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摘要 含藻水源水生物预处理水质净化技术研究 研究生：范超文导师：朱光灿东南大学 摘要 富营养化水源水中的藻类代谢产物、微量有机污染物等在常规制水工艺中难以被有效去除，严 重影响饮用水水质。生物接触氧化技术作为饮用水的预处理技术之一，直接利用富集于填料上的各 类微生物，氧化分解原水中的污染物，净化水质，具有处理效率高，安全可靠等优点。本论文以太 湖富营养化含藻水源水为处理对象，选择三种填料，构建阶式与完全混合生物接触氧化反应器，对 其水质净化性能与机理进行了系统的研究，通过试验得到了以下主要结论： 采用弹性立体填料的反应器对污染物的去除效率低了：其余两种反应器。悬浮球填料反应器对原 水中的藻类等悬浮物截留效果良好，组合填料反应器能有效去除原水中的氨氮及d o c 、b d o c 等溶 解性有机物。具有推流流态的阶式反应器净水效果明显优于完全混合反应器，其生物膜生物量小于 完全混合反应器，而生物活性高于完全混合反应器；阶式反应器的三阶中，阶一的生物量与生物活 性均高于阶二与阶三。 常规工艺对原水中氨氮、亚氮、小分子有机物以及藻毒素等去除效果较差，混凝沉淀会造成胞 内藻毒素溶出。生物预处理可以有效强化常规工艺处理效果，提高_ 艺对氨氮及皿氮的去除率，有 效去除小分子溶解性有机物、微小藻类及藻毒素。对藻毒素的去除率可达到6 5 0 0 , - 8 0 。颗粒粒径分 布及分子量分布研究表明，生物预处理能够有效去除原水中的微小粒径颗粒物，同时增加大粒径颗 粒物数量，改善后续混凝沉淀或混凝气浮效果，可分解原水中大分子有机物为小分子有机物，并有 效去除小分子有机物。 太湖南泉水源地水体中阿特拉沣含量较低，为1 3 6 5 n g l ：三种邻苯二甲酸酯类物质d m p 、 d e h p 、d n b p 含量分别为5 6 1 嵋几、3 1 3 嵋几、2 4 0 腭l ；p a h s 总量为2 1 5 l p g l ，远高于生活饮 用水卫生标准( g b 5 7 4 9 - - 2 0 0 6 ) 中关于p a h s 总茸= 0 4 5 9 i n 的其余有机物 质。图3 8 表明，生物预处理阶式反应器 与完全混合反应器对c o d m i - 均有一定的去 除效果，其中阶式反应器之除率优于完全 混合反应器，其对c o o m 的去除率为 2 2 6 ，而完全混合反应器为l8 4 。在阶 式反应器的三阶中，阶三对c o d m n 的去除 贡献最大，占有机物总去除率的5 3 1 ， 而阶二去除效果最差，仅占总去除率的 1 7 7 。生物预处理对溶解性有机物( d o c ) 图3 8 不同反应器对c o d 、d o c 的去除效果 的去除效果明显优于对c o d m i l 的去除效果。阶式对d o c 去除率为3 4 3 ，完全混合反应器去除率 为2 2 7 ，阶式明显优于完全混合。在阶式反应器的三阶中，d o c 的去除主要集中在阶一，而在阶 二中d o c 反呈升高趋势，这可能是由于在阶二中有部分颗粒性有机物在微生物作用下融化成为溶解 性有机物，释放到水中，而且这部分d o c 大于阶二所能降解的d o c 量。 生物预处理对溶解性有机物( d o c ) 的去除效果优于其对c o d m 。的去除效的原因是，生物接触 氧化反应器对各类有机物的去除中，微生物所发挥的生物降解、生物絮凝等作用大于填料所发挥的 截留作用，而且太湖原水的c o d m 。中，颗粒性有机物所占比例较大，因此生物预处理对粒径小于 0 4 5 9 i n 以溶解态形式存在的有机物的去除率高于以颗粒态形式存在的有机物。 阶式反应器各阶对c o d m i l 及d o c 去除效果不同的原因可能是：太湖原水中c o d m 中由藻类等 悬浮物占有较大比例，而三阶反应器中，装填有悬浮球形填料的阶三对悬浮物的截留效果最好，因 此其对c o d m 。