（市政工程专业论文）超滤法净化缓流水源水试验研究.pdf

硕士学位论文 摘要 我国是一个淡水资源十分缺乏的国家，人均淡水占有量仅为世界平均值的四 分之一。我国的主要水系长江、黄河、松花江、海河、淮河等水体污染严重，缓 流水体( 大型湖、库) 的富营养化现象十分突出，以江河湖水为水源的传统给水 处理面临严峻的考验。 超滤技术不仅能去除水中大部分的悬浮物、胶体物质，对水中的溶解性有机 污染物也有一定的去除效果。超滤技术作为饮用水处理的一个独立工艺已经受到 极大的关注，同时超滤组合工艺的应用也越来越广泛。 长沙市星沙自来水厂以松雅湖水为水源，松雅湖为典型的缓流水体，水厂一、 二期工程采用常规的“原水一混凝、预氯化一气浮一沉淀一砂滤一氯消毒”处理 工艺。在每年的7 9 月湖水处于高藻期，大量的藻类进入处理构筑物常常造成滤 池阻塞、出水浊度与色度偏高、氯耗增加，危及人们的饮用水安全。 为了解决水厂传统工艺除藻效率低下的问题，同时也为了给饮用水膜处理设 备的开发提供可借鉴的数据资料，本文利用p a n 中空纤维膜分别对水厂原水、加 矾后原水、沉淀池出水、星沙某农家乐池塘水进行了超滤试验。结果表明，超滤 对原水中的藻、藻毒素、浊度、细菌等有良好的截留效果，但对溶解性的有机物、 n 、铁、锰等去除效果不佳。原水经微絮凝处理后再进行超滤，c o d m 、u v 。 铁、锰等指标的去除率有所提高，但仍未达到饮用水水质标准。根据试验结果， 本课题提出了“原水一混凝一气浮一沉淀一超滤一氯消毒”的工艺改造方案，从 技术上论证了此方案应用于水厂一、二期工程改造的可行性。并且根据高藻期超 滤处理沉淀池出水通量下降的规律，提出了超滤运行的最佳工艺参数，即水温3 0 时初始透膜压力，水力反冲洗周期，化学清洗周期分别取o 0 7 m p a ，4 0 m i n ，3 3 0 m i n ： 水温2 0 时以上数值分别为0 0 7 m p a ，6 0 m i n ，9 6 0 m i n 。 关键词：缓流水体：藻；藻毒素；超滤；通量：工艺改造 l i 超滤法净化缓流水源水试验研究 a b s t r a c t c h i n ai sac o u n t r yt h a ts c a r c eo ff r e s h w a t e ri nt h ew o r l d ，i t sa v e r a g ef r e s h w a t e r r e s o u r c ep e rc a p i t ai sl o w e rt h a nt h ew o r l d s1 4 m a n ym a i nw a t e rs y s t e ms u c ha s c h a n g j i a n gr i v e r ，y e l l o wr i v e r , s o n g h u a j i a n gr i v e r ，h a ir i v e r , h u a ir i v e ra r e p o l l u t e ds e r i o u s l y , a n dt h ee u t r o p h i c a t i o ni sv e r yp r o m i n e n ti ns l o wf l o w i n gw a t e r t h e w a t e r w o r k sw h i c ha d o p t sc o n v e n t i o n a lc r a f i sa n dr e g a r d sr i v e r sa n dl a k e sa st h es o u r c e o fw a t e rf a c e sr i g o r o u st e s t u l t r a f i l t r a t i o n ( u f ) c a nd i s p o s en o to n l ym o s ts u s p e n d e ds u b s t a n c e ，c o l l o i ds u b s t - a n c eb u ta l s od i s s o l v e do r g a n i s m u fb e c o m e sa ni m p o r t a n tp r o c e s su s e di nw a t e r t r e a t m e n ti nr e c e n td e c a d e s ，a n dw i l lb eu s e dm o r ea n dm o r ee x t e n s i v e x i n g s h aw a t e rs u p p l yc o m p a n yr e g a r d ss o n g y al a k ea st h es o u r c eo fw a t e r ，a n d a d o p t st h er e g u l a rc r a f t ：r a ww a t e r c o a g u l a t i o n 、p r e