三受污染水源水预处理净化新技术PPT课件

1 第三章受污染水源水预处理净化新技术 2 3 1原水预处理概述 对于受污染的水源水 仅通过常规处理工艺往往不能达到水质安全保障要求 通常需要在水处理流程中适当增加其他工艺环节 常规水处理工艺难以有效去除的污染物主要有三类 即 A 氨氮 藻类等易造成水异嗅味的物质 B DBPS的前驱物 主要是天然有机物 C 溶解性微量污染物 主要是人工合成有机物 3 预处理方法 4 3 2生物氧化预处理技术 生物预处理就是借助于微生物群体的新陈代谢活动除去水中的氨氮 有机物等污染物 由于在低营养条件下生存的贫营养微生物通常是以生物膜的形式存在的 所以微污染水源水的生物预处理方法主要是生物膜法 3 2 1生物氧化预处理的作用与特点与污水生物氧化处理的区别 微生物种类 去除对象 有效去除原水中可生物降解的有机物 降低处理出水的TOC 总有机碳 整个处理工艺出水更加安全可靠 去除氨氮 铁 锰等污染物 能改善水的混凝沉降性能 减少混凝剂和液氯用量 减轻常规处理和后续深度处理过程的负荷 延长后续过滤或活性炭吸附等物化处理的使用周期和使用容量 最大可能地发挥水处理工艺的整体作用 降低水处理费用 5 3 2 1生物预处理方法 1 饮用水生物氧化预处理方法包括 生物接触氧化生物滤池生物塔滤膜 生物反应器生物转盘和生物流化床 6 生物接触氧化反应器 进气口 出水口 出水渠 填料 进水口 预处理 生物法 7 弹性填料生物接触氧化工艺 8 3 2 2生物膜反应器机理 A 稳态生物膜理论 稳态生物膜是指随着时间的变化 生物膜的增长和死亡达到动态平衡的现象 理想的稳态生物膜模型如图下所示 稳态生物膜厚度的关系式 Lf JY bXfLf 生物膜厚度 m J 基质通量 kg m2 s Y 细胞消耗单位基质的实际生长量 即产率系数b 生物膜衰减率 1 s Xf 膜内生物浓度 mg l 9 生物膜反应器机理 续 维持生物膜稳态生长的最小基质浓度Smin 当溶液中基质浓度小于Smin 则生物膜损耗量大于细胞生长量 导致生物膜不断变薄 基质根本不能形成生物膜 维持稳态生物膜的最小基质浓度Smin可表示为 Smin KSb Yqm b KS 最大比基质去除率一半时的基质浓度 即半速率常数 mg l qm 最大比基质去除率 即单位生物量的最大基质去除速率 l s b Y 同上 B 非稳态生物膜理论 10 3 2 3生物接触氧化法 11 酚醛树脂蜂窝填料 聚乙烯蜂窝填料 半软性填料 弹性立体填料 软性纤维填料 丝球形悬浮填料 12 3 2 3 2生物接触氧化池的形式及特性 直接曝气生物接触氧化池生物接触氧化池形式中心导流筒曝气循环式生物接触氧化池颗粒填料生物接触氧化池 即淹没式曝气生物滤池 直接微孔曝气生物接触氧化池中心导流筒循环曝气生物接触氧化池 13 3 2 3 3生物接触氧化法的除污效果 氨氮与亚硝酸盐的去除效果 氨氮去除率可达69 9 81 1 有机物与色度 嗅味的去除效果 产生色度和臭味的物质以有机物为主 因此 生物接触氧化法对有机物与色度 嗅味的去除主要是通过填料上的生物膜对有机物的作用来实现的 即通过对有机物的生物降解 生物膜吸附 生物絮凝作用和沉淀作用达到对有机物与色度 嗅味的去除 浊度的去除效果 对颗粒填料而言 主要靠机械截留作用和接触絮凝作用去除 对弹性填料等 主要靠生物膜对悬浮物的絮凝吸附作用使产生浊度的物质成为大颗粒而沉淀去除 藻类的去除效果 除藻作用依赖于生物膜的吸附 生物絮凝与氧化 原生动物捕食及填料的机械截留等作用 