的去除贡献最大。而阶一进水中溶解性浓度高于阶二与阶三，且阶一装填的组合填料 比表面积大，填料材质有利于微生物附着生长，微生物量与活性均高于阶二和阶三，冈此阶一对d o c 去除效果最好。阶二与阶三进水中可生物降解有机物浓度已很低，也导致阶二、阶三对d o c 去除率 低于阶一。 微生物对有机物的去除机理主要有以下几个方面：1 、微生物对小分子有机物的降解。由于微生 物生长代谢中物质能量的需要，将部分低分子有机物分解成c o ，和水，同时也将降解过程中生成的 部分中间产物合成微生物体【如j 。2 、微生物胞外酶对大分子有机物的分解作用。这种分解作用有可能 2 4 第三章生物预处理反脚器挂膜及反应器比较研究 只是将人分子有机物分解成为稍小分子有机物，而来不及完全降解。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；此外微生物分泌物如多聚糖等粘性物质有类似化学絮凝的作 用，使部分大分子有机物在生物反应器中被生物膜吸附，随着生物膜的老化脱落，沉淀至泥斗中， 随剩余污泥被排出。在试验过程中，由于+ i ：况调肖不当，有时生物预处理反应器中会有白色柳絮状 物质随山水流出，采集在显微镜下观察发现有藻类等生物包裹其中，推测此类白色柳絮状物质可能 即为微生物分泌物多聚糖等。 生物接触氧化对c o d m i i 的去除率普遍偏低，董玉莲等 9 7 1 采用l t 型球形悬浮填料对珠江微污染 原水进行生物预处理，其对c o d m 。的之除率在1 5 6 2 3 ，2 之间；刘科君畔j 采用三阶跌水曝气生物 接触氧化预处理太湖充山水厂水源水，当水力停留时间( h r t ) 为2 2 h 时，其对c o d m 。的去除率为 2 0 0 2 。生物接触氧化对d o c 的去除目前报道较少，而另一种生物预处理法一生物滤池对d o c 的 去除率在1 3 - - 4 1 喇眠9 9 1 ，造成去除效果差异的原冈主要是不同的原水水质。因为不同水源水中的有 机物成分不一样，各分子量区间有机物的浓度不同，有机物的可生化性也不一样，因此生物预处理 对不同原水中有机物的去除效果就不同。 3 3 3 不同反应器对c h l - a 及微囊藻毒素m c l r 去除效果比较 浮游植物的主要光合色素是叶绿素( c h l o r o p h y l l ) ，常见的有叶绿素a 、b 和c 。c h i 口存在于所 有的浮游植物，大约占有机物干重的1 2 ，是估锋浮游植物生物量的重要指标。浮游植物细胞 内叶绿素a 含量随种类或类群而有所不同，同时还受年龄、生长率、光照和营养条件等因素的影响。 叶绿素可代表水体的初级生产力情况，当c h l 口含量高时，藻类等浮游植物生物晕就大，c h l 口与浮 游植物存在明显的相关关系，故c h l 口常被作为浮游植物生物量的指标和计算浮游植物生产量的参 数，通常可把它作为藻类生物量的参考指标。 图3 9 不同反应器对c h l - a 的去除效果图3 1 0 不同反应器对m c l r 的去除效果 在本节试验期间，原水c h l 口浓度平均值为l8 7 5 嵋l ，此时不是蓝藻暴发期，原水中藻浓度不 高，并且大部分为个体较小的绿藻。从试验结果可以看出，阶式生物反应器与完全混合反应器对c h l - a 都有较好的去除率，分别为5 9 7 ，5 3 ，阶式反应器比完全混合反应器高6 7 ；阶式反应器的三 阶对c h l - a 去除率相当。一般认为，生物膜除藻可能主要依赖以下几种作用：生物膜的吸附、附着， 微生物的氧化分解，填料间的生物絮凝与机械截留，微小动物的捕食作用，脱落生物膜对藻的生物 絮凝、沉淀等。由于此时太湖原水中的藻类主要是绿藻，因其个体很小，冈此不易通过填料的机械 截留作用去除，而应该主要是靠生物膜的吸附、絮凝及微小动物的捕食作用。 