（环境工程专业论文）水库微污染水源水处理技术研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 水库水是我国许多城市和地区主要供水源。随着我国生态环境的恶 化，不少水库的水质呈逐年下降趋势，水库水质的微污染情况十分普遍， 导致原有的自来水厂所使用的常规处理工艺已无法生产出水质合格的饮 用水，这给社会的卫生安全带来了严重隐患。开发出微污染水高效经济合 理的净化工艺是当前自来水厂工艺改革的亟切要求。 本论文以深圳市微污染水库水质净化这一科研项目为研究课题，展开 了对处理微污染水库水的自来水厂新工艺的研究。首先，在系统分析当前 国内外处理微污染水的技术现状与水库微污染水源的水质特征的基础上， 认为生物预处理方法是去除微污染水源中富营养化污染物最有前途的方 法，并通过试验重点研究了生物预处理工艺对氨氮、有机污染物等指标的 去除效果、规律及影响因素的生化分析，确定了四种生物预处理池填料水 力负荷与气水比的最佳工况运行参数区间。然后，针对同一微污染水库水 源的净化提出了五种工艺组合方案，并以中试规模对它们进行系统的对比 性试验研究，总结出各种工艺方案的处理特点、规律及工艺流程选择的理 论依据。继而从中优选出最佳的处理工艺组合，确定了该工艺组合的最佳 运行参数。结果表明，由于深圳水库微污染水源水质浊度及色度较低，大 分子有机物含量低，采用“生物预处理+ 常规处理”工艺可满足深圳市微 污染水库水源的达标净化的要求，在经济许可的情况下可在此基础上增加 活性炭吸附深度处理单元提高自来水质量。 在实验研究的基础上，本论文还从水库微污染过程的动态分析入手， 根据水库微污染水源生物预处理的稳态生物膜模型，讨论了该模型的基质 利用转化规律，研究认为：生物膜是通过对初级基质的利用形成的，痕量 有机物的去除是对二级基质的利用产生的，较低浓度的二级基质能增强生 物预处理的去除效果。从而得出：生物预处理对低浓度有机物有强化的去 除作用。 本论文研究成果可填补国内微污染水库水处理技术理论，为国内水库 微污染水体水源处理技术改良积累经验，具有实用价值，可供国内相关研 究借鉴参考。 关键词：微污染水源，生物预处理，工艺方案，二级基质 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t r e s e r v i o r sa r em a i nw a t e rs u p p l ys o u r c e sm m a n ya r e a si nc h i n a w i m t h e g r a d u a l d e t e r i o r a t i o no fe c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，ac o m m o np r o b l e m ， m i c r o - s c a l ep o l l u t i o no fr e s e r v o i rw a t e r , g i v e sr i s et ot h ef a i l u r eo ft r a d i t i o n a l w a t e rs u p p l yp r o c e s s ，w h i c hb r i n g ss e r i o u sh i d d e nd a n g e rt op e o p l e sh e a l t h t h u s ，t h ec u r r e n tt e n d e n c yo f w a t e r s u p p l yp r o c e s sr e f o r m a t i o ni st od e v e l o p 1 1 i g l l - e f f e c t i v e 、e c o n o m i c a lp u r i f y i n gt e c h n o l o g y n et h e s i so ft h i s p a p e r i st o e x p l o r en e ww a t e rs u p p l yt e c h n o l o g y f o c u s i n go nm i c r o s c a l ep o l l u t e dr e s e r v o i rw a t e r , s u p p o r t e db yt h er e s e a r c h p r o j e c to f m i c r o - s c a l ep o l l u t e dw a t e rp u r i f i c a t i o ni ns h e n z h e nc i t y f i r s t l y ，t h e p a p e r s u m m a r i z e st h e e x i s t i n g c i r c u m s t a n c eo fr e l a t e d r e s e a r c h e sa n d a n a l y z e s