（市政工程专业论文）曝气生物滤池处理微污染水优化研究.pdf

山东建筑大学硕士学位论文 摘要 本课题依托国家水体污染控制与治理科技重大专项( 2 0 0 8 z x 0 7 4 2 2 0 0 3 ) 子课题“生 物预处理技术研究与示范”，利用曝气生物滤池对微污染水源水进行预处理，优化曝气生 物滤池技术。 本文采用国产轻质陶粒滤料和火山岩滤料作为曝气生物滤池的填料，研究曝气生物 滤池对高污染物浓度微污染水的处理效果。主要研究内容有：( 1 ) 不同温度下曝气生物 滤池挂膜启动，以及低温条件下两种填料曝气生物滤池的挂膜启动，试验采用接种挂膜 方式启动，结果表明：常温下曝气生物滤池经过2 0 天左右的时间能够挂膜成功并稳定运 行；低温条件下( 5 1 0 ) 曝气生物滤池在高负荷、低滤速下进行挂膜，经过3 0 天左 右的时间能够挂膜成功；( 2 ) 从水力负荷，气水比，p h 值，有机负荷以及温度等方面进 行研究，优化曝气生物滤池运行参数。实验结果表明：滤速在4 - - 6 m h 下，水力负荷在 0 3 8 - 1 o o m 3 ( m 2 h ) ，气水比l ：l ，p h 值为6 5 8 0 ，进水c o d m n 浓度为1 0 0 m g l 左 右，进水氨氮浓度为6 5 m g l 左右时，曝气生物滤池对氨氮的去除率平均为8 5 左右， 对c o d m n 的去除率平均为5 0 左右；水温在1 5 1 2 以上时，对c o d m n 的去除率保持在5 0 以上，氨氮的去除率保持在8 0 左右；在5 1 0 之间时，反应器的去除率出现了不同程 度的下降，c o o u n 的去除率降至2 8 左右，氨氮的去除率降至7 0 ；( 3 ) 利用测压管测 量曝气生物滤池的水头损失，试验结果表明：随反应器运行时间增大，水头损失会逐渐 增大且速率逐渐变大；在滤柱前段( 0 - - 8 0 c m ) 水头损失的增加速率大于后段的增加速率； ( 4 ) 通过不同反冲强度进行反冲洗试验，结果表明在水冲强度为1 5 l ( s m 2 ) ，气冲强度 为2 0 l ( s m 2 ) 时，可以取得较好的反冲洗效果。( 5 ) 在低温条件下( 5 1 0 ) ，进水中氨 氮浓度为6 , - - s m g l ，c o d m n 浓度为4 - - 5 m g l ，滤速为5 m l ，气水比为l ：1 ，实验结果 表明陶粒滤柱对氨氮的平均去除率为6 5 4 ，对c o d m n 的去除率在1 9 6 0 0 , , 2 2 6 之间； 火山岩滤柱对氨氮的平均去除率为6 6 3 ，对c o d m n 的去除率在2 0 4 0 0 , , 2 3 6 之间，通 过两种滤料曝气生物滤池运行效果来看，火山岩生物滤池的运行效果要略好于陶粒生物 滤池，但两者相差不大。通过测量两个曝气生物滤池中的生物膜活性，表明火山岩滤柱 中的生物膜活性要略高于陶粒滤柱，说明这与上述两个滤柱运行效果的差异是一致的。 关键词：曝气生物滤池，微污染水，反冲洗，陶粒，火山岩 山东建筑大学硕士学位论文 t h eo p t i m a lt r e a t m e n tf o rm i c r o - p o l l u t e dw a t e rw i t hb a f h a o z h a o l i a n g ( c o l l e g eo fe n v i r o n m e n t a la n dm u n i c i p i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yl i u - i a n g u a n g a b s t r a c t t h i ss u b j e c tw a ss u p p o r t e db yt h eb i o l o g i c a lp r e t r e a t m e n tt e c h n o l o g yr e s e a r c ha n d d e m o n s t r a t i o n , l e a d i n gu n d e rt h em a j o rs c i e n c ea n dt e c h n o l o g yp r o j e c t so fn a t i o n a lw a t e r p o l l u t i o nc o n t r o la n dm a n a g e m e n t ( 2 0 0 8 z x 0 7 4 2 2 0 0 3 ) t h eb a f w a su s e di np r e t r e a t m e n t o f m i c r o - p o l l u t e dw a t e r , a n do p t i m i z e dt h i st r e a t m e n t i nt h i sp a p e r , b a fw a ss t u d i e do nt h em i 凹o - p o l l u t e dw a t e ro fh i g hc o n c e n t r a t i o no f p o l l u t a n t sw i 廿lp o l i ts c a l ea n dh o m e m a