（环境工程专业论文）强化混凝微波膜组合工艺处理微污染水的研究.pdf

摘要 摘要 本文采用反应相转化法制备聚乙烯醇( p v a ) 微滤膜，分别考察了强化混凝 与强化混凝微滤膜组合工艺对微污染原水的处理效果，并对微滤膜污染机理与 清洗方式进行了研究，得到以下结论： 1 采用反应相转化法，研究不同乳化煤油用量下制备的p v a 型微滤膜的性 能，结果表明：制备的p v a 微滤膜孔隙率均大于8 8 ，l u x c h 型两种微滤膜 呈现粗骨架、多孔结构，过滤精度在o 2 6 l im 以下。l u x f h 型两种微滤膜呈现 出薄壁的骨架结构，过滤精度高于0 2 61 1m 。l u x c h 2 型微滤膜具有较好的过 滤精度与高膜通量，可作为微滤膜材料应用于微污染水处理。 2 利用强化混凝工艺对微污染水进行处理，结果表明： ( 1 ) 采用聚合氯化铝与硫酸铝作为絮凝剂，通过单因素实验，分别获得了 两种絮凝剂的较佳的工艺条件。聚合氯化铝处理微污染水较佳工艺条件为：聚 合氯化铝用量2 5 m g l ，p h 值为6 5 ，在此条件下，出水水质中浊度、氨氮与u v 2 5 4 分别为0 4 6 n t u 、o 7 9 m g l 与0 0 5 4 a ，三者的去除率分别为9 8 2 、4 9 9 与 6 2 4 ；硫酸铝处理微污染水较佳工艺条件为：硫酸铝用量4 0 m g l ，p h 值为5 5 ， 此条件下，出水水质中浊度、氨氮与u v 2 5 4 分别为0 7 8 n t u 、o 8 1 m g l 与0 0 4 6 a ， 三者的去除率分别为9 7 6 、4 8 4 与6 5 9 。聚合氯化铝在浊度与氨氮的去除 效果上略好于硫酸铝，但硫酸铝去除有机物的能力优于聚合氯化铝。 ( 2 ) 采用聚合氯化铝与聚丙烯酰胺复配作为絮凝剂处理微污染水，通过正 交实验，获得了强化混凝的最佳工艺条件：p h 值为6 5 、p a c 用量为2 0 m g l 、 p a m 用量为2 m g l 。在此基础上，浊度、氨氮、u v 2 5 4 的去除率分别为9 8 3 5 、 5 0 6 7 与7 9 3 7 ，出水水质中三者分别为0 4 2 n t u 、0 6 4 m g l 与0 0 3 5 a 。强化 混凝工艺在弱酸环境下对有机物与浊度具有较好的去除效果，可有效地去除水 中的腐殖酸与悬浮物。 3 利用强化混凝微滤组合工艺对微污染水进行处理，结果表明： ( 1 ) 膜直接过滤对微污染水中浊度、氨氮与u v 2 5 4 的去除效果不高，相比 于膜死端过滤，膜错流过滤工艺的处理效果更好，具有更高的膜通量。 ( 2 ) 通过正交实验，采用死端过滤获得了强化混凝微滤组合工艺的最佳操 作条件：p a c 用量为2 0 m g l 、p a m 用量为2 m g l 、过滤时间为1 。5 h ，在此条件 摘要 下，浊度、氨氮、u v 2 5 4 的去除率分别为9 8 9 2 、6 8 5 7 与8 5 3 1 ，出水水质 中三者分别为0 3 3 n t u 、0 5 1 m g l 与0 0 2 8 a 。强化混凝微滤组合工艺可有效的 去除微污染水中的有机物、浊度、氨氮。 4 对膜污染机理与过程进行了探讨，研究了反复运行下不同清洗方式对膜 清洗效果的影响，结果表明：机械刮膜+ 反冲洗( 5 r a i n ) 清洗方式可很好的缓解膜 污染，三次过滤周期与三次组合冲洗后的膜通量可恢复到9 8 8 。强化混凝可有 效的防止膜污染，且强化混凝微滤组合工艺明显提高p v a 微滤膜的再生能力， 延长膜的使用寿命。 关键词：p v a 微滤膜；强化混凝；微污染水；腐殖酸；膜污染 a b s t r a c t a b s t r a c t p o l y v i n y la l c o h o l ( p v a ) m i c r o f i l t r a t i o nm e m b r a n ew a sp r e p a r e db yr e a c t i o n p h a s e i n v e r s i o nm e t h o di nt h i s p a p e r e n h a n c e dc o a g u l a t i o n a n de n h a n c e d c o a g u l a t i o n m i c r o f i l t r a t i o nm e m b r a n ec o m b i n a t i o np r o c e s sw e r eu s e dt ot r e a tt h e m i c r o p o l l u t e dw a t e r ，a n dt h em i c r o f i l t r a t i o nm e m b r a n em e c h a n i s ma n dc l e a n i n g m e t h o d s w e r ed i s c u s s e d 1 1 1 ec o n c l u t i o n sw e r eo b t a i n e da sf o l l o w ： 1 s e