改性滤料在生物慢滤装置中处理水窖水的实验研究

摘要

我国西北地区气候干燥、雨水量少,水资源极度匮乏,当地农民通过家中兴建水窖来收集雨水作为生活用水。尽管水窖水目前已基本解决了饮用水水量问题,但由于雨水直接进入水窖,水质受到不同程度污染,卫生条件差。如浊度、氨氮和有机物含量偏高,细菌严重超标,如果缺乏必要的水处理技术,直接饮用将给当地人民的身体健康和生产生活带来不利影响。所以目前急需开发适合我国西北村镇分散式供水的水处理技术,并对应研制出相应的水处理装置,将这些装置产业化,让西北村镇的农民喝上干净无污染的饮用水。
　　生物慢滤技术对微污染水的处理效果较好,而且无需投药、造价低廉、运行维护方便,可以用来处理水窖水,保障西北农民的饮用水安全。本论文将滤料改性同生物慢滤工艺相结合,首先研究滤料的改性方法,确定最佳改性条件。其次通过自然挂膜,研究慢滤柱对水窖水中各项污染物的去除效果和影响慢滤柱去除率的各项因素。然后,针对慢滤柱间歇运行的情况,研究在不同的停运天数下慢滤柱的恢复情况。最后,进行改性慢滤柱对实际雨水的处理效果研究。
　　在滤料改性的静态试验中,分别对石英砂和沸石使用FeCl3进行高温加热改性,根据模拟雨水对氨氮和CODMn的去除率确定最佳改性条件。实验结果表明:最佳溶液pH为7,最佳FeCl3浓度是2.5mol/L,最佳搅拌次数为0,最佳焙烧温度为550℃,最佳焙烧时间为3小时,最佳涂层次数为2次。改性后两种滤料的表面性能得到了改善,对污染物的吸附能力获得提高,改性沸石比改性石英砂具有更大的比表面积,所以选择改性沸石作为慢滤柱的滤料。
　　慢滤柱运行的动态试验表明:通过自然挂膜,普通柱36天生成生物膜,改性柱30天生成生物膜,改性柱挂膜时间更短。改性柱对各项污染物的去除率均高于普通柱,待稳定运行后,改性柱对浊度、氨氮和CODMn的平均去除率分别为96.67％、86.63%和42.86%;出水平均浊度0.48 NTU,出水氨氮为0.112mg/L,出水CODMn为2.61mg/L,水质均达标。
　　在影响因素的实验中,分别就滤层厚度、滤速、温度、进水氨氮负荷和进水CODMn负荷对慢滤柱的不同污染物的去除效果进行了分析。实验结果表明:两根慢滤柱对浊度、氨氮、CODMn和UV254的去除率都随滤层厚度的增加而升高,随滤速的增加而降低。随着滤层厚度的增加,生物量的分布逐渐减少。两柱对氨氮和CODMn的去除效果和水温呈正相关,进水CODMn负荷和氨氮去除率呈负相关,进水氨氮负荷和CODMn去除率也是负相关。
　　慢滤柱间歇运行实验的结果表明,停运天数在7天内时,两柱仅需1天的时间就能恢复到正常运行状态;当停运15天时,改性柱需要3天恢复,普通柱4天恢复。恢复通水后短期内,两根滤柱获得比停运前更好的污染物去除效果。
　　两根慢滤柱对实际雨水中浊度和氨氮的去除效果较理想,与模拟的一致,但对CODMn的去除效果不及模拟的效果理想,但出水水质仍能满足农村饮用水的标准。

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1 绪论

1.1 课题背景与研究意义

1.2 生物慢滤技术及其国内外研究现状

1.3 滤料改性技术及其国内外研究现状

1.4 论文研究内容

1.5 论文研究创新点

2 滤料改性实验研究

2.1 改性滤料的过滤机理

2.2 实验仪器及方法

2.3 改性滤料参数的确定

2.4 改性滤料的选择及其参数测定

2.5 普通沸石与改性沸石的表征观察分析

2.6 本章小结

3 生物慢滤处理水窖水的实验研究

3.1 生物慢滤工艺的原理及特点

3.2 实验装置

3.3 实验用水及实验方法

3.4 生物慢滤柱对污染物的去除效果研究

3.5 改性柱和普通柱挂膜完成后滤料的表征分析

3.6 本章小结

4 影响慢滤柱处理效果的因素研究

4.1 滤层厚度对慢滤柱处理效果的影响

4.2 影响氨氮去除率的因素研究

4.3影响CODMn去除率的因素研究

4.4 本章小结

5 慢滤柱间歇运行对处理效果的影响

5.1 间歇运行后慢滤柱的恢复天数研究

5.2 慢滤柱恢复期间的去除效果研究

5.3 本章小结

6 慢滤柱对实际雨水的处理效果研究

6.1 实际雨水同模拟雨水的去除效果对比研究

6.2 实际雨水同模拟雨水的有机物分子量分布测定

6.3 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果