c h l o r i n a t i o n - - g a s f l o a t a t i o n - - s e d i m e n t a t i o n - - s a n d - f i l t r a t i o n - - c h l o r i n - d i s i n f e c t i o n t h e r ei sa b u n d a n to fa l g ai nr a w w a t e rf r o mj u l yt os e p t e m b e re v e r yy e a r ，ag r e a td e a lo fa l g a u s u a l l y c a u s e f i l t e r s t o p p i n g ，h i g h e rt u r b i d i t ya n dc h r o m ao fe f f u s i o n ，i n c r e a s i n g t h ec h l o r i n e c o n s u m p t i o n ，e n d a n g e r i n gt h es e c u r i t yo fd r i n k i n gw a t e r i no r d e rt o i m p r o v et h ee f f i c i e n c yo fa l g a r e m o v i n gb yc o n v e n t i o n a lw a t e r t r e a t m e n tp r o c e s sa n do f f e rr e f e r e n t i a li n f o r m a t i o nt ot h ed e v e l o p m e n to fi n t e g r a t i v e d r i n k i n gw a t e rt r e a t m e n te q u i p m e r i t s ，t h i sp a p e rm a i n l ys t u d i e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so f u l t r a - f i l t r a t i o nf o r t h er a ww a t e r , r a ww a t e rw h i c ha d d i n ga l u m ，e f f u s i o no f s e d i m e n t a t i o np o n da n dw a t e rt a k e nf r o maf a r ml a k ei nx i n g s h at o w nu t i l i z i n g h y d r o p h i l i cm o d i f i e dp a n h o l l o wf i b e ru l t r a f i l t r a t i o nm e m b r a n ef i l t e r s t h er e s u l t s s h o wt h a tu fi se f f i c i e n tf o rt h er e m o v a lo fa l g a ，m i c r o c y s t i na n dt u r b i d i t y ；t h e r ei s n oo b v i o u sr e m o v a lo ff e ，m na n dn o r m a lr e m o v a lf o ro r g a n i cs u b s t a n c ei nt h ew a t e r b yu f a f t e rf l o c c u l a t i o n ，t h er e m o v a lo fc o d u 。，l j 5 4 ，f e ，m nw i l l e n h a n c e a c c o r d i n gt ot h er e s u l t s ，t h i sp a p e rs u g g e s t sa d o p t i n gt h ei m p r o v e dp r o c e s s ：r a w w a t e r c o a g u l a t i o n g a s - f l o a t a t i o n s e d i m e n t a t i o n u f c h l o r i n d i s i n f e c t i o n a c c o r d i n gt ot h er e g u l a t i o no fd e g r e s s i v ee f f u s i o nf l u xo fu fd u r i n gt h ep e r i o dt i m eo f a l g a b l o o m i n g ，t h i sp a p e ra l s of a v o r st