（土木工程专业论文）慢滤技术用于污水深度处理的研究.pdf

独创性声明 y 17 8 1 9 i i r 1 0 i i ir l l 6 l l l lj 。2 i l l l l l 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 刘点 日期： 垄! ! ：点：主! 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：导师签名：超 日期： ： ： 摘要 摘要 水资源短缺、水环境污染严重是世界范围内面临的难题，寻求经济高效的污 水深度处理技术是解决水危机的重要途径，也有利于污水回用事业的发展。为此， 对慢滤技术用于污水回用进行了研究。 利用实验室小试装置，将慢滤池应用于污水深度处理中，选取浊度、c o d 、 色度和细菌总数四个指标，研究了慢滤池的处理性能，以及水温、滤速、滤层厚 度等因素对慢滤池性能的影响，并对慢滤池进行了技术经济评价。 试验结果表明：在滤速为0 1 m h ，水温1 7 2 0 下，采用粒径为o 4 0 6 r n m ，滤层厚度为8 0 0 r a m 的石英砂做滤床时，慢滤池对二级出水具有较好的 净化效果。当进水浊度、c o d 、色度、细菌总数分别为1 3 - 2 4 n t u 、4 0 4 - 5 0 5 m g l 、2 0 6 - 2 5 2 。、1 2 x1 0 4 2 1x 1 0 4c f u m l 时，相应的出水平均值降到 0 3 - 一0 5 n t u 、1 9 5 2 8 6m g l 、1 3 3 1 5 5 。、3 4 1 0 3 5 2 x1 0 3 c f u m l ，平 均去除率分别达到8 0 o 、4 8 6 、3 7 7 、7 3 2 。 对比慢滤池在冬季和夏季的运行数据，结果发现：从夏季( 2 3 - 2 5 ) 转到 冬季( 1 0 1 4 ) 时，慢滤除污染物的整体效果下降，但却对各污染指标表现出 不同的规律：水温对c o d 去除影响最大，而对浊度去除的影响相对较小。在慢滤 进水浊度较低的情况下，水温对色度去除的影响程度会位于对c o d 去除和浊度去 除的影响程度之间。无论温度如何变化，慢滤池均能保持良好的细菌去除效果。 通过分析0 1m h 、o 3m h 和o 5m m 三种滤速下慢滤池的出水水质，结果发 现：滤速会影响到慢滤池的处理性能。当滤速从0 1m h 提高到0 3m h 时，c o d 、 浊度、色度和细菌总数的去除率均略有下降。当滤速由0 3m h 提高到o 5m h 时，慢滤池出水水质则下降较快。因此，建议慢滤池滤速不宜大于o 3m h 。 在滤层不同深度处多次取样，分析了c o d 、浊度和色度沿滤层厚度的变化。 结果表明：滤层厚度对慢滤池的性能有一定影响。慢滤池滤层表面的粘性滤膜对 去除c o d 、浊度和色度起到了关键作用；滤层中下部区域同样也具有一定的去 除能力。从去除c o d 、浊度和色度三个指标考虑，选择粒径范围0 4 - - 0 6 m m ， 厚8 0 0 m m 的石英砂作为慢滤池滤床是合适的。 以规模为1 0 1 0 4 m 3 d 的污水再生水厂为例进行模拟设计，对慢滤池处理能 力以及基建投资、运行费用及制水成本进行了评价。结果表明：慢滤池的基建投 资为2 1 1 7 3 万元，再生水厂年运行费用和制水成本增加比较较少，分别只有l o 7 万元和0 0 3 5 _ 元m 3 ，是可以接受的。对于用地不是很紧张的地区，慢滤池是一 种适宜的回用技术。， 关键词：慢滤池；水温；滤速；滤层厚度；技术经济分析 1 a b s t m c t 。a b s t r a c t w a t e rs h o r t a g ea n dw a t e rp o l l u t i o na r es e r i o u sp r o b l e m si nt h ew o r l d , i ti sa n i m p o r t a n tw a yt os e e kc o s t - e f f e c t i v ea d v a n c e dw a s t e w a t e rt r e a t m e n tt e c h n o l o g y w h i c hc a nn o to n l ys o l v et h ew a t e rc r i s i s b u ta l s oc o n d u c i v et ot h ed e v e l o p m e n to f w a s t e w a t e rr 既l s e s l o ws a n df i l t e ri sj u s to n eo ft h ew a s t e w a t e rr