（环境工程专业论文）桂林市饮用水资源突发性氨氮微污染应急处理实验研究.pdf

桂林理工大学硕士学位论文 摘要 近年来我国工业化飞速发展，水源地突发性污染事件频繁发生，给城市供水 系统造成巨大隐患，我国自来水厂处理方式以传统工艺为主，随着水中污染物的 增加，传统给水工艺难以有效去除突发性水污染事件造成的氨氮污染物，传统工 艺下出水氨氮浓度难以达到安全供水的水质要求。因此，在发生突发性氨氮污染 事件后迅速有效的处理水中氨氮污染物，建立有效、完善的应急处理预案对桂林 市自来水厂的安全供水具有重大意义。 本实验以桂林市饮用水源突发性氨氮污染事件为研究对象，采用桂林市自来 水厂的工艺运行参数，通过搅拌实验模拟研究氨氮、有机物、浊度等污染物对水 体的影响，利用沸石对氨氮的选择吸附性能有效去除水中的氨氮的特点，通过沸 石、活性炭及混凝剂的组合方式有效去除污染物，以此提出突发性氨氮污染事件 的应急处理措施。 通过本论文的研究得出以下结论： 1 、沸石的粒径越小其吸附能力越高；进水氨氮浓度越高，越有利于发挥沸 石的吸附能力：沸石对氨氮的吸附是快速吸附，缓慢平衡的过程，吸附2 0 m i n 后达到吸附平衡状态，吸附效果最佳；沸石在p h 为5 5 7 5 范围吸附效果最好； 电解质的存在会影响沸石对氨氮的吸附和铵根离子的交换过程；沸石的氨氮吸附 量随着沸石投加量的增加而降低，影响沸石的吸附效果。 2 、沸石吸附氨氮的过程可以用l a n g m u i r 吸附等温线和f r e u n d l i c h 吸附等温 线拟合，其中l a n g m u i r 吸附等温线的相关系数r 2 达到了0 9 9 1 3 ，表明沸石对氨 氮的吸附属于单分子吸附，符合l a n g m u i r 吸附等温线，理论吸附平衡时最大吸 附量为5 4 6 1 m g g ，微污染水体下，沸石的实际投加量偏向超纯水下的理论投加 值，较高污染水体下，沸石的实际投加量更加偏向微污染水体中理论投加量值： 沸石对有机物具有一定的吸附能力，不能用l a n g m u i r 等温线方程和f r e u n d l i c h 等温线方程表征，低污染浓度浓度下的c o d m n 吸附量比高浓度下的吸附量普遍 要高。 3 、混凝剂中聚合氯化铝与氯化铁质量之比为6 ：4 ，混凝剂投加量为5 m e t e 时 对氨氮、有机物、浊度去除效果最好；通过活性炭吸附容量实验可得对应不同浓 度有机物时活性炭的投加量，在配水氨氮浓度超标2 0 倍，聚合氯化铝与氯化铁 投质量之比为6 ：4 ，活性炭投加量为2 1 m g l 的条件下，保证出水氨氮浓度达标 的最小沸石投加量与配水氨氮浓度超标倍数的关系为y = 0 0 2 3 2 x 2 + 1 0 0 8 8 x 1 2 9 1 8 ( g l ) ，两者的相关性为r 2 = 0 9 7 9 7 。 关键词：氨氮污染，沸石，混凝沉淀，应急处理； a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n d u s t r i a l i z a t i o n ，t h ea c c i d e n t a l p o l l u t i o ne v e n t si ns o u r c ew a t e ra r e ao c c u rf r e q u e n t l y , c a u s i n gh u g er i s k st ot h eu r b a n w a t e rs u p p l ys y s t e m c h i n e s ew a t e rw o r k st r e a t m e n tp r o c e s sa r em a i n l yt r a d i t i o n a l l y ， w i t ht h ei n c r e a s eo fw a t e rp o l l u t a n t ，t r a d i t i o n a lw a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g yc a nn o t e f f e c t i v e l vr e m o v ea m m o n i ap o l l u t a n t si n t h ea c c i d e n t a lp o l l u t i o ne v e n t s ，u s i n g t r a d i t i o n a lp r o c e s s ，t h ee f f l u e n ta m m o n i ac o n c e n t r a t i o ni s d i f f i c u l tt or e a c hw a t e r q u a l i t yr e q u i r e m e n tt oa c h i e v es a f ew a t e rs u p p l y t h e r e f o r e ，i ti ss i g n i f i c a n tt od e a l w i t ha m m o n i an i t r o g e n