14 3 2 3 4生物预处理对后续处理工艺的影响 1 生物预处理对水中胶体Zeta电位的影响受有机物污染水体中胶体Zeta的变化生物预处理对受有机污染水体中胶体Zeta电位的影响 生物滤池进出水胶粒Zeta电位值项目Zeta电位值 mV 原水 14 39 21 7 15 87 17 53生物池出水 9 29 17 17 9 97 13 36变化率 35 514 437 723 78 2 生物预处理对后续常规处理耗药量和耗氯量的影响混凝剂耗量的影响对氯耗量的影响 15 3 2 3 5生物接触氧化法所用填料及曝气系统 1 填料的结构形式 有两类 即 管状 纤维状填料 如塑料制蜂窝管 塑料片状填料 弹性立体填料等半软性填料 研究与应用十分广泛 粒状填料 如陶粒 砂 沸石等 主要用于曝气生物滤池中 国内目前研究和应用最多的填料是YDT弹性立体填料和陶粒填料陶粒填料性能 YDT弹性立体填料性能 2 曝气装置与填料的配套选择曝气器的充氧效率问题曝气器和填料使用寿命同步性问题曝气均匀性问题曝气器种类 16 3 2 3 6YDT弹性填料生物接触氧化池的设计计算 中心导流筒曝气循环式生物接触氧化池和直接微孔曝气器生物接触氧化池即属于该种类型 其设计参数为 1 水力负荷 以不大于1 0m3 m2 表面积 h为宜 应用中有采用2 3m3 m2 表面积 h 2 池容的确定 通常采用水力负荷NV作为设计参数确定池容 一些实际工程也采用 氨氮负荷 Nf 确定生物接触氧化池容积 QQ NQ NA0 Nf 或Vt NVVt 1000Nf 1000Q处理水量 m3 d N进水的氨氮浓度 mg lVt填料的体积 m3 Nf一般取0 05 0 08kg m3 d 3 氧化池的平面面积A0A0 Vt h0h0填料安装高度 m 一般为1 5 2 0m 有效水深为3 5 6 0m 17 3 2 3 6YDT弹性填料生物接触氧化池的设计计算 4 充氧方式 气水比及曝气强度生物接触氧化池可采用穿孔管或微孔曝气器两种方式曝气充氧 计算其供气量应考虑两个因素 一是供氧能力 以保证供给微生物氧源及传质作用 二是曝气强度 由气水比反映 使上升气流冲刷强度能满足适当冲刷填料表面的生物膜 达到强制脱膜 防止填料积泥 保持生物膜活性的作用 生物氧化池的设计气水比应由气体对水体的扰动程度确定 YDT弹性填料生物接触氧化池 气水比范围为 0 7 1 5 1 膜片式微孔曝气器 适宜的气水比为0 7 1 2 1 穿孔管曝气器 气水比可选用1 5 1 18 3 2 3 6YDT弹性填料生物接触氧化池的设计计算 根据气水比推算曝气强度GS 单位时间 单位生物池面积上通过的气体量 m3 m2 h 并由此确定供气量 GS一般可取4 0 5 5m3 m2 h 由GS确定供气量G GS G A0 GH V或 G GS A0 GSV H式中 G供气量 m3 h H生物池有效水深 mA0生物池平面面积 m2 V生物池总有效容积 m3 5 反冲洗要求及冲洗周期冲洗脱膜周期为 夏季15 30d 冬季30 45d 冲洗脱膜不宜过于频繁 19 3 2 3 7生物接触氧化处理技术的工程应用 1 上海陆家大桥生物预处理工程 采用YDT填料生物接触氧化预处理与常规工艺组合进行处理 工艺流程为 原水生物接触氧化混合澄清过滤清水池 生物接触氧化池实际运行参数 设计水量 25000m3 d 生化池分两组 每组两格 每格长X宽X高 23 2mX3 0mX7 5m 其中污泥区高1 0m 填料层高5 3m 超高0 