（市政工程专业论文）吴淞江微污染水源水处理技术研究.pdf

摘要 摘要 上海市嘉定区随着经济社会的不断发展，对水量的需求与日俱增，安亭镇 安亭水厂从嘉定引来的长江水水源已达最大水量，若长江发生突发事件或引水 管( 单管引水) 破坏等紧急情况，安亭水厂将不能保证供水量，因此计划将吴 淞江水作为安亭水厂应急备用水源。吴淞江位于苏州河上游，水中氨氮、有机 物等指标超标，属于微污染水，对此同济大学与嘉定自来水公司合作开展吴淞 江水处理技术的课题研究。课题选定三种方案：1 、预臭氧生物滤池( 这里的生 物滤池是指在原有滤池的基础上将部分砂层改造成活性炭层后的滤池) ；2 、全 生化处理( 生物接触预氧化) ；3 、吸附预处理( 投加p a c ) 。最后将三种方案进 行对比，寻求最佳处理工艺。同时开展运用预臭氧生物滤池工艺对长江水与吴 淞江水不同比例混合水的处理研究，通过吴淞江水与长江水的在不同混合比例 下的处理效果，找出最佳混合比例。最后对几种工艺进行技术经济分析，并对 制水成本进行估算。 综合考虑，从处理效果上分析：预臭氧生物滤池对高锰酸钾指数的去除效 果最好，a 柱平均去除率为2 8 ，b 柱平均去除率为3 5 ，对氨氮去除率比较 稳定，维持在7 0 以上，生物接触预氧化工艺对高锰酸钾指数的平均去除率只 有7 6 ，但对氨氮的去除效果良好，平均去除率为8 4 1 4 ，预臭氧生物滤池 工艺整体上要优于生物接触预氧化，吸附预处理( p a c ) 效果最差，只对色度、 臭味的去除效果较好，对高锰酸钾指数去除率低于1 5 ，氨氮去除率低于1 0 ； 从技术经济上分析：在未包含运行管理费用( 如电耗等) 的前提下，二者经济 造价相似，总投资2 3 0 万元左右，以水厂出水6 万吨日计，制水成本约0 0 0 7 元吨，生物接触预氧化占地、运行管理复杂，预臭氧生物滤池工艺符合我国现 行大中型水厂的实际情况，便于改造，值得推广。 关键词：吴淞江水，应急方案，预臭氧生物滤池，生物接触预氧化，p a c ， 对比分析 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ee c o n o m i ca n ds o c i a ld e v e l o p m e n ti nj i a d i n gd i s t r i c to fs h a n g h a i ，t h e d e m a n df o rw a t e ri si n c r e a s i n gg r e a t l y ，t h er a ww a t e rd r a w e df r o mt h ec h a n g i i a n g r i v e rh a sa r r i v e du t m o s ta m o u n tf o ra n t i n gt o w n i ns o m ee m e r g e n c i e s ，s u c ha sr a w w a t e rp o l l u t i o no rp i p ed a m a g e ，t h ea n t i n gw a t e rp l a n tc o u l dn o ts a t i s f yt h ew a t e r r e q u i r e m e n t ，s ot h ew u s o n gr i v e r i sp r o p o s e da st h er a ww a t e ro fa n t i n gw a t e rp l a n t w u s o n gr i v e rs t a n d so nt h eu p p e ro ft h es u z h o ur i v e r ，t h ea m m o n i a 、o r g a n i cm a t t e r i nt h ew a t e ra r eo u to fs t a n d a r d ，i tb e l o n g st ot h es l i g h t l yp o l l u t e dw a t e r t o n g j i u n i v e r s i t ya n dj i a d i n gw a t e rs u p p l yc o m p a n yc o o p e r a t et or e s e a r c ho nt r e a t m e n tf o r w u s o n gr i v e rr a ww a t e r , i tu s e st h r e ep r e c e s s e s ：1 、p r e - o z o n e b a c ( b i o f i l t e rh e r e r e f e r st oi st h a tt h eo r i g i n a lf i l t e rs a n dw i l lb et r a n s f o r m e di n t op a r to ft h el a y e ro f