v e r a lp v am i c r o f i l t r a t i o nm e m b r a n e sw e r e so b t a i n e dw i t hd i f f e r e n t a m o u n t so fe m u l s i f i e dk e r o s e n eb yr e a c t i o np h a s ei n v e r s i o nm e t h o d , a n dt h e p r o p e a i e so fm e m b r a n e sw e r es t u d i e d ，n l e r e s u l t ss h o w e dt h a tp o r o s i t yo ft h e s e m e m b r a n e sw e r ea b o v e8 8 t w ol u x c h - t y p em e m b r a n e se x p r e s st h ec o a r s e s k e l e t o na n dp o r o u ss t r u c t u r ea n dt h ef i l t r a t i o np r e c i s i o nw e r eb e l o w0 2 6 1 m a ，w h i l e t w oi ，i f h - t y p em e m b r a n e se x p r e s st h ec o a r s es k e l e t o na n dt h i n - w a l ls t r u c t u r ea n d t h ef i l t r a t i o np r e c i s i o nw e r ea b o v e0 2 6 p m u j x c h 一2m e m b r a n eh a sa d v a n t a g e so f g o o df i l t r a t i o np r e c i s i o na n dh i g hm e m b r a n ef l u x ，a n dc a nb eu s e da st h ef i l t r a t i o n m e m b r a n et ot r e a tt h em i c r o - p o l l u t e dw a t e r 2 e n h a n c e dc o a g u l a t i o nw a su s e dt ot r e a tt h em i c r o - p o l l u t e dw a t e r , ，n 圮r e s u l t s w e r eo b t a i n e da sf o l l o w ： ( 1 ) p o l y m e r i ca l u m i n i u m ( p a c ) a n da l u m i n u ms u l f a t ew e r eu s e da st h e f l o c c u l a n t s ，t h eo p t i m u mc o n d i t i o n so ft w of l o c c u l a n t sw e r ed e t e r m i n e db yt h e o n e f a c t o re x p e r i m e n t s n l eo p t i m u mc o n d i t i o n so fp a cw e r e ：t h ed o s a g eo fp a c w a s2 5 m g l ，p hw a s6 5 ，u n d e rt h e s ec o n d i t i o n s ，t h et u r d i b i t y ，n h 3 - na n du v 2 5 4o f o u t p u tw a t e rw e r e0 4 6 n t u ，0 7 9 m g la n d0 0 5 4 a ，r e s p e c t i v e l y n l er e m o v a lr a t eo f t h e s ei n d e x sw e r e9 8 2 ，4 9 9 a n d6 2 4 t h eo p t i m u mc o n d i t i o n so fa l u m i n u m s u l f a t ew e r e ：t h ed o s a g eo fa l u m i n u ms u l f a t ew a s4 0 m g l ，p hw a s5 5 ，u n d e rt h e s e c o n d i t i o n s ，t h et u r d i b i t y ，n h 3 - na n du v 2 5 4o fo u t p u tw a t e rw e r e0 7 8 n t u ，0 81 m g l a n do 0 4 6 a ，r e s p e c t i v e l y t h er e m o v a lr a t eo ft