d ee x p a n d e dc l a ya n dl a v aa sf i l t r a t i o nm e d i a t h e r e s u l t ss h o wt h a t ：( 1 ) ac o n t r a s t i v es t u d yw a sm a d eo nt h es t a r t u p ，b i o f i l mf o r m a t i o ni n d i f f e r e n tt e m p e r a t u r e ，a n dt w ob a f si nl o wt m p e r a t u r e t h i ss t u d ys h o w st h a tt h et i m en e e d e d f o rt h es t a r t - u pa n db i o f i l mf o r m a t i o no fb a fi nd i f f e r e n tt e m p e r a t u r ew e r ed i f f e r e n t ，t h e r e n e e d2 0d a y si nn o r m a lt e m p e r t u r e ，a n d3 0d a y sw a sn e e d e di nl o wt e m p e r t u r e ( 5 10 c ) w i t h l l i g hc o n c e n t r a t i o no fp o l l u t a n t sa n dl o wf i l t r a t i o nr a t e ( 2 ) t h ef a c t o r si n c l u d e dh y d r a u l i c l o a d i n g ，a i rt ol i q u i dr a t i o ，p h ，i n f l u e n to r g a n i cc o n c e n t r a t i o na n dt e m p e r t u r e t h es t u d ys h o w s t h a tw h e nt h ef i l t r a t i o nr a t ei s4 6 m h ，h y d r a u l i cl o a d i n gi so 3 8 1 o o m m 2 h ，a i rt ol i q u i d r a t i oi s 1 ：1 ，p hi s6 5 - 8 0 ，t h ei n f l u e n tc o d m ni s1 0 0 m g l ，a n dt h ei n f l u e n tn h 4 + - ni s 6 5 m l ，t h ea v e r a g et r e a t m e n tr a t eo fn h 4 + 一ni s8 5 ，t h ea v e r a g et r e a t m e n tr a t eo fc o d m n i s5 0 w h e nt h et e m p e r a t u r ei so v e r15 ，t h ea v e r a g et r e a t m e n tr a t eo fc o d m na n d n h 4 + - ni s5 0 a n d8 0 ，r e s p e c t i v e l y b u tw h e nt h et e m p e r t u r ed o w nt o5 10 。c ，b o t ho ft h e t r e a t m e n to fc o d m na n dn h 4 + - nw e r ec u td o w n t h e r ew e r e2 8 a n d7 0 ，r e s p e c t i v e l y ( 3 ) t h eh e a dl o s so ft h eb a fw a ss t u d i e db yu s i n gt h et u b e t h es t u d ys h o w st h a tw i t ht h er e a c t o r r u n n i n gt i m ei n c r e a s e s ，a n dt h eh e a dl o s sw i l lg r a d u a l l yi n c r e a s e t h er a t ei n0 8 0 c mw a s f a s t e rt h a nt h el a t e rp a r to ft h eb a f ( 4 ) t h eb a c k w a s h i n gw a ss t u d i e di nd i f f e r e n tw a s hr a t e n er e s u l t ss h o wt h a tw h e nt h ew a t e rw a s hr a t ei s15 l ( s m 2 ) ，t l l ea i rw a s hr a t ei s2 0 l ( s m 2 ) ， t ： t h eb a fc a na c h i e v eab e t t e rb a c h w a s he f