t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h er e s e r v o i r w a t e r , c o n c l u d i n g t h a t m i c r o - o r g a n i s mp r e t r e a t m e n t i st h em o s t p r o m i s i n g m e t h o d t h e n t h e e f f e c t i v e n e s sa n dr e g u l a rr u l e so fa m m o n i an i t r o g e na n do r g a n i c p o l l u t a n t r e m o v a la n db i o c h e m i c a le f f e c to fs y s t e mf a c t o r si nf o u rk i n d so f b i o l o g i c a l p r e t r e a t m e n tt a n k sa r es t u d i e d t h eo p t i m a lr a n g e so fa g g r e g a t e dh y d r a u l i c p o w e rl o a d i n ga n dt h er a t i oo f g a s t ow a t e ra r cf o u n d b ye x p e r i m e n t s e c o n d l y , f i v es h e m e so fc e l lc o m b i n a t i o na r ec a r d e do u tb a s e do n p i l o t s c a l e e x p e r i m e n t a f t e rt h ec o m p a r i s o no fe a c hs c h e m e 。t h eb e s to n ei ss e l e c t e d c o n s i d e r i n gt h el o wc o n t e n to fb i go r g a n i cm o l e c u l ea n dl o wt u r b i d i t ya n d c h r o m a t i c i t yi ns h e n z h e nr e s e r v o i r , t h es c h e m eo f b i o l o g i c a lp r e t r e a t m e n t + c o n v e n t i o n a lp r o c e s s ”i ss a t i s f a c t o r yt or e a c ht os t a n d a r do f d r i n k i n gw a t e l i ff u n dp e r m i t s g a ca d v a n c e dt r e a t m e n tf o l l o w i n gi sh e l p f u lt oe n h a n c et h e q u a l i t yo f w a t e rs u p p l y b a s e do nt h ep r a c t i c e ，t h e p a p e ra n a l y z e st h ep u r i f y i n gp r o c e s so ft h e m i c r o s c a l e p o l l u t e dw a t e r a c c o r d i n gt o t h eh o m e o s t a s i sb i o l o g i c a ls l i m e m o d e lo ft h eb i o l o g i c a lp r e t r e a t m e n t ，t h ep a p e rd i s c u s s e st h er e g u l a rr u l e so f s u b s t r a t eu t i l i z a t i o na n dt r a n s f o r m a t i o n ，r e s u l t i n gt h a tt h e b i o l o g i c a l s l i m e u t i l i z e st h ep r i m a r ys u b s t r a t et of o r mi t s e l f , t h e m i c r o o r g a n i c u t i l i z e st h e s e c o n ds u b s t r a t et of e e di t s e l f , t h es e c o n ds u b s t r a t eo ft h el o w e rc o n s i s t e n c e c a ne n h a n c et h ee r e c t i v e n e s so ft h e b i o