（模式识别与智能系统专业论文）曝气生物流化池处理微污染水试验研究.pdf

山东建筑大学硕士学位论文 捅要 生物流化池反应器( m b b r ) 是将传统活性污泥法和生物膜法相结合并引入流态化 一技术应用于水处理的一种新型生物膜水处理工艺。它具有处理效率高、容积负荷大、抗 冲击能力强、设备紧凑占地少等优点。论文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 ) ，以生物流化池反应器为研究对象，对人工模拟微污染水进行预处 理研究，并对试验填料流化状态及流化池设计优化进行了研究。 本论文首先以两级串联生物流化池反应器为研究对象，研究了流化池反应器自然挂 膜和接种挂膜启动方式对比，并通过改变填充比、曝气强度和水力停留时间，考察不同 条件下，m b b r 对微污染水中有机物和氨氮的去除效果，提出了反应器最佳运行条件 试验结果表明：( 1 ) 两种挂膜方式启动过程中，在温度为2 5 圭5 ，从c o d c r 和氨氮的去 除效果上看，m b b r l 和m b b r 2 均在1 6 天左右完成挂膜启动，不添加接种污泥不会造成 挂膜启动时间的延长，采用自然挂膜生物膜相比接种挂膜厚；( 2 ) 常温下，水力停留时问 2 h ，曝气强度5 m 3 m 2 时，处理效果最佳。氨氮和c o d 的去除率分别达到9 6 和7 0 ， 出水氨氮低于0 5 m g l ，符合国家饮用水卫生标准要求；( 3 ) 低温条件下( t - _ 6 - - 一1 0 ) ， c o d 和氨氮的去除效果明显下降。氨氮去除率由9 6 下降到7 0 ，c o d 去除率由 7 0 下降到4 0 。( 4 ) 低温条件下，反应器停止运行，重新启动需要6 天左右常温下， 反应器的重新启动时间只需4 天。 为了进一步研究影响生物流化池反应器去除效果的因素，本文又对四种不同粒径悬 浮填料流化状态，以及通过c f d 软件模拟流化池内部气液两相流动优化流化池设计运行 条件进行了研究。研究结果表明：( 1 ) 通过给填料配重，增大填料密度，可以有效改善填 料流化效果；填料密度越接近于水，流化越容易。( 2 ) 流化实验结果表明，1 0 m m 柱状填 料流化效果良好，所需曝智强度小，且在预处理微污染水实验中能有效去除有机物和氨 氮，可以在水厂生物预处理工艺中推广使用。( 3 ) 可味考虑开发一种新型填料，填料密度 选择在0 9 6 - 4 ) 9 8 9 o n 3 左右比较适合。( 4 ) 通过f l u e n t 软件模拟曝气生物流化池中气液两 相之间的相互作用。比较了不同纵横比、不同孔径、不同曝气速度流化池内气液两相的 流速分布，对比数值模拟结果，发现曝气速度越大，曝气孔径越大，紊动强度和环流强 度越大，有利于流化传质，提高去除率。( 5 ) 可以运用f l u e n t 软件模拟反应器运行情况 来解决设计和运行过程中遇到的问题。 关键词：生物流化池、微污染水、预处理、悬浮填料 山东建筑大学硕士学位论文 s t u d yo np e r f o r m a n c eo fm o v i n gb e db i o f i l mr e a c t o rf o r m i c r o - p o l l u t e dw a t e r t r e a t m e n t f a n gj i a n w e n ( 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 e 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 uj i a n g u a n g a b s t r a c t m o v i n gb e db i o f i l mr e a c t o r ( m b b r ) i san o wt y p eo fm e m b r a n ew a t e rt r e a t m e n t p r o c e s st h a tc o m b i n e dw i t ht h et r a d i t i o n a la c t i v a t e ds l u d g e , b i o f i l ma n df l u i d i z a t i o nt e c h n o l o g y i th a sm a n ya d v a n t a g e s , s u c ha sh i g ht r e a t m e n te f f i c i e n c y , v o l u m e t r i cl o a d i n gl a r g e , s t r o n g i m p a c t a n dt h ea d v a n t a g e so fs m a l lf o o t p r i n ta n ds oo n t h i sp a p e rd e p e n d so nt h en a t i