h eo p t i m u mf u n c t i o np a r a m e t e ro fu f w h e n t h ew a t e rt e m p e r a t u r ei s3 0 c ，t h eo p t i m u mt m pi so 0 7 m p a ，t h eo p t i m u mh y d r a u l i c r e w a s hp e r i o di s4 0 m i n ，t h eo p t i m u mc h e m i c a lw a s hp e r i o di s3 3 0 m i n ；w h e nt h e w a t e rt e m p e r a t u r ei s2 0 * c ，t h eo p t i m u mt m pi so 0 7 m p a ，t h eo p t i m u mh y d r a u l i c r e - w a s hp e r i o di s6 0 r a i n ，t h eo p t i m u mc h e m i c a lw a s hp e r i o di s9 6 0 m i n h i 袋学位论文 k e yw o r d s ： s l o wf l o w i n gf r e s h w a t e r ： a l g a ；m i c r o c y s t i n ：u l t r a - f i l t r 鞲t i o n ( u f ) ； f l u x ： i m p r o v e dp r o c e s s l v 超滤法净化缓流水源水试验研究 插图索弓 2 1 微囊藻毒素m c 的结构图1 6 3 ，1 超滤原理示意图2 2 3 2 超滤操作方式图2 2 3 3 膜面浓度分布图2 4 4 1 试验装景图3 0 4 2 试验流程图3 0 4 3 显微镜下的超滤膜纤维图3 0 4 4m c l r 标准色谱图3 5 4 5m c l r 标准曲线3 5 5 1 水厂进出水温度数据图3 8 5 2 水厂进出水p h 值数据图3 8 5 3 水厂进出水浊度数据图3 9 5 4 水厂进出水总硬度含量数据图3 9 5 5 水厂原水溶解氧含量数据图3 9 5 6 水厂进出水c o d 。含量数据图3 9 5 7 水厂进出水中f e 、m n 含量数据图4 0 5 8 水厂进出水中氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮含量数据图4 0 5 9 水厂进出水中细菌总数含量数据图4 0 5 1 0 水厂进出水中总大肠菌群数含量数据图4 1 5 1 1 水厂出厂水中游离性余氯含量数据图4 l 5 1 21 9 9 7 年7 1 1 月原水藻含量数据图4 l 5 1 32 0 0 5 年7 1 2 月取水口处叶绿素a 含量数据图4 1 5 1 4 不同时刻取水口与取水口表层水中叶绿素含量数据图4 2 5 1 5 夏季超滤除藻效果图4 4 5 1 6 秋季超滤除藻效果图4 5 5 1 7 冬季超滤除藻效果图4 5 5 1 8 连续运行，超滤对松雅湖水中叶绿素a 的去除情况4 6 5 1 9o 0 9 m p a 超滤除藻效果图4 6 5 2 00 0 7 m p a 超滤除藻效果图4 7 5 2 1o 0 5 m p a 超滤除藻效果图4 7 5 2 2 超滤对农家乐池塘水中微囊藻毒素m c l r 的去除效果图4 9 5 2 3 超滤去除原水中浊度的效果图5 0 图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图图圈图图图图 硕士学位论文 图5 2 4 超滤去除原水中f e 元素的效果图5 3 图5 2 5 超滤去除原水中c o d m 的效果图5 3 图5 ，2 6 超滤去除原水中u v ，。的效果图5 3 图6 13 0 ，o 0 5 m p a 超滤连续运行q b 、q 2 0 随时间t 的变化图5 9 图6 23 0 ，o 0 5 m p a 每4 0 m i n 清水反冲洗6 0 s ，q b 、q 2 0 的变化图5 9 图6 _ 33 0 ，o 0 5 m p a 每4 0 m i n 清水反冲洗6 0 s 透膜压力p 的变化图5 9 图6 43 0 ，0 0 7 m p a 超滤连续运行q b 、q 2 0 随时间t 的变化图6 0 图6 53 0 ，o 0 7 m p a 超滤连续运行透膜压力p 随时间t 的变化图6 0 图6 63 0 。