h e s ei n d e x sw e r e9 7 6 ，4 8 4 a n d 6 5 9 t h ee f f e c to fp a co nt h er e m o v a le f f e c to ft u r d i b i t ya n dn h 3 - nb e t t e rt h a n a l u m i n u ms u l f a t e ，h o w e v e r , t h ee f f e c to fa l u m i n u ms u l f a t eo nt h er e m o v a le f f e c to f i j v 2 5 4w a sb e t t e r i i i ( 2 ) p a ca n dp o l y a c r y l a m i d e ( p a m ) w e r eu s e d 嬲t h ef l o c c u l a t e st ot r e a tt h e m i c r o - p o l l u t e dw a t e r , t h eo p t i m u mc o n d i t i o n so fe n h a n c e dc o a g u l a t i o nw e r e d e t e r m i n e db yo r t h o g o n a le x p e r i m e n t ：p hw a s6 5 ，t h ed o s a g eo fp a cw a s2 0 m g l ， t h ed o s a g eo fp a mw a s2 m g l ，u n d e rt h e s ec o n d i t i o n s ，t h et u r d i b i t y ，n h 3 - na n d u v 2 5 4o fo u t p u tw a t e rw e r e0 4 2 n t u ，0 6 4 m g la n d0 0 35 a , r e s p e c t i v e l y t h e r e m o v a lr a t eo ft h e s ei n d e x sw e r e9 8 3 5 ，5 0 6 7 a n d7 9 3 7 ，r e s p e c t i v e l y e n h a n c e dc o a g u l a t i o nh a sab e t t e re f f i c i e n c yi nr e m o v a lr a t eo fo r g a n i c sa n dt u r b i d i t y w i t ht h ew e a k l ya c i d i c ，i tc a nr e m o v et h eh u m i ea c i d sa n ds u s p e n s i o n se f f e c t i v e l y 3 e n h a n c e dc o a g u l a t i o n - m i c r o f i l t r a t i o nm e m b r a n ec o m b i n a t i o nt e c h n i q u ew a s u s e dt ot r e a tt h em i c r o - p o l l u t e dw a t e r ，t h er e s u l t sw e r ea l sf o l l o w ： ( 1 ) d i r e c tf i l t r a t i o nh a sab a de f f e c ti nt h er e m o v a lo ft u r d i b i t y ，n h 3 - na n d u 5 4 ，c o m p a r e dw i t hd e a d e n df i l t r a t i o n , c r o s s f l o wf i l t r a t i o nh a sab e t t e rt r e a t m e n t e f f e c t sa n dh i g h e rm e m b r a n ef l u x ( 2 ) mo p t i m u mc o n d i t i o n so fe n h a n c e dc o a g u l a t i o nw e r ed e t e r m i n e db y o r t h o g o n a le x p e r i m e n tu s i n gt h ed e a de n df i l t r a t i o nm e t h o d ：t h ed o s a g eo fp a cw a s 2 0 m g l ，t h ed o s a g eo fp a mw a s2 m e g t ，t h ec y c l et i m ew a s1 5 l l ，u n d e rt h e s e c o n d i t i o n s ，t h et u r d i b i t y ，n h 3 - na n du