e u s et e c h n o l o g y al a bs c a l es l o ws a n df i l t e rw a su s e dt op o l i s ht h ee f f l u e n to fas e c o n d a r y t r e a t m e n tw a s t e w a t e rr e a c t o r b a s e do nt h ea n a l y s i so ft h et u r b i d i t y 、c o d 、c o l o ra n d t o t a lb a c t e r i a lc o u n t so fi n f l u e n c ea n de f n u e n c e p e r f o r m a n c e so ft h es l o ws a n df i l t e r w e r ee v a l u a t e d ，a n dt h ee f f e c t so ft e m p e r a t u r e 、f i l t r a t i o nr a t e sa n df i l t e rb e dd e p t ho n p e r f o r m a n c e so fas l o ws a n df i l t e rw e r ea l s oa n a l y z e d t h et e c h n i c a la n de c o n o m i c e v a l u a t i o no fs l o ws a n df i l t e rw a sa l s oc o n d u c t e d t h er e s u l ts h o w ss l o ws a n df i l t e rh a sf a v o r a b l er e m o v a le f f e c tw i t h8 0 0 r a mf i l t e r b e dd e p t ha n d0 j4 , - 一0 6 m mp a r t i c l e 。f 彳，e l lt u r b i d i t y ，c o d ，c o l o ra n dt o t a lb a c t e r i a l c o u n t so f i n f l u e n ta l e1 3 2 4n t u 、4 0 4 - 5 0 5m g l 、2 0 6 , - 一2 5 2o 、1 2 1 0 4 2 1 x 1 0 4c f u i n l t h ep o l l u t a n t so fe m u e n c ed r o pt o0 3 - 0 5 小兀u 、1 9 5 2 8 6 m g l 、1 3 3 1 5 5 。、3 4 x1 0 3 5 2 1 0 c f l m lv e r s u st h er e m o v a lr a t e8 0 0 、 4 8 6 、3 7 7 、7 3 2 r e s p e c t i v e l y d a t ao fi n f l u e n ta n de f f i u e n to ft h es l o ws a n df i l t e rw e r ec o l l e c t e di ns u m n l e ra n d w i n t e r b a s e do nt h ed a t a , e f f e c t so ft e m p e r a t u r eo np e r f o r m a n c e so ft h es l o ws a n d f i l t e rw e r ei n v e s t i g a t e d a l lr e s u l t ss h o wt h a tt h eo v e r a l lr e m o v a le f f i c i e n c yi sd o w n w h e nt e m p e r a t u r ed r o p p e df r o m2 3 2 5 t oi o c 1 4 c w a t e rt e m p e r a t u r e v a r i e t i e sh a v eab i g g e ri n h i b i t i o ne f f e c to nc o dr e m o v a lt h a no nt u r b i d i t yr e m o v a l w i t hl o wt u r b i d i t yi n f l u e n to fs l o ws a n df i l t e r , t h ee x t e n to fi n h