o n a l w a t e rp o l l u t i o nc o n t r o la n dm a n a g e m e n tt e c h n o l o g ym a j o rp r o j e c t s ( 2 0 0 8 z x 0 7 4 2 2 0 0 3 ) ， m b b rw a su s e di na d v a n c e dt r e a t m e n to fa r t i f i c i a ls i m u l a t i o no fm i c r o - p o l l u t e dw a t e ra n dt h e e x p e r i m e n t a lf i l l e rf l u i ds t a t u sa n df l u i dd e s i g no p t i m i z a t i o np o o ls t u d i e d f i r s to fa l l ，t h et r e a t m e n te f f e c t so ft h em b b rw c l ew e l ls t u d i e d t w o - s t a g eb i o l o g i c a l f l u i d i z e dr e a c t o rw e r eu s e di ns e r i e s t h es t a t u so ft h et w o - s t a g eb i o l o g i c a lf l u i d i z e dr e a c t o r n a t u r a lb i o f i l mf o r m a t i o na n di n o c u l a t e db i o f i l mf o r m a t i o n , w h i c hw a ss t u d i e di no r d e rt oh e l p t oa c c e l e r a t et h es t a r t - u p t h r o u g hc h a n g e si nr e a c t i o np a r a m e t e r ss u c ha st h ef i l l i n gr a t i o , a e r a t i o ni n t e n s i t ya n dh y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ，t h ec a r b o n a c e o u sa n dn i t r o g e n o u sr e m o v a l c a p a c i t yo fm b b ri nt h em i c r o - p o l l u t e dw a t e rw a si n v e s t i g a t e d t h eb e s tr e a c t o ro p e r a t i n g c o n d i t i o nw h i c hi sb a s e do nt h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t so ft h ea n a l y s i s t h er e s u l t ss h o w e d t h a t ：( 1 ) b i o f i l mf o r m a t i o no ft w ow a y sd u r i n gs t a r t u p ，u n d e rt h et e m p e r a t u r eo f2 5 4 - 5 ，f r o m c o d m na n dt q r i , + nr e m o v a le f f i c i e n c yp o i n to fv i e w , m b b r la n dm b b r 2w e r ec o m p l e t e d i n16d a y sb i o f i l mf o r m a t i o na n ds t a r t ，d o n ta d da c t i v a t e ds l u d g ew i l ln o tc a u s eb i o f i l m f o r m a t i o na n ds t a r tt i m e ，c o m p a r e dw i t l lt h et w ow a y sl i n k e dm e m b r a n eb i o f i l mt h i c k n e s s ；( 2 ) u n d e rt h ec o n d i t i o n so fa m b i e n tt e m p e r a t u r e ，w h e nh r tw a s2 h ，a e r a t i o ni n t e n s i t yw a s 5 m 3 m 2 ，t