微囊藻毒素( m i c r o c y s t i n ) 是一种在蓝藻水华污染中出现频率最高、产生量最大和造成危害最严重 的肝毒素，主要由淡水微囊藻产生1 1 0 u 1 u 1j 。其中微囊藻毒素。l r ( m c l r ) 是目前已知的毒性最强、急 性危害最大的一种淡水蓝藻毒素【1 0 2 1 0 3 。我国最新生活饮用水卫生标准g b 5 7 4 9 2 0 0 6 规定，饮用水中 m c l r 限值为1 “g l 1 7 引。因此本文选择m c l r 作为藻毒素的代表，考察各工艺对其去除效果。本节 东南大学硕士学位论文 试验期间，太湖原水中总微囊藻毒素l r ( t o t a lm i c r o c y s t i nl r ，t m c l r ) 值为2 6 5 岭l ，胞外微囊 藻毒素l r ( e x t r a c e l l u l a rm i c r o c y s t i n l r ，e m c l r ) e m c - l r 值为2 1 5 p g l ，此时微囊藻毒素人部分 为胞外藻毒素h p e m c 。图3 1 0 表明，阶式反应器对t m c l r 及e m c l r 的去除率分别为6 5 3 、7 5 8 ， 完全混合反府器分别为5 2 8 、6 0 5 ，阶式反戍器比完全混合反应器分别高出1 2 5 及1 5 3 ，两种 反麻器出水t m c l r 值分别为阶式：0 9 2 岖皿，完全混合：1 2 5 隅皿。阶式反应器= 阶对t m c l r 的 去除率分别为2 8 7 、2 4 1 、1 2 5 ，对e m c l r 的去除率分别为2 3 7 、3 3 、1 9 1 。m c 主要在 阶、阶二中得以去除，而阶三则保证阶式反应器的进一步去除效果：完全混合反应器对m c 的去除 效果与阶式反应器阶二出水相当，由此可以看出，在相同的容积、h r t 及曝气条件下，阶式反应器 比完全混合反应器能更好地去除原水中的m c 。 3 3 4 不同反应器对b d o c 去除效果比较 b d o c 是指存在于饮用水中的溶解性 有机物中可被细菌分解成为c 0 2 或合成细 胞体的部分，是水中细菌和其他微生物新陈 代谢的物质和能量来源【j 。水中的b d o c 会引起细菌等微生物在给水处理构筑物和 给水管网中生长，加剧管网腐蚀，使用户水 质浊度、色度等感官指标上升，严重时会增 加病原菌，同时也是导致生成氯化消毒副产 物的因素之。 因此在b d o c 进入常规制水t 艺之前， 通过生物预处理将其去除，可以提高整个制 水工艺出水的生物稳定性。本节试验中原水 原水 阶l 阶2 阶3 完伞混合 图3 1 l 不同反应器对b d o c 的去除效果 d o c 为5 2 m g l ，b d o c 为1 5 8 m g , l ，可生物降解溶解性有机碳占总溶解性有机碳的3 0 4 。阶式 反应器对b d o c 的去除率为6 7 1 ，完全混合反应器为5 4 4 ，阶式反应器明显优于完全混合反应 器。这是因为在阶式反应器中，反应器旱明显推流形式，推流反应器效率高于完全混合反应器。阶 式反应器三阶中，对b d o c 的降解主要集中在阶一，这与阶式反应器对d o c 的降解相同，但是从 图3 8 可以看出，d o c 在阶二中可能会升高，而b d o c 在阶二中也有一定的降解率；表3 2 表明， 阶式反应器各阶出水的b d o c d o c 值呈不断下降趋势，这说明各阶反应器的出水可生化性逐渐降 低。以上说明，阶二中溶出的物质其可生化性较差，不易被微生物降解，因此不构成b d o c 。阶一 对b d o c 的良好去除效果一方面是由于阶一进水的b d o c d o c 值最高，即其可生化性最好，进水 中有机物易于被微生物降解、吸收；另一方面是由于阶一反应器中微生物量与活性较高，因此对d o c 与b d o c 均有良好的去除效果。 