i b i t i o ne f f e c to nc o l o r r e m o v a lm u s tb eb e t w e e nt h a to fc o dr e m o v a la n dt h a to ft u r b i d i t yr e m o v a l t h e s l o ws a n df i l t e rm a i n t a i n e das a t i s f i e da n ds t a b l eb a c t e r i a lr e m o v a lp e r f o r m a n c ei n b o t hs e a s o n s f i l t r a t i o nr a t ew o u l da f f e c tt h er e m o v a lp e r f o r m a n c eo fs l o ws a n df i l t r a t i o na f t e r t h ee f f l u e n tq u a l i t yw a sa n a l y z e da td i f f e r e n tf i l t r a t i o nr a t e ( o 1m h 、0 3r n h 、0 5m h ) r e s u l t si n d i c a t e dt h a tp e r f o r m a n c e so ft h es l o ws a n df i l t e rw e r en e a r l yt h es a m e 诵m n l ef i l t r a t i o nr a t ea to 1m ha n d0 3m h 、h e l lt h ef i l t r a t i o nr a t ew a si n c r e a s e df r o m o 3m ht o0 5m h p e r f o r m a n c e so ft h es l o ws a n df i l t e rd e c r e a s e dd r a m a t i c a l l y s o r e c o m m e n d e df i l t r a t i o nr a t ef o rs l o ws a n df i l t e r sa l en om o r et h a n0 3m h w a t e rs a m p l ew a se x t r a c t e da td i f f e r e n td e p t h si nt h ef i l t e rb e d ，a n dt h er e m o v a l c a p a c i t yo fr e s p e c t i v er e g i o n sw a sr e c o g n i z e dt h r o u g ha n a l y s i so ft u r b i d i t y 、c o d 、 c o l o r t h er e s u l ts h o w sf i l t e rb e dd e p t hw o u l da f f e c tt h et e r t i a r yt r e a t m e n te f f e c to f 北京工业大学工学硕士学位论文 s l o ws a n df i l t e r t h es c h m u t z d e c k ew h i c hi sl o c a t e di nt h es u r f a c eo ff i l t e rb e dp l a y sa m a j o rr o l ei nt h er e m o v a lo fc o d 、t u r b i d i t y 、c o l o r ；t h em i d d l ea n d l o w e rr e g i o no f s l o ws a n df i l t e ra l s oh a sc e r t a i nr e m o v a lc a p a c i t y i ti sa p p r o p r i a t et os e l e c t8 0 0 m m t h i e kf i l t e rb e dd e p t ha n d0 4 - - - 0 6 m mp a r t i c l eu s e df o rs l o ws a n df i l t r a t i o n b a s e do nt h ea n a l o gd e s i g no f0 5x10 4i 一dr e c l a i m e ds e w a g ep l a n t ，t h e p u