p o l l u t a n tq u i c k l y a n de f f e i ：t i v e l y , a n de s t a b l i s he f f e c t i v e e m e r g e n c yp l a no ns a f ew a t e rs u p p l yo fg u i l i n sw a t e r w o r k si nt h ee v e n to fs u d d e n a m m o n i ap o l l u t i o n t h i se x p e r i m e n ts t u d i e st h ea c c i d e n t a la m m o n i ap o l l u t i o ne v e n t si ns o u r c ew a t e r o fg u i l i n ，a d o p t i n gp r o c e s so p e r a t i n gp a r a m e t e r so fg u i l i nw a t e rp l a n t ，c o n d u c t i n g s i m u l a t i o ns t u d yo fa m m o n i an i t r o g e n ，o r g a n i cm a t t e r , t u r b i d i t ye t c i n t h ew a t e r t h r o u g hs t i r r i n gt e s t ，u s i n gt h ep r e f e r e n t i a la d s o r p t i o n c h a r a c t e r i s t i co fz e o l i t et o r e m o v ea m m o n i ae f f e c t i v e l y , a m m o n i a ，a n dr e a c h i n g a ne f f e c t i v e l yr e m o v a lo f p o l l u t a n t st h r o u g ht h ec o m b i n a t i o no fz e o l i t e ，a c t i v a t e dc a r b o n a n dc o a g u l a n t ，i no r d e r t op r o p o s ee m e r g e n c ym e a s u r e sf o rs u d d e na m m o n i ap o l l u t i o ni n c i d e n t t h ec o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： 1 t h es m a l l e rt h ep a r t i c l es i z eo ft h ez e o l i t e ，t h eh i g h e rt h ea d s o r p t i o nc a p a c i t y ； t h eh i g h e rt h ei n f l u e n ta m m o n i ac o n c e n t r a t i o n ，t h em o r ec o n d u c i v e t op l a yt h e a d s o r p t i o nc a p a c i t yo ft h ez e o l i t e ；t h ez e o l i t et oa m m o n i aa d s o r p t i o ni sap r o c e s st h a t r a p i da b s o r b e d ，a n ds l o wb a l a n c e ，a f t e r2 0m i n u t e sa d s o r p t i o n ，i tr e a c h e sa d s o r p t i o n e q u i l i b r i u m ，t h ea d s o r p t i o ne f f e c ti st h eb e s t ；t h eb e s ta d s o r p t i o nt ot h ez e o l i t e i sp h 5 5t o7 5 ：t h ee x i s to fe l e c t r o l y t ea f f e c t st h ea m m o n i aa d s o r p t i o nb yz e o l i t ea n d 。