进水溶解氧可能较低，在多级串联曝气量大小的分配上，应采用逐级递减方式。5．填料类型陶粒填料陶粒表面粗糙，比表面积比其他任何非粒状填料大，保证了生物池单位容积较高的生物膜量，且挂膜容易；其运行方式保证了生物膜的高活性，这已为膜活性评价结果所证实；同时可通过陶粒上生物膜的接触絮凝作用与陶粒层的截留作用去除水中的悬浮颗粒和以胶态状态存在的污染物。陶粒填料生物池较大的生物膜量与较高的生物活性以及陶粒的过滤作用是其净化效果一般要高于其他任何一种生物处理方式的根本原因。陶粒填料的空隙率相对较小，水流阻力大，这一方面表现为陶粒自身具有整流作用，能实现填料层内气水流速的分布趋于均一，克服生物池内的偏流及短流现象：但另一方面随运行时间的延长，水中悬浮物几胶体颗粒不断被截流在上层陶粒空隙；且膜的新陈代谢作用，使生物膜增厚，导致填料空隙减小，导致水流阻力进一步增大，易于引起生物池内出现堵塞现象，需要采取周期性的反冲洗措施。YDT弹性立体填料是在克服以往软性填料基础上开发出的一种新型填料，以中心绳和聚烯烃塑料制成的弹性丝条组成，丝条以绳索为中心在水中呈均匀辐射状伸展，有一定的柔韧性和刚性。其结构既重视填料的比表面积对去除效率的影响，又考虑水流在填料中的流态。微生物附着空间较大，对水中大、中型气泡有较好的切割性能，具有一定的重新布水、布气能力，生物池内孔隙率高，水流阻力小，但难于得到均一的流速。YDT弹性立体填料生物池曝气充氧方式所产生的气、水流剪切作用对填料上生物膜的损耗不足以与膜的增殖相平衡，不利于生物膜的更新。实验中发现，弹性立体填料上存在不同程度的积泥现象，尤其是这种填料一旦中心绳附近弹性丝积泥，填料内部处于厌氧状态，且不容易冲洗彻底，对传质效应产生不利影响，生物膜活性差，最终影响到生物池的净化效果。为避免上述缺点，实验中另设置冲洗脱膜系统，如采用覆盖全池的多孔管全面曝气冲洗脱膜系统，定期进行间歇性高强度曝气冲洗填料一冲刷脱膜：适宜的曝气强度可促进膜的更新，又不至于造成生物膜的过度脱落。总之，通过实验，可以知道在运行管理中，为充分发挥生物处理有效改善水质的功能，对陶粒填料生物池应严格把握反冲洗周期，对弹性填料生物池应经常排泥与及时冲洗脱膜，这对提高生物膜活性，稳定净化效果等具有十分重要的意义。 武汉理工大学硕士学位论文第9章结论9．1生物预处理工艺的主要运行规律l、生物池的挂膜期受水温影响。在25～30。C的条件下，挂膜期为10～20天；在15～20℃的情况下，挂膜期为30天左右。2．生物接触氧化池I、II、Ⅳ型在填料水力负荷lm3／m3．h左右，生物池III型固定床在空床滤速为4m／h左右，气水比1：l上下的情况下，各生物池的处理效果均较好。其几项主要指标的去除率为：氨氮：74．3～91．1％(原水浓度大于0．5rag／L)；44．6～59．3％(原水浓度小于0．5mg／L)：藻类：72．3～90．1％：TON：42．7～53．8％：浊度：41．8～57．8％。3．根据试验对各生物池的工况优化，其适宜的水力负荷和气水范围为：生物池I型：0．59～1．37m3／m3．h，0．70～1．20：1生物池II型：0．6l～1．67m3／m3．h，0．73～1．50：l生物池Ⅲ型：(固定床)：3．98～7．96m／h，0．60～1．19：l生物池Ⅳ型：1．00～1．25m3／m3．h，0．80～1．10：1生物运行时一般以设计参数(即1．Om3／m3．h的水力负荷或4m／h的滤速，l：l的气水比)为准，但当水质或水量变化较大时，可在上述范围内适当调整水力负荷和气水比，保证处理效果。4．生物池I、Ⅱ、Ⅳ型排泥量少，斗底排泥比穿孔管排泥效果好。生物池Ⅲ型约5天反冲洗一次。5．生物池I型、II型、Ⅲ型(固定床)及Ⅳ型都是技术可行的工艺形式，具有各自的特点和适用环境。9．2工艺流程9．2．1工艺流程实验结论1．包含生物预处理的流程对氨氮、亚硝酸盐氮有较高的去除率，对高 武汉理工大学硕士学位论文锰酸盐指数的去除也有一定的提高，同时可降低20％左右的混凝剂投加量。2．包含深度处理(GAC滤池)的流程对有机物、生物臭具有进一步的去除作用。3．在反应前投加高锰酸钾及粉末活性炭的强化常规工艺对高锰酸盐指数的去除都有一定程度的提高，粉末活性炭还有一定的除臭作用。4．试验运行的五种工艺流程(1)生物预处理+常规+深度处理：(2)生物预处理+常规；(3)常规+深度处理；(4)强化常规处理；(5)常规处理工艺均能达到《供水规划》一类水司推荐的88项水质指标合格率，即原有35项合格率大于95．94％，新增53项合格率大于80％。5．从Ames致突变试验来看，流程V的出厂水致突变活性最强，多数情况下呈阳性的最小水样接种体积为1L／皿；流程II可在一定程度上减弱这种致突变活性，呈阳性的最小水样接种体积大致为4L／皿；流程Ⅲ则可极大地改善出厂水的致突变活性，Ames试验基本呈阴性。