a c t i v a t e dc a r b o nf i l t e r ) ；2 、t r e a t m e n tb ya l lb i o c h e m i s t r y ( b i o l o g i c a lp r e o x i d a t i o n ) ； 3 、a d s o r p t i o np r e t r e a t m e n t ( p l o u g hp a c ) i nt h ee n dc o m p a r et h et h r e ep r e c e s s e s ，t h e n l o o kf o rt h eb e s to n e c a r r i e do u tu s i n gp r e - o z o n e - b a cp r o c e s so nt r e a t m e n t d i f f e r e n tc o m b i n a t i o n so fw a t e rw h i c hf r o mt h ec h a n g j i a n gw a t e ra n dw u s o n gj i a n g ； f i n a l l y ，d o n et h et e c h n o - e c o n o m i ca n a l y s i sf o rt h r e ep r e c e s s e s ，a n de s t i m a t e dt h ec o s t o fp r o d u c i n gw a t e r s y n t h e t i c a l l y ，w ec a l la n a l y s i si nt h ee f f e c t ：p r e o z o n e b a ct e c h n o l o g yi st h e b e s tp r o c e s st od e c r e a s ec o d m n ，t h ea v e r a g er a t i oo fd e c r e a s i n ga r e2 8p e r c e n ta n d 3 5p e r c e n tf o rp o l eaa n db ，i ti s s t a b l e ，a l w a y si tk e 印a b o v e7 0p e r c e n t ，b i o l o g i c a l p r e o x i d a t i o no n l yh a v e7 6p e r c e n ti na v e r a g er a t i oo fd e c r e a s i n gc o d m n ，b u ti t i s b e t t e rt od e c r e a s ea m m o n i a ，t h ea v e r a g er a t i oo fd e c r e a s i n gi s8 4 14p e r c e n t , p r e o z o n e b a cp r o c e s si ss u p e r i o rt ot h eb i o l o g i c a lp r e o x i d a t i o ni ng e n e r a l ，t h e a d s o r p t i o np r e t r e a t m e n t ( p a c ) i st h ew o r s tp r o c e s s ，i ti so n l yu s e f u lf o rc o l o ra n d o d o u r ，a n dt h er a t i oo fd e c r e a s i n gc o d m na n da m m o n i aa r eb e l o w15p e r c e n ta n d10 p e r c e n t ；w ea l s oa n a l y s i si nt h et e c h n o - e c o n o m i c ：t h et w ot e c h n i q u e sh a v es i m i l a r e c o n o m i cc o s t si nt o t a li n v e s t m e n to f2 3m i l l i o nw i t h o u ti n c i u d i n gc o s t sf o r o p e r a t i o na n dm a n a g e m e n t ( s u c h a se l e t r i c i 够c o s t ，e t c ) ，i ft h ep r o d u c tw a t e ri s6 0 ，0 0 0 t o n sad a y ，t h ew a t e rs y s t e mc o s ta b o u t0 0 0 7y u a n t o n t h eb i o l o g i c a