c x c h a n g ep r o c e s so fa m m o n i u mi o n ；a m m o n i aa d s o r p t i o nc a p a c i t yb yz e o l i t ef a l l s w i t ht h ez e o l i t ed o s a g ei n c r e a s e s ，a f f e c t i n gt h ez e o l i t ea d s o r p t i o ne f f e c t 2 t h ep r o c e s st h a tz e o l i t ea d s o r ba m m o n i a c a nb ef i t t e dw i t ht h el a n g m u i ra n d f r e u n d i i c h a d s o r p t i o ni s o t h e r m ，a m o n gt h e m ，t h e c o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n tr zo f l a n g m u i ra d s o r p t i o n i s o t h e r mr e a c h e s0 9 9 1 3 ，i n d i c a t e st h a t t h ea d s o r p t i o no f a m m o n i ab yz e o l i t e i sm o n o m o l e c u l a ra d s o r p t i o n ，a c c o r d i n gw i t hl a n g m u i r a d s o r p t i o ni s o t h e r m ，t h em a x i m u ma d s o r p t i o n i s5 4 6 1 m g gw h e nt h et h e o r y a d s o r p t i o ne q u i l i b r i u m ，i nm i c r o p o l l u t e dw a t e r , t h ea c t u a lz e o l i t ed o s a g eb i a st ot h e 1 1 桂林理t 大学硕十学位论文 t h e o r yd o s a g ei nu l t r a p u r ew a t e r , i nh i g h e rp o l l u t e dw a t e r , t h ea c t u a lz e o l i t ed o s a g e m o r eb i a st ot h et h e o r y d o s a g ei nm i c r o p o l l u t e dw a t e r ；z e o l i t eh a sc a p a c i t yo f a d s o r b i n go r g a n i cm a t t e r , c a nn o tu s et h el a n g m u i ra n df r e u n d l i c hi s o t h e r me q u a t i o n t o c h a r a c t e r i z e ，t h ea d s o r p t i o no fc o d m ni s g e n e r a l l yh i g h e ri n l o w p o l l u t i o n c o n c e n t r a t i o nc o m p a r e dt oh i g hc o n c e n t r a t i o n 3 t h eq u a l i t yr a t i oo fp o l y a l u m i n u mc h l o r i d ea n df e r r i cc h l o r i d ei nc o a g u l a n ti s 6 ：4 ，t h er e m o v a le f f i c i e n c yo fa m m o n i an i t r o g e n ，o r g a n i cm a t t e ra n dt u r b i d i t ya r et h e b e s tw h e nd o s i n g5 m g lc o a g u l a n t ；t h r o u g ht h ea d s o r p t i o nc a p a c i t ye x p e r i m e n to f a c t i v a t e dc a r b o nc a n g e t a c t i v a t e dc a r b o n d o s a g ec o r r e s p o n d i n gt od i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o n s o fo r g a n i cm a t t e r , w h e nt h ea m m o n i ac o n c e n t r a t i o no ft h ew a t e r e x c e e d s2 0t i m e s ，t h eq u a l i t yr a t i oo fp a ca n df e r r i cc h l o r i d ei s6 ：4 ，a n da c t i v a t e d c a r b o nd o s a g ei s21m g l ，e n s u r i n gt h ee f f l u e n ta m m o n i ac o n c e n t r a t i o nr e a c ht h e s t a n d a r d ，t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h em i n i m u ma m m o n i ad o s a g ea n ds u r p a s s i n g t i m e so fa m m o n i ac o n c e n t r a t i o ni nw a t e rd i s t r i b u t i o ni s y = 0 0 2 3 2 x 2 + 1 0 0 8 8 x - 1 2 9 1 8 ( g l ) ，t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h e mi sr 2 = 0 9 7 9 7 k e yw o r d s ：a a n m o n i a 。n i t r o g e np o l l u t i o n ；z e o l i t e ；c o a g u l a t i o np r e c i p i t a t e ；e m e r g e n c y t r e a t m e n t 。 i i i 柞林理一i ：人学硕十学位论文 第1 章绪论 1 1 概述 1 1 1 突发性水污染概述 水污染是指水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射 性等方面特性的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环 境，造成水质恶化的现象【l 】。根据污染源排放的时间，水污染有持续性污染( 包括 间歇性污染1 和瞬时性污染。持续性污染是指长时间持续性地向水体中放排污染 物造成的水体污染：瞬时性污染是指短时间大排量地向水体倾倒污染物造成的污 染，这种污染会造成重大突发性水污染事俐羽。 重大突发性水污染事件是指人为或自然灾害引起，使污染物进入河流、湖泊 等水体，导致水质恶化，影响水资源的有效利用，造成经济、社会的正常活动受 到严重影响，水生态环境受到严重危害的事故l 引。重大突发性水污染事件一般具 有不确定的突发性，影响范围的广泛性和危害的严重性等特点。 水环境安全是关系到人类健康安全、国家经济发展、社会稳定的大事，是保 障人类正常生活所不可缺少的资源【4 l 。饮用水安全是城市居民正常生活、社会安 定繁荣的重要保障，发达国家早已对饮用水源地及供水系统基础设施进行了科学 的保护和改造，而我国应对城市供水过程中出现的突发性污染事件的预防和保护 工作还不够完善。 近年来我国经济处于高速发展状态，人们所从事的生产活动比以往更加频繁 活跃，人为造成的重大事故灾难屡屡发生，重大突发性水污染事件发生频率和危 害程度都呈上升的趋势，对自然环境及人民健康安全造成极大的破坏和影响l 卯。 2 0 0 4 年3 月和5 月沱江接连发生两起特大水污染事件；2 0 0 5 年1 1 月中石油吉林 石化分公司双苯厂胺苯车间发生爆炸，大量硝基苯泄漏导致松花江严重水污染事 件；2 0 0 5 年1 2 月广东韶关冶炼厂把未达标的含镉废水排放到北江，导致北江中 镉浓度严重超标事件；2 0 0 6 年1 月湖南株洲冶炼厂排出的未经处理或处理未达 标的废水以及堆积的废渣，导致湘江镉污染事件；2 0 1 2 年2 月，广西柳江柳江 河上游支流龙江河水受到镉、砷污染，造成柳州市饮用水源重金属超标事件突 发性水污染给当地居民的健康安全和生产生活造成了极大的影响和经济损失，部 棒林理t 大学硕士学位论文 分饮用水水源由于遭受污染而被迫停用，进一步加剧了水资源短缺f 6 1 。 以上种种突发性水污染事件造成的严重后果带给我们许多惨痛的教训和警 示。相对于与常规污染，突发性污染事件的发生更加迅速、紧急，能在短时问内 迅速影响城市供水系统，对水源地生态环境安全及城市供水安全构成严重威胁。 微污染源水( l i 曲tp o l l u t e dw a t e r ) 是指饮用水水源主要受有机物污染，部分项 目超过地面水环境质量标准中i i i 类水体的规定标准，主要污染物为氨氮、高 锰酸盐指数( c o d m n ) 、化学需氧量( c o d c r ) 、挥发酚和生化需氧量( b o d 5 ) 等高于 生活饮用水卫生标准1 7 1 。 1 1 2 氨氮污染危害及其处理技术 1 1 2 1 氨氮污染的危害 水中的氨氮是指以氨氨( n h 3 ) 或铵离子( n h 4 + ) 形势存在的化合氨，氨氮 是各类型氨中危害最大的一种存在形态，是水体受到污染的标志之一i s l 。 