6．根据常规监控项目及88项水质分析，流程I的整体处理效果最好，其次是流程II与流程Ⅲ。流程Ⅲ的优势主要体现在有机物、生物臭的去除以及Ames试验。流程II则主要是对氨氮、亚硝酸盐氮有很好的去除效果，同时还可降低混凝剂投加量、减弱Ames致空变活性，降低冲洗水耗及排泥量，并且运行管理简单方便。因此针对深圳市水库水源水质的特点，推荐生物预处理+常规处理工艺，在经济许可的情况下，可以在此基础上增加深度处理单元，进一步提高饮用水水质。9．2．2工艺流程选择的理论依据微污染水源饮用水工艺流程选择必须对如下几个方面加以综合考虑：1．以水中有机物的分子量为工艺选择的根据。水中有机物种类繁多，不同形态有机物要用不同的工艺9】力Ⅱ以去除。一般而言，常规处理主要去除分子量大于10000的有机物，对于分子量10000以下的有机物只能部分去除，对分子量小于1000的有机物基本无去除作用甚至有所增加；活性炭吸附主要去除分子量500～3000的有机物，对更大分子量的有机物由于存在“空间位阻效应”而难以进入活性炭的吸附孔道，对分子量500以下的有机物由于亲水性较强而难以吸附，但对分子量1000以下有机物中的Ames实验活性组分有良好的去除，研究证明致突变活性物质是一些亲水性不高的组分；生物处理主要去除水中分子量小于1000的亲水性有机物，对更大分子量的有机物由于细胞膜的屏蔽作用而 武汉理工大学硕士学位论文难以进入细胞内部。水中有机物也可划分。1为悬浮态有机物，胶体有机物和溶解性有机物。根据能否被微生物去除可划分为可生物降解和不可生物降解的有机物等。水中可生物降解的有机物用生物处理去除；对于悬浮状态和胶体状态的有机物，采用混凝沉淀方法则有好的去除效果，特别对于大分子有机物常规工艺对其处理效果较好；对于分子量小于3000的有机物，亲水性的可生化部分可用生物处理加以去除；憎水及难降解部分用活性炭去除。总之，生物处理，常规处理及活性炭吸附三者基本呈互补关系。2．水源水中Uv254与工艺选择的关系目前，自来水中最成问题的有机物就是UV254It]附近发现的有机物，如腐殖质物质受到氯的作用后生成三氯甲烷等消毒副产物，水中Ames实验的致突活性物质在紫外区有明显的吸收，因此在水质控制中要对Uv254附近发现的有机组分进行处理。在UV254处吸收较弱的组分有较强的可生化性，对饮用水的生物稳定性有重要影响。因此在uv254处吸收最弱或不吸收的组分用生物处理，在Uv2“处发现高分子量组分用混凝处理，在uv：；。处发现低分子量组分用活性炭吸附去除，这样就可以有效地去除水中这些组分。3．以生物稳定性和“三致”物质的去除进行工艺的选择生物处理是获得生物稳定饮用水经济有效的工艺，活性炭吸附可有效去除水中的三致物质，具有生物活性的活性炭也可获得生物稳定的饮用水。因此，当水的AOC较高(>100ug／L)和氨氮浓度较高时，应考虑生物处理；当水的AOC较高且三致性较强时，应考虑活性炭处理。9．2．3工艺流程选择结论深圳水库微污染水源水水质浊度及色度较低，这表明水中大分予有机物较少，因此其处理工艺可选择“生物预处理+常规处理”工艺，在经济许可的情况下如需更好的水质，则可以在此基础上增加活性炭吸附深度处理单元。9．3经济分析结论以1j万m3／d规模的深圳市新建水厂为例，采用生物接触氧化+常规处理工艺，增加生物预处理后，其基建投资和运行经营成本增加的百分比分 武汉理工大学硕士学位论文别为10．2％和5．0％，低于实验目标要求的不于大2096，表明生物预处理+常规处理工艺经济可行。 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武汉理工大学硕士学位论文致谢我30岁才开始研究生学习，承蒙恩师罗亚田副教授的热情鼓励及殷切教导，使得我在三年的受业期间受益匪浅。罗老师治学严谨求实，对环境工程领域前沿问题具有敏锐的洞察力，待人宽厚仁慈，堪称新时代教书育人的典范。罗老师的教诲，精神及人格魅力将是我日后深造和工作的楷模和动力，在此，我谨向罗老师致以崇高的敬意和衷心的感谢!本课题研究由深圳市水务局提供研究经费，主要由笔者工作所在单位中国市政工程中南设计研究院承担，课题研究除了得到了以上两单位的全力支持外，还得到了深圳市自来水有限公司的大力支持，同时笔者本科母校同济大学参加了部分实验工作，在此表示真诚的感谢!在论文的完成过程中，还得到了杨莉、冯小强、陈安、王军、刘霖、林丰、宋国强等几位同学和好友的无私帮助与支持，在此深表谢意!感谢我的家人，特别是我的5岁的小女儿，在我学习研究期间他(她)们给予我的支持及帮助无法用言语来表达。最后感谢各位专家教授在百忙之间阅览并评审我的论文，感谢及期待您们给予我指正和启迪。学生：陈克玲2003年5月'