对比生物预处理对d o c 的去除效果可知，阶式反应器对d o c 的去除率为3 4 3 ，而太湖原水 中的b d o c 占d o c 总量的3 0 4 ，阶式反应器对b d o c 的去除率为6 7 1 ，即去除的b d o c 占d o c 总去除量的5 9 5 ，由此可见，除了生物降解外，生物膜的吸附及生物絮凝作用对去除原水中的d o c 仍有重要作用。 表3 2 原水与各阶出水b d o c d o c 值 第三章生物预处理反应器挂膜及反应器比较研究 3 3 5 不同反应器生物膜特性研究 脂类物质( l i p i d s ) 是所有细胞中生物膜的主要组分，它在细胞中的含量约为5 0 b m o l g 干重， 而9 0 , - - 9 8 的生物膜脂类是以磷脂( p h o s p h o l i p i d s ) 形式存在的，因此本文用生物膜中的磷含量来 衡量生物膜中微生物的量：生物预处理的实质是微生物所产生的多种酶催化生物氧化还原的反应， 其中脱氢酶是呼吸链的主干酶系，它能使被氧化的有机物氢原子活化并传递给特定的受氢体，冈而， 脱氢酶的活性反映了生物膜中活性微生物的量及其对有机物的代谢能力，本文用脱氢酶活性来衡量 生物膜中活性微生物的量。 各阶反应器生物膜的生物量及生物活性如表3 3 及表3 4 所示。阶式反应器中单位质量组合填料 的生物量最高，为2 9 7 7 n m p l p g 填料，弹性立体填料其次，而悬浮球型填料最低，仅为3 0 3 2 n m p l p g ， 其生物量只占组合填料的1 0 2 。填料的生物昔与原水中污染物的浓度密切相关，污染物浓度越高， 微生物生长的基质越丰富，生物量也越高，因此阶式反虑器各阶的生物量可以反应出各阶生物膜中 的微生物数量。组合填料处于第一阶，污染物浓度相对最高，因此其生物量也较高；悬浮填料处- 下 反应器最后一阶，污染物浓度相比原水，浓度降低，因此其生物母相对较低。生物量除了与反应栏 中污染物浓度相关外，也与填料的特性有关。组合填料材质为维纶丝。其质地柔软，比表面积较大， 并且填料盘片设计较为合理，充氧效果较好，因此有利于微生物附着生长，而且其有较强的抗水流 冲击能力；而弹性立体填料材质为聚酰胺，填料质地光滑，较硬，虽然填料丝比表面积也较大，但 是相比于组合填料而言，其不利于微生物附着，冈此生物量比组合填料小。而单位质量悬浮球形填 料生物晕较低的原冈一方面是其处于阶式反应器最后一阶，底物浓度较低，微生物生长所需营养物 质较少，冈此生物量较低；另一方面悬浮球形填料材质为聚丙烯。球体较硬，且叶片较为光滑，在 水流的冲击作用下，生物膜易于脱落：第三，悬浮球形填料密度大于其余两种填料，因此同样体积 的填料，其单位质量填料的生物量小于其余两种填料。 从三种填料的生物膜生物活性可以看出，组合填料的生物活性最高，为2 6 6 7 1 a g t f g 填料，弹 性立体填料比组合填料稍低，悬浮填料最小。生物活性反应的是生物膜中活性微生物的量，组合填 料生物量大于弹性立体填料，但是二者生物活性较为接近，这可能是由于弹性立体填料较为光滑， 其承受水流冲击及曝气冲刷的能力弱于组合填料，因此老化生物膜脱落更新速度较快，由此保持了 生物膜较高的生物活性。 阶式反应器各阶生物量与生物活性的差异可与各阶进出水的可生物降解溶解性有机碳( b d o c ) 相对应。根据表3 2 ，阶一进水b d o c 浓度最高，为1 5 8 m g l ，b d o c 占总d o c 的3 0 4 ，且此时 b d o c 较易被微生物利用降解，因此阶一填料的生物量与生物活性较高：阶二进水b d o c 浓度相比 阶一降低一半，b d o c d o c 值降为2 2 9 ，微生物可利用的有机物远低于阶一，因此阶二生物量低 于阶一；阶三进水b d o c d o c 值仅为1 6 2 ，有机物的可生化性低于阶一、阶二，并且其b d o c 较阶一、阶二更难利用，因此阶三生物量与生物活性均较低。 