f e c t ( 5 ) w h e nt h et e m p e r t u r ei si n5 1 0 t h e h 山东建筑大学硕士学位论文 i n f l u e n tc o d m na n dn i - h + - nw e r e4 5 m la n d6 8 m g l ，t h ef i l t r a t i o nr a t ei s5 m h ，a i rt o l i q u i dr a t i oi s1 ：l ，t l l er e s u l t ss h o wt h a tt h ea v e r a g et r e a t m e n tr a t eo fn h 4 + 一ni s6 5 4 ，t l l e t r e a t m e n tr a t eo fc o d m ni si n19 6 - 2 2 6 i nt h ec l a yb a f ；t h ea v e r a g et r e a t m e n tr a t eo f n h 4 + - ni s6 6 3 ，t l l et r e a t m e b tr a t eo fc o d n mi si n2 0 4 2 3 6 i nt h el a v ab a f b y c o m p a r i n g , t h et r e a t m e n t - e f f e c to ft h el a v ab a fw a sb e t t e rt h a nt h ec l a yb a f , b u ti tw a s a l m o s t b ys t u d y i n gt h eb i o f i l ma c t i v i t y , i ts h o w st h a tt h ed i f f e r e n to ft h eb i o f i l ma c t i v i t yi s c o n s i s t e n tw i t ht h eo p e r a t i o ne f f e c t k e yw o r d s ：b a f , p r e t r e a t m e n t ，b a c k w a s h i n g ，c l a y , h 如l o wt e m p e r t u r e , b i o f i l m a c t i v i t y i l i 原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是拳人在导师的指导下，独立进行研究 取得的成果除文中已经注明引用的内容外，论文中不舍其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得山东建筑大学或其他教育机构的学位证书而 使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确 方式标明本人承担本声明的法律责任 学位论文作者签名：2 函业堑 日期迹：垒：! 学位论文使用授权声明 本学位论文作者完全了解山东建筑大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：山东建筑大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和 磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权山东建筑大学可以将学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它手段保存、 汇编学位论文。 保密论文在解密后遵守此声明。 学位论文作者签名： 导师签名： 受当鱼三日期兰1 2 ：! 1 2 山东建筑大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 我国水资源污染现状 随着社会工业化的发展和人们对生活物质需求水平的提高，水资源作为人类生产和 生活中重要的一部分已经受到越来越大的压力。人类对水资源的需求和水资源的污染严 重程度增加已经成为一个激烈的矛盾。 由2 0 0 8 年中国环境状况公报来看【，我国地表水污染依然严重。我国七大水系水质 总体为中度污染，浙闽区河流水质为轻度污染，西北诸河水质为优，西南诸河水质良好， 湖泊( 水库) 富营养化问题突出。在我国淡水资源中，长江、黄河、珠江、松花江、淮 河、海河和辽河七大水系水质总体与上年持平。2 0 0 条河流4 0 9 个断面中，i - i h 类、 v 类和劣v 类水质的断面比例分别为5 5 o 、2 4 2 和2 0 8 。其中，黄河水系水质 总体为中度污染。4 4 个地表水国控监测断面中，类、类、v 类和劣v 类水质的 断面比例分别为6 8 2 、4 5 、6 8 和2 0 5 。主要污染指标为氨氮、石油类和五日生 化需氧量。 对于湖泊、水库来讲，它们呈现出来的环境问题为富营养化和好氧有机物。在公报 中，2 8 个国控重点湖( 库) 中，满足i i 类水质的4 个，占1 4 3 ；i 类的2 个，占7 1 ； 类的6 个，占2 1 4 ；v 类的5 个，占1 7 9 ；劣v 类的1 1 个，占3 9 3 。