r i f i c a t i o nc a p a c i t y 、i n f r a s t r u c t u r ei n v e s t m e n t 、o p e r a t i n g a n dw a t e rc o s tw e r e e v a l u a t e d t h er e s u l t s s h o wi n f r a s t r u c t u r ei n v e s t m e n to fs l o ws a n df i l t e ri s2 11 7 3 m i l l i o n ；a n n u a lo p e r a t i n gc o s ti s10 7m i l l i o n ；w a t e rc o s to n l yi n c r e a s e sb y 0 0 35y u a n p e rc u b e ，w h i c hi sa c e e p t a b l e s l o ws a n df i l t e ri s a l la p p r o p r i a t er e u s et e c h n i q u ef o r s p e c i f i ca r e a k e yw o r d s ：s l o ws a n df i l t e r ；w a t e rt e m p e r a t u r ef i l t r a t i o nr a t e ；f i l t e rb e dd e p t h ； t e c h n i c a la n de c o n o m i ca n a l y s i s i v 目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论1 1 1 污水回用概述。1 1 1 1 水环境现状：1 1 1 2 污水回用概述1 1 1 3 污水回用技术概述2 1 2 慢滤技术在水处理中的研究和应用一5 1 2 1 慢滤池概述5 1 2 2 慢滤池在给水处理中的应用6 1 2 3 慢滤池在污水处理中的应用6 1 3 课题研究目的意义和内容7 1 3 1 课题研究目的和意义7 l - 3 2 课题研究内容8 第2 章试验设计和试验方法9 2 1 慢滤池装置设计9 2 2 原水水质1 0 2 3 试验工艺流程1 0 2 4 分析项目及检测方法10 2 5 试验安排1 2 2 6 本章小结1 3 第3 章慢滤池深度处理二级出水的效果1 5 3 1 慢滤池对于常规指标的去除效果1 5 3 1 1 浊度的去除效果1 5 3 1 2c o d 的去除效果15 3 1 3 色度的去除效果17 3 1 4 细菌总数的去除效果1 7 3 2 慢滤池的净水机理分析18 3 2 1 慢滤池的物化过滤作用18 3 2 2 慢滤池的生物作用2 0 3 3 本章小结一2 1 第4 章影响慢滤池去除效果的因素- 2 3 4 1 水温对慢滤池去除效果的影响2 3 4 1 1 试验结果2 3 v 北京工业大学工学硕士学位论文 4 1 2 讨论与分析。2 5 4 2 滤速对慢滤池去除效果的影响2 7 4 2 1 滤速对慢滤池出水浊度的影响2 7 4 2 2 滤速对慢滤池出水c o d 的影响2 8 4 2 3 滤速对慢滤池出水色度的影响2 9 4 2 4 滤速对慢滤池出水细菌总数的影响3 0 4 3 滤层厚度对慢滤池去除效果的影响3 1 4 3 1 试验结果3 2 4 3 2 讨论与分析3 4 4 4 本章小结3 5 第五章慢滤池技术经济评价- 3 7 5 1 技术分析3 7 5 2 经济分析3 7 5 2 1 慢滤池基建投资3 7 5 2 2 运行费用与制水成本3 9 5 3 本章小结4 0 结论与建议4 1 参考文献4 3 攻读硕士学位期间所发表的学术论文4 7 致谢4 9 第l 章绪论 1 1 污水回用概述 第1 章绪论 1 1 1 水环境现状 水与我们的生活息息相关，没有水，就没有生命。人类可以使用的主要是少 量的淡水资源，而地球上9 7 以上的海水资源在目前的经济技术水平下还仍难利 用。 随着社会经济的发展和人口的增长，全球城市化和工业化程度不断提高，人 类对水的需求量不断增大，水资源短缺问题日益突出。2 0 世纪世界人口增加了 近3 倍，淡水资源消耗量却增加了约6 倍。目前世界上6 0 多亿人口中约有1 3 的人口处于极度缺水的状态。 淡水资源危机严重制约了可持续发展，许多国家的用水速度已经超过了水的 再生速度；人类过度用水、水污染和引进外来物种造成湖泊、河流、湿地和地下 含水层的淡水系统被破坏或消失；很多国家的淡水管理政策与当地实际情况脱节 等问题导致淡水资源的日益匮乏。 我国的缺水形势也不容乐观。水资源短缺问题在我国同样非常突出。