h er e m o v a lo fr e a c t o rr e a c h e dt h eb e s t t h er e m o v a lr a t e so fn i - 1 4 + na n dc o d m n r e a c h e d9 6 a n d7 0 ，a n dt h ee f f l u e n ta m m o n i ab e l o wo 5 m g l ，t om e e ts t a n d a r d sf o r 山东建筑大学硕士学位论文 d r i n k i n gw a t e rq u a l i t y ( 3 ) u n d e rt h ec o n d i t i o n so fl o wt e m p e r a t u r e ( t = 6 1 0 c ) ，c o d m na n d n h 4 + - nr e m o v a le f f i c i e n c yd e c r e a s e d n i + - nr e m o v a lr a t ed e c r e a s e df r o m9 6 t o7 0 ， c o d r e m o v a lr a t ed e c r e a s e df r o m7 0 t o4 0 ( 4 ) u n d e rt h ec o n d i t i o n so fl o wt e m p e r a t u r e , , 一 一 t h er e a c t o rs t o p sr u n n i n g , r e s t a r tn e e d s6d a y s u n d e rt h ec o n d i t i o n so f n o r m a lt e m p e r a t u r e , t a k i n go n l y4d a y st or e s t a r tt h er e a c t o r t of u r t h e rs t u d yt h ei m p a c to fb i o l o g i c a lf l u i d i z e dr e a c t o rp o o lr e m o v a lo ff a c t o r s ，t h i s p a p e rh a ss u s p e n d e df i l l e rp a r t i c l es i z eo nt h ef o u rd i f f e r e n ts t r e a m so ft h es t a t e , a n db yc f d s o f t w a r et os i m u l a t et h ef l o wo fp o o lw i t h i nt h eg a s - l i q u i dt w o - p h a s ef l o wt oo p t i m i z et h e d e s i g na n do p e r a t i o no fp o o lc o n d i t i o n sw e r es t u d i e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：( 1 ) t o i n c r e a s i n gw e i g h to ft h ep a c k i n g , i n c r e a s i n gp a c k i n gd e n s i t y , c a l le f f e c t i v e l yi m p r o v et h ef l o w o fp a c k i n ge f f e c t ；p a c k i n gd e n s i t yi sc l o s et ot h ew a t e r , s t r 锄- n i n ge a s i e r ( 2 ) t h ef l o wo f e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wm a t ，10 m mc y l i n d d c a lp a c k i n gf l u i dw o r k sw e l l ，i tr e q u i r e d l o w - i n t e n s i t ya e r a t i o n , a n dc a ne f f e c t i v e l yr e m o v ec o d l a n dn h 4 + - ni nt h ep r e t r e a t m e n t e x p e r i m e n t sf o rm i c r o - p o l l u t e dw a t e r , i ts h o u l db ew i d e s p r e a du s e di nw a t e rp l a n tb i o l o g i c