主要污染 指标为总氮和总磷。在监测营养状态的2 6 个湖( 库) 中，重度富营养的1 个，占3 8 ； 中度富营养的5 个，占1 9 2 ；轻度富营养的6 个，占2 3 o 。对于淡水湖泊，在2 8 个 国控重点湖( 库) 中，满足i i 类水质的4 个，占1 4 3 ；i i i 类的2 个，占7 1 ；i v 类的 6 个，占2 1 4 ；v 类的5 个，占1 7 9 ；劣v 类的1 1 个，占3 9 3 。主要污染指标为 总氮和总磷。在监测营养状态的2 6 个湖( 库) 中，重度富营养的1 个，占3 8 ；中度 富营养的5 个，占1 9 2 ；轻度富营养的6 个，占2 3 o 。其中山东省的南四湖为类 水质，富集状态指数为5 0 8 ，属轻度富营养，其中水中主要的污染物为石油类、总磷、 总氮。 另外，近年来我国水污染事故也在增加，从2 0 0 4 年至今已经发生了多起重大水污染 事故。2 0 0 4 年沱江特大污染事故导致沿江简阳、资中、内江三地百万群众饮水被迫中断， 5 0 万公斤网箱鱼死亡，直接经济损失在3 亿元左右；2 0 0 5 年中石油吉林石化公司双苯厂 发生爆炸事故，造成大量苯类污染物进入松花江水体，弓拔重大水环境污染事件。2 0 0 7 年太湖中蓝藻暴发导致水质恶化，无锡届民饮水受到严重影响，自来水开始出现变味、 山东建筑大学硕士学位论文 发臭等现象。这些重大水污染事故已经严重的影响了人民生活生产。 由此可见，我国水域已经受到不同程度的污染，除去个别水系支流和部分内陆河外， 总体上呈加重趋势，8 0 的城市河段已经不适宜做饮用水水源，尤其工业发达的城市水 域污染突出。目前水污染主要呈现如下特点：城市水污染状况无根本性改善，农村水污 染状况恶化速度加快，面源污染尤为突起，饮用水源破坏严重，水资源缺乏和水域污染 己成为我国经济与社会发展的制约因素。 1 2 微污染水源水的性质、危害及污染原因 微污染水源水是指受到有机物污染，部分水质指标超过地表水环境质量标准 ( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 1 1 1 类水体标准的水体【2 1 。主要为氨氮、高锰酸盐指数、化学需氧量、 挥发酚和生化需氧量等指标超过卫生标准。 微污染水源水中的有机物质一般浓度较低，没有急毒性，但是水中的可同化有机物 质( a s s i m i l a b l eo r g a n i cc a r b o n ，a o c ) 会影响管网水质的稳定，引起细菌繁衍和红虫的孽生， 导致疾病的传播，具有直接的危害性。同时，部分有机物质具有生物富集的特征，从而 很容易的蓄积在人体组织内，造成较长期的影响。另外，在常规水处理工艺的氯消毒环 节中还会产生三卤甲烷类( t h m s ) 、卤乙酸类( h a a s ) 等对人体有“三致”作用的消毒副产物 ( d b p s ) ，这不仅增加了氯气的投加量而且严重影响了人体健康【3 】。这些微污染物质的性 质如下： 1 、有机物的性质与危害 水源水中有机污染物可分为两类：天然有机物f n o m ) 和人工合成有机化合物 ( s o c ) 。天然有机物( n o m ) 主要是指动、植物在自然循环过程中经分解所产生的大分子 有机物。水体中的天然有机物通常由两部分组成，一类是腐殖质，另一类是非腐殖质。 水中腐殖质一般包括富里酸( f u l v i c a c i d ) 、腐殖酸( h u i c a c i d ) 、吉马多美朗酸 ( h y r n a t h e r n e l a n i e a e i d ) 和胡敏素( h u m i n ) 四个部分。其主要来源于土壤、底泥和水生动植物 残体、腐殖质类肥料、泥炭土、造纸废液、酒精废液等等。腐殖质是一类酸性的、多分 散的、偶然性聚合的大分子有机物，占天然有机物的5 0 * , - 8 0 ，溶解性大分子有机物的 8 5 9 5 ，是水中有机物的主体。学术界对它的定义是：能溶解在0 1 当量n a o h 溶液 中的土壤中物质和p h - 2 0 时能沉淀或保留在水中并吸附到非极性树脂上的水中物质【4 】。 而非腐殖质是指可以辨认化学特性的化合物，包括碳水化合物、蛋白质、肤类、氨基酸、 脂和色素等许多低分子有机物。一般来说，这类物质易被微生物分解，其残留量相当低 而腐殖质是一类构造和化学特性较为复杂的天然有机物。通常，n o m 是“三致”物的前体 山东建筑大学硕士学位论文 物( 如t h m f p ) 。n o m 的存在会导致氯消毒过程中产生对人体有害的三卤甲烷等消毒副 产物。 人工合成有机化合物( s o c ) 大多为有毒有机污染物，一般是通过它本身化学成份对 生物或人体健康造成危害的有机化合物。这类化合物数量非常大，并且随着科学技术的 发展，人工合成有机化学品的种类在不断增加。另一方面，s o c 不易被水中微生物降解， 在环境中有一定的残留量，具有毒性、生物积累性和致癌、致畸、致突变三致”性。有 毒有机污染物的数量成千上万，而且人工合成有机化学品的不断问世，使这类污染物的 种类还在不断增加。这些有害化学物质往往吸附在悬浮颗粒物上和底泥中，成为不可移 动的一部分。它们对水环境的影响时间可能会很长，例如p c b s ( 多氯联苯) 在水环境中的 停留时间可长达几年。