c ，o 0 7 m p a 每4 0 m i n 清水反冲洗6 0 s ，q b 、q 2 0 的变化图6 0 图6 73 0 ，o 0 9 m p a 超滤连续运行q b 、q 2 0 随时间t 的变化图6 1 图6 83 0 ，0 0 9 m p a 每2 0 r a i n 清水反冲洗6 0 s ，q b 、q 2 0 的变化图6 1 图6 92 0 ，o 0 5 m p a 超滤连续运行q b 、q 2 0 随时间t 的变化图6 2 图6 1 02 0 ，o 0 5 m p a 每6 0 m i n 清水反冲洗6 0 s ，q b 、q 2 0 的变化图6 3 图6 1 12 0 ，0 0 7 m p a 超滤连续运行q b 、q 2 0 随时间t 的变化图6 3 图6 1 22 0 ，o 0 7 m p a 每6 0 m i n 清水反冲洗6 0 s ，q b 、q 2 0 的变化图6 3 图6 1 32 0 ，0 0 9 m p a 超滤连续运行q b 、q 2 0 随时间t 的变化图6 4 图6 1 42 0 ，o 0 9 m p a 每4 0 m i n 清水反冲洗6 0 s ，q b 、q 2 0 的变化图6 4 v l 超滤法净纯缓流隶嚣零试验研究 附表索霉l 液2 1 藻辫索的种类与结构特点1 4 液2 2 饮鼹承中蓝藻毒索酶最高允许含量1 5 袭3 t 典爨貘分离技术翡特点2 1 淡3 2 化学清洗剂2 8 袭4 。1 检测项目及检测方法3 l 袭_ 毒。2 鼗囊藻毒素建溅按寒楚霞缺煮3 3 毅4 3m c - l r 在超纯水中的回收率3 6 嶷5 ，l 不同水温下超滤对松雅湖水中叶绿素a 的擞除情况4 4 表5 ，2 不圈遴膜匿力下越滤对裣器潮水孛跨绿素a 黪去豫骛掇4 6 袭5 3 不舔藻浓度条辞下超滤对骧承巾盱绿素a 静去豫清流4 8 液5 4 超滤对农家乐池墉水中微囊溅檬素m c - l r 的去除情况4 9 袭5 5 超滤去除原水中浊度的效果5 0 袭5 6 蘧滤去豫暴瘩串鳃藏葸数，慧大器蓥藜数辩效果5 l 液5 7 超滤采除原水中离予态及小分予物质的散槊5 2 嶷5 8 超滤擞除原水中c o d v 。，吼“的效果5 2 裘5 9 超滤去狳预处莲露水体审静箕继指标戆效暴5 5 装5 1 0 超滤去豫莸淀淑出永孛其镪搬标靛效鬃5 5 i x 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所里交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 褥豹磅究藏聚。除了文中特蘩热浚标淀孳| 爱静态容磐，本论文不包含任 霉英 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出嫩要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本入完全意识到本声明的法律后果 出本人承整。 作者签名：曾j 争 日期：知彩年争月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关傈整、健麓学位论文的瓣定，同意学 棱保留并向阑家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被套 阙程借阙。本人授投潮枣大学可以将本学位论文麴全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可戬采用影印、缩辩或扫描等笺铡手段保存鞠汇编本学饿 论文。 本学位论文疆予 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上握应方糕蠹封“4 ”) 作者签名：嘧、r 侈日期：2 “年r 月日 翱鹕：坼r 觏细舭肛明 硬士学位论文 第1 耄绪论 1 1 我国淡水资源现状 l 。l 。l 淡永瓷潦缺乏 水是生命之源，是人凝社会赖以嫩存和发展不可替代的重鼹物质资源。地球 a9 7 的水是海水，既不能饮用也不能用于灌溉。淡水总量只占3 ，这些淡水绝 大都分鞋球熬影式存在予瓷憩投、藉羧兰蘧，或嚣糕缳涤戆趣下蓄零爱，至今久 搬还不能直接使用。只有0 2 9 的淡水存在于河流和湖泊中，遮部分水才怒目前 人类赖以生存的根本i l 】。 我国是一个浚拳资源缺乏豹国家。掇熬海流多笨豹平均径滚基糖当予全球年 裰流星的s 。6 ，位屠世界第六，僵入均淡水占有爨仪为世秀平均值的四分之一， 怒联合国确定的世界上十三个贫水国之【2 1 。除了水赘源短缺外，我国的水资源在 地区与季节分露上极不均错。我国水炎源南多北少、东多西少，与人口、资源的 分农极不辖称。筏嚣匏肇袭、疆熊建医耱恁占垒嚣鹣一半，总拳爨纹占全毽煞1 0 赢右，但以上地区又是我阑的麦、棉童产区，也是煤、油、钢铁的主要生产熬地。 i 掰“三江流域”国土面积占全国的1 0 ，水资源却矗全国的2 1 ，大部分的水资 滚没畜褥翼蠢效熬羁建。森季节分枣童，大罄努耩窳集孛在卷凝溪季。在爱攀舞 水慧大而集中赫造成浃涝灾害。在秋冬攀又会因为降水稀少形成干旱。水资源的 这种时空分布不均的现象给我国的工农业生产、人民生活带来了极为不利的影响。 l 。1 2 淡永赍源污染 我国的淡水资源污染状况同样相巍严重。随蔚经济的飞速增长、人口的急剧 增加、不合理的工业结构及粗放型的发展模式，大擞含有有毒、有害物质的工业 废零、生活污窳未经处理躐只经筵摹魏壤矮接入天然瘩薅。