地表水体中氨氮污染的来源广泛，主要来自于大量的未经处理的城市生活污 水和工业废水如钢铁、炼油、化肥、无机化工、铁合金、玻璃制造、肉类加工、 饲料生产、畜牧业以及垃圾填埋等生产过程都会排放出大量高浓度氨氮废水，还 有表土沉积中的氮素等养分随水土流失进入水体【9 】；农业生产中大量使用的氮肥 等营养元素未被充分吸收利用后经地表径流进入水体；动物排泄物未作处理就排 入水体，虽然该类废水氨氮初始浓度并不高，但由于废水中有机氮的脱氨基反应， 在废水存积过程中氨氮浓度会迅速增加l m l ；进入水体的含氨化合物或复杂的有机 氮化合物经微生物分解后产生游离态的氨( n h 3 ) 或氨根离子( n i - 1 4 + ) ，会造成 湖泊、水库以及流速缓慢的河流藻类疯长，容易引起水中藻类及其他微生物大量 繁殖，形成水体富营养化污染【1 ，造成水面大多呈红色、绿色、褐色，使淡水发 生“水华 。在海洋发生“赤潮”这是水体发生富营养化的重要标志，严重时会 使水中溶解氧下降，鱼类大量死亡，水质变坏，导致水质的黑臭i - z l ，甚至会导致 湖泊的干涸消失。富营养化还会对自来水处理厂造成影响，产生大量藻类和水生 微生物的孳生繁殖使滤池堵塞，破坏滤池的正常运行：微生物还会穿透滤池在配 水系统中繁殖，造成配水系统流水不畅或堵塞，导致管壁上微生物粘膜的形成， 进而影响供水水质。藻类分泌出的有机物经分解生成难以降解的腐殖酸，如用氯 消毒即生成具有致癌、致畸和致突变作用的总三卤甲烷( t t h m ) ，使源水水质 更加恶化，且藻类产生的微量有机物使水带有强烈的异味，增加处理难度，增加 运行成本1 1 3 i 。 氨氮在有氧存在的条件下，可进一步转变为亚硝酸盐和硝酸盐。如果自来 2 梓林理一f ：人学硕十学何论文 水厂出水中的氨氮浓度偏高，会造成管网中亚硝化菌和硝化菌的繁殖生长，从而 使管网中硝酸盐和亚硝酸盐浓度超标【1 4 i 。当饮用水中硝酸盐氮浓度超过5 0 0 m g l 时能引起胃肠障碍，刺激膀胱的粘液层导致出现尿频和腹泻症状【1 5 i 。饮用水中硝 态氮浓度高于l o m g l 时就会降低血红细胞携带氧气的能力而导致婴儿窒息死 亡；硝酸盐和亚硝酸盐能在人体内能转化为亚硝胺，造成“致癌、致突变、致畸 作用【1 6 i 。 1 1 2 2 我国水体中氨氮污染的现状 我国水源地中有很多地区氨氮、硝酸氨含量超过饮用水标准。2 0 0 7 年氨氮 成为长江、黄河、海河和辽河的首要污染物，同时也是珠江和淮河的主要污染物。 2 0 0 8 年重点流域水污染防治考核结果表明，重点流域氨氮污染严重，海河、辽 河、三峡地区及黄河中上游等流域部分断面出现氨氮超标，太湖、巢湖、滇池等 流域的氨氮浓度也出现不同程度的超标现象。2 0 0 8 年全国地表水河流国控断面 中氨氮劣v 类断面占1 9 2 ，全部断面氨氮平均浓度为1 9 m g l ，仅达v 类标准 水平。自2 0 0 1 年以来，我国的氨氮排放总量呈逐年递增的趋势。2 0 0 5 年我国氨 氮排放量更是达到了1 4 9 8 万吨( 其中，工业排放量为5 2 5 万吨，生活排放量为 9 7 3 万吨) ，虽然近年来氨氮排放总量开始有所下降，但仍远远超出收纳水体的环 境容量，2 0 0 7 年氨氮排放总量约相当于环境容量的4 倍左右。氨氮排放量大与 环境容量相对不足的矛盾仍然难以得到根本缓解【1 7 1 。对水中氨氮污染的处理己成 为我国水污染控制领域一个重要的研究内容，因此必须采取去除氨氮的措施，以 改善饮用水的质量。 目前世界各国在饮用水标准中对氨氮含量都进行了严格的限制，世界卫生组 织颁布的“生活饮用水水质准则”中要求氨氮浓度不超过1 5 m g l 。美国、法国、 日本等国家均对处理出水中总氮有排放要求。我国饮用水标准对氨氮也做了规 定，饮用水供水氨氮含量不得超过0 5 r a g t , 。氨氮已被中国环境监测技术规定 列入饮用水源地水质监测的必测项目 1 s l 。 1 1 3 氨氮污染处理技术 目前用于去除氨氮的技术与工艺主要包括生物法和物理化学法，其中物理方 法包括反渗透法、蒸馏法、土壤灌溉法等：化学法有离子交换法、吹脱法、化学 沉淀法、折点氯化法、电渗析、电化学处理法等；生物方法有硝化及藻类养殖法 等1 1 9 i 。氨氮处理技术的选择与氨氮浓度密切相关，对于低浓度氨氮水应用较多的 方法是折点氯化法、离子交换法、生物硝化和反硝化法等。现对以下几种较为常 3 桂林理工大学硕十学位论文 见的脱氮工艺进行简要介绍： 1 1 3 1 生物法 生物脱氮法主要是利用微生物的硝化反硝化作用去除多种含氮化合物，在实 际水厂运行中，由于接触空气，难以进行有效的反硝化反应，硝化过程中硝化过 程中，氨氮先被亚硝化菌氧化成亚硝酸氮，然后被硝化菌氧化成硝酸盐氮，整个 硝化反应用以下方程表示： 2 n h 4 + + 3 0 2 呻2 n 0 2 一+ 2 h 2 0 + 4 圩+ n 0 2 一+ d 2 啼2 j v 0 3 一 n h 4 + + 2 0 2 一 亿毛一+ 2 h + + h 2 d 生物预处理法对去除氨氮效果好，单位运行成本低，处理能力大，抗冲击负 荷能力较强，污泥生成量较少，但反应器占地面积大，基建投资较高，受气温， 水质等因素影响较大，运行成本高，不适于国内的自来水厂使用闭i 。 1 1 3 2 物理化学法 ( 1 ) 折点氯化法 将氯气通入水中到某一点，此时水中游离氯含量较低，而氨的浓度降为零。 当氯气通入量超过该点时，水中的游离氯就会增多，此时该点称为折点。