l o g i c a lp r e t r e a t m e n t t h er e s u l t i n d i c a t e st h a t b i o l o g i c a lp r e t r e a t m e n th a se n h a n c e dr e m o v a le f f e c to nt h e o r g a n i co f t h el o w e rc o n s i s t e n c e 武汉理工大学硕士学位论文 t h ea v a i l a b l ea c h i e v e m e n to ft h i s p a p e rm a k e su pt h el a c k o fw a t e r t r e a t m e n tt e c h n o l o g yi nt h ea s p e c to fm i c r o s c a l ep o l l u t e dw a t e rp u r i f i c a t i o n a n da c c u m u l a t e se x p e r i e n c ef o rt h er e f o r m a t i o no fw a t e r t r e a t m e n t t h ea u t h o r h o p e s a l ls h e h a sd o n e b r i n g sv a l u a b l ea s s i s t a n c et or e l a t e dr e s e a r c h e s k e y w o r d s ：m i c r o - s c a l ep o l l u t e dw a t e rs o u r c e ，b i o l o g i c a lp r e t r e a t m e n t ， t e c h n o l o g ys h e m e ，d i s u b s t r a t e 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 研究项目来源 第1 章引言 我国是一个淡水资源缺乏的国家，人均拥有淡水量较少且水源分布极不 均衡，在我国许多地区，供水水源主要以水库水为主，随着我国生态环境的 人为劣化，全国各地水库水源受到不同程度的污染，水库水源的水质呈逐年 下降的趋势，水中总磷、总氮、氨氮、亚硝酸盐氮、高锰酸盐指数、生化需 氧量、石油类、挥发酚的浓度一般都有不同程度的超标情况，水库水有生物 臭，锰含量常常很高，藻类含量也较高，部分水库已经富营养化，水质已呈 现一种微污染状态。1 9 9 2 年1 1 月建设部以建城 1 9 9 2 8 3 7 号文下发了“关于 印发城市供水行业2 0 0 0 年技术进步发展规划“”的通知”，规定一类水司 ( 自来水公司) 供水水质应满足城市供水行业2 0 0 0 年技术进步发展规划 中暂行水质指标8 8 项的要求。 目前部分以水库水为水源的水厂出厂水氨氮、亚硝酸盐氮、锰时有超标， 水有异味，并呈现生物不稳定性“1 。现有的常规净水工艺已难以满足对净水 水质的要求。具体表现为有机污染物、氨氮、臭味等去除率较低，当藻类“” 含量较高时，易造成滤池堵塞，过滤周期缩短，冲洗水量增加，产水量减少 等问题。因此，寻求新的技术经济可行的水处理工艺，以提高自来水出厂水 质，从而保障人民健康不仅是十分必要的，而且迫在眉睫。 鉴于饮用水水质要求的提高，而水库水源水质又日趋恶化以及常规净水 工艺的局限性，深圳市水务局向深圳市科技局申请进行深圳市水库水源自 来水处理工艺流程课题的研究，得到了深圳市科技局，财政局的大力支持， 本课题主要由笔者所在中国市政工程中南设计研究院承担，而本人为主要研 究人员之一。 1 2 研究目的和意义 1 2 1 研究目的 l _ 研究生物预处理工艺对氮氮、有机污染物等指标的去除效果，提出 物预处理的最佳运行工况参数。 2 针对深圳市水库水源的污染现状，提出技术经济可行的水处理工艺 武汉理工大学硕士学位论文 流程，使自来水出厂水质达到国家建设部推荐的2 0 0 0 年一类水司8 8 项水质 指标的合格率。 3 实施所提出的新的水处理工艺流程，使之成为全国水库微污染水源 处理工艺之示范。 1 2 2 研究意义 1 通过中试研究，寻求适合于深圳市水库水源水的技术经济合理的净水 工艺流程，这不仅对深圳市水厂的建设及老水厂的改造具有指导意义，而且 为深圳市今后供水行业的发展奠定了技术基础。 2 本研究还为深= i l i 市饮用水水质与先进国家接轨，提高饮用水水质安全 性以及深圳市今后水处理工艺研究创造了有利条件。 3 本研究还为高质量处理微污染水库水开辟一条新的处理之路，从而 为全国水库水源的保护研究提供了科学依据及实验数据，填补国内在高质量 处理微污染水库水工艺比较研究方面的空白，这对采用水库微污染水源供水 地区具有现实的指导意义。 1 2 3 水库微污染水源处理的国内外状况 消除水库水体微污染化对饮用水生产不良影响的最彻底的办法是解决 水体富营养化，从根本上改善水源水水质，这就需要对水库及其上游流域进 行综合整治，但这一过程在短期内不可能实现。