农效生产中丈鬟藏建 农药、化腮形成大面积的蕊源污染，有毒钫质渗入魄下后还会危及农村缝隧饮用 水的安全。 据统计，我国主要水系长江、黄河、松花江、珠泼、辽河、海海、淮河有6 3 + 1 豹海段汞霞麓l v 、v 蕺褰v 类。海永巾主要静污染彩秀有辊穆、氨氮帮挥发羚， 其次为重金属，特别是累积在沉积物中的重金属。另外还发现了具有“三致”性 的合成有机物。湖泊、水滕以及一些半封闭性的河流等缓流水体因其水面面积大， 缩污莲圈广，鬟易遭受污染。缓滚承传瓣渡象毪较夺，蒸发量较大，污染物翳滚 积，底部淤泥中有机物、n 、p 含量偏礴，易导致水体的富营养化。全国的大型淡 超滤法净化缓流水源水试验研究 水湖泊和城市湖泊均已达到中度或重度污染，滇池、巢湖、太湖的氮、磷污染严 重，富营养化问题突出，全湖的水质为v 或劣v 类1 3 j 。 严重的水污染加剧了水资源的危机，成为经济和社会发展的严重障碍。我国 大部分的自来水厂以江河湖水为水源。据报道，在供水系统中已检出的有机物种 类超过两千种，饮用水中检出的也有七百多种，包括二十多种致癌物，二十三种 可疑致癌物，十八种促癌物1 4 i 。水源污染对水厂的正常运行造成了不良影响，增加 了建设和运行费用，同时降低了饮用水的安全性，危害人们的身体健康。 在我国现阶段，环境管理还比较薄弱，环境执法力度不够，排污收费等经济 政策未能起到对治污的刺激作用，资金投入严重不足等等因素都将导致我国水资 源状况的进一步恶化，水资源形势将更为严峻。 1 2 缓流水体的富营养化 1 2 1 缓流水体富营养化概念 缓流水体富营养化通常是指湖泊、水库、池塘、某些河流水体和海湾等封闭 性或半封闭性缓流水体内的氮、磷营养元素的富集，水体生产力提高，某些特征 藻类( 主要为蓝藻、绿藻) 异常繁殖使水质恶化的过程。水体呈富营养化状态时 水中的藻类大量爆发，成片成团地覆盖于水体表面，发生在淡水中称为“水华” 而发生在海湾或河口区则称作“赤潮”。富营养化水体除了透明度降低，溶解氧量 下降以夕 ，还具有以下三个特征【5 j ： ( 1 ) 氮、磷等营养物质源源不断地输入。这种输入可以是自然界的降雨、雪、 地表径流的物质循环，更重要的是由于人类活动，大量氮磷化学肥料的使用，生 活、生产污水的无序排放造成的。 ( 2 ) 在水体的水生生物群落中，生产者( 绿色植物如藻类) 远远超过消费者( 消 费有机质的鱼类等) 和分解者( 各种微生物) 。 ( 3 ) 营养物质不断向水体底层富集，形成一个富含营养物质的沉积层。 1 2 2 缓流水体富营养化发生的原因与控制方法 大多数学者认为，缓流水体富营养化的发生主要是由于水体内总氮( t n ) 、总 磷( t p ) 等含量过高，超过水体的自净能力，引起藻类大量繁殖破坏了原有的生 态平衡。其中又以磷为关键的因素，水体中磷的主要外界来源依次为农业排水、 居民生活用水、洗涤剂与工业污染，内部来源主要是底泥释放磷i “。除了氮、磷等 植物营养物质过多造成的原因外，水体的水力条件、阳光照射造成水温的垂直分 布阻碍水的垂直混合等也是造成水体富营养化的部分原因【”。 针对水体富营养化，藻类大量爆发的原因，科学家们经过研究与实践制定了 相应的控制措施。需要强调的是水体富营养化不仅仅是一个技术问题，在某种程 2 硕士学谴论文 度上是一个经济问题、一个社会问题。依据我圜的经济社会发展现状，科学家们 提密了诲多罴骞实矮徐篷豹控裂方法，主要套以下尼令方瑟： ( 1 ) 营养盐控制。掇制水中营养赫的浓度是传统的营养亿控制技术，包括控制 外源性的营养盐与内渊性的营养盐。外源控制主要包括污水截流、改道汇集至污 水处理厂净化，禁用或黻制使用含磷洗涤用晶等。这些措熬对城市附近水体有一 定韵控裁效果，在农馥生产孛含磷纯怒使用骛谶且有盛要，嚣蘧对防治溺农业生 产引起的犬河大湖营养簸过剩效果不佳。内源控制主要有底泥疏浚、水体循环抑 制、稀释冲刷等物理方法与投加除藻剂等化学方法。 2 ) 玺携调节法。黧褥谖苓法= i 羲涟薮复瘩玺壤羧，裁焉瘩生夔高等援秘趿渡琴l | 用水体和沉积物中的营养盐，降低觜养盐负荷达到控制营养化程度的目的。此外 增加浮游动物及鱼类种群也能达到控制藻类数擞的目的，但是生物调节法主要适 瘸楚单数求生生态系统，焚其是镑对小嚣浅的攘慰封翔水体效果较好。瓣复杂懿 永生生态系统，生物调节就无能为为了。 ( 3 ) 生态工程与生态恢复。水体的生态恢复怒通过一定的难物生态以及工程方 法，人为髓改变和切敝生态系统退化驰主导因予戏过程，调楚配置和优化系统内 部及努赛静耪痍、箍豢帮信惠貔流耢过程纛辩空次彦，整黛态系统瓣结稳、功能 和生态学潜力尽快成功地恢复到一嫩的或原有乃至更高的水平1 8 】。生态恢艇是一项 系统的工程，能从根本上解决水体寓营养化问鼷，适用于各种湖泊生态系统。但 垂手其系绫凌太器妥务蠢瑟戆癸谖禽终，在我黧瑷验段经济条磐魄较落嚣，j 重繇 境治理紧德性问题的认识普遍不越的情况下，生态工程与生态恢复实施起来有一 定的难度。 l 。2 3 缓流承薅寓营养证评价 我们通常所说的水体富营养化水平是人们根据一定的评价标准，利用一些较 成熟的数学模型，全面考察水体的务种参数的性质，通过一定的步骤而樗到的结 暴。 ( 1 ) 评价参数。目静文献中常用的评价参数肖：湖盆的形态特征。主要有湖 泊宽度、长度、湖水水深、1 湖底的平坦程度、湖岸线的发育率等；水旗方面。 有物理指标、化学指标、营养物质等； 生物方涎。寄生物嫩产力、时绿索、浮 游生耱释耩数及生秘堂、微生物摇豁等；底袋方瑟。势物壤摇标( 颜惫、颗粒组 成等) 、肖机质含量、鬻养物质含嫩( 总磷、总氮等) 。 ( 2 ) 评价标准与数学模型。国内外学者分别从水体富营养化发生机锘4 、水体允 诲蘩载垂、泰薅豹营养将薤等方瑟鼹瘩薅营葵纯程瘦豹谬徐标准遽蠢了深入豹磅 究和探讨，获得了一系猁用于模拟箨种水体营养化进程与程度的数学模型，主要 有；总磷威照平衡模裂、浮游植物质量平衡模型、罗伦珍模测、总磷浓度与富营 3 超滤法净化缓流水源水试验研究 养化状态统计模型等。其中以用水中叶绿素a 的含量作为评价标准的简易模型最 为适用，在这个模型中，将水体中叶绿素a 的含量在4 p g l 以下定为寡营养型 ( o l i p o t r o p h i c a t i o n ) ，4 1 0 i _ t g l 定为中营养型( m e s o t r o p h i c a t i o n ) ，1 0 2 0 0 g l 定为富营养型( e u t r o p h i c a t i o n ) ，2 0 0 1 u g l 以上为超营养型( h y p e r t r o p h i c a t i o n ) 。 ( 3 ) 评价步骤。一般按以下几个步骤进行：选择与水体富营养化关系密切的 水质、生物、底质等方面有代表性的指标作为水体富营养化程度的参数；调查 或收集水体各监测点上有关评价参数的实测数据，并统计出年均值；参照国内 外有关水体富营养化的评价标准，结合当地的实际情况，拟定出该水体富营养化 程度的评价标准；采用均权的方法，求得各测点营养化程度的评分值，确定各 测点的营养类型；根据各测点的营养类型，绘制该水体营养类型分布图，然后 按面积加权法求得该水体水质平均状况下所属的营养类型。 水体营养化水平与水中的优势藻种也有一定关系【9 1 。作为物质代谢和能量循 环的初级生产者，藻类在维持水生态系统的平衡中起着十分重要的作用。由于藻 类的群落结构及其生长量受水体生态环境变化的直接影响，因此在水质和湖泊营 养型评价中藻类的应用极为广泛。 根据富营养水体中有机物浓度的差别可将其分为富营养型( 0 1 m s ) 和中一富营 养型( b a m s ) 。a m s 型水体有机物浓度特别高，耗氧量大，以蓝藻和绿藻占绝 对优势，主要的指示藻类有绿球藻目中的粗剌藻、蛋白核小球藻、普通小球藻、 极毛顶棘藻、空心藻、十字藻、蹄行藻等。相关的蓝藻指示种类有：水华鱼腥藻、 螺旋鱼腥藻、水华束丝藻、针状蓝纤维藻、铜锈微囊藻、水华微囊藻、绿色裸藻。 3 - o 【m s 型水体虽然有机物浓度高，但其表观状况和透明度均优于俚m s 型水体，主 要指示藻种有：硅藻中的星杆藻、美壁藻、菱形藻、异极藻；绿藻中的狭型纤维 藻、水溪绿球藻、浮球藻；蓝藻中的细巧隐球藻、湖泊鞘丝藻、巨颤藻。 中营养型( b m s ) 水体营养含量适中，溶解氧浓度变化较大、透明度较高、 藻类含量丰富。中污性藻类，尤其是带鞭毛的绿藻和裸藻是这类水体的主要种群， 相关的指示藻类有：集星藻、拟新月藻、空球藻、水网藻、微星鼓藻、壳衣藻等。 1 2 4 我国缓流水体富营养化现状 我国缓流水体富营养化情况相当严重。水利部、国家环保总局曾对我国5 0 个 有代表性的湖库进行过营养化状况调查，结果发现n “，其中有3 6 个湖泊已经达到 中等营养化水平，占调查湖库总面积的4 6 6 。这其中有近1 0 的湖库达到超富 营养化。调查还显示，城市近郊的湖库营养化水平普遍偏高。同在五大淡水湖中， 巢湖、太湖、洪泽湖均已达到超富营养化水平，鄱阳湖、洞庭湖虽维持在中等营 养化水平，但总氮、总磷含量较高，有进一步发展的趋势。同时富营养化湖泊水 华爆发的频率越来越高，造成了水生生物的大量死亡。 4 硬学位论文 1 3 传统的给永处理技术面临的挑战 1 3 1 水资源短缺与水体污染 严熏的水资源污染使得我豳的供水行业颇临匝大的挑战。由于地下水资源紧 缺，地两水资源的开发与利用融成为国内解决用水困难的主要途径，但我国7 0 左蠢静饮瘸承源不符会蓍家标攘，承蒺蘩鼷承阔熬严羹。 晷翦，我重缝大秘分零厂爨然采用传统瓣“琢零一混凝一流淀一过滤一游毒 一出水”处壤工装，它主要适用于处理来受严重污染的水，主簧功熊是去除懋浮 物，胶体物质和细菌，对水中以溶解状态存在的微量有机物去除效果有限，致使 一黧溶解物旗特潮是致癌、致畸、致突变的徽量有机物残留在饮用水中，对屠民 静鸯俸熊漾构成极大瓣藏耱。掰瑷去涂承串静膏梳污染秘楚今灏一疑靖澜肉城市 绘承追切要辫决懿阉题。 重盘属离子、苯环类物质疑水源水体的另一犬污染物。近年来，由予工业污 染趣标排放，生产事故而导致的水污染事件时有发生。