有毒有机污染物一般难于被水中微生物降解，但却易为生物吸收， 通过生物的食物链过程，逐渐富集到生物体内，从而对人体健康造成危害。饮用水中的 人工合成有机物危害主要体一现在：( 1 ) 含量少但数量多，属于有毒、致癌或者有关致癌 的物质；( 2 ) 易被生物吸收，可直接或者通过食物链蓄积在人体内，且影响是长期、难以 预料的，包括“三致”有机污染物【5 1 。 2 、氮化合物的性质和危害 水体中的氮化物有两种形态：有机氮和无机氮。有机氮是指蛋白氮、多肤、氨基酸 和尿素等；无机氮是指氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮。上述的氮的各种存在形式之间存在相 互转化关系。氮是自然界广泛存在的基本元素之一，是动植物以及人类的生长、生存必 需的一种元素。然而事物存在相对性，如果氮在水体中过多地存在则会转变成为对动植 物以及人类有危害作用的污染因子【6 l 。因此，氮元素成为了水体污染的一个重要元素， 在保护水体环境时应该特别注意水中的氮污染。 水体中氮的主要来源是生活污水和工业废水中的氮。城市生活污水中的氮主要来源 于人类日常生话，一些含氮的溶解或非溶解性的物质( 如碎菜、肉、粪便等) 排入下水中 而形成的，其主要形式为有机氮和氨氮【7 】。工业废水含有大量的氮，主要是由生产过程 中与水接触的含有氮的生产原料或废料流入排水所致，除有机氮、氨氮外，还常有亚硝 酸氮和硝酸氮。 当作为引用水的水源受到氮污染时，通常会具有较大的危害：( 1 ) 当水体中的氨在 0 5 m g l 时，能对水生生物，尤其是渔类造成危害，妨碍鱼腮的氧传递。硝化作用导致 水体缺氧，并引起水中硝酸氮浓变增高。( 2 ) 原水中原有的以及由硝化作用转化而来的 硝酸氮会引起水中硝酸氮浓度增高：当饮用水中的硝酸氮浓度超过1 0 m g l 时，则有可 山东建筑大学硕士学位论文 能诱发婴儿患高铁血红蛋白血症【8 】。此外，如果饮用水中含有过量的硝酸氮，它们对人 体的影响是在胃中被还原成亚硝酸氮，然后同胃中的仲胺或酞胺作用形成亚硝胺。目前 亚硝胺已经被确证为致癌、致畸、致突变的物质f 9 】。( 3 ) 水中存在过量的氮会导致藻类 过量增值、富集，出现富营养化现象，从而大量消耗水中大量的溶解氧，危及鱼类等生 物的生存，同时还会引起水体发臭。( 4 ) 给水水源中含有氨氮将会使消毒时投氯量加大。 为了在“折点”后达到氯化而形成较有效的自由氯，水中氨氮每增加l m g l 时，就需多投 加8 m g l 的氯【1 们。 3 、铁、锰性质与危害 当水中铁浓度大于0 3 m g l 和锰浓度大于o 1 m g l 时，水便变浑，超过l m g l 时， 水具有铁腥味。特别是水中含有过量的铁锰时，在洗涤衣服时能生成锈色斑点，与水接 触的墙壁和地板上，也能着上黄褐色斑点，甚至会影响产品质量。若人长期饮用含铁锰 过高的水，会影响其饮食以及引发消化系统和骨系统疾病。在工业和采暖锅炉用的地下 水中常有过量的铁锰质，由于铁锰的存在，能使软化用的离子交换树脂污染造成铁锰中 毒，使交换剂交换容量减小，盐耗增大，软化效率降低【l l 】。 水体污染对人类和社会的危害以及所造成的各种经济损失是非常大的。环境污染直 接加剧了社会生产和环境保护之间的矛盾，增加了自来水的制水成本以及饮用水质达标 的技术难度。因此，改善和研究新的高效、低成本的水处理方法具有越来越重要的现实 意义。 1 3 微污染水源水处理技术研究进展 饮用水处理的方法通常是根据水源水质和用水对象对水质的要求而确定的。在逐渐 人事到引用水存在水质污染和危害的同时人们也开始了长期不懈的饮用水净化技术的研 究和应用。到2 l 世纪初，饮用水净化技术已基本上形成了现在被人们普遍称为常规处理 工艺的处理方法即混凝、沉淀或澄清、过滤和消毒。这种常规的处理工艺至今仍被世界 大多数国家所采用成为目前饮用水处理的主要工艺。 饮用水常规处理工艺的主要去除对象是水中的悬浮物、胶体杂质和细菌1 迥。混凝是 向原水中投加混凝剂，使水中难以自然沉淀分离的悬浮物和胶体颗粒互相聚合，形成大 颗粒体。沉淀是将混凝后形成的大颗粒絮体通过重力分离。过滤则是利用颗粒状滤料截 留经沉淀后出水中残留的颗粒物，进一步去除水中杂质，降低水中浑浊度。过滤之后采 用消毒方法来消灭活水中致病微生物，从而保证饮用水卫生安全。但是，随着工业的迅 速发展，又给水体造成了新的污染，水中的有害物质逐年增多。在水源受污染的情况下， 山东建筑大学硕士学位论文 常规处理工艺已经力不从心，不但去除水中溶解性的有机污染物效率低，而且氯化过程 本身还会导致水中对人体健康危害更大的有机卤化物的形成，处理后的生活饮用水安全 性难以保证。因此，在这种情况下，新的处理技术应运而生，目前，主要有以下几类： 强化常规处理技术：主要有强化混凝、强化沉淀、强化过滤等； 预处理技术：主要包括有化学预氧化和生物预处理等； 深度处理技术：主要有物理吸附、臭氧活性炭、生物活性碳、膜技术等。 1 3 1 强化常规处理技术 强化常规工艺主要指在原水厂构筑物不变的情况下，通过对混凝、沉淀和过滤等常 规工艺的改进，最大程度地发挥现有构筑物及设备的处理效果，或使其具有某种新的处 理效果，达到提高自来水水质的目的【1 3 l 。 ( 1 ) 强化混凝技术 强化混凝技术是指通过某种方式，改善絮凝条件，提高常规处理对有机物的去除率。 