5m气水比 1 07 1 曝气强度 0 066m3 m2 min 采用微孔曝气有效水力停留时间 1 42h 其中原水与填料接触时间1 3h水力负荷 3 75m3 m2 h 20 3 2 3 7生物接触氧化处理技术的工程应用 2 嘉兴市石臼漾水厂生物接触氧化法预处理的工程应用 采用微孔曝气生物接触氧化法预处理工艺对原水进行预处理生物预处理池及其设计参数 设计规模 10万m3 d将取水口 生物预处理池及取水泵站设计为一地下综合构筑物 淹没式生物接触氧化预处理池 其平面示意图见下图 生物池总长96m 水力负荷 2 7m3 m2 h停留时间 1h有效水深 3m气水比 0 6 1填料高度 2 5m 21 3 2 4生物滤池 生物滤池属浸没式生物接触氧化法中的一种 填料采用颗粒状 如焦炭 陶粒 砂等 又称颗粒填料生物接触氧化池 3 2 4 1生物滤池结构与组成生物滤池主体分五个部分 即布水系统 又称配水系统布气系统承托层 一般为400 600mm生物填料层 一般为1 5 2 0m冲洗排水槽此外还有管廊系统 22 3 2 4 2填料特点与要求 比表面积大足够的机械强度合适的颗粒松散容重 既利于反冲洗 又不致被冲走能就地取材 价廉 以减少投资3 2 4 3充氧方式充氧的目的 为好氧微生代谢活动提供必需的溶解氧 以维持生物滤池内生物膜高活性 为有机物和氨氮的高效去除提供必备条件 同时兼顾气流对水体的搅动冲刷 满足强制脱膜要求 在曝气中 空气中氧转移到水中的转移率可用下式表示 dC dt KL CS C 式中dC dt氧在原水中的转移率 mg L h KL氧在清水中的转移系数 h 1 KL氧在原水中的总转移系数 h 1 C原水中氧的实际浓度 mg L CS原水中氧的溶解度 mg L CS清水中氧的溶解度 mg L 23 3 2 4 4反冲洗方式及其设计 1 反冲洗方式及强度采用气水反冲洗方式 反冲洗过程分两步 首先将水放至冲洗排水槽以下 用气冲洗 使填料松动 老化膜脱落 防止结块 时间3 5min 然后关气 用水冲洗 时间为5min左右 反冲洗周期一般为5 7d 如果提高水力负荷 或原水浊度升高 则反冲洗周期会缩短 冲洗强度为 气洗10 20L m2 s 水洗10 15L m2 s 24 2 反冲洗系统设计 配水配气系统 一般采用气水各用一套大阻力配水系统 即穿孔管 也可采用长柄滤头配水配气系统 反冲洗水的供应大阻力配气系统设计参数 干管和支管进口处的空气流速为10m s 孔眼空气流速为25 30m s 孔眼直径1 2mm 孔眼间距70 100mm 孔眼布置成45 向下交错排列 长柄滤头配水配气系统参数 配气干管进口流速为10m s左右 配水干管进口流速为1 5m s左右 供气系统的计算 供气量由反冲洗需气量确定一般应采用鼓风机直接供气 也可采用空气压缩机 储气罐组合供气方式 输出气量应按单格生物滤池冲洗需气量的1 05 1 1倍计 25 2 反冲洗系统设计 续 大阻力配气系统或长柄滤头采用先气洗后水冲洗时所需工作压力计算 HA h1 h2 9810Kh3 h4式中HA鼓风机或储气罐调压阀出口处的静压 Pa h1输气管道的压力总损失 Pa h2配气系统的压力损失 Pa K系数1 05 1 10 h3配气系统出口至空气溢出水面的水深 m h4富余压力 取4900Pa 长柄滤头采用气水同时反冲洗时所需压力 HA h1 h2 h3 h4h3气水室中冲洗水水压 Pa 其余同上式 26 2 反冲洗系统设计 续 空气压缩机 储气罐组合供气 空压机容量和储气罐容积的关系式 