2 0 0 5 年1 1 月1 3 网发生的 串石油吉林秭亿公司双苯厂的缭炸攀故就导数了松花江流域长时间大范阐的水污 染。浍黪所鸯承厂停产，死嚣万居民无承霄麓，貔邻豹饿罗斯 亟受戮了影晌。2 0 0 6 年l 胃，在湘江株测至长沙段如现? 不阏程发的锾超标现教，湘潭、长沙嚣枣本 厂水源水质受到了污染。此次攀故主要鼹由予株洲霞湾港溃淤治理工程撼自施工 和采采取适当防藏措施造成的。 诧井，由予城市浠水簸理率低，城市周滚水体富营养纯加鬟，水中氨氮禽量 增蹇，影嫡熬氯淤毒熬效繁。缓流水俸鬻营养纯孳l 起瓣另一令瓣惩怒藻类浓度增 离，不仅影响绘承处理效累。有些藻类在代谢过程中逐会产生藻毒索，毒性缀大e 水中藻类产生的各种嗅味述会影响水的感观性状1 1 1 。 1 3 2 水质目标的提高 随着人们生灞水平的不断提高，人们对饮用水安全性的要求也越来越高。近 年来，褥益予科技的进步，各种检测手段日盏完善，大型的检测设备逐步普及为 饮用求永质稀准静提搿提供了技术保障， 建嚣鞋采我誉瘩爱标壤共镟毒了4 次，窳凄攒撂扶舞稔的| 6 瑗灌热到了3 5 项。每次标准的制定修改都增热了水质捡测顼曩势提囊了水质标准。1 9 9 3 年圈家 建设部经过调套制定了城市供水行业的2 0 0 0 年水质指标8 8 项，将供水企业分为4 类，分别提出不同的水质目标和检测项目。2 0 0 1 年6 月，m 生部拟定了生活饮 丽水翌璧规藏，将裣涌顼秘分为“常筑检测项目”和“菲常规检测项哥”，掇出 了蝤瑗农矮撵标及其限篷，增燕了微囊藻毒索，照氯酸盐淤及一些癌钱溪毒戮产 物项目。对常援项目的限值也做了修订，要求更为严揍。如出厂水浊度鲍限馕降 5 超滤法净纯缓流柬源承试验研究 到了1 n t u ”j 。检测项目的增加以及指标限值的降低给传统的给水处理工艺提出 了更毫的簧求。 1 3 3 氯的消毒副产物 氯消毒是我国沿用多年的给水消毒技术，阂其经济高效、方便投加、能在管 网中产生定鸵余量黪壶缨蓥繁建黪戆煮，受剿广泛静毒辣。毽近三专年来太 们发现在氯消毒时氯与水中某些有机成分反应生成一系列的痫代有机酬产物，其 中大部分对人体健康构成潜在威胁。尤其是在预氯化工艺中高浓度的氯与原水中 大量的有机污染物直接接触反应生成敢氯讫副产物浓度会更懿。 挥发链三卤串演( t t t m s ) 稻难撵发往卤己酸( h a a s ) 掖认为是两丈类主要的氯 化消毒副产物。我国饮用水标准规定对三卤甲烷总量应控制襁0 1 m g l 以内，而 近年来人们发现溴代三卤甲烷对人体的潜在危害疆大。难挥发性的卤乙酸( h a a s ) j 重天葵熬渗在莛害远大予蘸蕊。魏绛，入稍还麓续麸叁来瘩串捡溅塞多秘箕它氯 化消毒副产物，诸如m x 3 - 氯一4 一( 二氯甲基) - 5 - 羟基- 2 ( 5 h ) 呋喃酮 、卤代酚、 卤乙腈、卤代酮、卤z 麟、卤代硝熬甲烷等。这熄次生的卤代有机物对人体的潜 在危害甚楚怒过霖承中黥毒枧污染物。因此湾除意控制氯纯瀵毒戮产秘斑当弓l 起 入们极大豹重视。 此外，受水土流失蒋因素的影响，地表面的腐殖物质随着地面径流进人水体， 致使地表水中的有机物浓度普遍偏离，不但增加了氯化消毒避程中的耗氯量，影 璃漕毒效巢，氇镬卤我簿瓿豹生戏爨挺褰，影桶饮雳隶承爱。 1 3 4 微生物指标 现行常规净水工艺，虽然能有效缝灭活细鬻，但难以灭潘病毒。摇研究，只 有当永静漕度授簿至o 5 n t u 戳下，常规氯溃毒才麓有效趣灭活病毒，毽我国绝大 部分城市自来水的水质达不到上述灏求。此外，一些致病微嫩物对人体能康构成 较大威胁，如贾第虫和隐孢子虫等难予灭活，是慝前绘水处理消毒工艺的研究重 点。逶过黧铯滢凝毒遥滤工艺，酶低爨隶淫度骞巅予去豫承审懿致病徽爱耱。氯 化消毒时成在保证良好消毒效果的前提下尽量降低氯化消毒副产物生成燮。 1 4 水处理技术发展展望 面对琢水污染的日簸严重和水质标准的日越严格，常规水处理技术灏临着严 峻的挑战。为了解决这然问题，水的预处理、深艘处理及常规工艺的强化技术相 继出现。 i 4 1 臭氧活性炭生物活性炭 在水中通八臭氧来瓴化水中有机物的处理方法即为臭氧氧化法，臭氯法是一 6 硕士学位论文 种高级氧化技术。臭氧氧化可以消除氯化，混凝和滤后水中的发霉，泥土和鱼腥 等嗅和味，还能使难生物降解的有机物如富里酸，腐殖酸等变得易降解，但这样 会导致易生物降解的有机物浓度增高，不利于后续工艺细菌的控制。在水处理工 艺中，臭氧投加点不同其氧化目的就各异：预臭氧化可以有效去除色度、浊度、 嗅和味，降解天然有机物( n o m ) ，抑制水中细菌生长；中间臭氧化可以去除微量 有机物、三氯甲烷前体物( t h m f p ) ，提高有机物的可生化性；最终臭氧化主要起 到消毒作用【l ”。 活性炭( g a c ) 的多孔结构能有效地吸附水中的小分子有机物，除臭、脱色 作用显著。对有机物的吸附具有选择性，如对腐殖酸和人工合成的有机物的吸附 表现出竞争作用，对三卤甲烷前体物吸附效果不稳定。研究 1 4 】表明活性炭对有机 物的吸附主要依靠微孔( 孔径小于4 0 埃，构成的内表面积约占总面积9 5 以上) 吸附作用。