常采用以下几种方法加大混凝剂的投加量，使水中胶体脱稳，水中胶体在絮体的吸附 作用下从水中沉降去除；另投絮凝剂，增强吸附、架桥作用，使有机物易被絮体吸附 下沉而去除，如投加助凝剂聚丙烯酞胺( p a m ) 、新开发的m r 高分于絮凝剂等；投 加新型水处理药剂，通过氧化、混凝的综合作用，能有效地去除水中的有机物；调整 混合与絮凝反应的时间，使药剂充分发挥作用，即从水力条件上改善絮凝条件；调整 p h 值。实践表明，一般有机物多时，p h 值为5 6 时处理效果较好。 ( 2 ) 强化沉淀技术 强化沉淀技术主要是通过两方面进行改进，一是改善沉淀水流流态，减小沉降距离， 大幅度提高沉淀效率；二是提高絮凝颗粒的有效浓度，促进絮凝体整体网状结构的快速 形成。因此新的强化沉淀分离主要技术有：选用新型高效高分子絮凝剂，强化和增加 絮凝体的净化特征；采用高效的斜管与斜板沉淀、气浮工艺强化沉淀效果；提高絮 凝颗粒的有效浓度，促进絮凝体整体网状结构的快速形成；改善沉淀水流状态，减小 沉降距离，提高沉淀效率；目前强化沉淀技术的应用主要为水厂中采用的高密度澄清池 ( 有的也称为高密度沉淀池) ，它通过回流活性泥渣强化絮凝效果，增大进水絮体有效浓 度，增强沉淀分离流变特性。在沉淀区中部形成高浓度( 2 0 , - - 3 0 k g m 3 ) 悬浮絮凝层，并辅 加小间距斜板( 斜管) 沉淀设备，大幅度降低沉淀池出水浊度，提高了对有机物的净化效 果。 ”( 3 ) 强化过滤技术 山东建筑大学硕士学位论文 强化过滤技术即是在不预加氯的情况下，在滤料表面上培养繁殖微生物，利用微生物 的生理活动，去除水中的有机物【1 4 1 。因此强化过滤既能发挥原本的功能，还能去除有机 物、氨氮、亚硝酸盐氮等。近年来国内许多专家在滤池的填料上研究很多。马掣1 5 】等人 将水合二氧化硅涂渍于石英砂滤料表面，进行了以强化常规过滤过程除污染效能的实验， 并借助于色一质联机分别对石英砂、表面涂渍水合二氧化锰的石英砂、以及天然锰砂等 滤料的除污染效能进行了初步性的对比试验。结果表明，石英砂滤料对水中有机污染物 的去除效率很低，表面涂渍水合二氧化硅后除污染效果明显提高，含有二氧化锰成份的 天然锰砂滤料对水中有机污染物也有明显的去除作用。严子春【m 1 等人采用沸石作为新型 滤料进行了强化过滤试验。结果表明沸石不仅具有去除水中浊度作用，而又还可去除水 中氨氮和部分有机物。 1 3 2 预处理技术 预处理通常指在常规处理工艺前采用适当物理、化学或生物的处理方法将水中的污 染物进行初级去除的过程。预处理可使常规处理更好地发挥作用，减轻常规处理及深度 处理负担，改善和提高饮用水水质。目前，常用的预处理方法分为化学氧化法，生物预 处理法和吸附法。 ( 1 ) 化学氧化法 化学氧化预处理技术是通过氧化剂的氧化能力来分解破坏水中污染物的结构，从而 达到转化或分解污染物的目的的一项技术。目前采用的氧化剂主要有氯气、高锰酸钾、 臭氧、过氧化氢、二氧化氯等【1 7 1 。 最早应用的氧化技术是投加氯气，它能杀灭藻类，细菌和病毒，也可以氧化很多无 机物如氨氮、亚铁、m n 2 + 等。但随着这项技术的应用和发展，如多研究发现，大量投加 氯气会导致氯气与水中的一些有机污染物质发生反应，生成“三致”性物质三卤甲烷、 有机卤化物等【1 8 】。这些有害物质在后续的工艺中无法去除，因而预氯化氧化技术已经逐 渐的淘汰。 高锰酸钾作为一中强氧化剂，也很早的应用到预氧化处理技术中。在水中投加高锰 酸钾可以控制氯酚、t h m s 的生成，并能去除水中一定的色、嗅、味，抑制藻类生长。 研究表明用高锰酸钾替代液氯，预氧化后生成的三卤甲烷( t h m s ) 比采用预氯化少得多。 利用高锰酸钾复合药剂预处理微污染原水时，对有机物、藻类、嗅味、浊度、色度均有 良好的去除效果，并可减少絮凝剂的加入量，降低生产成本。但是高锰酸钾作为微污染 源水预处理药剂，它的缺点是容易增加处理的水颜色，有时会穿透滤池，导致出厂水的 山东建筑大学硕士学位论文 含锰量上升；有机物经高锰酸钾氧化后的产物中，有些是碱基置换突变物，它们不易被 后续常规处理工艺去除。另外，反应中生成的m n 0 2 产生额外的污泥等均限制了其应用 1 1 9 1o 臭氧作为_ 种强氧化剂，其氧化还原电位与p h 有关，在酸性溶液中，氧化性仅次子 氟，在碱性溶液中，氧化能力略低于氯。研究表明，在p h 值为5 8 ，水温0 - - , 3 9 范围 内臭氧的氧化能力不受影响。臭氧的杀菌能力强，速度快，能杀灭氯所不能杀灭的病毒 和芽孢，而且出水无异味。臭氧可氧化溶解性铁、锰离子，形成高价沉淀物得以去除； 可以将氰化物、酚等有毒有害物质氧化为无害物质；可将生物难分解的大分子有机物氧 化分解为中小分子量有机物，提高水中有机物的可生化性：应用臭氧不会在处理过程中 产生有害的三致物质。臭氧分解还可以为水充氧，使水的溶解氧增加，为后续处理提供 更好的条件【2 们。 二氧化氯是一种比氯强的氧化剂。它易溶于水，但在水中较不稳定，二氧化氯脱去 水中的色和味比氯好，氧化较完全迅速，不产生氯化和有机碳氢化合物。二氧化氯的强 氧化性还表现在它对稠环化合物的氧化降解上，如二氧化氯可将致癌物3 苯并芘氧化成 无致癌性的酮式结构。