v 2 5 4o fo u t p u tw a t e rw e r e0 3 3 n t u ，0 51 m g l a n d0 0 2 8 a ，r e s p e c t i v e l y t h er e m o v a lr a t eo ft h e s ei n d e x sw e r e9 8 9 2 ，6 8 5 7 a n d 8 5 31 ，r e s p e c t i v e l y t h et e c h n i q u ec a r lr e m o v a lt h eo r g a n i c s ，t u r b i d i t ya n dn h 3 一n e f f e e t i v e l y 4 t h em e c h a n i s ma n dp r o c e s so fm i c r o f i l t r a t i o nm e m b r a n ew e r es t u d i e d ，a n d t h ec l e a n i n ge f f e c th a v eb e e ni n v e s t i g a t e du s i n gd i f f e r e n tc l e a n i n gm e t h o d s ，t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tm e c h a n i cw i p e df i l m b a c k w a s hp r o c e s s ( 5 m i n ) c a l lr e d u c et h e m e m b r a n ef o u l i n ge f f e c t i v e l y 啊1 er e c o v e r yr a t eo fm e m b r a n ef l u xa f t e rt h r e ef i l t e r c y c l e sa n dw a s hc y c l e sw a s9 8 8 e n h a n c e dc o a g u l a t i o nh a st h ee f f e c to fp r e v e n t i n g t h em e m b r a n ef o u l i n g , a n dr e g e n e r a t ec a p a c i t yo fp v am i c r o f i l t r a t i o nm e m b r a n eh a s b e e ni m p r o v e dd r a m a t i c a l l yu s i n ge n h a n c e dc o a g u l a t i o n m i c r o f i l t r a t i o nm e m b r a n e c o m b i n a t i o nt e c h n i q u et op r o l o n gm e m b r a n el i f et i m e k e yw o r d s ：p v am i c r o f i l t r a t i o nm e m b r a n e ；e n h a n c e dc o a g u l a t i o n ；m i c r o - p o l l u t e d w a t e r ；h u m i ea c i d ；m e m b r a n ef o u l i n g i v 第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 水资源现状 水是生命之源，是人类生存与发展必不可缺的自然资源，也是经济、社会 发展不可替代的物质基础与重要资源。地球上的天然水资源非常丰富，总量近 1 3 8 亿k m 3 ，但9 8 以上是难以直接用于饮用或工农业生产的海水，淡水资源仅 有3 0 x 1 0 6 k x n 3 左右，大部分以冰山与冰帽等固体形式出现在南北两极，使用非 常有限。人们可直接使用的淡水量大约为1 o x l 0 5 k m 3 左右，仅占地球总水量的 0 0 1 4 ，且分布很不均衡【l - 2 。 目前，随着工农业经济的迅速发展、人口数量的增加以及人民生活水平的 提高，全球范围内对淡水的需求量与消耗量不断上升。近1 0 年内，世界年用水 量正以5 的增幅递增，然而更让人担忧的是，由于人类对水资源的不合理开发 与使用，致使水环境污染越来越严重，大量的工业废水与生活污水未处理或未 处理达标便排放，以及农药化肥的不合理使用等造成水资源的非点源污染，均 导致淡水水质的恶化，加剧了水环境的污染程度。据统计，全世界每年排放的 工业废水、生活污水等达到4 5 0 0 亿吨左右，造成5 万多亿吨水资源被污染。水 资源匮乏与水环境污染，是当今全球水资源面临的两大问题。 我国是水资源短缺的国家，虽然水资源的总量占世界水量的2 7 ，位居世 界第六位，但由于我国的人1 ：3 众多，人均占有水量仅为2 3 0 0 m 3 左右，不到世界 人均水占有量的1 4 ，居世界第1 1 0 位，被联合国列为1 3 个贫水的国家之一【3 】。 