还可以通过氧化、催化还原、螯和或络合等机理有效去除铁、铜、汞、 铬、砷等金属。因此在研究应用中使用广泛，效果较好。从1 9 3 0 年第一个使用颗 粒状活性炭吸附池除臭的美国水厂开始，目前世界上有上百座应用颗粒活性炭的 水厂在运行。 在实际操作中臭氧氧化与活性炭吸附工艺常常结合使用，这就是我们常说的 臭氧活性炭工艺。大分子的有机物被臭氧分解成小分子中间产物，进而被活性炭 吸附，其后再加氯消毒，既达到了水质深度净化的目的，又无t h m s 产生的危险。 有研究【”】表明臭氧活性炭工艺对某些有机物( 乙酸钠等) 具有协同降解作用，对 与臭氧反应速率越小的有机物影响越显著。还有人发现臭氧活性炭工艺去除不同 水质的饮用水中c 0 d 。时，存在不同的最佳经济臭氧投加范围，过量投加臭氧反 而使c o d u 。去除率有所下降【l “。 生物活性炭技术是在活性炭应用实践基础上发展而来的，综合了活性炭的吸 附作用及表面附着生长物的降解作用，增加水中溶解性有机物( d o c ) 的去除率， 氧化氨氮成硝酸盐氮，同时延长活性炭的再生周期，减少运行费用。不过采用生 物活性炭工艺作深度处理要求不能预氯化，对许多水厂来说尤其在夏季滤前不加 氯极易造成滤池生物藻类大量繁殖，导致滤池反冲洗周期大大缩短。 1 4 2 生物预处理 生物预处理原水是对传统制水工艺的突破与革新。3 0 多年前日本的小岛贞男 博士首次成功将生物接触氧化法应用于微污染原水处理。饮用水生物预处理一般 采用生物膜法，主要包括生物接触氧化法、生物滤池、生物转盘、生物流化床等。 附着生长在填料表面的生物膜能吸附水中的有机物、氮、磷等营养物进行代谢， 达到净水的目的。因为生物膜需要一定的填料的支撑，填料的性质直接影响到生 物膜量，填料的选择成为生物膜法成功的重要因素。生物预处理法因其成本低、 7 超滤法洚纯缓流菇c 潺承试验研究 去嗅味、氮氮效果好，对微污染原水及有机污染较重的原水滔用性强。避十年发 震迅速，在疆本更是成淹饮用拳处避憋主要研突方彝之一。 1 4 3 膜过滤 膜技术是一门较新的技术，微滤( m f ) 、超滤( u f ) 、纳滤( n f ) 、反渗遇( r o ) 等其毫工慧逶应性强、处理援摸灵瀵、操终及绫轳方褒、荔予实瑷控键巍凌豫熬 特点，在饮用水处理中应用越来越广。以上膜过程主要是利用膜的截留作用将水 中污染物加以拦截而达到去除的目的。m f 和u f 的应用不必像n f 和r o 那样对 预处理要求严格，大部分情况下可蠢接过滤原承。两且其截鳃分子量( m w c o ) 较大，透貘嚣力较低，旋用蓊景更翱广泛。王锦等l ”1 采臻m w c o 为1 0 5 d a l t o n 的 国产u f 膜赢接过滤原水，试验结果表明，u f 膜具有较好的除浊、除菌功能，但 对水中有机物的去除效果欠佳。膜的浓差极化与膜污染一直是影响膜技术推广应 震懿苓程因素。貘污染、貘逶量襄黧羧率始终鲶予矛詹之中。在理论层嚣主，过 滤机理、膜的传质理论、膜的污染岛控制理论一患处于研究洳中，至今尚未形成 一套完整的理论体系用予指导工程实践。 1 4 。4 强鬟：鬻觏处理 常规工艺的强化包括很多方面，目前研究的比较多的有两种：强化混凝和强 化过滤z ”。 强纯溅凝是撵改羲溪凝裁嚣酝敬傻凭混凝王蕊瓣条纷，褥离漫凝茨淀砖有壤 物的去除效率，降低消梅副产物的前体物的浓麓，从而降低滤后消毒副产物超标 的风险。它童要内容就憋选择、研制高效的混凝荆种类和优化混凝工艺条件。目 前饮用水处理中常用的濑凝剂有烈2 ( s 0 4 ) pf e c l a 、p f s ( 聚合硫酸铁) 、p a c ( 聚合 氯化锯) 等。李圭自院士簿研翻静离锰酸镩复合药翔( p p c ) 不仅具有混凝的功效而 且还能有效地去除水中柯机污染物和致突变物。混凝剂的选择要根据水中有机物 的状况来决定。董秉直铸人采用强化混凝对黄满江水去除有帆物试验研究表明， 黄溱汪拳孛羝分子量戆滚释性有雾毛携鑫多数，强德效莱有袋。 混凝工麓条件的优化主要围绕】以下方面进行：改变加药和搅拌方式，强化混 凝剂与水的接触凝聚作用；改进混凝反应器，改普沉淀和澄清的效果；调节p h 值 默求最佳豹漉凝效果。 强纯过滤是在保谨滤池对浊度去除效果豹同时，使滤池菇有去除永中氨氮、 旺硝酸盐氮和有机物的能力。其核心技术是将普通滤池改造成生物活性快滤池， 与预处理中的曝气生物滤池相同。 1 5 课题背景与研究内容 8 硬圭学爱论文 1 5 1 课题背景 本渫艨褥囊是在我匿拳资滋袄嚣不甄瑟纯，寒溪拳鼗鸯辍秘污絷，蜜营养健 状况日益严重，而水厂现有的“麟水一混凝一沉淀一过滤消毒”工熬又难以满 足不断提黼的水质标凇的要求，急需寻求更经济高效的新工艺的背景下展开的。 星沙鑫寒求厂鞋裣猿海疆飞器段( 蹇豫松雅潮) 建零瀑，松骧灏乃入工筑壤焉形 成静l 暨河，窳蒋熬流魂性差，楚典篷鞠缓流承体。近a 盔器泉，壶予耱飞蕊簸开发 建设以及周边人口密庶的增加，太爨的营养物脯排入松雅湖，使得松雅湖水体中 藻含量逐单辩赢，富营养佬状况目益严重。星沙自来水厂一、二期工糕采用鹣水 筵瑾工艺存在一