lp r e o x i d a t i o n m u s ts u p p l yl a n d , o p e r a t i o na n dm a n a g e m e n ta lec o m p l e xt o o ，p r e o z o n e - b a c t e c h n o l o g yi ss u i tf o rt h em a n yl a r g ea n dm e d i u m - s i z e dw a t e r w o r k sa c t u a ls i t u a t i o n i nc h i n a ，i te a s i l yt ot r a n s f o r m ，s oi tw o r t h yt op o p u l a r i z e k e yw o r d s ：w u s o n gr i v e r u r g e n tp r o c e s s ，p r c o z o n e - b a c ，b i o l o g i c a lp r e o x i d a t i o n , p a c ，c o m p a r e t i v ea n da n a l y s e i 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：锄使强 一堡2 叠 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年 月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名： 年 奄秀 1 月9 日 第1 章绪论 1 1 研究背景 1 1 1 我国地表水水源现状 第1 章绪论 人类不能离开水。水是生命之源，是人类实现可持续发展的基本保障，是 人类生活和生产活动中不可缺少的重要物质，同时又是不可替代的重要自然资 源。水问题即将或已经成为一个严重的社会问题，据联合国预测，水将成为2 1 世纪最有争议的都市问题。 我国是一个人口大国，人均占有水资源为2 1 5 0 m 3 人年，只相当于世界人 均数的1 4 ，为世界的第1 0 9 位，中国是世界人均水资源极少的1 3 个贫水国之 一。大量的工业废水和生活污水处理不够完善直接排放到地表水中，远远超过 了水体的自净能力，加上人们水资源概念的不清，我国饮用水水源已面临一个 十分严峻的局面。 近年来，在水污染防治方面我们国家虽已经做了很多，但我国七大水系的 绝大部分水体和湖泊水库均不同程度受到污染。2 0 0 1 年度七大水系监测的7 5 2 个重点断面中，i - - i i i 类水质占2 9 5 ，i v 类水质占1 7 7 ，v 类和劣v 类占 5 2 8 。其中，七大水系干流1 5 4 个国控断面中，i - - i i i 类水质断面占5 0 6 ， 类占2 6 0 ，v 类和劣v 类占2 3 4 ，各水系干流水质好于之流。2 0 0 1 年度 七大水系污染由重到轻的顺序依次是：海河、辽河、淮河、黄河、松花江、长 江和珠江。我国湖泊总面积约7 4 3 万平方公里，3 6 面积的水，8 5 体积的水 体富营养化，如无锡太湖，安徽巢湖，云南滇池等都处于富营养化状态心1 。2 0 0 7 年5 月以来，太湖、巢湖都相继暴发大规模蓝藻，污染了饮用水水源，严重影 响了自来水厂的出厂水水质，给人们的生活带来了极度的不便，造成恶劣的负 面影响。而水体富养化是蓝藻爆发的主要原因，在一些营养丰富的水体中，有 些蓝藻常于夏季大量繁殖，并在水面形成一层蓝绿色而有腥臭味的浮沫，称为 “水华”，大规模的蓝藻爆发，被称为“绿潮 ( 与海洋发生的赤潮对应) 。绿 潮引起水质恶化，严重时耗尽水中氧气而造成鱼类的死亡。 第l 章绪论 1 1 2 水体有机物及氨氮污染 早期，工业尚未发达，天然水极少污染，水处理的主要对象是水中的泥沙 和胶体类等杂质。给水工程的基本任务是从大自然取水，然后不处理或稍加处 理输送至用户。常规的工艺进行便可得到透明、无色、无嗅、味道可口的饮用 水。直到7 0 年代初期，对于饮用水处理工作者来说，饮用水处理的任务仍主要 以除浊和保证饮者免受水传播疾病的危害。8 0 年代后，人们开始关注有机物和 氮化物对水源的污染，此类水源也称微污染水源水。 水源中的有机污染物大致可分为两类：天然有机物( n o m ) 和人工合成的有 机物( s o c ) 。 天然有机化合物是指动植物在自然循环过程中经过腐烂分解所产生的物 质，典型的天然有机物不超过1 0 - - 2 0 种，这些有机物大部分呈胶体微粒状，部 分呈真溶液，部分呈悬浮物状。地表水中的天然有机物主要组成部分是腐殖质， 占总的有机物的4 0 - - 6 0 。它是一类含酚羟基、羧基、醇羟基等多种官能团的 大分子有机物，分子量为1 0 2 - - 1 0 6 。腐殖质根据溶解性的不同可分为腐殖酸、 富里酸和黑腐物三种，三种组分结果相似，但分子量和官能团相差较大。