我国水资源分布非常不均匀，受地形、地势、大气环流、气候以及降水等因素 影响，水分布大体格局是南方多、北方少；东南多、西北少。全国水资源总量 的7 5 以上集中在占国土面积不到4 0 的长江区域及以南地区。据统计，全国 6 6 8 个城市里，有4 0 0 多座城市出现供水短缺的危机，2 0 0 0 多万人饮水困难， 城市年缺水量达到6 0 多亿m 3 ，全国每年缺水量已超过3 5 0 亿m 3 。我国近几年 的平均水资料总量为2 7 6 0 0 x 1 0 8 m 3 ，到2 0 5 0 年，全国饮用水总量将从过去的 4 5 0 0 x 1 0 8 m 3 增加到8 3 0 0 x 1 0 8 r n 3 ，占我国可用水资源的3 0 以上，我国面临非常 严重的缺水危机。 我国水体污染状况十分严峻，全国每年污水排放量高达4 0 0 多亿吨。随着 第一章文献综述 社会经济的发展，尤其是有机化工、农药、石油化工等工业的发展，其在生产、 使用过程中对水环境造成了很大的污染，造成地表水水质的严重恶化，威胁人 类的身体健康。2 0 0 6 年中国环境状况公报显示：全国国家控制的重点湖库中， 水体水质符合类的仅有2 个，i 类、类、v 类、劣v 类的分别占2 2 、 4 、1 9 与4 8 ，v 类、劣v 类较前几年有较大的增幅，其中太湖与滇池的水 质为劣v 类，主要污染物体现为氮与磷含量的严重超标。对1 0 7 个城市的饮用 水水质监测结果发现，达到饮用水标准的不到7 5 。2 0 0 7 年中国环境状况公报 表明：全国地表水总体为中度污染，其中黄河、淮河水质为中度污染，海河、 辽河地表水质为重度污染，同时，湖泊的富营养化问题与海域污染严重，其中 近岸海域类、劣类比例就达到2 5 4 。在监测的1 9 7 条河流的地表水监测 断面中，i i i i 类比例仅为4 9 。9 ，劣v 类达到2 3 6 。2 0 0 9 年中国环境状况公 报表明：全国地表水总体污染较重，七大水系为轻度污染，浙闽区河流为轻度 污染，西北诸河为轻度污染，西南诸河水质良好，湖泊( 水库) 富营养化问题 突出。2 0 3 条河流4 0 8 个地表水国控监测断面中，i 类、v 类和劣v 类 水质的断面比例分别为5 7 3 、2 4 3 和1 8 4 。地表水普遍呈现出氨氮含量高、 色度高、有机物浓度增多、藻类繁殖等特点。由此可见，我国水污染问题仍很 严重。 1 2 微污染原水性质与特点 微污染原水指的是由于有机污染物的引入造成水污染，水中部分化学、物 理、微生物指标，如有机物含量、氨氮、c o d s 血、悬浮物等，超过地表水环 境质量标准中i 类水体标准，无法满足饮用水水源的水质要求。微污染原水 中含有的污染物种类很多且非常复杂，但浓度相对很低，这些污染物对人体的 危害很大，特别是有机污染物具有致癌、致突变、致畸的作用。 微污染水的特点主要表现为： ( 1 ) 微污染水水质的好坏主要受排放的工农业废水与生活污水的影响，在江 河地表水上表现为有机物、氨氮、浊度、色度等指标过量；在湖泊、水库等则 表现为水体的富营养化，藻类滋生。 ( 2 ) 水体中溶解性有机物含量不断增加，而常规给水处理工艺难以去除有机 物，这会导致混凝剂投加量与氯耗的增加，增加处理费用。同时，水体中有害 2 第一章文献综述 病原细菌、有害微生物去除率很低，难以达到生活饮用水卫生标准的水质 标准。 ( 3 ) 水中有机物加氯后，会产生致癌的三卤甲烷( 删) ，同时，水中微 量的有毒有机物，大多会对人体产生慢性或急性的致毒作用，内分泌干扰物质( 又 称环境荷尔蒙) 具有“致癌、致突变、致畸”作用，严重干扰人类和动物的生殖 功能。 微污染水中包括的污染物主要有： ( 1 ) 有机污染物 水体中有机污染物可分为：天然有机物和人工合成有机物两种【4 】。天然有机 物主要是指动植物在自然环境中经腐烂分解生成的腐殖质、动植物组织、微生物 等。其中腐殖质具有羧基、羟基等大量的功能团，可吸附或结合各种阳离子或基 团生成络合物，增加污染物在水中的溶解性。人工合成的有机物种类非常多，绝 大多数为有毒有机污染物，如农药、有机化工产品、生物制药、有机洗涤剂等， 这类物质难以降解，具有残留性、生物富集性、致癌性、有毒性等特点【5 1 。人工 合成的有机物容易被生物吸收并不断富集在食物链中，对人体危害很大。 ( 2 ) 氮、磷、钾等营养物质 工业生产与生活中，会产生大量的含氮、磷、钾等物质，其排入水体中， 会造成水体富营养化，特别是水中藻类等水生生物的大量繁殖，从而导致水质 变浑、变黑变臭，危害人类健康【6 】。水体中的氮主要以氨、有机氮、硝酸盐等形 式存在，氨氮含量高，需要消耗大量的氯来形成氯胺，散发出难闻的恶臭，同 时，硝酸盐等含量高的饮用水会诱发人体高铁血红蛋白的产生。 ( 3 ) 病毒微生物 水体中病毒微生物危害很大，具有传染性，会引起细菌感染而致使人体生 病。病毒微生物主要来自医药废水、生活垃圾、城市生活废水、制药工业废水 等，其可通过各种途径，进入地表水中。 