折点氯 化法除氨的机理为氯气与氨反应生成无害的氮气，其反应方程式为： n h 4 + + 1 5 h c i o o 5 n 2 + 1 5 h 2 d + 2 5 日+ + 1 5 c z 一 随着生成的n 2 进入大气，反应持续向右进行，消耗水中氨浓度。折点氯化 法脱氮率高、设备投资少、反应迅速完全，并有消毒作用，但液氯安全使用和贮 存要求高，对水体p h 要求也很高，反应后水体呈酸性，需加碱中和，因此处理 成本高，而且会产生副产物氯胺和氯代有机物，其产生的三卤甲烷( t r i m s ) 会造 成二次污染【2 l l 。 ( 2 ) 吹脱法 将氨氮废水与气体接触，依靠水中组分的实际浓度与平衡浓度之间的差异， 使氨氮由液相转移至气相而去除。废水中的氨氮通常以氨( n h 3 ) 或氨根离子 ( n h 4 + ) 状态存在，两种状态随p h 值变化而改变。 n i l 4 + + o h 一呻n i l 3 + h 2 d 将废水p h 值调节至碱性时，离子态铵转化为分子态氨，然后通入空气将氨 吹脱出。该法适合于高氨氮废水的预处理，脱氮效率高、设备占地面积少，但 n i l 。+ 一n 仅从溶解状态转化为气态，容易发生二次污染1 2 2 1 。反应工艺对温度的 依赖性较大，且该法需不断鼓气、加碱以保证反应进行，出水需投加酸调低p h ， 4 桂林理。：人学硕十学位论文 导致装置及管道时间长久易产生c a c 0 3 沉淀，处理费用比较高，不适用于自来水 工艺。 ( 3 ) 化学沉淀法 向含氨氮废水中投加化学沉淀剂m g ( o h ) 2 + h ，e o , 与n h 4 + 反应生成 m g n h 。e o , 沉淀，反应如下： m g n + p 0 4 扣+ n h 4 + 呻m g n h 4 p d 6 h 2 0i 反应生成的沉淀物可作为复合肥使用。但磷酸的价格比较昂贵，在酸性条件 下易溶解，沉淀反应需要在较高的p h 环境下进行。在氨沉淀中，理想的投加比 例是m g ：p ：n - 1 3 ：1 ：1 。白晓慧等【2 3 1 采用磷酸氨镁沉淀法对离子交换废水去除氨氮 进行了小试试验。结果表明，n h 。+ 一n 去除率随p h 升高而增高，在 n ( m 9 2 + ) ：n ( p 0 4 3 ) ：n ( n h 4 + ) = “：l 、p h 值为1 0 时，n h 4 + 一n 去除率为5 4 。此法工 艺简单，但沉淀剂的投药量较大，处理成本较高，后续处理繁琐，因此这种工艺 不适于用在给水处理中1 2 4 j 。 ( 4 ) 离子交换法 离子交换是指在固体颗粒和液体的界面上发生的离子交换过程。离子交换法 具有投资省、工艺简单、占地小、操作较为方便、温度和毒物对脱氮率影响小等 优点，适用于中低浓度的氨氮废水( r b + k + n h + 4 s r + n a + c a 2 + f e 3 + 3 + m 9 2 + l i + 7 梓林理t 大学硕j t 学位论文 由于微污染水源水中一般k + 、c s + 、r b + 含量并不高，故沸石对铵离子有较 高的选择性。沸石价格便宜，对铵离子选择性高，故可将沸石粉投加到受微污染 的水源水中交换铵离子，实现氨氮的去除f 3 9 1 。同时，沸石作为一种极性很强的吸 附剂，对氯化消毒副产物、极性小分子有机物以及重金属、磷均具有较强的去除 能力，将沸石和活性炭吸附工艺联合使用，可使饮用水源中的各种有机物、氨氮 得到有效去除1 4 0 1 。 通过目前国内对水体中氨氮污染处理技术进展的观察可以发现，在多种解决 氨氮污染的方法中，综合考虑沸石对n h 4 + 有很强的选择性、成本低廉、操作简 单、受环境影响低，适用于中低浓度的氨氮废水等优点，确定以沸石吸附氨氮的 方法适用于桂林市自来水厂处理突发性氨氮微污染事件。 1 2 课题的提出及研究意义 1 2 1 桂林市饮用水源水质情况 桂林市区的主要供水水源地是漓江及漓江上游的青狮潭水库，各个水厂的水 源均来自漓江市区河段，青狮潭水库为枯季漓江调节水源和桂林市备用水源。目 前桂林市饮用水源主要存在以下几个问题： ( 1 ) 漓江水质呈下降趋势。据桂林市2 0 0 9 年环境年鉴资料所知，2 0 0 9 年 桂林市地表水水质总体良好，但漓江大埠头断面由2 0 0 8 年的i 类变为2 0 0 9 年的 i i 类、大面断面由2 0 0 8 年的i 类变为2 0 0 9 年的i i i 类；全市集中式饮用水源地水 质粪大肠菌群存在不同程度超标；青狮潭水库水为i i i 类水质，部分点位的总氮、 总磷项目超过标准【4 。 ( 2 ) 漓江各支流水环境污染较为严重，其中包括农田排污、养殖业排污以 及部分工业排污，水质只能达n i i i 类或类，进而影响漓江干流水质以及瓦窑水 厂的水质净化。 a 3 ) 青狮潭水库作为桂林市备用水源，近年来水库养鱼规模日益加大，水 库源水氨氮浓度不断加大，富营养化日趋明显，致使漓江市区河段部分季节藻类 增多。 ( 4 ) 漓江上游有灵川铁合化肥厂；桃花江边有八里街工业区和上游庙岭一 带的大规模畜禽养殖；南溪河有工业排污和生活污水排放；上南州、蚂蝗洲餐饮 业以及小东江灵剑溪沿岸大量生活排污：漓江及其支流旱季大雨后农业和生活排 污( 形成污染团) ，都存在着不同程度的氨氮污染状况。 