a l p r e t r e a t m e n t ( 3 ) c o n s i d e r i n gt h ed e v e l o p m e n to fa n o w p a c k i n g , c h o o s em o r es u i t a b l ed e n s i t y o fa b o u t0 9 6 - 4 ) 9 8 9 e r a s ( 4 ) f l u e n ts o f t w a r et os i m u l a t ea e r a t i o no fh e a l t ht h r o u g ht h e l o g i s t i c so ft h ep 0 0 ll i q u i dt w o - p h a s ei n t e r a c t i o n c o m p a r i s o no fd i f f e r e n ta s p e c tr a t i o s ， d i f f e r e n td i a m e t e r , d i f f e r e n ta e r a t i o nt a n k so fg a sa n dl i q u i df l o wr a t eo ft w o - p h a s ev e l o c i t y d i s t r i b u t i o n , c o m p a r e dt os i m u l a t i o nr e s u l t sa n df o u n dt h a t t h eg r e a t e rt h ea e r a t i o nr a t e , a e r a t i o nl a r g e rt h ec i r c u l a t i o nt h eg r e a t e rt h ei n t e n s i t yo ft u r b u l e n c ei n t e n s i t ya n dc o n d u c i v et o f l u i dm a s st r a n s f e r , i n c r e a s et h er e m o v a lr a t e ( 5 ) s i m u l a t e du s i n gf l u e n ts o f t w a r et o e n c o u n t e r e di nt h ep r o c e s st os o l v et h eo p e r a t i o no ft h er e a c t o rd e s i g na n do p e r a t i o no ft h e p r o b l e m s k e yw o r d s ：m o v i n gb e db i o f i l mr e a c t o r , m i c r o - p o l l u t e dw a t e r , p r e t r e a t m e n t ， s u s p e n d e dp a c k i n g 原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，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： 杰毽文日期碰：笸：坦 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阏拳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：沙i7 山东建筑大学硕士学位论文 1 1 我国水资源现状 第1 章绪论 1 1 1 水资源严重短缺 水资源是是世界上分布最广的，数量最大的资源。水覆盖着地球表面上7 0 以上的 面积，总量达1 5 亿立方米，同时也是世界上开发利用最多的资源。当前人类每年消耗水 资源的速度大大超过了其他资源，全世界每年的用水量达3 万亿吨。通常所说的水资源 主要是指陆地上的淡水资源，如河流水、湖泊水、冰川水和地下水等。陆地上的淡水资 源只占地球上总水量的2 5 3 左右。其中近7 0 是固体冰川，即分布在两极地区和中、 高纬度地区的高山冰川，很难加以利用。目前，人类比较容易利用的淡水资源主要是河 流水、湖泊水，以及浅层地下水，约占全球淡水总储量的0 3 ，只占全球总储水量的十 万分之七。据研究从水循环的观点来看，全世界真正有效利用的淡水资源每年约有9 0 0 0 立方千米i 。 我国是个严重缺水的国家，我国淡水资源总量为2 8 0 0 0 亿立方米，占全球水资源的 6 ，居世界第四位，但人均只有2 2 0 0 立方米，仅占世界平均水平的四分之一，排名在第 一百一十名之后，是全球1 3 个人均水资源最贫乏的国家之一。