1 3 饮用水处理工艺 1 3 1 强化常规处理工艺 1 3 1 1 强化混凝 强化混凝是通过对混凝工艺技术进行改造与强化，改善絮凝剂性能与絮凝 3 第一章文献综述 条件，并加入适量的新型有机高分子絮凝剂、无机高分子絮凝剂等，从而提高 混凝工艺对水中有机物的去除效率。强化混凝的反应机理在本质上仍然是传统 混凝机理。微污染水常用的混凝剂为氯化铁、聚合氯化铝、硫酸铝、硫酸铁等。 强化混凝的方式主要包括：( 1 ) 增加混凝剂的投加量，使水中的颗粒脱稳 凝聚。( 2 ) 投加助凝剂，增加混凝剂在水中的吸附与架桥作用。( 3 ) 研发并使用 新型高效的混凝剂。( 4 ) 优化混凝条件，如水力条件、调节水温、水中p h 值等。 有机物的去除主要与混凝剂的性质与种类、混凝剂用量、助凝剂用量有关。因 此，开发新型混凝剂与助凝剂是强化混凝技术的关键与发展方向1 7 以引。 韩耀霞【1 3 】从净化微污染水的角度，采用强化混凝的方法，探讨了聚丙烯酰 胺与聚合氯化铝两者联用处理微污染水中的有机物，并通过混凝实验，研究混 凝剂用量与投加方式对有机物去除效果的影响。结果表明：两者联用可很好的 去除水中的c o d m i i 与浊度，加入助凝剂p a m ，可节约2 倍的混凝剂用量，浊度 去除率与c o d 去除率可分别达到9 5 与8 0 ，具有很好的推广价值。 卢静芳等【1 4 】采用强化混凝工艺对微污染湖泊水进行处理，通过烧杯实验和 连续混凝实验，研究了混凝剂用量、p h 值、水温等对污染水的浊度与t o c 的去 除情况。结果表明：当聚合氯化铝用量为3 0 m g l 时，浊度与t o c 的去除率可 分别达到9 0 1 9 与3 8 2 。当水温在2 0 。c 以上时，聚合氯化铝对浊度与t o c 的 去除效率依然可达到8 4 9 5 与3 3 1 8 。同时，不改变废水中的p h 值，强化混 凝仍然可很好的保证出水水质，出水浊度为0 1 n t u 、t o c 为6 2 3 m g l 。 潘碌亭等【1 5 】将聚硅硫酸铝( p a s s ) 、粉末活性炭( p a c ) 两者联用来处理微污 染水，通过烧杯混凝实验，研究强化混凝对微污染原水的处理效果。他们发现： 两者同时投入对水中浊度、u v 2 价c o d m n 有很好的去除效果，当p a s s 与p a c 投加量均为5 m g l 时，水中剩余浊度 1 n 1 u ，u v 2 5 4 、c o d u n 去除率可分别大于 5 8 与6 0 。p a c 的投加顺序对微污染水处理效果有很大的影响。两者联用处 理后的水质可满足饮用水的标准，运行的药剂费为0 0 4 2 甜，工艺具有良好 的应用前景。 朱云等【1 6 】针对微污染水低浊度的特点，根据混凝原理，设计了新型的旋流 一体化混凝净水器，这种净水器可大大的增加水中颗粒的碰撞概率，有效的减 少无序旋涡的产生，并充分利用絮体的沉淀时间强化混凝工艺，达到了提高出 水水质的目的。他们将净水器用于处理微污染珠江原水，发现：出水水质中浊 度在o 0 8 0 1 l l n t u 之间，净水器具有高速高效的作用，非常适合中小型自来水 4 第一章文献综述 厂用于处理微污染原水。 1 3 1 2 强化沉淀 常规水处理工艺中沉淀分离是非常重要的环节，水中胶体颗粒、絮体等的 沉淀分离效果对后续水处理的负荷以及出水水质有很大的影响。随着工农经济 的发展，导致微污染原水中有机污染物含量不断增加，水中包含有悬浮物、胶 体颗粒、金属离子、可溶性有机物等，成分非常复杂，仅仅使用常规的沉淀法 很难满足用水要求，需要对沉淀给水处理工艺进行强化。主要可使用以下几种 方法：( 1 ) 开发高效新型的高分子有机、无机絮凝剂，提高絮体的密实度，强 化絮体的净化性质；( 2 ) 优化沉淀工艺的水力条件，提高沉淀效率，减少沉淀 时间与沉降距离；( 3 ) 增大絮凝胶体的有效浓度。强化沉淀处理微污染原水， 当水流经过沉淀区域时，其可在水中很快的形成具有悬浮网状堆积的过滤层， 出水通过时，该过滤层可捕获吸附水中的颗粒、胶体、有机物等，实现自下而 上的清水分离和自上而下絮体沉淀，以达到提高沉淀分离的效果【1 7 1 。 1 3 1 3 强化过滤 滤池的主要作用是促使滤料与水中脱稳的胶体发生凝聚作用而除去有机 物、浊度等。传统的水处理过滤工艺是通过投加氯来控制滤料里的微生物繁殖， 达到增加滤池过滤周期的目的，这种方法的生物降解作用很小，水中有机污染 物处理效果不好。 强化过滤工艺可在不投加氯的情况下，在滤料的表面培养出微生物，并通 过微生物的生长与繁殖活动来分解水中的有机污染物；其也可通过对滤料的表 面进行化学改性，增大滤料表面的比表面积与吸附能力，从而实现对水中浊度、 有机污染物等的去除。前一种方法需要较高的运行管理条件，必须控制合适的 反冲洗强度，保证滤料在反冲洗过程中可冲洗掉沉积的物质，且要求具有很好 的微生物生长所需的环境。后一种使用新型或改性的滤料来强化过滤过程，相 对简单、容易操作，是近年来的给水处理的研究热点之一【1 8 之o 】。 杨艳玲等【2 l 】利用石英砂滤池与g a c 石英砂滤池对微污染原水中n h 3 n 、 c o d m n 与u v 2 5 4 进行处理。结果表明：石英砂滤池对三者的去除率可分别为 7 2 4 、1 9 6 和2 2 9 。