二氧化氯作为氧化剂，其优点是：杀菌效果好，用量少，作用快； 二氧化氯在p h 值很大的范围内( 6 1 0 ) 都有很强的杀菌能力，其效果基本上不受介质p h 值 的影响。在冷却水的碱性处理方案中，二氧化氯对控制菌、藻滋长要比氯的效果好的多； 二氧化氯还不与氨及氨的化台物反应，其杀菌效果不受氨的影响；二氧化氯与酚类反应 不产生氯基酚。与有机物、无机物的反应也具有很强的选择性，与腐殖质及有机物反应 不产生致癌物。二氧化氯能破坏水体中的微量有机污物，不发生氯化反应。同时还有助 凝、除臭、脱色、去味作用，降低水的浊度阶6 5 1 。 ( 二) 生物预处理法 生物预处理是指在常规工艺之前增加生物处理单元，借助于微生物群体的新陈代谢 活动，对水中的可生化有机物特别是低分子可溶性有机物、氨氮、亚硝酸盐及铁、锰离 子等无机盐g - f a 分解进行初步处理。生物预处理技术主要有生物滤池，曝气接触氧化， 生物转盘，生物流化床等几种形式。 ( 1 ) 生物滤池 生物滤池是目前生产上常用的的生物处理方法，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 山东建筑大学硕士学位论文 收利用而去除，这种滤池在运行中有时需要补充一定的压缩空气，这不仅为生物生长提 供足够的氧，而且有助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，污泥产量少，且 受外界环境变化的影响小，处理出水在有机物、臭和味、氨氮、铁、锰、细菌、浊度等 方面均有不同程度的降低，使后续常规处理工艺的压力减小，降低能耗和药耗。 ( 2 ) 生物接触氧化 生物接触氧化法也叫浸没式生物膜法，即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。水体与生物膜接触过程中，通过生物净 化的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与生物过滤之间 的处理方法，具有这两种处理方法的优点。接触氧化法的生物膜上生物相很丰富，除细 菌外，球衣细菌等丝状菌也得以大量生长，并且还繁殖着多种属种的原生动物和后生动 物。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，以维护管理。但缺点是填料间水流缓慢，水力冲刷小，生物膜 只能自行脱落，更新速度慢，引起堵塞，而且布水布气不易达到均匀，另外填料较贵， 投资费用高。 ( 3 ) 生物转盘 生物转盘是于6 0 年代在原联邦德国所开创的一种污水生物处理技术。它的运行特点 是生物转盘上的生物膜能够周期性地运动于空气和水两者之中，微生物能直接从大气中 吸收需要的氧气( 减少了溶液中氧传质的困难) ，使生化过程更为有利地进行。转盘上生 物膜生长的面积大，生物量高，不会出现生物滤池中滤料堵塞情况，生物转盘用于废水 处理时具有污染物去除效果好、操作简单、管理方便、抗冲击能力强等优点，用于源水 生物处理也有良好的效果。但生物转盘也有不足之处：需要较多的接触时间，占地面积 大，容易孽生蚊虫，处理效果受外界环境影响大，对转轴、盘片、驱动等装置要求较高， 故实际应用不多【2 2 1 。 ( 4 ) 生物流化床 生物流化床一般采用具有较大比表面积的小颗粒载体填料，可以在反应器中形成较 高的生物量。流化床内能够实现液体、载体及气体三者循环流动，形成流化状态，容易 形成薄的生物膜，促使生物膜具有很高的活性和传质效果，从而保证较高的处理负荷和 处理效果。但该工艺动力费用高，维护管理复杂，运行过程中易出现填料磨损流失等现 象。t r i n e t 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 山东建筑大学硕士学位论文 反应器内生物膜特性的重要因素，在较高湍流度和适宜流化介质浓度下易形成密而薄的 生物膜，这种生物膜在运行中不易脱落，有良好的生物降解性能。 ( 三) 吸附法 吸附预处理技术是在常规处理工艺前投加吸附剂来增大污染物的去除效率。常用的吸 附剂有活性炭。研究表明，活性炭吸附最能有效去除水中的有机物，并且可使致突变活 性从阳性转为阴性。同济大学的研究表明：当粉末活性炭的投加量为2 0 m g l 时，可使 常规处理工艺的c o d e r 去除率增加2 0 8 - - 3 9 6 。但是由于粉末活性炭参与混凝沉淀，残 留于污泥中，目前还没有很好的回收再生利用方法，所以运行费用高，难以推广应用。 另外，粘土，沸石等对于水中有机物的去除同样具有良好的去除效果，也是良好的吸附 剂，但目前还没有得到广泛的应用。 1 3 3 深度处理技术 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，提高污染物的去除 率以及去除一些常规处理无法去除的污染物质。常用的深度处理方法有活性炭吸附、臭 氧活性炭联用技术、膜处理技术等。 ( 1 ) 活性炭吸附【2 3 】 在各种改善水质处理效果的深度处理技术中，活性炭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。活性炭是一种多孔性物质，其中由微孔( 孔 径小于4 n m ) 构成的内表面积约占总面积的9 5 以上，过渡孔和大孑l 仅占5 左右。活性 炭对有机物的去除主要靠微孔的吸附作用。