据有关报道【2 1 ，8 0 年代全 国有2 3 6 座城市缺水，缺水量1 2 0 0 万m 3 d ；9 0 年代缺水城市有3 0 0 座，缺水量1 6 0 0 万m 3 d ； 进入新世纪后，全国缺水城市达4 0 0 座，缺水量超过2 0 0 0 万m 3 d ；据估计水资源短缺问题 将在2 0 3 0 年达到高峰，届时预计全国人口将达至t j l 6 亿，而人均水资源将只有1 7 6 0 吨，这 个数字已经达到了联合国规定的“警戒线一水平。水资源短缺问题已成为制约2 1 世纪我 国社会经济持续发展的重要因素。 1 1 2 水资源污染 造成水资源污染的原因主要有两种：一种是自然污染，一种是人为污染。自然污染 是由于雨水对各种矿产的溶解作用，火山爆发和干旱地区的风蚀作用所产生的大量灰尘 落入水体引起的污染。向水体中排放大量未经处理的生产废水、生活污水以及各种废弃 物，造成水质恶化，从而改变了其物理、化学和生物特性，这属于人为污染。而通常所 说的水污染主要指后一种，不但影响水的正常用途，而且危害人类健康及生活环境【”。- 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。多年来，我国水资源质量不断下降，水 山东建筑大学硕士学位论文 环境持续恶化，由于污染所导致的缺水断水事故不断发生，不仅使工厂停产、农业减产 甚至绝收，而且造成了不良的社会影响和加大的经济损失。严重影响了我国的社会可持 续发展，威胁了人民的生存。 由2 0 0 8 年中国环境状况公报来看【4 】，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) 富营养化问题十分突出。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 类、 v 类和劣v 类水质的断面比例分别为5 5 0 、2 4 2 和2 0 8 。其中，黄河水质总体 为中度污染。4 4 个地表水监测断面中，i i 一- i i i 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。 此外，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，引发重大水环境污染事件。2 0 0 7 年太湖中蓝藻爆发导致水质恶化，无锡居民生活饮水受到严重影响，自来水出现变味、 发臭无法使用等现象。这些重大水污染事故已经严重的影响了人民生产生活。 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，饮用水源破坏严重，水资源污染己成为我国经济与社会发展的制约 因素。 1 2 微污染水性质、危害及处理技术研究现状 1 2 1 微污染水性质、危害 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 ) 类水体标准的水体【5 1 。主要是氨氮、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。这种水中所含污染物种类较多，性质较复杂， 浓度比较低。 微污染物主要包括有机物( 天然有机物n o m ) 和( 人工合成有机物s o c ) 、氮( 水 体中常以有机氮、氨、亚硝酸盐和硝酸盐形式存在) 、嗅味、三致物质、铁锰等。一般 山东建筑大学硕士学位论文 来说，受污染江河水体中主要包括石油烃、挥发酚、氨氮、农药、c o d 、重金属、砷、 氰化物等，这些污染物种类较多，性质较复杂，但浓度比较低微，尤其是那些难于降解、 易于生物积累和具有三致作用的优先控制有毒有机污染物，对人体健康毒害很大【6 】 ( 1 ) 有机物的性质与危害 水体中有机污染物可分为两类：天然有机物( 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， 也称为传统有机物。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。学术界对腐殖质的定义是：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 7 1 。而非腐殖质是指可 以辨认化学特性的化合物。通常，n o m 是“三致一物的前体物( 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。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。此外，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 性它们对水环境的影响时间可能会 很长。饮用水中的人工合成有机物危害主要体现在：( 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【8 】。 ( 2 ) 氮化合物的性质和危害 水体中的氮化物以有机氮和无机氮两种形态存在有机氮指蛋白氮、多肤、氨基酸 和尿素等；无机氮是指氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮。氮的各种存在形式有着相互转化关系， 是密切相关的。氮在某一空间如水体中过多地存在会成为对动植物以及人类有危害作用 的污染因子f 9 】。因此，在保护水体环境时要特别警惕水体中的氮污染。 水体中的氮主要来源于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，一些含氮物质排入下水道中而形成的，其主要形式为有机氮和氨氮。 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。 当作为饮用水的水源受到氮污染时，通常会具有较大的危害；水中过量的氮的存 在会使藻类过量增殖、富集，出现富营养化现象，大量消耗水中的溶解氧，危害鱼类等 生物的生存，同时还会引起水体发臭。当饮用水中的硝酸氮浓度超过1 0 m g l 时，可 3 山东建筑大学硕士学位论文 能会诱发婴儿患高铁血红蛋白血症【l o 】。此外，如果饮用水中含有过量的硝酸氮，它们会 在人胃中还原为亚硝酸氮，继而与人胃中的仲胺或酞胺作用形成致癌的亚硝胺【9 l 。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【l l 】。 ( 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 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，在光洁 的卫生用具上，以致与水接触的墙壁和地板上，都能着上黄褐色斑点，甚至影响产品质 量。人长期饮用含铁锰过高的水，会影响人的饮食以及引起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【1 2 】。 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 2 2 微污染水处理技术研究现状 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 认识到饮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 1 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源水中的悬浮物、胶体杂质和细菌【闭。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，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 山东建筑大学硕士学位论文 水安全性难以保证。在这种情况下t 新的处理技鲞应运而生，主要有以下几类： ( 1 ) 强化常规处理技术：主要有强化混凝和强化过滤。 ( 2 ) 预处理技术：主要包括有化学预氧化和生物预处理等； ( 3 ) 深度处理技术：主要有生物活性炭、光催化氧化、膜技术等。 1 2 2 1 强化常规处理技术 ( 1 ) 强化混凝 强化混凝是指改善混凝剂匹配和优化混凝工艺条件，提高混凝沉淀对有机物的去除 率。其机理包括胶体状n o m 的电中和作用，腐殖酸和富里酸聚合体的沉淀作用，以及 吸附于金属氧化物表面上的共沉作用。饮用水中常用的混凝剂有a 1 2 ( s 0 4 ) 3 、f c c l 3 、p a c 、 p f s 等。李圭白等【1 4 1 研制出的高锰酸钾复合药剂( p p c ) 不仅具有混凝的功效而且能够 有效的去除水中有机物和致突变物。强化混凝的几种方式【1 6 1 ：多投混凝剂使水中胶 体脱稳，在絮凝的吸附作用下胶体沉降；另投絮凝剂，增强吸附，使有机物易被絮凝 吸附而下沉；投加新型生物絮凝剂，有氧化、混凝的综合作用，有效去除水中有机物； 调整p h 值。 ( 2 ) 强化过滤 强化过滤技术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，去除水中的有机物和浊度。该技术运行管理方面存在一定的困难如要控 制反冲洗强度，既能冲去污泥，又能保持一定的生物膜。近年来国内许多专家在滤池的 填料上研究很多。马军等【1 7 】人进行了将水合二氧化硅涂渍于石英砂滤料表面，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、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去除污染效果明显 提高。 1 2 2 2 微污染水预处理技术 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地发挥作用，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。预处理方法按对污染物的去除途径不同可分为吸附法和氧化法，氧化法又可分 为化学氧化法和生物氧化法。 