以北京 为例，其人均水资源占有量只相当于世界人均水平的1 3 0 ，远远低于国际公认的 人均1 0 0 0 m 3 的下限，属重度缺水地区。不断膨胀的人口和快速的经济发展加剧 了水资源供求矛盾，近年来，人均水资源占有量已由2 0 0 2 年的3 2 5 m 3 人降低 至2 0 0 6 年的2 4 3 m 3 人，在世界1 2 0 多个大城市中位居百位之后，缺水形势相当 严蝌1 1 。进入2 1 世纪后，深圳、海口、三亚、杭州等不少南方城市也相继出现 缺水问题【2 】。 在水资源短缺的同时，我国的水环境污染也日趋严重。国家环保总局对我国 七大水系( 长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河和辽河) 和包括太湖、滇池、 巢湖在内的2 8 个重点湖泊和水库的监测数据显示，七大水系中类以上水质达 到6 0 ，重点监测区如长江安徽段、黄河支流渭河、淮河支流沙颍河等污染有加 剧的状况；重点湖泊的污染有恶化的状况，2 0 0 0 年有1 5 个湖库达到了i i i i 类 水质，而2 0 0 6 年则下降至8 个，劣v 类的湖库则由9 个增至1 3 个，v 类、劣v 类湖库达6 7 。我国四大近海海域污染状况同样严重，有5 5 的海域受到污染， 其中中、重度污染的海域达2 5 ，海洋生态遭到较严重破坏【3 】。 1 1 2 污水回用概述 摆脱城市水资源紧缺的困境时开源节流，而城市污水是水量稳定、供给可靠 的一种潜在的水资源。因此，城市污水的再生利用是减轻水体污染程度、改善生 态环境、解决城市缺水问题的有效途径之一。 北京工业大学工学硕士学位论文 污水回用开始于2 0 世纪6 0 年代，经过数十年的研究和发展，污水回用技术 已相当成熟，在世界各国得到广泛的应用。美国是世界上最早对污水进行再生利 用的国家之一，目前污水主要回用于灌溉、景观、工艺、冷却水、锅炉补水、回 灌地下和养鱼等多种用途。比如，2 0 0 0 年，加利福尼亚州的污水再生利用量为 8 6 4 x1 0 s m 3 a ，再生水水量占平水年份全州城市年用水总量的7 左右；再生水 用水总量中，农业灌溉约3 2 ，回灌地下水2 7 ，绿化灌溉1 7 ，工业生产7 ， 补充地表径流、营造湿地和休闲娱乐水面等景观生态用水约3 ，屏蔽海水入侵 约1 ，其余1 3 用于城市公共建筑和居民家庭的多种非饮用用途【4 j 。 日本污水回用技术的开发与应用2 0 世纪7 0 年代已初具规模，1 9 9 0 年日本 已建成1 3 6 9 座中水工程，东京江东区污水回用量达到1 3x1 0 5 m 3 d ，城北区达到 2 4 x1 0 5 m 3 d ，它们中的8 0 回用于工业用水。赖沪内海地区污水回用量已达该 地区用淡水总量的2 3 ，取新水量仅为淡水用量的1 3 ，大大缓解了该地区水资源 严重短缺的矛盾【5 j 。 新加坡是严重缺水国家，所使用的一半淡水量需要从马来西亚进口，因此， 十分重视污水回用。2 0 0 0 年在裕廊岛工业园区投产一套产水规模3 1 0 5 m 3 d 的 城市污水深度处理装置，出水主要回用于给水和消防系统。另外以三级处理的城 市污水为水源，采用“超滤紫外光反渗透 生产“新生水 工艺，投资1 7 0 0 万 新元建设一套产水能力3 3 1 0 5 m 3 d 用于饮用水的城市污水深度处理装置，该 系统所产生的“新生水 大部分进入饮用水源水库作为饮用水，部分作为瓶装饮 用水免费发放给参观游人【5 】。 与国外相比，我国对城市污水实施回用起步较晚，但近1 0 年发展得比较快。 截止到目前，北京已建成投人使用了1 6 0 多个中水设施，它们以洗浴、盟洗等日 常杂排水为水源，经过处理达到中水水质标准后，可以回用于冲厕、洗车、绿化 等。2 0 0 7 年北京全年利用中水4 8 亿立方米，相当于密云水库年供水量，提前3 年实现“十一五 期末中水利用率5 0 的目标 6 1 。 如今，在我国有不少企业将污水回用做工业循环冷却水。，华能北京热电厂 以北京高碑店污水处理厂的二级处理出水，通过电厂的深度处理工艺生产中水回 用于循环冷却系统。2 0 0 6 年7 月建成投产的甘肃张掖电厂一期工程2 撑机组， 在我国西北率先以城市污水为水源，再利用电厂深度处理工艺生产中水，用于电 厂循环冷却水补充水i t l 。 此外，西安、河北、深圳等地都有不同规模的污水回用实施案例。 1 1 3 污水回用技术概述 污水经过二级处理后，还会有相当数量的污染物质，如b o d 52 0 - - - , 3 0 m g l ， c o d6 0 - - - 10 0m g l ，s s2 0 3 0m g l ，t n15 - - 2 5 m g , 儡， ，此外，还会含 有相当数量的病原菌、重金属等有毒有害物质。