8 棹林理1 ：人学硕十学位论文 1 2 2 桂林市自来水厂水处理工艺技术 桂林市自来水有限公司下辖瓦窑自来水厂、东江自来水厂、东镇路自来水 厂、城北自来水厂、二塘自来水厂共5 座水厂。目前基本都是采用混凝、沉淀、 过滤、消毒的常规水处理工艺，难以面对不断趋于严重的河流水质污染，面对突 发性氨氮污染的河流更加难以有效处理应对。市区内部各水厂处理工艺基本流程 见表1 1 。 表1 1 棒林市各自来水厂处理r ：艺技术 水厂名称 处理l ：艺 瓦窑白米水厂 东江自来水厂 东镇路白米水厂 城北自来水厂 二塘白来水厂 管式静态混合器一网格反应池一斜管沉淀池一虹吸滤池_ 氯消毒 管式静态混合器一网格反应池_ 斜管沉淀池_ + 虹吸滤池_ 氯消毒 管式静态混合器_ 网格反应池_ 斜管沉淀池- 虹吸滤池_ 氯消毒 管式静态混合器一网格反应池一斜管沉淀池- + 虹吸滤池_ 氯消毒 管式静态混合器_ 网格反应池一斜管沉淀池一虹吸滤池一氯消毒 1 2 3 课题提出及其研究意义 桂林市是世界著名的风景旅游城市，作为桂林风景精华的漓江有着极高的旅 游价值。漓江以及上游的青狮潭水库均为开放式、流动性、多功能水域，抗击化 学药品、有毒有害物质突发污染的保障度不高，城市区域沿江而建，工厂企业排 水系统对漓江流域的生态环境和人居环境影响很大，短期内难于得到改观，重大、 特别严重供水事故的隐患依然存在，可能造成多种突发性污染事故，如铁合金、 机械加工与电镀、食品加工( 啤酒、米粉与腐竹加工等) 、屠宰与肉联加工、化 肥、化工等工业废水排放所引起的有机污染、氨氮污染，枯水期农业种植养殖、 青狮潭水库的水产养殖、沿江餐饮业带来的有机物和氨氮污染等。如何有效去除 源水中的氨氮以及有机污染物等污染物成为桂林市自来水企业需要面对的一个 重要课题。 安全供水是突发性水污染事件发生后最为敏感和紧迫的问题。目前，我国在 安全供水应急处理方面还很薄弱，一旦发生事故，往往只能采取断水措施，严重 干扰了居民生产生活【4 羽。研究表明，许多突发性水污染，包括重大污染，如果能 事先做好准备，是可以从容应对的，不停水或少停水是可能的，关键是要做好技 术上、水处理设施上的储备。目前，我国给水处理厂多以常规工艺为主，但是随 着水源水中有机物种类及数量的增加以及供水水质标准的提高，常规的给水处理 工艺难以有效的去除微污染水源水中的氨氮、有机污染物以及突发性污染事件带 来的重金属和高浓度有机物，达到供水水质的要求1 4 3 l 。如何在突发水污染事件后 迅速有效的处理污染物，建立完善的应急预案是水处理工作者需要面对的一个难 题。 9 桴林理t 人学硕十学位论文 第2 章研究目的、内容、方案和技术路线 2 1 研究目的 为解决目前城市供水系统面对突发性水污染事件中氨氮微污染情况的处理 能力不足，保障供水水质安全，根据桂林市各自来水厂的运行工艺，采用烧杯实 验分析研究水动力学条件及沸石投加量对氨氮吸附的影响，通过沸石活性炭复 合强化混凝沉淀的方法提高自来水厂现行工艺下对氨氮、有机物及浊度的去除能 力。进行氨氮微污染模拟实验，确立突发性氨氮微污染紧急处理的方法及其工艺 参数指标，得到在不同水质情况下出水氨氮及其他指标达到生活饮用水卫生标 准( g b 5 7 4 9 - 2 0 0 6 ) 要求的浓度与最小药剂投加量的关系，为桂林市突发性氨 氮微污染应急处理方案提供依据。 2 2 研究内容 本实验以桂林市饮用水源发生突发性氨氮污染事件为研究对象，利用桂林市 自来水厂的工艺运行参数，通过烧杯实验模拟研究突发性氨氮微污染紧急处理方 法及其工艺参数指标，并以此提出突发性氨氮污染的应急处理对策。具体研究内 容如下： ( 1 ) 沸石吸附氨氮的影响因素研究 沸石粒径对氨氮吸附的影响研究 氨氮吸附时间的影响研究 氨氮起始浓度对氨氮吸附效果的影响研究 电解质对氨氮吸附的影响研究 p h 对氨氮吸附的影响研究 沸石投加量对氨氮吸附的影响研究 ( 2 ) 沸石对微污染物吸附能力的实验研究 沸石对氨氮吸附容量的实验研究 沸石对有机物的吸附能力的实验研究 不同氨氮浓度去除实验研究 不同有机物浓度去除实验研究 ( 3 ) 沸石活性炭强化混凝处理氨氮微污染水的研究 混凝工艺去除污染物的实验研究 1 0 梓林理一r = 人学硕十学位论文 混凝剂投加量对沸石吸附氨氮的影响 沸石活性炭强化混凝处理氨氮的实验研究 桂林市饮用水源突发性氨氮微污染应急处理技术方案 2 3 技术路线 本研究论文技术路线如下图示。 自来水厂现行工艺技术以及进水水质调查 、l 饮用水源地突发性氨氮微污染的可能性分析 上 突发性氨氮微污染及其应急处理技术的选择 j l 小试试验研究 。 上 突发性氨氨微污染应急处理工艺技术方案初步研究 2 4 试验方案 图2 1 技术路线图 2 4 1 实验材料、设备及测定方法 本次实验所用沸石粉来自浙江缙云，沸石目数为1 8 0 。2 0 0 目，孔径3 5 4 oa ， 比表面积2 3 0 一3 2 0 m 2 g ，热稳定性为7 5 0 。经x 射线荧光光谱法测定，该沸石粉 的主要化学成价包括：n a 2 0 ，3 1 2 ；a 1 2 0 3 ，9 8 4 ；s i 0 2 ，6 9 4 ：k 2 0 ，2 7 1 ； c a o ，2 0 1 ；t i 0 2 ，0 1 7 ；m n o ，o 0 9 ；f e 2 0 3 ，0 6 9 。 