g a c 石英砂滤池对三者的去除率可达到8 4 5 、3 9 6 和4 2 5 。g a c 石英砂滤池在运行期具有更明显的优势。微生物具有很好的降 解能力，可很好的将水中的有机物分解为二氧化碳与水。同时，生物膜比表面 5 第一章文献综述 积大，具有吸附絮凝作用，可很好的吸附水中的有机物。 张亮等瞄】利用不同滤料介质的生物滤池对微污染原水进行处理，他们发现： 双层生物滤料滤池可以很好的去除水中的有机物、氨氮等，用颗粒活性炭- 石英 砂滤料滤柱明显比颗粒活性炭沸石滤料滤柱处理效果好，浊度去除率可达到 4 9 2 9 ，c o d l c m 去除率稳定在2 5 9 9 ，添加少量臭氧可以提高生物滤池的去除 效果。 李思敏等【2 3 】在普通砂滤池的石英砂表面加入微生物进行培养，使其表面附 着生物膜形成生物砂滤池，并应用于处理微污染原水，结果表明：普通砂滤池 对c o d m n 的去除率为1 3 ，氨氮去除率为2 3 5 ，而生物砂滤池对c o d m n 的去 除率可达到3 1 5 ，氨氮去除率可达到8 8 3 ，亚硝酸盐氮去除率可达到9 0 以 上，明显比普通砂滤池去除率高。微生物可很好的分解水中的有机物与有机氮， 生物膜可对微量的悬浮物进行处理，使出水水质中浊度小于1 n t u ，色度小于 1 5 度。 1 3 2 预处理技术 预处理技术是采用物理、生物或化学的方法，在常规处理废水的工艺之前， 对废水中的有机物、氨氮等污染物进行初级处理。预处理技术按处理原理可分 为吸附处理法与氧化法，氧化法又可划分为生物氧化法与化学氧化法。预处理 工艺可更好的发挥常规处理工艺的处理能力，减轻给水常规处理与深度处理的 负担，从而改善饮用水水质。 1 3 2 1 吸附预处理技术 吸附预处理技术用于处理微污染水主要采用的是沸石【2 4 彩】、凹凸棒石1 2 6 、 介孔复合吸附材料 2 7 1 、膨润土网、蒙脱石1 2 9 】、吸附树脂 3 0 - 3 2 等。 杨林等【3 3 】利用沸石作为吸附材料，研究沸石曝气生物滤池对微污染水中氨 氮去除效果，他们的工作主要是探讨沸石对氨氮的静态吸附性能，以及水力负 荷、气水比等运行参数对废水的去除效果。结果表明g 当吸附时间3 0 m i n ，氨氮 去除率可达到8 6 8 ，沸石呈现出快速吸附、缓慢平衡的趋势，处理效果显著。 缪伟等【3 4 】采用具有比表面积大、吸附性能好的复合凹凸棒滤料作为滤料， 采用复合凹凸棒滤料与石英砂组合的生物滤池工艺处理微污染水。结果表明： 该工艺对c o d m i l 去除率可达到3 2 6 4 2 1 ，n h 4 + - n 去除率可达到7 5 7 8 7 8 ， n 0 2 - n 去除率可达到8 4 2 9 2 4 。 6 第一章文献综述 何建敏等【2 7 】采用介孔复合吸附材料对微污染水中有机污染物与总磷的处理 效果进行了研究。他们发现：介孔复合吸附材料对t o c 与总磷的去除效果可分 别达7 6 7 和6 8 9 。动态吸附实验表明：当介孔复合吸附材料处理量为3 5 m l g ， 吸附流速为5 m l m i n 时，对t o c 和总磷的去除效果最佳，可分别达到6 8 7 和 2 0 3 。介孔复合吸附材料处理效果与活性炭差不多，具有非常广泛的应用前景。 1 3 2 2 化学氧化预处理技术 化学氧化法是将氧化剂投入到废水中，利用氧化剂的氧化性能将废水中污 染物进行氧化降解。氧化剂主要有臭氧3 5 。6 】、二氧化剥3 7 3 8 】、高锰酸钾口9 1 、液 氯咖】等。化学氧化法可提高常规处理废水工艺的处理效果，减少后续工艺的处 理负荷。 ( 1 ) 预氯化氧化 氯是应用最早也是目前自来水厂应用非常广泛的氧化消毒剂，可很好的抑 制水中因污染造成的微生物和藻类的生长，但同时氯气会与水中的某些有机物 反应产生氯化物，过量的氯还会产生三氯甲烷类物质，对人体健康有致癌的危 险，且很难被后续工艺去除。目前已普遍认识到应尽量减少氯在水净化过程的 使用。 ( 2 ) 臭氧氧化 臭氧具有非常强的氧化性能，在给水处理工艺中使用很广泛。通过臭氧氧 化化工艺不但可将难降解有机物分解为可生化降解的有机物，而且可以使不溶 性有机物转变为可溶性有机物，为后续的常规处理工艺提供有利的条件，因而 在微污染原水的处理中逐渐被推广。 ( 3 ) 高锰酸钾及高锰酸盐复合剂氧化 高铁酸钾是近年来研究较为活跃的氧化剂之一，它是一种优良的预处理药 剂，能显著的抑制氯化副产物的生成，减少水中有机物的数量与浓度，在给水 处理工艺中具有氧化、杀菌、吸附等作用。将高锰酸钾与某些无机盐等复配获 得的高锰酸盐复合剂，在微污染水处理中可分解为具有极强氧化能力的中间态 物质，强化去除污染水中有机物、浊度、c o d 、色度等。 1 3 2 3 生物氧化预处理技术 生物氧化法是借助微生物群体新陈代谢的功能，去除废水中可生物降解的 有机物、硝酸盐、氨氮等物质。与物理吸附与化学氧化相比，生物氧化法可有 7 第一章文献综述 效的改善混凝沉淀的性能，减少混凝剂投加量，有效的分解水中的有机污染物， 同时还可使后续水处理工艺简单易行，改善和保证出水水质。