山东建筑大学硕士学位论文 ( 1 ) 吸附预处理 吸附预处理是在混合池中投加吸附剂，利用其强大的吸附性能，改善混凝沉淀效果 来去除水中的污染物。目前用于水处理的吸附剂有活性炭、硅藻土、二氧化硅、活性氧 化铝、沸石及离子交换树脂等【1 8 】。史海燕等【1 明人用粉末活性炭处理焦化废水酚的研究表 明：在活性炭投加量为l o g ，焦化废水为1 0 0 0 m l ，曝气条件下，粉末活性炭对酚去除率 比柱状活性炭至少高出1 4 ，且曝气时间为1 2 0 m i n 时，去除率高达9 3 4 。由于粉末活 性炭参与混凝，残留于污泥中，没有很好的回收再生利用方法，运行费用较高，难以推 广使用。粘土类吸附剂虽然价格便宜，但大量粘土投入混凝剂中，势必增加沉淀池的排 泥量，给生产运行带来一定的困难。 ( 2 ) 化学氧化预处理 化学氧化预处理是一种传统处理方法，是指向微污染水源水中投加化学氧化剂，以 氧化分解水中的有机物【州。化学氧化法同时还能有效去除水中大量存在的藻类。常用的 化学氧化剂有：氯、臭氧、高锰酸钾和二氧化氯等。化学氧化在给水处理中的主要作用 包括：有效降低水中有机物含量，提高水中有机物可生化降解性；去除影响给水处理工 艺的藻类；改善混凝效果，降低混凝剂的用量；去除水中三卤甲烷前体物【2 1 1 。 最早应用的氧化技术是投加氯气，可以氧化因水源污染生成的微生物和藻类，控制 其在管道内或构造物内的生长，也可以氧化一些有机物和提高混凝效果并减少混凝剂的 使用量的同时，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，许多研究发现，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”性物质一三卤甲烷、有机卤化物等瞄】。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 酸钾可以控制氯酚生成，并能去除水中部分色、嗅、味，抑制藻类生长。徐景翼掣2 3 1 采 用高锰酸钾替代液氯，对含藻微污染水进行处理研究，结果表明，利用高锰酸钾预氧化 生成的三卤甲烷比采用预氯化少得多。章琪等【2 4 】采用高锰酸钾复合药剂预处理巢湖微污 染原水。结果表明，高锰酸钾复合药剂对有机物、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。近年来马军教授、李圭白院士等 【2 5 】对其助凝效能、除污染效能进行了试验研究。结果表明，高锰酸钾能显著控制氯化消 毒副产物，是水中有机物数量、浓度都有显著降低，水的致突变活性由阳性转为阴性或 接近阴性。 山东建筑大学硕士学位论文 臭氧( 0 3 ) 在水处理中最早作为饮用水消毒剂，去除水中的色度和嗅味，现主要去除 水中有机污染物。臭氧氧化法是在水处理中受到普遍关注的氯消毒副产物对人体具有致 命危害之后开始重视并广泛采用的方法。0 3 是应用最广泛的新型氧化剂。0 3 可提高水中 有机物的生化性，有助于提高絮凝效果，减少混凝剂的投加量，但有资料表明口6 l ：( 1 ) 在0 3 投量有限的情况下，不可能去除水中氨氮，因为当水中有机氮含量高时，0 3 把有机 氮氧化成氨氮，致使水中氨氮含量增高。( 2 ) 0 3 对水中一些常见污染物如三氯甲烷、四 氯化碳等物质的氧化性差，易生成甘油、铁氰化合物、乙酸等，从而导致不完全氧化产 物的积累。 二氧化氯( c 1 0 2 ) 可有效破坏藻类、酚，改善水的色、嗅、味。二氧化氯不会像c 1 2 那 样与水体中的有机物发生卤代反应而生成对人体有害的、致癌的有机卤代物。二氧化氯 作为氧化剂优点是：杀菌效果好，用量少，作用快；二氧化氯在p h 值很大的范围f l ( 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网。 ( 3 ) 生物预处理 在常规的净水工艺之前增设生物预处理工艺，借助微生物群体的新陈代谢活动，去 除水中的有机污染物、氨氮、亚硝酸盐及铁、锰等无机污染物。常用方法有生物滤池、 生物转盘、生物流化池和生物接触氧化池等【2 3 1 。生物预处理技术是去除微污染原水中氨 氮和有机污染物的一种行之有效的方法，在环境温度适宜的条件下，氨氮去除率可达8 0 以上，大大改善了混凝沉淀性能，减少了混凝剂用量。降低了运行成本，同时还可以减 少水处理中氯的消耗量，改善出水水质，提高饮用水的安全性1 2 9 1 。 生物滤池 生物滤池( b a f ) 工艺是近些年来在国外较为流行的一种新型水处理技术。与传统的 t 生物处理技术相比具有占地小、流程简单、处理效果好，对冲击负荷水量和水质的突变 适应性较强等优点。缺点是动力消耗较大，基建投资高，运行管理不便容易堵塞。b a f 在欧洲、北美及日本等国已获得了广泛的应用，主要作用领域包括工业废水处理、生活 污水处理和城市污水处理等。目前，曝气生物滤池工艺已被引入给水处理领域，并逐渐 成为对微污染水进行生物预处理的有效手段之一。生物滤池是去除微污染水中氨氮、有 机物等污染物的一种行之有效的方法，对好氧量、浊度、色度、铁、锰等污染物也均有 较好的去除效果。