对于众多以水库水为水源的 净水厂来说，急需解决的问题是如何将水质已恶化的水源水处理成合格的安 全的饮用水。 目前，针对水库微污染水源，国内外采用的主要处理方法基本为。1 ：预 处理+ 常规处理+ 深度处理。常规处理工艺的处理方法，即：混凝、沉淀或澄 清、过滤和消毒。这种常规处理工艺长期以来被世界上大多数国家所采用， 是目前饮用水处理的主要工艺。对于水库微污染水源而言，常规处理工艺已 显得力不从心，常规处理工艺不但去除水中溶解性有机物效率低，而且氯化 过程本身还导致了水中对人体健康危害更大的有机卤化物的形成，因此，必 须开发新的水处理技术m 。 预处理通常是指在常规处理工艺前面，采用适当物理、化学和生物的处 理方法，对水中的污染物进行初级去除，同时可以使常规处理更好的发挥作 用，减轻常规处理和深度处理的负担，发挥水处理工艺整体作用，提高对污 染物的去除效果，改善和提高饮用水水质。由于各种物理化学处理预处理方 法成本较高，在推广使用中存在局限性，而生物预处理以其良好的处理效果 和经济性越来越受到人们的注意。目前生物预处理技术在欧洲较为普及，其 中法国的研究和使用代表着当今世界生物预处理技术的先进水平，最近几年， 1 武汉理工大学硕士学位论文 中国和日本等亚洲国家也相继开展了生物预处理的各种研究，目前生物预处 理方法可分为如下几种类型进行描述：生物过滤反应器、生物转盘反应器、 生物塔滤、生物接触氧化、生物硫化床及在水源地通过堤岸、沙丘等渗透的 土地处理系统。 1 生物过滤反应器 生物滤池是目前生产上常用的生物处理方法，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收利用而去除，这种滤池在运行中有时 需补充一定量的压缩空气，这不仅为生物成长提供足够的溶解氧，而且有利 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，污泥产泥量少， 且受外界环境的影响较少。南朝鲜斧山水厂实验采用了生物滤池预处理+ 常规 处理取得了较好的效果。 生物过滤工艺中有机物及氨氮的去除除了受原水水质影响外，反应器内 生物膜总量是决定生物降解效果的重要因素，而决定生物量大小的又依靠生 物载体的比表面积。另外生物氧化还需要一定的接触时间，在已有的报道中， 大多数的研究所采用的接触时间为1 0 1 2 0 分钟。接触时间影响生物处理效 果的规律性或者在较短的接触时间下能否有较强的生物氧化能力，这些方面 的研究还未见有更多的报道。 2 生物塔滤 在塑料滤料问世之前，人们已经突破滤池在高度上的限制，发现高度大 于8 米左右，可以克服滤料空隙小所造成的通风不良的困难，因此创造了池 身很高的滤池。近几年来，由于轻质滤料的采用，塔滤池的平面尺寸有了扩 大的可能性。目前国外已广泛使用塑料制成的大孔径波纹板滤料和管式滤料， 我国常采用的是环氧树脂固化的玻璃钢蜂窝填料。同生物滤池相比，生物塔 滤的主要优点是负荷高，产水量大，占地面积小，且对水量水质的适应性较 强，缺点为动力消耗较大，且运行管理较为不便。上海自来水公司和同济大 学用生物塔滤作为预处理结合常规净水工艺，对黄浦江水进行了生产性规模 的处理研究，认为生物塔滤作为污染水源的预处理工艺，能有效地降解去除 大部分污染物质，但要获得安全水质，还必须有合适的后续处理。 3 生物接触氧化 生物接触氧化法也叫做浸没式生物膜法，即是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 j 武汉理工大学硕士学位论文 物膜接触过程中，通过生物净化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和生物滤池之间的处理方法，具有这两种处理方法的 优点。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，易于维护管理，但缺点是在填料间水 流缓慢，水力冲刷少，生物膜只能自行脱落，更新速度慢易引起堵塞，且填 料较贵。生物接触氧化法作为水源水预处理的研究和应用在日本开展得较为 普及，对不同水质条件下的生物接触氧化的处理效果，混合条件，水温和有 机物负荷等对反应器工作性能的影响作了深入的研究，在研究中发现，氨氮 的去除与温度影响有一定的关系，在高温季节去除率达9 0 9 6 ，但在低温季节 ( 水温 1 0 04 1 0 0 9 98 i o l 翔陌一4 52 5 0 x 2 0 04 57 。3 02 8 9 5 9 98 i o 鬻短处理 常规处理部分由混含、絮凝、沉淀、砂滤组成。设计处瓒水量为3 0 m 3 h 。 i 。混合 静态水力混合器、塑料板管制作。 平嚣尺寸；0 4 9 0 。1 8 m 。 混合时间：6 s 。 2 。蘩凝 采用多级串联孔室反应。每级单格的平面尺寸0 5 0 0 5 0 m ，共6 格。 总尺寸：i 。5 0 i 。0 0 m 。蓠度1 7 3 m ，有效承深0 + 7 2 1 0 1 m 。 絮凝( 反应) 时间：2 3 i m i n 。 辩涎：斗藏重力捺淀。 3 沉淀 采用斜管流淀漶。