微污染原水凹凸棒均質(zhì)濾料生物過濾技術(shù)研究.pdf

1、微污染原水是指部分項目超過《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅲ類水體標(biāo)準(zhǔn)的飲用水源水。目前,我國飲用水水源水質(zhì)形勢嚴(yán)峻,全國七大水系均存在不同程度的污染,以有機物、氨氮等為特征污染物的微污染原水,易引發(fā)水源藻類污染和飲用水消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生,現(xiàn)有水廠的常規(guī)處理工藝已經(jīng)不能保證出水水質(zhì),生物過濾作為微污染水強化常規(guī)處理方法的一種,集生物降解、物理截留等功能于一體,可以提高水中污染物質(zhì)的去除能力,改善水廠出水水質(zhì),受到學(xué)術(shù)界的廣

2、泛關(guān)注。
　　 凹凸棒土來源廣泛,比表面積大,吸附性能較好,且成本低廉,在水處理領(lǐng)域已經(jīng)得到初步應(yīng)用。以凹凸棒土為主要原料,加入一定比例的硅藻土、高嶺土、沸石等天然礦物,經(jīng)原材料加工、配料、造粒、烘干、焙燒,成功研制成凹凸棒均質(zhì)濾料,在提高濾料含污能力同時,能夠充分發(fā)揮濾料掛膜后的生物降解功能,因此,開展微污染原水凹凸棒均質(zhì)濾料生物過濾技術(shù)研究,對于現(xiàn)有水廠的升級改造,有效處理微污染原水,具有重要現(xiàn)實意義。
　　 本研究

3、基于生物過濾處理微污染水的作用原理,以自主研發(fā)的凹凸棒均質(zhì)濾料為對象,探討了濾料的表征和評價方法,根據(jù)試驗結(jié)果分析了其靜態(tài)吸附性能,研究了該濾料生物過濾的除污能力、影響因素及作用機理,并建立和驗證了微污染水凹凸棒均質(zhì)濾料生物過濾動力學(xué)模型。
　　 本研究比選了三種凹凸棒球形均質(zhì)濾料,分析其主要組成元素(氧、硅和鋁),滿足飲用水處理濾料的衛(wèi)生安全要求。濾料內(nèi)部具有發(fā)育良好的微觀孔結(jié)構(gòu),對水中有機物具有良好的吸附性能,C型濾料對CO

4、DMn和氨氮的吸附量可達0.086mg/g和0.265mg/g。利用分形理論的計算方法,確定C型濾料分形維數(shù)最大為3.222,表面粗糙度好,孔徑分布合理,負載微生物量大。
　　 生物過濾試驗表明:凹凸棒均質(zhì)濾料自然掛膜容易,30天左右啟動完成。正常運行階段,在8m3/(m2·h)水力負荷條件下,濾柱對CODMn,NH3-N和濁度平均去除率為17.5％,65.6%和88.6%。濾柱生物相主要有球菌和桿菌,生物量上高下低(與水中有機

5、物濃度分布相關(guān))。采用能譜分析方法準(zhǔn)確測定濾料掛膜前后碳含量,其差值能夠體現(xiàn)生物量變化,認(rèn)為該法可以作為一種評價生物量大小的輔助工具。生物過濾對有機物降解主要發(fā)生在濾柱上部進水端,進出水水質(zhì)及生物相分析表明,有機物去除是物理吸附和生物降解的協(xié)同作用的結(jié)果。凹凸棒均質(zhì)濾料生物濾柱含污能力較大,在相同過濾周期內(nèi)水頭損失較石英砂濾柱小并且增長慢。
　　 以穩(wěn)態(tài)生物膜模型為基礎(chǔ),利用算法簡單,計算容易的二分法對迭代法進行優(yōu)化,計算出本實

6、驗中的生物膜厚度為43.68μm。采用常規(guī)好氧生物處理的測定方法,測定出凹凸棒均質(zhì)濾料生物過濾的有機物降解半速率常數(shù)和最大比基質(zhì)利用率分別為2.02mgBDOC/L和0.211mgBDOC/(mg·h),說明貧營養(yǎng)微生物為了適應(yīng)低基質(zhì)生存條件,具有較高的基質(zhì)親和能力和良好的有機物降解能力。在17.5℃條件下,凹凸棒均質(zhì)濾料的μmax為0.191h-1,較活性炭0.195 h-1小,但比無煙煤0.184 h-1要高,說明凹凸棒均質(zhì)濾料能夠