曝气生物滤池预处理技术不仅可减少消毒过程中的氯气消耗量，减少 山东建筑大学硕士学位论文 水中卤代有机物的生成量，降低给水管网中细菌滋生的可能性，提高饮用水的安全性。 生物转盘反应器 生物转盘在污水处理中已广泛采用。日本、中国台湾地区以及国内学者的试验研究 表明，采用生物转盘预处理在适宜水力负荷下改善微污染水水质是有效的。生物转盘的 特点表现为，生物膜能够周期运行于空气与水两相之间，微生物能直接从大气中吸收需 要的氧气。转盘上生物膜生长面积大，生物量丰富，活性强，不存在类似生物滤池的堵 塞情况，有较好的耐冲击负荷的能力，脱落膜易于清理。但存在的不足是生物氧化接触 时间较长，构筑物占地面积大，基建投资高。 生物流化池 生物流化池一般采用具有较大比表面积的小颗粒载体填料，可在反应器中形成很高 的生物量。通过曝气使流化池内能够实现液体、载体及气体三者循环流动，形成流化状 态，容易形成密而薄的生物膜，促使生物膜具有很高的活性和传质效果，可保证较高的 处理负荷和处理效果。但该工艺保持流化状态消耗的动力费用高，且维护管理较为复杂， 在运行过程中容易出现流化介质磨损流失的现象。 生物接触氧化法 生物接触氧化法，在池内设置人工合成的填料，经过充氧的水，以一定的速度循环 流经填料，通过填料上形成的生物膜的絮凝吸附，氧化作用使水中的可生化利用的污染 物基质得到降解去除【3 0 1 。这种工艺是介于活性污泥法与生物滤池之间的处理方法。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，易 于沉淀；缺点是填料间水流缓慢，水力冲刷小。如果不另外采取措施，生物膜只能自行 脱落，更新速度慢，膜活性受到影响。 ( 氧化偶合絮凝技术 氧化偶合絮凝技术是利用催化氧化偶合絮凝吸附作用来处理微污染原水的。华南理 工大学从2 0 世纪9 0 年代就开始对该技术进行研究，潘碌亭等【3 1 】采用氧化偶合絮凝技术对 珠江微污染原水进行应用试验研究，取得较好的处理结果，该技术能有效地去除微污染 水源水中溶解性有机物、氨氮、亚硝酸盐氮以及悬浮物等，与常规给水混凝技术相比， c o d m n 、n i - 1 4 + - n 去除率分别高出2 2 、6 2 ，特别是n 0 2 n 去除率高达9 7 ，出水剩余 浊度可降至0 5 n t u 。氧化偶合絮凝技术在给水处理过程中，操作简单，可以同时发挥氧 化、絮凝、吸附、共沉等协同作用，对原水中藻类和病菌也有杀灭效果。 山东建筑大学硕士学位论文 1 2 2 3 微污染水深度处理技术 深度处理通常是在常规处理工艺以后，采用适当的处理方法，将常规处理不能有效 去除的污染物或消毒副产物的前体物加以去除。应用较广泛的深度处理技术有：生物活 性炭、光催化氧化、膜分离等。 ( 1 ) 生物活性炭 利用生长在活性炭上的微生物氧化作用，从而达到去除有机污染物的目的。活性炭 是微生物生长的良好载体，只要合理运作，活性炭上的微生物对提高水处理效果，特别 是延长活性炭使用周期都会起到积极的作用。因此活性炭用于水处理不单纯是作为吸附 剂，还可利用活性炭吸附与微生物降解的协同作用，这种协同技术被称为生物活性炭技 术( b a c ) 【3 2 1 。生物活性炭法的前提要避免预氯化，否则微生物就不能在活性炭上生长 该技术利用了微生物的氧化作用，能提高有机物的去除率，延长活性炭的运行周期，降 低运行费用，但活性炭上的微生物在水流冲刷作用下会脱落，影响出水水质。 ( 2 ) 光催化氧化 光催化氧化技术是以n 型半导体为催化剂的一种光催化氧化。起光催化作用的n 型半 导体有t i 0 2 、w 0 3 、f e 2 0 3 、t i 0 3 等，t i 0 2 因光化学稳定性和催化活性都很好，反应前 后性质不变而被普遍采用【3 3 1 。一般认为在合适的反应条件下，有机物经光催化氧化的最 终产物是c 0 2 和h 2 0 等无机物。该方法具有强氧化性、作用对象无选择性及有机物完全 矿化的特点。但是t i 0 2 粉末颗粒细微，不便回收且处理费用较高，设备复杂，使得短期 内推广使用受到限制。若能解决长期运行中催化剂再生及中毒、分离回收或固定化等问 题，则光催化氧化法在饮用水深度处理方面具有广阔的应用前景。 ( 3 ) 膜分离技术 膜分离技术是一项新兴的高效分离技术。膜过滤( 微滤、超滤、纳滤、反渗透) 是 新兴的高分离、浓缩、提纯、净化技术，用高分子薄膜作介质，以附加能量为推动力， l 对双组分或多组分溶液进行表面过滤分离的物理方法，能有效地去除水中的臭味、色度、 细菌、病毒、消毒副产物及其它有机物和微生物。它具有物质不发生相变、分离系数大、 在常温下运行、适用范围广等特点。其技术特点是能提供稳定可靠的水质。在我国，膜 技术用于饮用水处理工艺是近十年来最重要的技术突破，是替代传统处理工艺的最佳选 择【卅。膜法对进水的要求较高，其进水必须要经过严格的各种预处理和常规处理，以改 善膜的水通量，避免因频繁的膜淤塞和污染等问题而提高运行成本【3 卯。 近年