比较完全混合反应器中的组合填料与阶式反应器的组合填料二者的生物量与生物活性可知，完 全混合反应器生物量高于阶式反应器，但是生物活性小于阶式反应器。这是由两种反应器的特性决 定的。首先在2 h 的h r t 条件下，阶式反应器阶一的h r t 相当于2 3h ，因此完全混合反应器内水流 缓于阶式反应器。较缓的水流有利于微生物与有机物充分接触，微生物生长环境优于阶式反应器， 从而有利于提高反应器生物量，而阶式反应器内较急的水流有利于生物膜的脱落更新，因而有利于 保持较高的生物活性。其次，阶式反应器各阶的曝气量按阶逐级降低，即阶一 阶二 阶三，单位体 积填科的曝气量阶一 完全混合反戍器，因此阶一反应器中的填料承受的曝气冲刷强度大于完全混合 反应器内的填料，填料上的老化生物膜在气泡的切割、冲刷下，更易脱落更新，从而保证了阶一较 高的生物活性。 表3 3 各阶反应器填料生物膜的生物嚣 2 7 东南人学硕j j 学位论文 注：1n m o lp 约相当丁大肠杆菌( e c o l i ) 大小的细胞1 0 8 个 表3 4 各阶反应卡= 填料生物膜的生物活性 反臆器阶阶二阶二完全混合反应器 填料类型组合填料弹性立体填料悬浮球形填料组合填料 填料质量( g ) 1 5 33 6 8 1 4 7 2 ( 4 个多面球) 2 0 9 单嘴蓑盎黧祧2 6 6 确 2 3 2 舶m 6 9院剐 _ _ _ i _ - l _ - l _ _ l _ - _ l - _ _ _ - i l - _ _ l _ - l _ i _ _ l l - - _ - l l _ _ l _ - _ _ _ _ i _ _ _ _ - - l - l l i - _ i _ i _ i - _ - _ _ _ l _ _ _ 一i i i 一 3 3 6 不同反应器生物膜上微型动物观察 从以上两种不同的反应器对太湖原水中污染物质的去除效果可以看出，阶式反应器对各水质指 标尤其是对氨氮、d o c 、藻毒素及b d o c 的去除效果明显优于完全混合反应器。阶式反应器优良 的净水效果可以用反应器理论加以解释。 连续流反应器有两种完全对立的理想类型，分别称为活塞流反应器( 推流反应器) 及连续搅拌 反应器( c s t r ) 。推流反应器的特征是流体是以列队形式通过反席器，流体元素在流动的方向无混合 现象( 但在垂直流动的方向上可能有混合) 。连续搅拌反应器的特点是其中的内含物受到了极好的搅 拌，因此是完全均匀的。推流反应器中污染物的传质推动力大于完全混合流中的传质推动力，具有 更高的传质效率与反应速率。实际的反应器都介于活塞流反应器和c s t r 之间，用若干个c s t r 串 联起来可组成阶式c s t r ，当阶式c s t r 的阶数无限多时，其作用相当于一个活塞流反应器，故可 以提高c s t r 的处理效率i l j 。本文的阶式反应器比单阶完全混合反应器更接近于推流反应器，可以 有效提高污染物降解的传质效率，而其每一阶义相当于一个完全混合反应器，这样就可以保证各阶 反应器中均有适于本阶进水水质的微生物生长，因此水处理的针对性加强。 由以上分析可知，各阶反应器进水中有机物浓度旱近似推流分布，因此各阶反应器中生长的微 生物种类也应各不相同，为了分析各阶反应器降解污染物的特点与其填料上生长的微生物的关系， 本试验对各阶反应器的优势微小动物进行观察。取完全混合反应器及阶式反应器各阶底泥，在10 x1 0 倍显微镜下观察各悬浊液中的微小动物。微小动物主要包括浮游动物( 原生动物、挠足类、枝角类和 轮虫) 以及小型底栖动物。在这些微小动物中除部分以细菌、碎屑为食，还有很多是以浮游植物为食 的。试验结果如下表3 5 所示。 