若含有t p 以3 上 - - 污 4 m 染g 物l 质的处理水排 第1 荦绪论 放进湖泊、水库等缓流水体，氮、磷等植物营养物质会助长藻类和水生生物，引 起水体的富营养化。若排放进具有较高经济价值的水体，如养鱼水体，会使其遭 受破坏。这种处理水更不适用于回用。因此为了更好地去除上述物质，提高出水 水质，进而达到回用要求，需要对水体进行深度处理。 深度处理的对象和目标是：去除处理水中残存的悬浮物、微生物代谢残片、 脱色、除臭，使水进一步澄清；进一步降低b o d 5 、c o d 、t o ( 2 等指标，使水进 一步稳定：脱氮、除磷，消除能够导致水体富营养化的因素；消毒、杀菌，去除 水中的有毒有害物质。 1 1 3 1 传统的污水深度处理技术 传统的污水深度处理技术通常是在二级处理后增加消毒、过滤、混凝沉淀等 工艺。具体工艺形式可以归纳为如下几种： 工艺1 二级出水砂滤一消毒： 工艺2 二级出水一混凝_ 沉淀一过滤一消毒： 工艺3 二级出水一混凝一沉淀一过滤一( 活性炭吸附) 一消毒( 紫外、氯气、 臭氧或二氧化氯等) 。 工艺1 是简单实用的污水三级处理流程，造价较低。工艺2 增加了混凝沉淀， 即通过混凝进一步去除二级出水中未能除去的胶体物质、部分重金属和有机污染 物。工艺3 是在过滤完成后增设活性炭吸附、离子交换、超滤、纳滤、反渗透、 臭氧氧化等单元技术中的一种或几种组合，可以去除微量有机污染物和微量金属 离子、色度以及病毒等。表1 1 是国内用于污水回用的深度处理工艺。 表1 - 1 国内用于污水回用的深度处理工艺 t a b l e l 一1d o m e s t i ca d v a n c e dt r e a t m e n t st e c h n o l o g yf o rw a s t e w a t e rr e u s e 类型所在地 处理方式用途 工业、市政西安北石桥污水处理厂氧化沟、混凝沉淀、过滤、消毒工业冷却水、 绿化等 太原化工厂回用工程( 以二级处理、过滤、曝气生物滤池、化工循环冷却 工业、市政太原杨家堡污水净化厂混凝沉淀、过滤、消毒水、市政杂用 回用处理水源) 景观环境合肥王小郢污水处理厂二级处理、混凝沉淀、过滤、景观、河流水 消毒 体补充水等 工业 山东泰安污水处理厂改良a b 法( b 段为a 2 o ) 、过滤、 景观环境、工 景观环境消毒 业回用水 工业 天津纪庄子污水处理厂a 2 o 、纤维球过滤、消毒 工业用水等 市政北京北小河污水处理厂a o 、过滤、消毒绿化、市政、 景观环境河道 北京工业大学工学硕士学位论文 1 1 3 2 污水深度处理技术的发展 随着污水处理技术的成熟，传统的深度工艺技术得到较快发展，一批新型的 处理工艺和组合的出现，进一步提高了再生水的水质。新型的污水深度处理技术 大致可分为膜处理技术、生物处理技术和物化处理技术等。以下列举几种有代表 性的新工艺： ( 1 ) 膜生物反应器0 v m r ) m b r 是一种由膜分离单元与生物处理单元相结合的新型水处理技术，用膜组 件代替了传统活性污泥工艺中的二沉池与第三阶段的分离如砂滤等，可进行高效 的固液分离，克服了传统工艺中出水水质不够稳定、污泥容易膨胀等不足。 日本于8 0 年代后期将m b r 工艺应用于中水回用系统中，目前，日本已有近 1 0 0 处高楼采用m b r 处理工艺。实践证明，m b r2 1 2 艺不仅可以高效去除b o d 5 和c o d c r , 且出水中不含细菌，可直接作为中水回用【8 】o 葫芦岛市某医院所排放的 污水中会含有较多的细菌、病毒、寄生虫卵和一些有毒有害物质，医院采用m b r 工艺来对污水进行深度处理，结果显示回用中水水质完全达到了生活杂用水水 质标准城市绿化标准，水中s s 、b o d 5 、c o d 、n h 3 - n 、大肠杆菌的总去除率分 别达到9 5 、9 6 、9 1 、4 3 、1 0 0 p j 。 ( 2 ) 人工湿地技术 人工湿地是近年来发展起来的一种废水处理技术。它具有出水水质好，投资 少，结构简单，操作管理便利，运行费用低等特点，目前被广泛应用于处理生活 污水、工业废水、矿山及石油开采废水、农业点源污染和面源污染以及水体富营 养化等的治理。近年来，人工湿地技术在我国得到了应用与发展，为城市污水的处 理和深度净化提供了新的思路与途径。 宋晨等人将人工湿地应用于城市污水的深度处理中，结果表面人工湿地具有 较好的处理效果，出水可以达到中水回用的标准，并且能够有效降低水中的n 和 p 对改善水质、恢复生态系统和控制水体富营养化i ；1 题具有重要意义u 0 1 。 ( 3 ) 臭氧生物活性炭( 0 3 b a c ) 0 3 b a c 工艺是在活性炭表面培养出微生物膜，利用炭的物理吸附、微生物的 生化降解以及臭氧氧化功能，达到良好的处理效果，并且还具有容积小，去除率高， 无污泥，效果稳定，去除范围广等优势。 