腐殖 质是水体色度的主要成分，同时是饮用水中多种消毒副产物( d b p s ) 的前体物， 是导致饮用水致突变增强的主要因素。水中非腐殖质部分的天然有机物包括碳 水化合物、蛋白质、肽类、氨基酸、脂肪等，一般说来，这类有机物以被微生 物降解，具有较强的亲水性和较低的芳香度拉1 。 人工合成有机物( 一般 1 0 ) 主要来自于城市和农村的径流以及工业和城 市排水。尽管这类有机物含量少，但难于降解，具有生物富积性、“三致作用 和毒性，严重威胁用水安全。目前已知的有机化合物种类约有7 0 0 万种之多， 其中人工合成有机物种类达1 0 万种以上，而且每年还有许多新品不断问世。 水体中的氮化物以有机氮和无机氮两种形态存在。有机氮指蛋白氮、多肽、 氨基酸和尿素等，无机氮是指氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮。氮的各种存在形式有 着相互转化关系。2 0 0 6 年制定的生活饮用水卫生标准明确对亚硝酸盐氮、 氨氮等指标作出规定：硝酸盐小于l o m g l ，亚硝酸盐小于0 i m g l ，氨氮小于 0 5 m g l 。 2 第1 章绪论 1 1 3 饮用水深度处理的必要性 一直以来，随着工业的现代化，经济的迅速发展，不仅产生了大量的工业 废水和生活污水，而且对水量的需求迅速增加。同时，国家相关管理部门对水 质指标的控制也越来越严格。2 0 0 5 年建设部颁布实施了城市供水水质标准 ( c j t 2 0 6 2 0 0 5 ) ，检测指标总数已达到1 0 1 项，其中常规指标4 2 项，规范还 特别强调了要加强对水中微量有机污染物的检测。 由于水源污染经常规处理后的饮用水中仍存在着大量有机物质，其中有许 多对人体健康构成危害的物质( 如：大量人工合成的化学物质) 不仅其本身具 有毒性，部分还具有三致( 致癌、致畸、致突变) 作用，它们不仅不易在水体 中降解和被常规净化工艺去除，还由于：( 1 ) 有机物是产生消毒副产物的前驱 物，常规净化工艺的加氯消毒是饮用水中卤代有机物的主要生成原因，因此， 原水有机物含量将直接影响氯化消毒副产物的生成量。( 2 ) 有机物影响饮用水 生物稳定性，水厂出厂水都保持一定的有效余氯，对细菌总数也有严格的控制， 但在配水管网中仍经常发现细菌的再次生长，这主要与出水中残留的异养菌的 营养基质( 有机物) 和硝化细菌的营养基质( 氨氮) 有密切的关系。常规处理 工艺基本不能去除原水中的致突变物质；不能有效降低水体的致突变活性，反 而由于氯化消毒产生的消毒副产品使其致突变活性增强，并具有明显的生物不 稳定性。 因此对于受污染水源，传统的“预氯化+ 常规处理 的工艺流程，往往不 能满足水质净化的要求，不能有效解决原水中出现的氨氮、亚硝酸盐氮超标和 原水高含量藻类及藻类代谢物引起的色、嗅、味的问题，不能达到高标准出水 水质的要求。为保证人们生活生产用水的安全性，发展、研究深度处理技术已 显得十分迫切。 1 2 微污染水源水处理工艺研究现状 由于常规工艺( 混凝、沉淀、过滤、消毒) 对微污染水源水中有机污染物 的去除效果较低，且经氯消毒后产生的卤代物不能得到有效去除，导致出水致 突变活性增加。为保证自来水厂出水的稳定性，保障人们用水安全性，深度处 理技术的研究及应用显得尤为重要，是饮用水处理发展的趋势，不仅存在于我 3 第1 章绪论 国门 5 6 7 1 ，国外许多国家也大量开展微污染水源水深度处理技术的研究阳9 1 。 目前，微污染水源水的基本处理方法有：生物预处理技术n 玑1 1 1 羽、预氧化与 生物滤池联用技术等n 3 1 删。 1 2 1 生物预处理技术 生物预处理是指在常规净水工艺之前增设生物处理工艺，借助微生物群体 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，这样既改善了水体的混凝沉淀性能，使后续的常规处理更好的发挥作用， 也减轻了常规处理和后续处理过程的负荷，延长滤池的使用周期和使用容量， 最大可能的发挥水处理工艺的整体作用，降低水处理费用。另外，通过可生物 降解有机物的去除，不仅减少了水中“三致 物前体物的含量，改善出水水质， 也减少了细菌在配水管网中重新滋生的可能性。代表工艺有：生物滤池、生物 转盘、生物接触氧化等。 在英国n 刨，采用沙砾滤池处理泰晤士河水，进水氨氮浓度为2 3 m g l ，在 试验中发现，尽管氨氮去除率随水温的变化而变化，但运行一年后，2 0 、1 5 、1 0 、5 时，氨氮去除率分别达到8 0 、7 8 、6 7 、5 0 。 同济大学n 刀采用生物转盘处理黄浦江原水的试验表明，在水温为2 3 3 1 ， 水力负荷为0 2 5 m 3 m 2 d ，转盘外缘线速度为9 0 1 - 2 1 9 m r a i n ，浸没为4 0 - - 6 0 的情况下，进水氨氮为1 o 卜3 9 6 m g l 时，氨氮平均去除率超过8 0 ，高锰酸 钾指数去除率近2 0 。因生物转盘占地面积大，且对周围环境影响较大，装置 安装要求高，故不适宜应用在处理水量较大的场合。 