表3 5 各阶反应器生物膜微型动物观察 完全混 简简变虫 合反应 ( v a h l k a m p f i a 器 v a h t k a m p f i a ) 钟形钟虫 ( v o r t i c e l l a c a m p a n u l a ) 卡罗莱纳卓面虫 ( c h a o sc a r o l i n e n s e ) 锥滴虫属 ( t r e p o m o n a s ) 旋口虫属 无柄轮虫属 ( a s c o m o r p h a ) 浦达臂尾轮虫 ( b r a c h i o n u s b u d a p e s t i e n s i s ) 尾突臂尾轮虫 ( b r a c h i o n u s c a u d a t u s ) 冠饰异尾轮虫 ( t r i c h o c e r c a l o p h o e s s a ) 线虫 o v e m a t o ) f 塑! 翌兰1 2 丝型 阶一 钟形突口虫橘色轮虫线虫 第三章生物颅处理反f 衄器挂膜及反应器比较研究 ( c o n d y l o s t o m a v o r 疗c e l l a ) 草履虫 ( p a r a m e c i u m ) 旋转虫属 ( s p i r o s t o m u m ) 绒毛变形虫属 ( r o t a r o a c i t r i n a ) 尾突臂尾轮虫 ( b r a c h i o n u s c a u d a t u s ) ( t r i c h a m o e b a v i l l o s a ) 如意抓头虫 ( m e t o p u s e s ) 瓦可拉襄变形虫。 ( s a c c a m o e b a w a k u l l a ) 点钟虫( v o r t i c e l l a p i c t a ) 纤口虫属( c h a e n e a l i m i c o l a ) 阶二钟形钟虫( v o r t i c e l l a尾突臂尾轮虫 直额弯尾潘单节水生猛水蚤 摇蚊幼虫 c a m p a n u l a ) ( b r a c h i o n u s( c a m p t o c e r c u s ( e n h y d r o s o m a 肾形豆形虫c a u d a t u s )r e c t i r o s t r i s )u n i a r t i c u l a t u s )线虫 ( c o l p i d i u m )浦达臂尾轮虫(nemat01 瓦可拉襄变形虫( b r a c h i o n u s ( s a c c a m o e b a b u d a p e s t i e n s i s ) w a k u l l a ) 阶三 点钟虫( v o r t i c e l l a 湖泊美丽猛水蚤 picta)(nitocra 由上表可以看出，完全混合反应器与阶式反应器阶一底泥中的原生动物种类较为丰富，其次为 阶二，而阶三底泥中仅检出1 种原生动物。原生动物主要以吞噬细菌、放线菌、酵母菌及藻类和有 机颗粒为食。运行稳定的生物预处理系统中，生物膜上的生物相相对稳定，细菌与原生动物之间存 在着制约关系，这是因为原生动物吞噬细菌以抑制细菌群体的蔓延，而细菌被破坏后义要不断繁殖 生长，这就需要以水源中的有机物为食料，进而达到净化水的目的。因此当迸水中有机物浓度较高 时，细菌大量繁殖，从而使得以其为生的原生动物数量增加，所以完全混合反应器与阶式反应器阶 一的原生动物种类与数茸较丰富；而阶二进水可生化降解有机物量相对阶一减少，因此细菌数量减 少，原生动物种类也较阶一减少；进入阶三的原水，其有机物可生化性最差，浓度最低，因此其底 泥中原生动物最少。各阶检出的原生动物以纤毛虫如钟虫及肉足虫如变形虫为主，这儿类微小动物 一般在水质处理效果较好的时候出现【l 叫。完全混合反应器与阶一中出现的后生动物以轮虫为主，有 少量线虫出现；而在阶二中轮虫、枝角类、挠足类、摇蚊幼虫等后生动物均有分布，是微型动物种 类最为丰富的反应柱；阶三中仅有挠足类动物猛水蚤检出，其微型动物分布较单一。