斜管帮分平霹尺寸：0 5 0 xi 2 0 m 。瓣臀井留躐壹 径由2 5 ，斜譬安漩倾角6 0 。，斜管长i 0 0 m 。沉淀与絮凝合建，钢结构。 沉淀部分总离度4 。4 2 m ，其孛淀诤离0 8 0 m ，稚承与缓；串区1 2 0 m ，籀 管区0 8 7 m ，清水区0 8 0 m ，趣高0 7 5 m 。 清永送土舞速度1 3 9 m l s ，斜管内上辩速度l + 6 0 m m s 。 排泥：d n l 0 0 穿孔管排泥，孔径由2 0 。 4 砂滤 采用石英砂均质滤池。处理量3 0 m v h ，滤速6 4 9 m h 。 滤港平面尺寸：0 6 8 x 0 6 8 m 。滤沲高度3 6 0 m ，其中配永隈0 1 4 m ， 承托层0 3 6 m ，滤料厚度1 4 0 m ，待滤水深1 4 0 m ，超高0 3 0 m 。 承托朦级配：由上歪下，砾石粒径i 2 m m ，厚度8 0 m m ：粒径2 4 m m ， 厚度8 0 r a m = 粒径4 8 m m ，厚度1 0 0 m m ；粒饺8 1 6 r a m ，厚度1 0 0 r a m 。 滤料为石英砂均粒滤辩，粒径0 8 1 0 r a m 。承托朦下布水板采用钢筋砼， 开由4 孔1 9 6 个( 1 4 1 4 ) 。反冲洗形式为水冲。镧结构。 武汉理工大学硕士学位论文 深度处理 采用粒状滔性炭( g a c ) 滤池进行浓度处理。 g a c 滤池采用矩形，平面尺寸；2 o 3 9 x 0 3 9 m 。分为独立的两格， 每掇处理水量1 5 m v h ，滤速9 9 9 m h 。 滤料厚度2 o i n 。滤料下承托层厚度由上而下分剐为：砾石粒径1 2 m m ， 厚度8 0 m m ；粒径2 4 m m ，厚度8 0 m m ：粒径4 8 m m ，厚度l o o m m ；粒径8 1 6 m m ，厚魔l o o m m 。配永区高度0 1 4 m ，待滤水区高度1 4 0 m ，g a c 滤滟总 高度4 2 0 m 。 两格滤池分装不同型号的粒状活性炭。如表2 5 所示。 襄2 5 活性炭性能 i 型活性炭规格n 型活性炭规模 产地江苏寨兴江嚣太原 活性炭颗粒1 2 4 0 目柱状，d 1 5 m m l 2 6 m m 璇蠖1 0 2 7 m g g9 5 0 m g g 亚甲兰脱色力2 0 0 m g g1 5 0 m g g 强度 9 0 8 5 吸骈|6 0 0 m g c c k g津酚值l o o m g g 堆积密度0 4 2 l g e 0 。4 * - l g e m 3 水份5 获给l 嚣 反冲洗形式为水冲。钢结构。 2 3 + 2 试验辅助设施 1 供气设施 供气设藏悉子生魏犊处瑗漶貔供氧窥受物黉敉滤港秘气承爱；孛洗。 供气设施选用2 台美国p u m a 集团台湾合正机械股份有限公司生产的 臣霸耩溅? 5 l 空气垂缩梳，互茺备瘸，交替使溺。空气莲缭壤静特穗参 数：排气搬0 9 6 9 m 3 m i n ，使用压力8 k g c m 2 ，功率5 5 k w 。 空匿梳配套设施包戆1 醚盼渚气罐、减压阀鞫空气净纯器。 2 计羹设施 所有浚备静永气计麓均采溺转子流量专十。 3 投药设施 采用2 台美潜米禳罗公司生产的m p - 1 0 0 鳌许爨泵授加碱锾和n a o h 溶 5 武汉理工大学硕士学位论文 液。加氯利用恒速电机投加。 4 水泵提升设施 石英砂滤池的出水接g a c 滤池，由于水头不够，石英砂滤池出水需经 水泵抽升至g a c 滤池。试验采用管道泵抽升。 5 水质化验 在试验现场进行常规水质分柝，配备了一些必须的分析仪器。 2 4 试验水样检测项目与方法 根据试验目的，水样检测项目分为常规监测项目和全分析项目。 常规监测项目包括水温、p h 值、色度、浊度、嗅阈值、肉眼可见物、 氨氮、亚硝酸盐氮、高锰酸盐指数、藻类、锰，共计l l 项。以上项目每周 分析5 6 次。此外，对水样的t o c 、u v m 亦进行了分析化验工作。 全分析项目为国家建设部供水规划“中建议的一类水司8 8 项水质 分析项目，另增加藻类和a m e s 试验，共计9 0 项。水样的全分析测定定期 进行。 常规监测“”项目的分析化验基本以g b 5 7 5 0 - 8 5 标准为依据；无机金属 类的检测采用d z t 0 0 6 4 2 2 9 3 原子吸收分光光度法；有机类的分析采用美 国e p a 标准及6 8 8 9 7 2 8 8 标准气相色谱一质谱法、液相色谱法；藻类以计数 框法测定；a m e s 试验采用平皿掺入法分析。 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章水库水源水质 试验水源分别采用了深圳水库、西沥水库和铁岗水库水源，其中以深 圳水库为主。试验期间深圳水库和西沥水库水质全分析结果详见表3 1 。 