W 0 06qFt VP K tW空压机容量 m3 min q空气冲洗强度 L m2 s F单格滤池面积 m2 t空气冲洗时间 min V储气罐容积 m3 P储气罐可调节的压力倍数 以绝压计 K渗漏系数1 05 1 10 27 3 2 4 5滤池设计要求及设计参数 滤池总面积 由处理水量和滤速确定 滤池格数和每格面积可参考普通快滤池 滤速 4 6m h 滤池冲洗前的水头损失控制为1 1 5m 过滤周期为5 7天 滤池高度应包括承托层 填料层和填料上水深及保护高度 一般总高为4 5 5 0m 填料层高度为1 5 2 0m 水反冲洗强度由填料颗粒的容重确定 一般可取10 15L m2 s 曝气量 根据原水水质和溶解氧含量而定 气水比可取0 5 1 5 1 一般取1 1 气反冲洗强度 视填料而定 一般取10 20L m2 s 28 3 2 4 6适用范围 该法适合于处理微污染水源水中有机物含量较高 特别是可生物降解有机物 BDOC 含量较高的饮用水处理 原水中不得有余氯 即不能预氯化处理 如果原水浊度低于40度 原水可经一泵站提升后直接进生物滤池 组成生物滤池混凝沉淀过滤消毒的工艺流程 如果原水浊度高于40度 建议组成 混凝沉淀生物滤池过滤消毒的工艺流程 原水水温冬季长期低于5 时 应考虑将生物接触氧化滤池建于室内 因水温太低不利于微生物生长 29 3 2 4 7生物陶粒滤池处理微污染原水的应用 蚌埠市饮用水生物预处理生产性规模试验研究 该厂原有处理工艺为 1 原水混凝平流沉淀池过滤消毒处理能力3万m3 d2 原水澄清池三层滤料滤池消毒处理能力1 8万m3 d生物陶粒滤池试验装置设在第二套流程中 如图 30 生物陶粒滤池参数池高表面垫层陶粒陶粒滤速气水配水配气冲洗积高度高度粒径比方式方式方式4 5m25m20 65m2m2 5mm3 6 1 1穿孔管穿孔管气水6m h联冲 31 3 3化学氧化预处理 化学氧化预处理主要利用氧化剂的氧化作用去破坏水中的污染物的结构 达到转化或分解污染物的目的 目前研究比较多的氧化剂有臭氧 二氧化氯 氯气 高锰酸钾 高铁酸钾等 通过使用这些药剂 对水中有机物和其他污染物的去除有明显的效果 32 3 3 1臭氧氧化预处理 1 臭氧氧化的反应机理主要有以下两方面 直接反应直接氧化有机物 微生物等 可产生直接氧化产物 但D反应反应速度慢 有选择性 间接反应通过 OH间接氧化有机物及微生物等 反应速度快 R反应无选择性 OH反应 实际上是两种反应综合作用的结果 通常 在高PH和低碱度下 臭氧分子分解迅速 以羟基自由基的氧化为主 而在低PH和高碱度下 则强化了臭氧的直接氧化作用 有利于臭氧的充分利用 增强其脱色 去除有机物及杀菌效果 天然水体PH较低 6 0 8 5 碱度较大 主要通过臭氧直接氧化作用去除有机物 33 2 臭氧氧化反应设备 臭氧接触反应设备有 气泡式 用于受化学反应控制的气 液接触反应设备 如氧化有机物 是我国目前水处理中应用最多的一种 如多孔扩散板式 塔板式 水膜式 用于受传质控制的反应设备 如杀菌 如填料塔 水滴式 用于受传质控制的反应设备 如喷雾塔 34 臭氧接触反应设备形式 1 多孔扩散板式反应器 多孔扩散装置有穿孔管 穿孔板 微孔滤板 陶瓷滤棒等 运行中采用同向流和异向流两种工艺 见下图12 7 12 8 同向流缺点是底部臭氧浓度高 原水杂质浓度也大 大部分臭氧被易于氧化的杂质耗掉 而上部臭氧浓度小 此处的杂质较难氧化 低浓度的臭氧往往对它无能为力 因此臭氧利用率较低 