在生物接触氧 化中出现的微型后生动物如轮虫、线虫、枝角类动物一般以食肉为主，他们能够软化生物膜，促使 生物膜脱落，从而保持生物膜活性及反应器良好的净化功能。其中轮虫一般以水中的细菌、霉菌、 藻类及原生动物为食，若底泥中轮虫数量多且活跃，个体肥大，则表示生物处理效果较好l l 们j ，本试 验期间观察到的轮虫具有上述特征，由此可见本文的生物接触氧化系统运行良好。阶式反应器中出 现的枝角类动物如直额弯尾潘及挠足类动物如单节水生猛水蚤等小型甲壳动物一般均为肉食性，以 水中的原生动物及小型后生动物为生，一般在生物处理效果较好，系统运行稳定，水质较好时出现 1 0 8 。摇蚊幼虫般以寡毛类及甲壳动物为食，阶二中底泥中同时观察到枝角类、挠足类甲壳动物及 摇蚊幼虫，证明其生物相丰富，反应器生态体统完整。由阶式反应器三阶生物膜上微小动物种类与 数量的差别可以看出，正是由于阶式反应器在流态上具有推流的特点，其各阶反应器都形成了适合 本阶进水水质的微生物群落，因此可以保证对污染物的良好去除效果。 东南大学硕士学位论文 3 4 本章小结 ( 1 ) 三种填料对太湖原水的处理效果研究表明，采用组合填料和悬浮球填料的反应器对氨氮和 c o d m i i 的去除率远高丁弹性立体填料；在运行初期，悬浮球形填料对c 0 d m f l 的去除效果略优于组合 填料，但是随着反应器的稳定，组合填料除污效率逐渐由于悬浮球形填料。因此组合填料是三种填 料中针对太湖原水中的污染物去除效果最优的填料。 ( 2 ) 两种反应器除污性能研究比较表明，阶式反应器对氨氮、d o c 、c h l - a 、藻毒素、b d o c 等的去除效果远优于完全混合反应器。阶式出水对氨氮的去除率可达8 3 。2 、c o d _ m 。去除率达2 2 。6 ， d o c 去除率达3 4 3 ，c h l ，口去除率达5 9 7 ，对e m c 与t m c 去除率分别为7 5 8 、6 5 3 ，对 b d o c 去除率为6 7 1 。 ( 3 ) 将装有三种不同填料的三阶反应柱串联成阶式反应器，结果表明其净水效果比装填相同体 积组合填料的完全混合反应器除污效能高，这表明阶式反应器确实可以提高生物接触氧化工艺的除 污效能。此外各阶反应器对污染物的玄除特点表明，悬浮球形填料对悬浮性颗粒污染物具有良好的 截留效果，而组合填料对溶解性有机物及氨氮、亚氮具有良好的降解效果。因此可以充分利用各种 填料的特点，进行优化组合，提高反应器的除污效能。根据本节试验结果，可将悬浮填料置于第一 阶，而在第二阶及第三阶中装填组合填料，这样既可以充分发挥两种填料的优点，也可以解决组合 填料容易结团的弊病。 ( 4 ) 对各阶反应器生物膜上的生物量与生物活性的研究表明，阶式反应器的生物膜生物晕小于 完全混合反应器，而生物活性高于完全混合反应器；阶式反应器三阶中，阶一的生物量与生物活性 均高于阶二与阶三。 ( 5 ) 对各阶反应器生物膜上的微型动物观察结果表明，阶式反应器由于其流态上具有推流的特 点，因此原水中污染物浓度在各反应器中也呈推流分布，从而使得其各阶反应器形成了适合本阶进 水水质的微生物群落，保证了阶式反应器对污染物的良好去除效果。 ( 6 ) 生物预处理对溶解性有机物有较好的去除效果，去除机理除了包含微生物胞外酶对大分子 有机物的分解作用及微生物对小分子有机物的降解作用外，生物膜的吸附及微生物絮凝作用对去除 原水中的d o c 也有重要作用。 第p q 章生物预处理对后续常规t 艺影响研究 第四章生物预处理对后续常规工艺影响研究 4 1 工艺流程及试验方法 为了研究生物预处理对后续常规工艺的影响效果及其作用机制，本文在生物预处理后分别接常 规混凝沉淀+ 砂滤工艺及常规混凝气浮+ 砂滤工艺。