目前，国内对0 3 b a ct 艺在污水深度处理中的应用有了不少研究。蒋以元 等人发现，0 3 b a c 能显著去除二级出水中的有机物，改善出水水质。并且出水 滤阻系数( s d i ) “，能满足反渗透进水的要求，可以作为后续反渗透的预处理工 艺【l l 】。0 3 b a c 工艺还可对二级出水中的内分泌干扰物有机锡和壬基酚有良好的 去除效果1 1 2 1 。 4 第l 章绪论 除了上面介绍的三种污水深度处理技术外，超导磁分离、高压脉冲放电、超 声波、生物酶等技术也成为实验研究的重点，不久将来，同样会应用于污水回用。 1 2 慢滤技术在水处理中的研究和应用 作为一种传统的水处理工艺，慢滤池在给水处理中曾经占有很重要的地位。 但由于其固有的产水量低，占地面积大的缺点，后来逐渐被快滤池所取代。近年 来，随着饮用水水质标准的提高，由于能够保证良好的出水水质，慢滤在给水领 域重新得到重视，事实上，慢滤也一直被用于污水深度处理领域，并表现出较高的 去除能力。 1 2 1 慢滤池概述 慢滤池是最早用于水处理的一种多孔介质过滤形式，1 8 2 9 年，伦敦自来水 技师詹姆斯新普生首先成功地使用慢滤池来处理只经过自然沉淀的地表水，此 后，慢滤池逐渐被推广利用。 慢滤池在最初运行的几天或两星期内出水水质并不好，但在这段时间内滤床 上部几厘米厚的部分会由原来松散的沙粒变成一个发粘的滤膜( s c h m u t z d e e k e ) ， 之后的出水开始变得清澈。慢滤池运行几周到几个月后，滤床逐渐堵塞，原水很 难透过滤床，此时需要停止过滤把表层刮掉以恢复慢滤池的过滤能力。早期的刮 砂操作采用人工操作方式，劳动量很大，后来出现了机械刮砂。 一般认为，慢滤池表层的滤膜对水质净化起到了关键作用。滤膜的出现是藻 类、微型动物和细菌等微生物在滤床大量繁殖的结果，另外在滤床中下部也存在 大量的自养或异养微生物。滤床中这些大量存在的微生物起到了对水中有机物、 氨氮等物质的降解作用，同时滤床内微生物的存在改变了滤料层的结构和性质， 使滤床可以更好地截留悬浮物等杂质。 慢滤池的日常维护并不复杂，只需定期监测出水水质，测定流速等。与其他水 处理工艺相比，可在不用机械动力( 原水提升泵除外) 和化学药剂条件下正常工 作。具有管理简单，运行稳定可靠，制水成本低且无需建设投药、混凝等处理单 元，节省运行费用的特点【l 引。 在饮水水源日益严重污染的今天，为保证水质，欧美发达国家通常将慢滤水 处理技术置于快滤之后，作为控制水中微污染物质的一种有效方法【1 4 ”j 。在一 些不发达国家，慢滤也己成为一种被广泛采用的人畜饮水水处理方法【l o 】。 从处理对象而言，慢滤池可以用于去除水中的有机物、氨氮、浊度、色度、 铁、锰等物质。实践证明，慢滤池对这些污染物质都有良好且稳定的去除效果【1 7 j 。 经慢滤处理后的水几乎不含有机物和各种致癌微生物，其浊度近乎于零，但该工 艺因水力负荷低( 与快滤池相比) 而占地面积大，适用于具有廉价土地可利用，技 术经济和管理水平相对较低的广大农村地区【1 8 19 1 。如今，在英国伦敦，大部分 北京工业大学工学硕士学位论文 的供水是通过慢滤来完成的。在印度、泰国等国家的农村饮水处理中也广泛采用 慢滤。虽然慢滤池占地大是其主要的问题，但是国外的许多水厂还是愿意把慢滤 池作为最后的把关设施【2 0 】。9 0 年代以来，随着农村经济的快速发展，我国的一些 农村地区也尝试用慢滤作为给水处理技术【2 1 2 3 1 。 1 2 2 慢滤池在给水处理中的应用 j p v a n 针对滤料粒径和滤速等参数对慢滤池的运行性能的影响做了研究。 结果表明：粒径和滤速都能影响到慢滤池出水水质。细粒径慢滤池的出水水质较 好，可对异氧平板计数( h p c ) ，改进滤阻指数( m f i ) 等指标实现有效去除。 而a o c 和颗粒两污染物的去除受粒径的影响较弱。另外，控制滤速在 0 3 m h 一0 6 m h 之间时，慢滤池对a o c 与颗粒的去除效果差别不大【2 4 】。 在慢滤池滤料中装填粒状活性炭，可形成颗粒活性炭滤池( g a c s a n d w ic h m ) 。该类滤池可使天然有机物( n o m ) 的去除率提高，同样对难生物 降解的微污染物( 如杀虫剂) 和三氯甲烷都有明显的去除效果瞄 2 6 】。 m e j s t e e l e 对改进型的慢滤池一颗粒活性炭滤池做了研究，结果显示溶 解氧与滤速有一定的关系，滤速较高可以造成水头损失快速积累，运行周期缩短， 池中藻类的生长得到一定程度的抑制，但同样会产生一定的积极影响。比如，运 行周期缩短会造成池中藻类呼吸作用所消耗的溶解氧降低，从而可使慢滤池中微 生物有更多的溶解氧供应量，在一定程度上可以更好的发挥生物活性。