水质毒性生物预警设备中预处理装置的研发

摘要

近些年来,水体污染事故频发,污染物种类繁多,使用理化设备已经无法实时、准确的对水质进行监测,生物在线监测应运而生。通过水生生物行为的变化,及时发现水体受污染情况,进而采取相应的应急措施,保证广大人民群众的生命财产安全。
　　通过调研,国内现在使用的14种生物在线监测设备只有3种是国内自主研发,国外产品价格昂贵,维护成本高。在这种大环境下深圳水务(集团)有限公司投入大量人力、物力研发了水质毒性生物预警设备(Real-time Biomonitor for Water Toxicity,RTB),该设备采用斑马鱼作为指示生物,通过斑马鱼行为轨迹的变化对水体进行实时监测。RTB已经在全国多个地方应用,对保障供水安全发挥了重要的作用,但是在运行中发现高浊度、高余氯将影响到设备的稳定运行,导致误报警频发。
　　为了采取措施解决这一问题,对典型的水质毒性在线生物监测预警设备进行调研,以期汲取其他设备的优点。但是调研结果表明,国内外设备普遍存在高浊度、高余氯环境条件下无法稳定运行的问题。
　　因此本文将从扩大RTB应用范围、提高设备运行稳定性、减少误报警频率的角度展开研究,主要包括三部分内容:RTB中斑马鱼生存条件的研究、浊度预处理装置的优化改进以及余氯脱除装置的研发。
　　当水体中浊度过高时,构成浊度的颗粒物质会进入斑马鱼的鱼鳃,影响斑马鱼的呼吸,并粘附在斑马鱼的体表,导致斑马鱼行为出现异常,产生误报警的现象。为了保证设备的稳定运行,需要将RTB进水浊度控制在8NTU以下。
　　对现有浊度预处理装置进行调试,确定砂滤罐的反冲洗强度为800L/h,运行周期为24h,反冲洗时间为30min,正洗时间为10min。去除内置预处理装置中的排泥器,预处理装置对pH、DO、电导率影响较小,对重金属、有机物去除有限,不会影响到RTB对受污染水体的监测。
　　余氯进入水中后形成的次氯酸会腐蚀斑马鱼的鱼鳃,使斑马鱼出现浮头现象,严重时会导致斑马鱼窒息死亡。为了保证设备的稳定运行,需要将RTB进水余氯控制在0.03mg/L以下。
　　按照1.3:1的比例投加硫代硫酸钠,可以保证在1min内有效的脱除水体中的余氯,并且按照此比例投加的硫代硫酸钠不会对pH、电导率、斑马鱼的行为造成影响。
　　21g的Na2S2O3·5H2O可以满足7d的脱氯要求,脱氯效果稳定。设备安装、维护方便,设计制作成本低,可以确保RTB监测出厂水时运行稳定。
　　本课题研发的浊度预处理装置及余氯脱除装置,已经配套RTB在水厂进行应用,运行稳定,效果较好,可以确保RTB高效、稳定的用于监测原水和出厂水,降低误报警几率,提高了RTB报警置信度。

目录

水质毒性生物预警设备中 预处理装置的研发

DEVELOPMENT OF PRETREATMENT DEVICES IN REAL-TIME BIOMONITOR FOR WATER TOXICITY

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题来源与意义

1.2 国内外水质生物监测预警设备研究现状

1.2.1 水质突发性污染现状

1.2.2 水质在线监测预警设备研究现状

1.3 水质毒性生物在线监测设备中预处理装置研发的意义

1.4 本文主要研究内容

第2章 实验装置及分析方法

2.1 实验装置

2.1.1 水质毒性生物在线监测仪

2.1.2 天源净水器制水系统

2.2 实验材料

2.2.1 实验水体

2.2.2 斑马鱼

2.2.3 脱氯药剂

2.3 实验方法

2.4检测方法

第3章 影响RTB运行稳定性因素分析

3.1 引言

3.2 浊度对斑马鱼的影响

3.2.1 配置浊度药剂的选择

3.2.2 高浊度水体环境下斑马鱼的行为轨迹

3.2.3 浊度对斑马鱼影响的机理分析

3.2.4 小结

3.3 余氯对斑马鱼的影响

3.3.1高余氯水体环境对斑马鱼的影响

3.3.2 氯中毒机理分析

3.3.3 斑马鱼对余氯的耐受范围研究

3.3.4 小结

3.4 RTB安装地水质分析

3.4.1 给水处理厂原水浊度范围分析

3.4.2 给水处理厂出厂水余氯浓度范围分析

3.5 本章小结

第4章 浊度预处理装置的研发

4.1 引言

4.2 现有浊度预处理装置简介

4.3 浊度预处理装置运行参数的确定

4.3.1 浊度预处理装置运行周期的确定

4.3.2 浊度预处理装置反冲洗时间的确定

4.4 浊度预处理装置对原水水质的影响

4.4.1微生物学指标

4.4.2 一般化学指标

4.4.3 高锰酸盐指数

4.5 浊度预处理装置对污染物的去除

4.5.1 浊度预处理装置对重金属的影响

4.5.2 浊度预处理装置对有机物的影响

4.6 现有预处理装置主要存在的缺陷

4.7 预处理装置的改进

4.8 本章小结

第5章 余氯脱除装置的研发

5.1 引言

5.2 硫代硫酸钠与余氯的投加比例

5.3 硫代硫酸钠对水质的影响

5.4 硫代硫酸钠对斑马鱼的影响

5.5 硫代硫酸钠溶液的储存

5.6 余氯脱除装置的研发

5.6.1 装置组成与外观

5.6.2 装置主要设计参数

5.6.3 安装与使用说明

5.7 工程应用

5.7.1 药剂储存箱药剂投加

5.7.2 取样时间的确定

5.7.3 实验结果

5.8 装置的优点与不足

5.8.1脱氯装置的优点

5.8.2装置存在的不足

5.9 本章小结

结 论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

致 谢