生物氧化法主要 包括生物接触氧化法【4 1 4 2 1 、曝气生物滤池法【4 3 - 4 4 、生物流化床法【4 5 1 、生物转盘 等。 ( 1 ) 生物接触氧化法 生物接触氧化法是介于生物滤池法与活性污泥法之间的一种处理方法，它 是将充氧的废水循环流经装有填料的反应器，并利用填料表面形成的生物膜的 絮凝吸附与氧化作用对废水中的氨氮、c o d 、有机物等进行处理。生物接触氧 化法具有处理能力大、抗冲击负荷强、污泥少的优点；缺点是投资成本高、填 料价格贵、水力冲刷小。 刘科军等【4 6 】采用三阶跌水曝气生物接触氧化对微污染水进行预处理研究。 他们发现：在平均水温为1 9 5 c ，溶解氧为7 9 0 m g l ，水力停留时间( h i m 为 1 6 h 时，该工艺对微污染水中氨氮、浊度、亚硝酸氮、c o d 的去除效果可分 别达到6 5 4 、3 6 2 、6 7 o 、1 7 o 。通过三级跌水曝气共充氧1 4 1 m g l ， 使出水溶解氧浓度大于4 6 9 m g - l 一。该工艺可有效的克服传统鼓风曝气推流反应 器均匀供氧不足的缺点。 陆洪宇等【4 7 】针对微污染水水质中浊度高的特点，采用接触氧化与生物过滤 的组合工艺对微污染水进行处理，结果表明：该工艺对废水中c o d m i l 、u v 2 “ 的去除率可分别达到3 3 3 与2 3 4 ，处理效果比传统的曝气生物滤池b a f 更 优，其中浊度去除率可达到7 4 2 ，比b a f 工艺高出3 0 左右。该工艺相比于 无预处理工艺，可使后续混凝工序平均节省2 3 1 的投药量，且工艺中生物滤柱 采用排泥法进行冲洗，冲洗周期比b a f 的反冲洗周期长很多。 黄廷林等 4 8 】针对水库原水的含氮量严重超标的现状，选用新的悬浮填料与 贫营养原位生物接触氧化法对微污染水进行处理。结果表明，在d o 含量控制在 3 0 - - 4 0m g l ，水温为2 5 c 时，工艺对废水中的n h 4 + - n 、n 0 3 。- n 、t n 及c o d 处理效果显著，最大去除率分别为7 3 、8 0 、7 7 和2 8 。工艺运行稳定处理 后的水质可满足地表水环境类水体的质量标准。 ( 2 ) 曝气生物滤池法 曝气生物滤池具有成本低、投资少、占地面积少、处理效果好、运行方便、 易管理等优点，广泛的应用于微污染原水的预处理，可有效的去除微污染水中 的有机物、氨氮、c o d 、浊度等。 8 第一章文献综述 邹浩春等【4 9 】研究了b i o s m e d i 生物滤池对无锡市微污染原水的处理效果， 他们利用自然挂膜的启动方式，发现生物滤池在运行1 2 d 后，氨氮去除率稳定 在6 0 以上，在生物滤池满负荷运行时，对废水中的c o d m 、氨氮、藻类、亚 硝酸盐氮的去除率可分别达到9 6 、7 1 1 、2 0 7 与4 2 7 ，处理效果明显。 瞿艳芝等【5 0 】利用g b a f 固定化曝气生物滤池和c a s 活性污泥法两种方法 对微污染水进行研究。结果表明：g b a f 工艺对c o d 、浊度、n f i a - n 的去除率 可分别达到5 0 1 、9 0 、9 3 5 ，各个指标均比c a s 高出4 0 以上。g b a f 工艺处理后的废水中有机物以羧酸、酮类为主，对有机物降解能力明显，g b a f 工艺处理微污染水具有很大的优势。 ( 3 ) 生物流化床法 生物流化床是选用o 2m m 1 0 m m 规格左右活性炭、砂、陶粒等作为生物载 体，在水流与气流碰撞接触下去除废水中的有机物等。采用生物流化床，可有 效的解决固定填料床经常出现的填料堵塞的问题，提高了水质的净化效率，具 有比表面积与水力负荷大、处理效果好、抗冲击负荷能力强等优点。但其由于 运行过程需保持流化状态，能源消耗大、维护管理难，应用相对比较少。 ( 4 ) 生物转盘 生物转盘主要用于处理污染程度相对严重的微污染水。生物转盘表现为转 盘内的生物膜运行于气液两相之内，微生物可直接从大气环境中吸收充足的氧 气，发挥微生物的分解能与转化能力。生物转盘的优点是具有优良的耐冲击负 荷的能力、生物膜便于清理。但缺点是生物氧化接触时间很长、设备占地面积 大、投资成本高。 1 3 3 深度处理技术 深度处理通常是在常规给水处理工艺处理之后，采用适宜的处理工艺，将 常规给水处理技术无法去除的有毒有害污染物、副产物等加以去除，从而使出 水水质达到饮用水标准。深度处理技术主要包括：生物活性炭工艺、光催化氧 化法、活性炭吸附法、臭氧氧化等。 1 3 3 1 活性炭吸附法 活性炭具有比表面积大、优良的吸附性能的特点，一般分为粉末活性炭、 颗粒活性炭两种。粉末活性炭通常与混凝剂一起使用，水中的有机污染物等经 混凝吸附过程而去除，大部分活性炭与絮体粘附在一起成为污泥排出。颗粒活 9 第一章文献综述 性炭则是铺在过滤池的砂层上或者是置于活性炭池里，去除水中的有机物，颗 粒活性炭可再生多次使用。活性炭吸附法是一种非常有效的去除水中有机物的 方法【5 1 - 5 2 。 活性炭使用周期短，采用此技术会使水处理成本过高，限制了其全面推广 使用。一般来说，活性炭会与超滤、沸石、强化混凝等工艺联合使用以达到优 势互补，实现对微污染原水进一步深化处理【5 3 - 5 4 1