表3 1 深圳水库，西沥水库水源水质( 全分析项目) _ 阵曝圳求库西两水葺 项目单位 号量大值最小值平均值曩大值最小值 平均值 i色度4 02 03 23 22 0 2 6 2浑浊度n t u70 72s 654 779 845 863 0 3嗅和嚷 ( t o n ) 4 01 02 51 28l i 4内嚷可见簪有有 5 p h 69 964 467 275 370 473 3 6总硬度( 以c a c o , 计) m s a 4 393 473 9 33 i42 9 63 07 7氯化袖( 1 ；c c l 计) m g l 1 6 4i301 4 7+ 827 076 8硫酸盐f 以s 0 4 计) m 矶 2 0l l1 4888 9喀解性总固体 m l v l 1 5 5l o i1 2 81 1 46 81 0 3 l o璃酸盏( 以n 计) 吼 23 7i6 ll8 906 2o1 50 舢 l l 氯化簟f i ；( f 计1 m 扎 0 5 o20 32 1 2隔离子合成冼涤剂 m g l 0 1 0 l oi 1 3余氯 i a s a 1 4挥发酹 r o s a - 0 0 0 2 0 0 0 2 1 5铁 嘴，l 0 2 l 0 0 50 1 20 0 5 1 6锰 m 叽 03 60 0 902 30 ” 0 0 902 4 1 7铜 嘲，l ( 0 l o 01 1 8 镩 m 9 f l 05 l加l04 60 2 4o1 20 18 1 9镰 吼 ( 0 0 l 0 0 1 2 0氯仿 p 叽 7 340 1 251 33 0 0 5 2 l四氯化奠ua f t 0 1 9 o 0 2 o0 2 2 2氰化物 t n g l ( 0 0 0 2 0 0 0 ： 2 3 m s l ( 0 0 0 5( 0 0 l 2 4镐 m s a 0 0 0 2 0 0 0 2 2 5六价铬 m 9 几 a o l0 0 00 0 60 0 0 7 武汉理工大学硕士学位论文 续表3 1 深圳水库西薪水库 序 项目单位 号 最大位t 小值平均值蕞大值最小值平均值 2 6 汞 m 扎 ( 0 0 0 l( 0 0 0 0 2 2 7 铅 m g l ( 0 0 i 0 0 0 6 2 8话 m g ，l 0 0 0 2 ( 0 0 0 2 2 9滴蔫涕ug ，l0 0 0 8 3 0 0 0 l0 0 0 7 6 0 0 0 i 3 0 六六六 ug ，l0 0 4 80 0 0 8 5o0 2 50 1 8 1 8 0 3 4总口放射性 b q ，l n 2 ，4 0 0 2 00 0 7 900 3 80 0 2 00 3 0 3 5总凸放射性 b 0 ，l03 5 00 1 3 502 4 301 5 40 l ( 3 001 3 2 3 6 铝 m e l 0 0 2 0 0 2n 1 0 00 0 6 6 00 8 3 3 i钠 m 叽 l ，31 2 61 3o32 02 9 0 30 5 3 82 , 4 , 6 - 三氯酚 u 叽 22 3 9i ，2 = 氯乙兢 u 叽2 6 200 509 2 i5 9 0 0 2 4 0i i = 氯乙烯u g ，l如0 2 0 0 5 4 l四量乙烯 u l i6 2 0 1 005 5 l4 7如0 2 4 2三氯乙烯 u 扎i 5 90 0 90 4 3l3 8 oq 5 4 3五氯哥 “g ，l 22 4 4蓑 g ，l0 6 400 40 2 00 5 7 0 0 2 4 5敌敌畏 p 叽如0 2 0 0 2 4 6乐秉u n ( 0 0 21 8 4 60 0 2 4 7对麓磷 叽 0 0 2 ( 0 0 2 4 8甲墓对硫肆 p 叽 0 0 2 0 0 ： 4 9酴革蔓 p 彰l0 0 20 8 9 0 0 5 0敌百虫ug ，l 0 0 2 1 8 09 2) 1 8 01 3 5 2电导事 u ， 1 9 01 5 01 7 0l o9 51 0 8 f 加t ， 5 3钙 m g ，l 2 0 71 071 5795849l 5 4 镬m 叽 34i920：ll6l9 5 5硅 i t i l 6 4 663 26 4 034 930 332 6 5 6巷算氯 m g ，l l7 6o3 8l0 76 6 430 655 9 5 7 总 度( 以c a c o ，计)m g l 4 0 53 083 564 323 2 53 7 6 5 8 亚硝酸盖( 以n o ：计，n 蟛l 1 1 8 202 5 607 1 00 0 9 20 0 4 600 7 0 5 9 氧( 以n h ，计)m g l 36 221 328 003 2 0 0 60i o 6 0 耗氯量 m g ，l 42 22 6 534 438 9 26 231 9 6 l总宥机碳m n2 252 0 71 232 l8 4 i4 582 l 6 2矿辅油 p 叽 1 0 37l6 3 6 01 6 1 56 4 21 02 5 6 3镊 m w l 00 40 0 200 30 0 4 6 4 硼 m 玑 ( 0 2 0 0 2 0 6 5苯哥 “g ，l 010 5 l0l 6 6阃甲跨 玑 l0 5 4 0l 6 7o 二氯酚 扎 ( 0 0 5 0 0 5 6 8 对碡墓酚u 扎( 0 li3 3 l1 4l2 4 6 9二氯甲烷 u 玑 1 3o0 g 64 2 481 003 04 3 2 7 0 i 。