生物接触氧化最早是用水污水处理的工艺，它是利用附着在填料上表面的 微生物群体吸附和降解水中有机物的。早在1 9 世纪末w a r i n g ，d i t t e r 等人就 开始了生物接触氧化污水的处理试验研究。1 9 1 2 年c l o s s 获得了德国专利登记。 最新将生物接触氧化法应用于工程实践的是德国的b a c h 和美国的b u s w e l1 ，分 别建立了e m s c h e r 和a l b a n a 污水处理厂。从2 0 世纪8 0 年代起，生物接触氧化 技术在日本得到了迅速的发展和应用，据调查显示，1 9 8 2 1 9 8 5 年间日本所建 的小型污水处理槽1 5 4 万台左右，生物接触氧化法处理槽为8 1 万余台，占5 2 5 。处理效果如表1 1 。 4 第1 章绪论 表1 1 日本污水生物接触氧化装置处理水水质分析 项目单位最小值最大值平均值 高锰酸钾指数 m g l 1 72 1 96 3 b o d m g l 46 7 56 0 氨氮m g l 1 1 81 4 6 25 3 硝酸盐 m g l n d9 2 31 7 9 氯化物 m g l 3 52 1 21 0 5 大肠菌群 个( m 1 ) 02 2 0 04 9 0 可见生物接触氧化技术对污水的处理效果是良好的。既然是好技术，我国 与1 9 7 5 年由北京市环境保护科学研究所开始进行生物接触氧化处理污水的试验 研究，之后，该工艺在我国得到了良好的发展。 从9 0 年代初期，国内的多加研究机构陆续将生物氧化预处理技术应用于给 水水源处理中，如上海市政工程设计研究院的张华n 8 1 等人利用生物接触氧化对 上海浦东大治河水进行处理，原水氨氮1 0 - 4 o m g l ，高锰酸钾指数 5 o 一7 o m g l ，常温下，氨氮去除率达8 0 9 0 ，有机物去除率达2 0 ；嘉兴 自来水公司的查人光n 印等人对生物接触氧化预处理工艺应用于石臼漾水厂，当 进水氨氮在1 5 m g l 左右时，去除率可达6 0 一8 0 。同时，生物接触氧化技术 也存在填料的选择、反冲洗排泥及投资运行成本等问题。 1 2 2 深度处理技术 我们所说的深度处理技术主要是指臭氧氧化、活性炭吸附、膜处理等，其 中臭氧氧化与活性炭联用技术是研究的热点啪1 。 臭氧氧化与活性炭吸附的第一次联合使用是1 9 6 1 年在德国d u s s e l d o r f 市 a m s t a a d 水厂中开始的。由于该厂水源一莱茵河水质不断恶化，原有的河岸过滤 一臭氧化一过滤- * a n 氯的工艺已不能满足要求，为了提高出水水质，进一步消 除嗅味，在过滤后又加上了活性炭吸附。该流程与当时一般采用的预氯化活性 炭流程相比较，出水水质明显提高，炭的使用周期大为延长。此后，经过多年 的使用和研究，逐渐认为炭床中大量生长的微生物所具有的生物活性是处理效 率提高和炭使用周期延长的主要原因。 5 第1 章绪论 以预臭氧化代替预氯化，可以使水中一些原来不易生物降解的有机物变成 可生物降解的有机物，臭氧化的同时还可提高水中溶解氧的含量。此外，水中 溶解臭氧的浓度很低，自分解速度又快，活性炭对溶解臭氧有催化分解作用， 因此不会抑制床中微生物的生长，与预氯化时的情况完全不同。上面这些因素 都可促进床中微生物的生长。在适当的设计和运行条件下，活性炭床中保持好 氧状态，在炭粒表面生长着大量的好氧微生物，充分发挥了它们对有机物的分 解作用，显著地提高了出水水质，并延长了活性炭的使用周期，由于这种活性 炭具有明显的生物活性，后来被称之为生物活性炭。 1 9 8 8 年，b a b l o n 等人提出通过使用活性炭+ 石英砂双层滤料替代传统滤池 中的单层石英砂滤料，并在双层滤料中培养微生物，可将常规滤池改造成生物 滤料滤池，采用生物滤料滤池代替常规滤池，不需要增加多少投资，只需对现 有的常规滤池适当加以改进( 如培养生物膜，更改滤料，采用臭氧作为预处理 手段) 即可达到去除水中悬浮颗粒和微量有机物的目的。 我国自七十年代以来开始对臭氧化一生物活性炭进行研究，在8 0 年代初， 先后建成一批应用该工艺的深度净化水厂。昆明市自来水公司针对滇池水源低 浊高藻特征，1 9 9 6 年底在第六水厂南分厂应用了臭氧化一生物活性炭处理工艺， 规模1 0 万m 3 d ，原水经过混凝、气浮、过滤后，进行臭氧接触反应、生物活性 炭过滤，臭氧接触l o m i n ，生物活性炭滤池滤速8 2 7 m h 。运行投产后，出厂水 浊度低于0 5 n t u ，色度小于5 度；u v ：科，高锰酸钾指数的去除率分别为4 2 和 5 0 。该工艺对提高水质发挥了积极作用。除此之外，长江炼油厂生活水厂、 上海周家渡水厂、北京燕山石化公司动力分厂、南京炼油厂生活水厂也分别采 用了臭氧化一生物活性炭工艺进行饮用水深度净化，均取得很好的处理效果。 臭氧化一生物活性炭技术无疑是一种新型高效的水处理工艺方法，尤其是对去 除当前水源普遍存在的有机微污染具有显著的效果和推广应用的价值，随着实 践过程的不断改进提高，必将饮用水深度净化领域中发挥更大的作用。 