一般为75 当臭氧用于消毒时 宜采用同向流反应器 这样可使大量臭氧尽早与细菌接触 以免大部分臭氧氧化其它杂质而影响消毒效果 异向流是水流和臭氧化空气分别从顶部和底部进入 让低浓度臭氧与杂质浓度高的水相接触 可保证反应的充分进行 臭氧的利用率可达80 目前我国多采用这种反应器 35 臭氧接触反应设备形式 续 2 塔板式反应器 36 臭氧接触反应设备形式 续 3 填料塔 塔内装有填料 废水经塔上部配水装置均匀分布到填料上 形成水膜沿填料表面向下流动 臭氧化空气流从塔底部上升通过填料间 并与废水逆向接触 尾气从塔顶排出 这种反应器主要用于受传质控制的反应 但当废水中悬浮物浓度高时易堵塞 4 喷雾塔 废水从塔顶或塔侧面进入 由喷头分散成细小的水珠 水珠在下落过程中 同上升的臭氧化空气接触 在塔底聚集流出 尾气从塔顶排出 这种设备简单 造价低 但对臭氧的吸收能力低 喷头也易堵塞 废水预处理要求高 主要适用于受传质速率控制的反应 37 3 臭氧氧化预处理的效果 a 除藻除味 臭氧投加量为2mg l时 能提高滤池除藻率10 20 臭氧对鉄 锰 硫等无机离子产生的臭味容易通过氧化去除 但由有机物产生的臭味则不易去除 b 控制氯化消毒副产物 因臭氧氧化可部分降低三卤甲烷前质物 并降低三氯乙酸等难挥发性卤代有机物的生成 c 臭氧氧化具有助凝作用 通过氧化有机物破坏其对胶体的保护作用达到促进混凝 减少混凝剂用量的目的 d 臭氧氧化副产物 不完全氧化 产生有机酸 醇 醛等有机物 可提高水中有机物的可生物降解性 38 3 3 2高锰酸钾氧化预处理 即利用高锰酸钾的氧化能力对原水中有机物进行氧化分解的一种方法 1 高锰酸钾特性 酸性条件下氧化性强 水溶液呈紫红色 2 高锰酸钾去除有机物机理 a 直接氧化b 产生新生态二氧化锰对微量有机物的吸附与催化作用 c 反应中间产物的氧化作用 3 高锰酸钾的助凝作用 新生态二氧化锰活性高 可促进絮凝体的成长 但投加过多会使水的色度和浊度升高 39 3 3 3高铁酸盐 FeO42 氧化预处理 高铁酸盐作为非氯型的水处理药剂 不仅能快速杀灭水中的细菌 病毒和藻类 还可以去除水中的有机物 无机物和重金属离子 起到氧化 消毒 脱色 除臭 助凝作用 同时无消毒副产物风险 是一种新型 高效环保型水处理剂 机理 FeO42 作为铁的六价化合物 具有极强的氧化性 在酸性条件下氧化电位为2 2 比高锰酸钾 臭氧和氯气的氧化能力更强 碱性条件下氧化电位为0 72 高铁酸盐水解产生大量的羟基自由基 OH 羟基自由基 OH与其他氧化剂相比具有更强的氧化电极电位 氧化性能良好 在反应过程中 FeO42 被还原成Fe3 和Fe OH 3 而Fe3 和Fe OH 3均具有良好的絮凝能力 40 1高铁酸盐用于除藻 马军对高铁酸盐复合药剂除藻的研究表明 PAC混凝对藻类的去除率不佳 20 50mg L的投药量 沉后水藻类的去除率仅为20 30 而1 4mg L高铁酸盐预氧化1min后加入80mg L的硫酸铝混凝 去除率可达到75 且随预氧化时间的延长最高可达80 左右 石颖等在研究pH对高铁酸盐除藻影响的实验中指出 在pH 5的条件下 当其与PAC复合使用时在实验室中沉后去除率为90 滤后水接近100 41 2高铁酸盐用于除藻机理 机理A 高铁酸盐的强氧化性破坏藻类细胞的结构 机理B 高铁酸盐能刺激藻类向外释放胞内物质 起到助凝剂的作用 机理C 高铁酸盐水解产生的Fe OH 3胶体能促进水中藻类的凝聚 42 3高铁酸盐用于有机物去除 高铁酸盐由