考察在有生物预处理及没有生物预处理的情况下， 各t 艺流程对原水中污染物去除效果的差别，并通过混凝沉淀小试试验及颗粒计数，分子量分布分 析等探讨生物接触氧化工艺的除污机理。 4 1 1 工艺流程 太 湖 原 水 中问水箱砂滤柱 出水 出水 图4 1 生物预处理对后续常规工艺影响研究t 艺流程图 因为本文的试验原水为太湖富营养化含藻水，因此常规t 艺包含混凝沉淀及混凝气浮两种工艺， 以对比优选出更适含高藻水源水的常规处理工艺。本实验共包含4 套工艺流程，分别如下： 工艺1 ：太湖原水一混凝沉淀寸砂滤j 出永 工艺2 ：太湖原水一生物预处理寸混凝沉淀一砂滤一出水 工艺3 ：太湖原水专混凝溶气气浮专砂滤一出水 工艺4 ：太湖原水一生物预处理_ 混凝溶气气浮一砂滤一出水 本文的常规工艺设计规模均为1 m ，试验过程中，混凝剂为a 1 2 ( s 0 4 ) 3 ，投加量为2 5 m g l ，其 中a 1 2 0 3 含量1 0 。 4 1 2 试验方法 本节实验主要包含两部分内容，一是考察生物预处理对后续常规工艺去除污染物效果的影响； 二是对生物预处理的影响机制进行研究。首先太湖原水不经过生物预处理而直接进入混凝沉淀池或 混凝溶气气浮池，进行常规工艺制水，即分别运行工艺1 及工艺3 ，考察两种常规工艺对各水质指 标的去除效果：然后将水源水通过生物接触氧化反应器后，再分别接入混凝沉淀池及混凝溶气气浮 池，考察经过生物预处理后，工艺2 及上艺4 对原水中污染物的去除效果。在以上基础上，对生物 预处理出水分别进行混凝沉淀小试试验研究、颗粒粒径分布研究及有机物分子量分布研究，从宏观 到微观上分析生物预处理对后续常规工艺的影响机制。试验期间，生物预处理水力停留时间为2 h ， 采用增氧泵曝气，生物接触氧化各阶反应器内溶解氧保持在4 5 8 ，o m n 之间。 3 l 一 目 v j 粤 腻 蛹 东南人学硕 = 学位论文 4 2 试验结果与分析 4 2 1 生物预处理对常规水质指标的影响 4 2 1 1 对浊度的影响 混凝沉淀+ 砂滤常规工艺是我国目前 大部分自来水厂所使用的制水工艺，以去 除原水中的浊度、悬浮物、微生物等为主 要目标。只要在适宜的工况条件下，一般 可以对浊度取得良好的去除效果。图4 2 为4 种工艺对浊度的去除效果。试验期间 原水浊度值在3 0 - - 9 0 n t u 之间。工艺l 与 工艺3 为常规的混凝沉淀+ 砂滤与混凝气 浮+ 砂滤，对浊度去除率可分别达到 9 9 2 、9 8 7 ，出水浊度值分别为0 。31 、 0 6 0 n t u 。而生物预处理+ 混凝沉淀+ 砂滤 工艺即工艺2 与生物预处理+ 混凝气浮+ 砂 3 主 v 趔 茸 爱 * 五 图4 2 不同组合工艺对原水浊度的去除效果 滤即工艺4 出水浊度均在0 2 n t u 以下，去除率均在9 9 。6 以上。生物预处理对浊度的去除主要是靠 填料的截留作用，其皴果较差，而且部分老化脱落的生物膜可能会随水流流出，增加出水浊度值 因此对浊度的去除只有3 0 0 0 - 4 0 ，经过生物预处理后，出水浊度在2 2 3 5 n t u 之间。有学者研究指 出，原水的浊度的减低会在一定程度上降低常规工艺对浊度的去除率【1 0 9 ，们，但是由工艺2 及工艺4 的出水浊度可以看出，生物预处理不仅不会降低浊度的去除效果，相反会在一定程度上强化常规工 艺对浊度的去除率，使工艺出水浊度保持在较低水平，从而能有效保证水厂出水浊度达到生活饮用 水卫生标准规定。生物预处理对组合工艺去除浊度的强化作用的可能机制为：生物膜能够吸附部分 构成浊度的粒径较小的颗粒物，而这类悬浮物在常规t 艺中不易被混凝去除：此外微生物所分泌的 多聚糖等粘性物质有较好的类似生物絮凝的作用，这类物质可以强化后续混凝沉淀或混凝气浮效果。 从试验结果还可以看出，混凝气浮工艺对浊度的去除效果差于混凝沉淀工艺。 4 2 1 2 对氨氮、亚氮的影响 原水1 混沉1 砂滤l 原水2 生物混沉2 砂滤2 图4 3 各工艺对氨氮的去除效果