最近几年，根据我国经济发展和水源污染的现状，在常规处理的基础上， 通过臭氧化+ 生物滤池进行深度净化，已成为国内经济发达地区解决健康饮水 问题的迫切需要，但是，尽管臭氧化+ 生物滤池工艺已有一定规模的实践应用， 针对该技术国内外也进行了大量的研究工作，但目前仍存在一些理论和实践上 的问题，而这些问题也必将制约该技术在国内的进一步发展，现在国内大量学 者针对出现的问题进行研究，例如最佳臭氧量的确定，生物膜在不同条件下运 6 第1 章绪论 行的情况，以及经济上的分析等。 本课题采用预臭氧生物滤池、生物接触预氧化、吸附预处理( 投加p a c ) 三 种工艺对吴淞江水进行处理，同时将处理效果进行对比，寻求最佳处理工艺及 运行参数。 1 3 试验课题背景资料 1 3 1 课题介绍 1 9 9 5 年前，嘉定区自来水公司供水1 0 余万m 3 d ，水源取用吴淞江水及城区 内河水。水源受到污染，水质时好时坏。经上海市建委批准，决定取用长江水 原水，在靠近太仓的华亭乡建造了容量6 0 万m 3 的避咸水库，水源来自通往长江 的护城河。从水库取水输送到下属的永胜水厂，南门水厂和安亭水厂，取水泵 房总设计流量为4 0 万m 3 d ，以长江水作为原水。近年来嘉定区迅速发展，目前 最高日用水量已达4 3 万m 3 d ，供水与用水的矛盾日益突出，如安亭水厂( 1 0 万 m 3 d ) 要向大众汽车生产基地供水，供水压力剧增，且长江水水质若出现突发事 件或嘉定到安亭的引水管( 约2 0 k m 的单管) 出现事故，则立即反映到安亭水厂 的供水上，严重影响到人们的生活和生产。 将吴淞江水作为备用应急水源，在长江水水量不够或出现紧急情况时，重 新起用停止运行的吴淞江取水泵房，将吴淞江水原水进行强化处理后，与长江 水一起作为安亭水厂的原水。但是吴淞江( 苏州河) 起源于太湖，太湖水富营 养化严重，且中间沿岸地带人口的聚集，工业的发展，都影响了河水的水质， 吴淞江河水中氨氮，高锰酸钾指数等指标超过了国家规定的i i i 类水标准，属于 微污染水原水。 多年以来，我国的饮用水处理技术一直没有太大的发展，基本停留在混凝， 沉淀，过滤，加氯消毒这一传统工艺上。2 0 0 5 年6 月1 号，建设部颁布城市 供水水质标准 2 1 9 对城市供水水质提出了更高的要求。 表1 2 供水水质主要指标 项目色度臭味高锰酸钾指数 n h 3 一n 限定值1 5 度无异味臭味3 0m g lo 5m g l 7 第1 章绪论 上述指标是水厂混凝，沉淀，过滤常规工艺难于去除的。 水污染的问题造成了水资源的严重缺乏，水资源的缺乏必然制约经济的发 展，社会的进步，影响老百姓的日常生活，因而对微污染水原水的深度处理是 必需的，也是迫切的。臭氧生物滤池及生物接触氧化技术作为深度处理技术广 泛应用于国内外，具有出水水质好，运行管理方便，易于改造等优点。考虑安 亭水厂的实际情况，试验采用臭氧生物滤池作为处理吴淞江水的主要技术路线， 同时开展生物接触氧化处理吴淞江原水的试验研究，并将二者处理效果进行对 比分析。鉴于上述实际情况，同济大学与嘉定自来水公司合作开展吴淞江微污 染水原水集成技术处理研究，利用预臭氧生物滤池及生物接触预氧化工艺对原 水进行强化处理，使出厂水能达到建设部颁布的城市供水水质标准。 1 3 2 吴淞江水源现状 太湖水体富营养化严重，上游江苏境内存在化工厂，造纸厂等工业废水和 农田污水及城市生活污水等污染，这些因素直接影响了吴淞江原水水质，2 0 0 6 年9 月至2 0 0 7 年1 月，吴淞江原水水质见表1 3 。 表1 3 吴淞江原水水质情况表 月份 2 0 0 6 1 02 0 0 6 1 1 2 0 0 6 1 22 0 0 7 1 水温 2 0 - 2 5 1 5 2 08 - 1 2 6a a 1 5 9 7 5 a a2 2 b b1 5 27 5 - 8 0 0 5bb 3 2 3 有机物的去除效果 有两个指标可以反映水体中有机物的含量，高锰酸钾指数和u v 。甜。高锰酸 钾指数称为化学需氧量，指在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时， 所消耗的氧化剂量，它是表示水中还原性物质多少的一个指标。水中的还原性 物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等，其中最主要的是有机物， 因此，化学需氧量( 高锰酸钾指数) 又往往作为衡量水中有机物质含量多少的 指标，化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重；u v ：。是衡量水中有机 物指标的一项重要控制参数，u v ：飘是指在波长为2 5 4 n m 处的单位比色皿光程下的 紫外吸光度，代表的只是2 5 4 n m 一个波长处的紫外吸收，故其所反映的并不是 某一种有机物的浓度，而是多种( 甚至达几百种) 有机物的浓度之和，是一类 有机物的共同含量，用于所有具有紫外吸收性能的有机物成分总浓度的指示。 