主要实验设备为紫外分光光度计、p h 计、浊度仪、电导率仪、六联搅拌机 等。实验试剂有酒石酸钾钠、碘化汞、碘化钾、氢氧化钠、氯化钠、高锰酸钾、 粉末活性碳、聚合氯化铝等。 聚合氯化铝的配制：聚合氯化铝取自东江自来水厂，当天配制当天使用。 实验用水取自桂林东江自来水厂取水口、瓦窑水厂取水口、东镇路水厂取水 口( 虞山桥排洪泵站排放口下游) 以及灵剑溪建干路口段。 分析方法采用g b 仍7 5 0 2 0 0 6 的标准方法，监测项目、分析方法及使用的 主要仪器或设备见表2 1 。 棒林理t 大学硕+ 学位论文 表2 1 测试项口与方法 测试项目分析方法使川仪器或改备 氨氮 紫外分光光度 去【删u n 2 1 0 0 紫外可见光分光光度计 c o d m 。 酸性高锰酸盐指数法【4 4 j恒温水浴锅、酸式滴定管 u v ：s 4 紫外分光光度法1 4 4 lu n 2 1 0 0 紫外可见光分光光度计 p h 值 玻璃电极法1 4 5 i p h s - 3 s 精密p h 计 色度铂钴比色法 4 5 15 0 m l 具塞比色管 浑浊度浊度仪浏4 引w g z 8 0 0 型浊度计 电导率快速测定法 4 5 1电导率仪 水温 - 温度计 2 4 2 数据处理方法 对出现的异常数据进行平均修j 下，并将数据输入计算机，采用e x c e l 、s p s s 等数据统计软件结合数值统计学知识对其进行直观分析、方差分析、数学模型拟 合等处理，得出结论。 2 4 3 实验水动力学条件 ( 1 ) 搅拌速度的设计 快速搅拌速度 桂林市自来水公司各水厂p a c 与配水的混合方式均采用管道混合的方式。 一般而言，管式静态混合器的搅拌强度g 1 值一般为1 0 0 0 s 1 i 锝1 。实验所用搅拌器 为s c 5 6 6 六联实验搅拌器，搅拌叶片的长度为7 c m ，宽为3 c m 。搅拌强度g 值 与搅拌转速的关系为i 蛔： n l = g 1 4 0 6 9 v ( 1 4 3 5 d 4 3 8 p o o 朋) 】n 亿鲫 ( 2 1 ) 式中：d 搅拌叶片宽度，( m ) ； n l - 搅拌器转速，( r m i n ) ： p o 水的密度( 1 0 0 0 9 8 1 k g s 2 m 4 ) ； 水的绝对粘度( k g s m 2 ) ； v - 水样的体积( m 3 ) ： g 搅拌强度( s 1 ) 。 1 1 1 = ( 1 0 0 0 ) 2 ( 1 3 0 8 x l f f 3 ) o x l x l 0 6 ) ( 1 4 3 5 x ( 0 0 2 5 ) 4 3 8 ( 1 0 0 0 9 8 1 ) 0 的】1 尼的 = 2 9 3 ( r r a i n ) 本实验研究中，为了便于控制s c 6 5 6 六联搅拌器的转速，快速搅拌转速设 定为3 0 0 r m i n 。 中速搅拌速度 在本实验研究中，将配水在网格反应池内的阶段视为中速搅拌，在网格反应 1 2 梓林理。i ：人学硕十学位论文 池内，水头损失为h 2 = o 2 4 m 。网格反应池内的速度梯度 g 2 = ( g h 2 v t ) u z ( 2 2 ) = 【9 8 0 x 0 2 4 ( 1 0 0 7 x 1 0 。6 x 6 0 ) 1 1 2 = 2 0 0 s l 中速搅拌转速： n 2 【( 2 0 0 ) 2 ( 1 3 0 8 x 1 0 。3 ) o 。6 9 x l x l 0 ) ( 1 4 3 7 x ( 0 0 2 5 ) 4 3 8 x ( 1 0 0 0 9 8 1 ) 0 6 9 】1 尼6 9 ) = 1 1 9 ( r m i n ) 本实验研究中，为了便于控制六联搅拌机的转速，中速搅拌转速取1 2 0 r m i n 。 慢速搅拌速度 本实验研究中，配水在斜板沉淀池里的反应视为慢速搅拌阶段。以瓦窑水自 来水厂为例，瓦窑自来水厂在斜板沉淀池内水头损失为h 3 = 3 0 c m ，斜板沉淀池内 的搅拌强度为： g 3 = ( g h a v t ) 垅= 【9 8 0 x 0 3 ( 1 0 0 7 x 1 0 正x 6 0 0 ) 1 a = 5 0 s 。1 慢速搅拌转速： n 3 = 【g 3 。6 9 v ( 1 4 3 5 d 4 3 8 p 0 0 ) 】1 尼的 = 【( 5 0 ) 2 ( 1 3 0 8 x 1 0 。) o 6 9 x l x l 0 6 ) ( 1 4 3 5 x ( 0 0 2 5 ) 4 3 8 x ( 1 0 0 0 9 8 1 ) o 6 9 】1 陀的) = 3 0 ( r m i n ) ( 2 ) 搅拌时自j 的确定 快速和中速搅拌时间 根据水厂运行工艺流程，将水流从取水口到斜板沉淀池的流通时间确定为搅 拌时间，总搅拌时间为2 0 m i n ，从取水口到网格反应池出水口的时间约为5 m i n ， 但各自来水厂投药点与网格反应池的距离及网格反应池的格子数目不同，因此配 水在管道和网格反应池内的停留时间也不一样。本实验研究将p a c 与配