研究表明，活性炭吸附是去除水的臭味、天 然和合成溶解有机物、微污染物质的有效措施。大部分比较大的有机分子、芳香族化合 物、卤代烃等能够牢固的吸附在活性炭表面上或空隙中，对腐殖质、合成有机物和低分 子量有明显的去除效果。实践证明，活性炭可降低总有机碳( t o c ) 、总有机卤化物( t o x ) 和总三卤甲烷( 1 m m ) 等。 ( 2 ) 臭氧活性炭联用技术 臭氧活性炭技术最早是1 9 6 1 年在德国的d u s s e l d o r f 市的a m s t a r d 水厂开始采用，由 于水源莱茵河受到污染，水厂的原有工艺河水过滤臭氧氧化过滤加氯 工艺己不能满足出水水质要求，于是在过滤后又增加活性炭吸附，发现出水水质明显提 高【2 4 】。随后，欧洲和美国等一些国家也将臭氧和活性炭联用处理受污染的水，取得了较 好的处理效果。我国先后在南京炼油厂、胜利炼油厂、北京田村山水厂、燕山石化公司 水厂等相继建成了臭氧活性炭处理设施，处理效果较好。 山东建筑大学硕士学位论文 该工艺特点是，首先经过臭氧氧化处理，臭氧将难降解的高分子有机物降解为容易 生物降解的低分子有机物，这既增加了活性碳降解有机物的几率，也降低了活性炭的吸 附负荷。同时，臭氧氧化使水中有充足的溶解氧，为好氧微生物的生命活动提供了良好 的条件。 ( 3 ) 膜技术 膜分离技术在借助外界推动力下，利用特定膜的透过性能，分离水中的离子、分子 和杂质的技术。在膜处理技术中，反渗透( ( r o ) 、超滤f ) 、微滤( m f ) 、纳滤( 1 盯) 都能有 效地去除水中的臭味、色度、细菌、病毒、消毒副产物前体物及其它有机物和微生物。 膜工艺的特征为：a 、膜分离工艺是纯物理性的分离，既要求被分离的组分不会有热学性 的变化，也不会有化学性或生物性的变化。b 、膜分离工艺是以组件的形式构成，因此可 以适应不同生产能力的需求，适用范围广，分离效率高。另外，该工艺装置紧凑，占地 省，操作简单，。易于自动化。 1 4 曝气生物滤池技术应用研究及发展 1 4 1 曝气生物滤池研究现状 曝气生物滤池( b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ，简称b a f ) 处理污水是2 0 世纪8 0 年代末和9 0 年代初在普通生物滤池的基础上，新兴的污水处理工艺，自8 0 年代在欧洲建成第一座污 水处理厂后，已在欧、美、日本等发达国家广为流行。目前世界上已有1 0 0 多座污水处 理厂应用了这种技术，它被广泛地用于生活污水、生活杂排水以及食品加工、酿造、造 纸等工业废水的处理【2 5 】。 然而，随着水源的污染和需水量的增加，b a f 应用于给水处理中。目前，由于国外 的水源水质已得到相对较大改善，他们研究内容的重点是经生物处理后，残留生物膜在 给水管网中的生物稳定性以及生物处理对需氧量、管网腐蚀、水的臭味的影响【2 6 】。而国 内由于水源污染比较严重，研究b a f 的主要侧重于有机物、氨氮、浊度等指标的去处。 在2 1 世纪8 0 年代初的日本，b a f 被认为是放在传统工艺之前的最有前景的预处理 工艺【2 7 1 。因为b a f 中的生物膜能在低有机物浓度情况下保持相对的生物量，所以适合 于用作给水中的预处理，而且与其他的物化方法比起来更加经济和安全。b a f 的重要特 点，一是它具有较其他处理装置大得多的比表面积和生物量，二是它对水中悬浮状污染 物的吸附拦截作用较其他生物预处理装置强得多。这点不仅表现在对浊度的去除效果上， 也表现在对c o d 的去除率上。b a f 除了可以有效去除原水中的氨氮和有机物，其对三 卤甲烷前体物也有很好的去除效果，这对后续工艺除污染有明显的强化作用，降低了能 山东建筑大学硕士学位论文 耗和药耗，减少了“三致物质”的生成量和细菌在配水管网中重新滋生的可能性【2 引。另外， b a f 的巨大生物量，使得它在供氧充足时有较其他工艺更强的处理能力，有可能实现比 较短的水力停留时间。 1 4 2 曝气生物滤池工作原理与特点 曝气生物滤池去除水c f r 的污染物，主要是依靠附着在填料表面的微生物来完成的。 当原水通过填料时，水中的微生物吸收原水中的营养物质，在填料表面繁殖，经过一段 时间后，在填料表面形成了生物膜。当生物滤池运行正常后，生物膜会不断吸收营养， 并通过代谢活动不断增殖。微生物的增殖和悬浮物的积累，造成了生物膜厚度逐渐增加， 导致生物膜的结构发生变化，成熟的生物膜表面与原水接触，吸取水中养料和溶解氧， 形成由好氧和兼氧微生物组成的好氧层；而在生物膜内，由于缺氧形成厌氧和兼性微生 物组成的厌氧层。随着厌氧层的老化，生物膜与填料表面的结合会松动，在水流的剪切 冲刷以及反冲洗的作用下，老化的生物膜会脱落，随后逐渐形成新的生物膜，这样反复 变化，使生物膜始终处于活性强的“年轻”阶段，从而确保其处理效率的稳定性。这种滤 池在运行中有时需要补充一定量的压缩空气，曝气的作用主要有两个方面：一是供给生 物氧化所需的氧；二是保证生物处理反应器内良好的水流紊动程度，以利于污染物、微 生物和氧的充分接触，保证传质效果，而且有助于新老生物膜的更新换代，保证生物膜 的高氧化能力【2 9 1 。在运行一段时间后，随着滤层水头损失的增加，还要进行反冲洗来冲 刷清洗截留的悬浮物等，以保证滤池的正常运行。 曝气生物滤池与传统活