研究还发 现，对于颗粒活性炭滤池，在进行完刮砂之后，滤柱中水的溶解氧含量较低，可 以采取提高滤速的办法来改善溶解氧的含量，这样微生物种群可以较快的恢复， 尽管水中负荷率较高，但不会造成污染物穿透现象的发生【2 丌。 慢滤池通常难以去除难生物降解的有机物和某些天然颜色，而有人将臭氧作 为慢滤池的预处理，天然颜色和难生物降解的有机物都实现了明显的去除【2 引。 二十世纪后期，科学家们发现慢滤能有效去除病毒、贾第虫孢囊和隐孢子虫 卵囊虫等病原性微生物【2 9 1 。 1 2 3 慢滤池在污水处理中的应用 n 1 w a s e 等人将慢滤池用于污水深度处理中，着重对无盖慢滤池中的藻类做 了研究。他们指出，阳光的照射，对于藻类的生长十分有利，藻类的光合作用得 到加强，这会促使滤床中微生物的大量生长，但不会造成水头损失的突变。藻类 的光合作用所产生的氧有助于微生物的降解。出水水质良好【3 0 】。 a j r a c h w a l 等人通过对比慢滤池与快滤池，发现影响过滤性能的最主要因 素是滤床细度和生物膜的扰动程度。与快滤池反冲洗相比，慢滤池的清洗强度较 弱，对生物膜不会形成太大扰动，可保证慢滤池较强的滤料拦截和生物作用的能 力。由于水力停留时间较长，慢滤可以实现对颗粒、病原体等的“精处理”【3 1 1 。 第1 苹绪论 l d ，s a n c h e z 等人通过研究清洗前后的慢滤池内的微生物，发现滤后水水质 与滤膜成熟期的恢复有直接关系。慢滤池的恢复期长短与清洗后滤床中残存的生 物数目、清洗技术、滤料年龄以及滤速有关。在慢滤池恢复期间，藻类和原生动 物的生长曲线通常呈现“s 形【3 2 】。 yj d u l l e m o n t 等人研究发现，成熟的慢滤池在去除小隐孢子虫卵囊方面非 常有效，这主要是由于滤料表面生物膜的隔滤作用，慢滤池对污水中大肠杆菌类 细菌的去除效率也较高，特别是在水温较高时，去除效果会更好3 3 1 。 b 九g - i l a d 等人利用了慢滤池来处理二级出水，结果证明能到达良好的出水水 质，出水可用于灌溉，并且不危害环境以及人体健康。他们还发现慢滤池对t o c 的去除也是十分有效的。慢滤池对t o c 完成有效去除是通过两部分来完成的： 滤床内的微生物改变了有机物的性质，使有机物从溶解状态变为胶体颗粒；滤床 的物理一化学作用截留胶体，t o c 得到了去除【3 4 j 。 1 3 课题研究目的意义和内容 1 3 1 课题研究目的和意义 在污水回用大力普及的今天，提高再生水水质以保障用户的安全成为一个紧 迫的任务【3 5 】。一般来说，过滤是污水回用的基本单元，而目前绝大多数研究和工 程均采用了各种形式的快滤池或生物快滤池【3 6 q 7 】。这些常用的深度处理技术虽 然对污水有一定的净化作用，但也具有不同的局限性，或对水体中各类有机物的 去除具有选择性和针对性，或存在着处理成本较高，运行操作困难等问题。为此 还需要开发高效的污水回用工艺。在此背景下，慢滤池重新受到重视，研究发现， 慢滤池不仅被用来脱氮，去除浊度和溶解性有机物，而且也被用于和纳滤的联用 等【3 8 柏】，其在一定程度上可以满足用户对再生水水质的要求。然而，在国内， 将慢滤应用于污水深度处理中的例子不是太多，对慢滤池中的生物作用如何发 挥，其会受到哪些因素影响以及慢滤池在不同滤层厚度的去除污染物的能力如何 等，还没有太多的研究。作为北京市科技新星计划( 2 0 0 8 8 1 1 ) 项目，开展慢滤 技术研究，对于慢滤池的推广、应用大有帮助。 本课题研究的目的如下： 论证慢滤池作为污水深度处理技术的可行性，提高对慢滤池的理论认识水 平。 寻求慢滤池合适的运行参数。 本课题的主要意义如下： 提高再生水水质，有利于拓宽慢滤工艺在污水深度处理中的应用。 对解决水污染，缓解水危机有一定的作用。 北京工业大学工学硕士学位论文 1 3 2 课题研究内容 本课题是在查阅和总结前人研究的前提下开展试验的，具体的主要研究内容 如下： 试验研究慢滤池去除二级出水中c o d 、浊度、色度、细菌总数等污染物 的效果，分析去除机理。 对滤速、水温、滤层厚度等与慢滤池运行有关的因素进行探讨，通过对 比试验，确定这些因素对污染物去除效果的影响。 对新建慢滤池进行技术经济评价，探讨慢滤池在污水回用中的可行性。 第2 章试验设计和试验方法 第2 章试验设计和试验方法 2 1 慢滤池装置设计 慢滤池的构造与快滤池基本类似，由滤层、承托层、进水系统和排水系统等 组成，但不设反冲装置。只是通过刮掉滤料上层l - 2 c m 砂子的方法来清洗滤床。 刮砂后的慢滤池需要经历一个成熟期，才能恢复到原来的出水要求。这个成熟期 一般只需2 - - - 3 d 即可，较新建慢滤池的成熟期短的多。主要原因是由于池中已经 有了微生物的生长基础。传统的慢滤