吴淞江原水高锰酸钾指数常温下一般在3 o 一5 o m g l 之间，u v ：。o 0 7 0 1 3 之间，试验运行参数o 。2 o m g l ，滤速v = 8 m h ，运行温度2 0 一2 5 ，试验 结果见图3 2 、图3 3 。 2 l 第3 章预臭氧生物滤池试验分析 6 5 4 0 0 管3 0 0 o 82 0 0 1 0 一原水+ 滤柱进水一a 柱出水+ b 柱出水卜a 柱去除率+ b 柱去除率 1 0 1 3 1 6 1 92 2 2 5 2 8 3 1 取样序号次 图3 2 高锰酸钾指数去除效果图 褥 篮 稍 由图3 2 可得原水高锰酸钾指数浓度集中在4 o 一5 o m g l 内，a 柱出水 3 0 m g l 左右，平均2 9 8m g l ，去除率3 0 左右，平均去除率为2 8 ，b 柱出 水3 0 m g l 以下，平均2 6 9m g l ，去除率3 0 - - 4 0 ，平均去除率为3 5 ，可 见，b 柱的去除效果要好于a 柱，而且去除效果差距较为明显。可知，经过工 艺处理，有机物去除率并不是很高，而且高锰酸钾指数的去除与臭氧投加量及 进水高锰酸钾指数浓度有直接关系，另外，根据出水高锰酸钾指数浓度都低于 3 0 m g l ，最低2 o m g l 左右，可以得到进水高锰酸钾指数浓度较低时会导致去 除率下降。高锰酸钾指数去除效果具体数据见表3 3 。 表3 3 高锰酸钾指数去除效果数据表 原 臭氧1 5 ( n l g l ) 臭氧2 0 ( m g l )水 水滤速8 ( m h )滤速8 ( m h )滤速9 ( m h )滤速1 0 ( m h )温 出水 去除率 出水去除率出水去除率出水 去除率 4 - 5a3 0 22 5 一3 0 a 2 7 5 3 0 - 3 5 a 2 8 82 5 3 0 a3 0 72 0 - 3 0 2 2 b2 7 53 0 一3 5 b2 5 73 5 - 4 0 b2 6 23 0 一4 0 b2 8 63 0 3 5 3 - 4aaaa2 5 52 5 - 3 0 2 4 bbbb2 3 63 0 一3 5 2 2 茗|眺碱雠溉慨|喜荤耄亳耋嘲 第3 章预臭氧生物滤池试验分析 高锰酸钾指数反映的是水体中有机物的指标，从表3 3 中可以看出，吴淞 江原水在5 o m g l 以下时，a 、b 柱经工艺处理后出水都低于3 o m g l ，达到国 家标准，若要提高高锰酸钾指数的去除率，可以利用臭氧的强氧化性作用，适 当提高臭氧投加量可提高去除率。 u v 捌去除效果见图3 3 一原水+ 滤柱进水+ a 柱出水+ b 柱出水卜a 柱去除率+ b 柱去除率 l4 7 l o1 31 61 92 22 52 83 l 取样序号次 图3 3u v 笳t 去除效果图 1 0 0 9 0 8 0 7 0 槲 畿 6 0 稍 5 0 4 0 3 0 a 柱出水u v ：射平均值0 0 5 9 ，平均去除率4 3 4 3 ，b 柱出水u v 。科平均值 0 0 5 1 ，平均去除率5 1 3 9 ，由图中可以看出，u v 。的去除率较稳定，当进水 u v ：。值降低时，出水值也随之降低，不过，经试验可得，当进水u v 。尉值较低时， 出水值降低的幅度不能与之同步，从而导致去除率的降低，由此可知，u v 。翻出水 有一定的下限值。a 柱与b 柱相比，同高锰酸钾指数相似，b 柱的去除效果要明 显好于a 柱，平均去除率要高8 个百分点。u v 。去除效果具体数据见表3 4 。 住 会 0 o o 0 0 o o 第3 章预臭氧生物滤池试验分析 表3 4u v 绷去除效果分析表 原水 臭氧1 5 ( m g l )臭氧2 0 ( m g l ) 滤速8 ( m h )滤速8 ( m h )滤速9 ( m h )滤速l o ( m h ) 出水去除率出水去除率出水去除率出水去除率 o 1a0 0 5 94 0 一5 0 a0 0 5 54 0 - 5 0 a0 0 5 84 0 - 4 5 a0 0 6 13 5 一4 0 b0 0 4 95 0 - 5 5 b0 0 4 85 0 一5 5 b0 0 5 24 5 - 5 0 b0 0 5 34 0 一4 5 o 1 2a0 0 6 25 0 - 5 5 a0 0 6 64 5 粕广5 0 aa b0 0 5 25 5 - 6 0 b0 0 5 55 0 - 6 0 bb 由高锰酸钾指数及u v ：聃的试验数据分析可知，经过预臭氧贫生物滤池处理 后，二者有相似之处，在其它运行参数不变的条件下，二者的去除效果都受进 水浓度影响，由进水浓度的降低导致去除率的下降，但出水都有一个极限值， 且b 柱的处理效果都要优于a 柱。 3 2 4 色度、臭味、f e 、m n 的去除 水的色度主要由溶解性有机物、悬浮胶体、铁、锰和颗粒物引起，其中光 吸收和散射引起的表色较易去除，溶解性有机物引起的真色较难去除。致色有 机物的特征结构是带双键和芳香环，代表物是腐殖酸和富里酸。