i ，卜三氯乙垸h 扎 0 0 9 0 0 2 0 0 2 1 i i ，t 三氯乙烧p 叽t ：0 0 ， 0 0 2 7 2 1 1 2 3 四氯乙烷p 叽 l2 20 2l2 3 0 0 2 7 3三囊甲烷 p l 0 0 2 0 0 2 7 4 对二i 【苯 u l 0 0 20 9 70 0 205 ： 了5六主苯 u l 0 0 0 ： 0 0 0 2 2 0 茎墨矍三查堂堡主兰竺堡苎 续表3 1 深圳水库西丽水库 序项目 单位 最大使最小值平均值曩置值量小值平均值 号 7 6 链 m g ，l 0 0 0 0 l( 00 0 0 i 7 镶 m g ，l o 30 0 1 70 0 1 2 0 0 l l7 8锑 r n s q - 0 0 0 80 0 0 4 0 0 0 60 0 0 2 0 0 0 ： l 7 9 钒 ，m 乩 ( 0 0 2 0 0 2 i8 0钴 m g l 02 0 o2 0 8 1 蓁 u l 0 0 7 5 00 20 0 8 50 0 0 40 0 4 7 l8 2 萱蕙 p 以( 0 0 0 5 7 ) 0 0 0 70 30 0 0 5 i 8 3 苯并( b ) 董蒽pg ，l( 0 0 0 1 9 ) 0 0 0 40 2 0 0 0 3 _ l8 4 苯并( k ) 董葸u l0 0 0 1 9 )00 0 80 0 0 600 0 7 l 8 5 苯并t l 工3 4 d ) 蓖ug ，l n d00 0 2( 0 0 0 l 8 6 苯并酗i ) 蓖p l n d( 0 0 0 l l 8 7 粪量链球菌 个，1 0 0 m l9 22 2 03 5i1 2 髓 亚琉囊还原菌j 1 l l o o m l) 1 8 01 01 6 l 7 5f l 的 蕞类万十l1 6 9 62 5 85 7 63 2 1 06 5 81 4 6 0 4 l 皿 卜 a m e s 试验2 u 丑 t u 皿 通过上表可见，作为深圳市主要水源的深圳水库和西沥水库，其水质总 磷、总氮、氨氮、亚硝酸盐氮、高锰酸盐指数、生化需氧量、石油类、挥 发酚的浓度一般都有不同程度的超标情况，水库水有生物臭，锰含量常常 很高，藻类含量也较高，水库已经富营养化，水质己呈现一种微污染状态。 这种水库水水质不但在我国现阶段南方水库水水质具有典型性，针对全国 的水库水水质也具有一定的代表性。 武汉理工大学硕士学位论文 第4 章生物预处理试验及结果 4 1 生物预处理技术 生物处理在城市给水中的应用是随蔫饮用水水源污染的加剧而发展 起来的。对常规净水工艺不能充分去除的氨氮、亚硝酸盐氮、藻、嗅味、 锰等都有较好的处理效果，还可以去除水中的浑浊度和相应的色度，以及 高锰酸盐指数。因此生物处理常做为絮凝、沉淀、过滤等常规净水工艺的 前处理，称为生物预处理。 本中试研究中采用的四种型式的生物预处理池均属于生物膜法。池内 填料上生长着细菌、原生动物、后生动物等微生物，形成不同厚度的生物 膜，通过与水接触，生物膜上的微生物摄取、分解水中的有机物、氮、磷 等营养物质，从而使水得到净化。 生物预处理池内生物摸上微生物活性的高低、生物量的大小、生物膜 与处理水接触时间的长短都直接影响着生物池的处理效果。微生物( 主要 是细菌) 的生物活性主要受环境因素如水温、p h 、营养盐、溶解氧等的影 响，保持细菌较高活性，使之处于对数生物期，可大大提高生物池的处理 效果，生物膜量的大小主要取决于生物池所选用的填料，不同型式的填料 比表面积有较大差别。接触时间的长短由所选择的运行工况决定，一般来 讲，接触时间越长，处理效果越好。 生物接触氧化池i 型和i i 型均采用y d t 弹性波纹立体填料。i 型池分 两格，采用微孔曝气盘曝气，曝气盘位于池底部，池内连续供气充氧，水 的总流态接近于推流式。i i 型池分三格，采用穿孔管曝气，池内设有中心 导流筒，穿孔曝气管位于导流筒下部，这样每格内部通过中心导流筒连续 曝气的抽升作用，形成水的交替循环，呈完全混合式，水的总流态整体上 仍为推流式。 生物陶粒滤池是以陶粒做为生物载体，一方面利用生物膜的作用净化 水质，同时还具有物理截留( 过滤) 的作用。本试验研究中运行有两种方 式，前阶段为固定床，朗水从池上部进入，均匀通过陶粒层，从底部出水， 类似普通石英砂滤池；后阶段为膨胀床，水改为下部进，上部出，出口处 增设简易三相分离器。两种方式均采用穿孔管曝气，孔眼直径i m m 。 生物接触氧化沟型是后增加的一个生物池，采用网状立体填料，分 武汉理工大学硕士学位论文 两格，穿孔管曝气，并设斗底排泥。 4 2 生物预处理的挂膜 生物预处理池i 型、i i 型、型首先建成，于1 9 9 7 年7 月1 7 日开始 运行，以深圳水库水为原水进行自然挂膜。开始5 天每天运行1 6 小时，自 7 月2 2 日起连续运行。型池于1 9 9 7 年1 2 月6 日开始挂膜连续运行，水 源为深圳水库水，考虑原水p h 值较低( 6 5 ) ，在挂膜期向原水连续投加 n a 0 h 溶液。型池于1 9 9 8 年5 月7 日更换新填料，重新挂膜，此次为自然 挂膜。 