大量研究和实 践应用证实：预臭氧化可明显对原水脱色除臭，改善水的感官指标，臭氧通过 与不饱和官能团反应，破坏碳碳双键而去除真色，去除程度取决于臭氧投加量 和接触条件；同时臭氧可氧化无机呈色的铁，锰等离子为难溶物；臭氧的微絮 凝效应还有助于有机胶体和颗粒物的混凝，并通过颗粒过滤去除致色物。 原水色度2 0 一3 5 ，臭氧投加量2 o 一3 o m g l ，滤速为l o m h ，无论是在常 温还是在低温下，a 柱，b 柱出水色度均低于l o ，小于国家标准1 5 ，且b 柱效 果要略好于a 柱。色度的去除并不受到原水水质及温度的影响，主要是由于臭 氧的强氧化加上活性炭本身具有很强的吸附能力，因此出水色度一直保持低于 1 0 ，见表3 5 。 2 4 第3 章预臭氧生物滤池试验分析 表3 5 吴淞江水色度去除效果数据表 长江水 臭氧后滤柱进水 a 柱出水b 柱出水温度t ( ) 2 5 18 75 7 7 2 7 臭味的去除，水的臭味主要由腐殖质等有机物、藻类、放线菌和真菌以及 过量投氯引起，现已查明主要致臭物有土臭素、2 一甲基异冰片、2 ，4 ，6 一三氯回 香醚等，臭氧化主要靠羟基自由基去除异臭物质，催化产生更多的自由基将加 强臭氧的除臭功能。 原水f e 值较稳定，一般维持在0 2 0 0 5 0m p j l ，出水都低于0 0 5m g l ，远 低于国家标准0 3 0m y l ，可见，f e 的去除较明显，主要也是由于臭氧的强氧化 作用，将f e 氧化转化成化合物而去除。 原水值也较稳定，在0 。1 0 - 0 3 0m g l 之间，经过工艺处理后，出水都低 于国家标准o 1 0m | 皿，m n 的去除也是由于臭氧的作用，但是在设备运行的过程 中，有的时候会出现m n 值不降反而升高的问题，进行反冲洗或增加臭氧量，能 解决此问题。铁的还原性比锰强，常理下，臭氧先氧化铁，将二价铁氧化成三 价铁，但是出现这种现象到底是何原因还有待做进一步研究。 3 3 试验影响因素的分析 3 3 1 温度影响 温度对于生物活性炭的影响主要体现在影响生物酶的反应活性，从而影响 生物膜代谢有机物的降解功能，另外，对于臭氧生物活性炭联用技术来说，温 度会对水的粘度造成影响，从而降低了水的传质作用，因此低温下不利于生物 活性炭工艺对有机物的去除嘲。 2 5 第3 章预臭氧生物滤池试验分析 1 0 0 8 0 6 0 褥 鞲4 傩 2 0 0 o51 01 5 温度 图3 4 不同温度下氨氮去除率分析 图3 4 是a 柱在不同温度下氨氮去除率的分析图，滤速为l o m h ，臭氧投加 量2 o m g l 。从图3 4 中可以看出在其它运行参数不变的条件下，随着温度的降 低，氨氮的去除率有明显的下降，具有正相关性。生物活性炭上生长着自养菌 和异氧菌，代谢有机物的细菌是异氧菌，温度主要影响炭层上的生物量及生物 活性。一般来说，温度越高，活性越强，代谢速率越大，反之亦然。 0 2 5 舌0 2 0 1 5 蜊 蒜0 1 长 隧0 0 5 0 + 原水u v ：+ 去除率 2 1 56 5 0 温度( ) 图3 5 不同温度下u v 衢t 的数据图 6 0 5 0 4 0 3 0 槲 篮 2 0 械 1 0 0 从图3 5 可以看出，不同温度下u v 。纠的去除率较稳定，处于4 0 一5 0 之 间，但是这并不能说明u v 。斛的去除与温度无关，去除率稳定是由于低温下原水 u v ：鲥值上升( 从图中可以看出) ，增加了去除的空间，提高u v ：副的去除量，从而 提高了去除率，但低温下出水中含有u v 。科的平均值0 0 9 4 ( h 柱) ，要大于常温下 2 6 第3 章预臭氧生物滤池试验分析 的出水平均值0 0 6 3 。可见出水u v 杈值存在一定的下限值，这一点与高锰酸钾指 数的去除相似。 低温下的去除效果具体数据见表3 6 ( 1 0 ，滤速8 m h ) 。 表3 6 低温下的去除效果数据分析表 原水 7 9 ( m g l )6 8 ( m g l ) o 1 5 0 2 2 ( 1 l c m ) 项目氨氮( m g l )高锰酸钾指数( m g l )u v 2 5 ( i c m ) 出水去除率出水去除率出水 去除率 臭氧2 0 a6 9 41 0 一2 0 a4 1 63 5 一4 0 a0 0 9 44 0 一5 0 ( r a g l ) b6 8 81 5 一2 0 b3 7 74 0 _ 4 5 b0 0 8 14 5 一5 5 臭氧3 0 a6 2 71 0 一2 5 a4 1 53 5 一4 5 9 6a0 0 9 04 5 5 5 ( m g l ) b6 1 81 5 一2 5 b3 7 64 0 - 5 0 b0 0 8 05 0 一6 0 考查亚硝酸盐氮浓度在低温下的变化。低温下，原水经预臭氧后，亚硝酸 盐氮浓度降低到0 0 0 1 左右，可是却出现经过贫生物活性滤柱后反而上升的现 象。亚硝酸盐氮是水体中氮元素通过微生物的代谢作用( 亚硝化菌) ，将水中的 硝酸盐氮转化成亚硝酸盐氮，因而，亚硝酸盐氮浓度的大小直接反映了活性炭 滤池中微生物的活性。上述现象正是由于活性炭滤池中微生物( 硝化菌与亚硝 化菌)