挂膜期间，各生物池流量、气水比及水温详见表4 1 表4 1 挂膜期间各生物池运行参数 池型 i 型型 项目 i 型型 ( 固定床) 水量( m 3 h ) 2 5 01 6 52 0 00 8 0 填料水力负荷 o 5 10 5 0 2 6 4 ( m h )0 8 3 ( m 3 一h ) 气水比 2 4 ：12 0 ：i1 5 ：l1 5 ：l 温度( ) 2 7 3 01 7 2 l 说明：n 型滤池测试数据取自1 9 9 7 年1 2 月。 生物处理池在挂膜期间，填料表面逐渐由无色变为褐色或深褐色，对 各污染物的去创造效果也在稳定提高。附图4 a 1 4 a 4 分别为运行初期( 5 0 天) 生物池i 型、i i 型、型、型( 1 9 9 7 年1 2 月) 氨氮、浊度、藻类去 除的历时曲线。 以对氨氮的去除率大于5 0 为基本要求，衡量填料是否完成挂膜。从 图4 a 1 ( a ) 、4 a 2 ( a ) 、4 a 3 ( a ) 、4 a 4 ( a ) 可见，生物池i 型、i i 型的挂膜 期基本为2 0 天，型需要1 0 天左右，型在1 9 9 7 年1 2 月份需要的时间 较长，约为3 0 天。说明生物陶粒滤池需要的挂膜时间短，另外，温度对挂 膜期的长短影响明显。 生物池在挂膜成功后，处理效果稳步上升。以生物池i i 型为例，其氨 武汉理羔大学硕士学霞论文 氮的去除率从不到1 0 至7 0 9 6 ；浊度从2 0 逐步提高到7 0 左右；藻类的去 除率也苁4 0 逐步摄高到7 5 左右。可戳认为，经过近5 0 天鹊试验裙赣运 行，器生物池基本达到了稳定运行期。 4 。3 生貔鞭处理试验结果 生物预处理池在整个试验期间均避续运行，在达到稳定运行期后，根 据各生物池的特点调整运行参数，殴磺究各工况下豹处理效果。在试验看 期，生物池i 型、型、i 型进行了局部改变如改变微孔曝气盘大小、穿 孔管孔眼意径、填料间鼷，生物池珏i 羹员 j 改变了根本运行方式，以膨强寐 代替阉定床。除个别变化对生物浊的处理效果有很大影响外，其它如生物 池工况调整、局部改造、承源永更换等交纯在本节都不考虑。奉节着重讨 论试验运行期内，各生物池对不同污染物的总体去除效果。 4 3 1 生物接触氧化池i 型 从1 9 9 7 年7 月运行至1 9 9 8 年9 月，壤料水力负荷变仡范瀚0 5 9 l 。9 5 霹d h ，气承比变化范围0 4 3 1 2 0 ：l ，图4 a 5 ( a ) ( i ) 为出、氨缀、 亚硝酸盐氮、浊度等指标的历时曲线。 从上述各图可以看出： 1 试验期间，生物池i 型出水p h 值初期有所升高，瑶期变化不大。 说明生物浊稳定运摇羼，对p h 寅一定的缓冲调节馋用。巍进水p h 值突舞 或突降时，生物池都可以通过自身系统的调节作用，使硼维持在一个平稳 的水平，农利于微生物生存。 2 在稳定运行斯氨氮浓度超标嚣寸，氨氮去除率一般维持在8 0 9 0 ， 当进求浓度，l 、于0 ，5 氆g , l 对，去除率必4 3 6 熙。生物池出承氨氮浓度戆农 浓度升高而增大，不过般可维持在0 5 m g l 以下。 3 。藏蹬酸簸氮去除搴一般大于5 0 ，簌期基本稳定凌7 5 上下。生物 池进出水溉硝酸教氮浓度的关系类似于氨氮，出水基本随进水的升高而升 毫，一般霹维持农0 1 m g l 以下。 4 浊度的去除率大多在4 0 6 0 之间，稳定运行期裁本在5 0 左右。 生物渡篷改浊度蕤进本没度增趣瑟鞘谗上秀，交化蠛度低予进农。 5 藻类去除率波动较大，一般程4 0 8 0 之间，试验后期基本维持在 7 5 。窭永藻类含纛基本与遘承濠类含爨呈线性关系，楚后赣麴秀楚露增大。 6 臭阀值( t o n ) 常用来评价水异臭状态。生物池i 型对t o n 的去除 武汉理工大学硕士学位论文 率较稳定，一般在4 5 左右。后期出水的t o n 一般可维持在8 以下。 7 稳定运行期，生物池i 型对锰的去除率基本在5 0 7 0 。出水锰含 量一般随进水浓度的升高而增加。 8 高锰酸盐指数和t o c 均为衡量有机物污染程度的指标。从两指标 的进出水关系曲线可见，出水有机物浓度基本随进水浓度的增高而增大。 对高锰酸盐指数的去除率在i 0 2 0 之间。 4 3 2 生物接触氧化池i i 型 生物接触氧化沟i i 型从1 9 9 7 年7 月中旬运行至1 9 9 8 年1 1 月底，期 间进行了多种工况的研究。填料水力负荷变化范围0 6 1 1 8 2 m 3 m 3 h ，气 水比变化范围0 6 0 1 5 0 ：l 。图4 a 6 ( a ) ( i ) 为生物池i i 型p h 、氨氮、亚 硝酸盐氮、浊度等指标的历时曲线。 从上述各图可以看到，稳定运行阶段生物池i i 型在对各污染物的去除 率范围、出水浓度与进水浓度之间的关系、去除率与进水浓度的关系和生 物池i 型基本一致。这主要是因为两者处理原理类似，并且使用填料相同。 由于两者曝气设旌及结构的不同，生物池i i 型具有以下特点： 1 生物池型对氨氮的去除效果稳定快。试验至1 9 9 7 年9 月初，其 去除率就基本稳定在7 0 9 6 以上。生物池i 型在1 0 月份仍有较大波动，有时 高于9 0 9 6 ，有时则