微污染原水深度处理工艺优化与饮用水生物稳定保障研究

摘要

近年来，淮河流域盐城段水源水中微量有机污染物的种类和浓度逐渐升高，水源水呈微污染状态，传统水处理技术已很难有效去除这些微量有机物，饮用水水质安全得不到保障，水质生物稳定性较低。因此开展针对淮河流域水源水的深度处理技术研究显得尤为重要和紧迫。
　　本论文根据淮河流域通榆河和盐龙湖段水源水质特征，相应开展了四个方面的研究工作:水源地水质调研;以臭氧——生物活性炭为核心的饮用水中试处理试验装置设计与调试;生物接触氧化池和预臭氧处理条件的运行优化及其对三卤甲烷生成潜能的影响，并比较工艺流程1（生物预处理——混凝沉淀——强化过滤）和工艺流程2（预臭氧——混凝沉淀——砂滤）对水中污染物的去除效果;臭氧——生物活性炭工艺运行优化，重点关注水中污染物去除及水质生物稳定性保障。
　　通过对两处水源地的水质进行调研发现，两处水源地主要污染指标有浊度、CODMn、氨氮、总氮、总磷、铁和锰等，自2010～2015年期间，盐龙湖原水浊度呈逐年下降趋势，且全年中7、8月份浊度最高，冬季浊度最低。CODMn也呈现出逐年下降的趋势，水质略有改善，但仍然超过地表水Ⅲ类标准(GB3838-2002)，对于Fe含量仅在全年的6～9月份超过0.3mg/L的地表水三类水质标准，而近两年Mn含量均低于0.1mg/L的地表水Ⅲ类标准限值;通榆河的水中浊度和CODMn呈逐年上升趋势，超过地表水Ⅲ类标准限值，且Fe含量在秋冬季节浓度较高，而春夏Fe含量多低于地表水Ⅲ类标准限值，Mn含量仅在6～9月份中可能会超过地表水Ⅲ类标准限制;两处水源地中氨氮、总氮和总磷的浓度均较高，但盐龙湖有降低趋势，而通榆河则有恶化趋势，所以整体而言，两处水源地均呈现出微污染现象。
　　通过对生物接触氧化池预处理单元研究发现，当水力停留时间(Hydraulic retentiontime: HRT)为2h，气水比在(1～1.2)∶1的范围内，CODMn和氨氮的去除率分别为16.64％和47.16％。结合挂膜期间有机物的去除效果可以看出，去除率较高的有机物分子量多低于1000Da。生物接触氧化预处理能够有效降低三卤甲烷生成潜能，其中三氯甲烷和一氯二溴甲烷去除率分别为17％和12％。
　　通过对预臭氧运行工况的研究，确定臭氧投加量为0.5mg/L、臭氧接触时间为5min时，CODMn和UV254的去除率为28.21％和32.89％，DOC和BDOC增长率分别为20.89％和22.14％，水质生物稳定性降低，但有助于后续生物活性炭对有机物的降解去除。预臭氧对水中三氯甲烷、一溴二氯甲烷和一氯二溴甲烷的去除率分别为9％、8.98％和10.57％，三溴甲烷去除率最低为4.67％，这可能是因为水中溴化物的含量较低，与次溴酸反应的有机物前体物较少。
　　探讨工艺流程1和工艺流程2对水中污染物的去除效果，工艺流程1对水中CODMn、氨氮、DOC、BDOC和三卤甲烷生成潜能的去除效果较好，而工艺流程2对水中UV254去除率较好，但会引起水中氨氮、DOC和BDOC浓度的升高，提高水质的可生化性，一般将臭氧作为预处理时，多与生物活性炭联用，保障水质的生物稳定性。
　　对臭氧——生物活性炭深度处理研究发现，当臭氧接触时间为10min，臭氧投加量自1.2mg/L增加至2.0mg/L时，CODMn和氨氮的去除率仅分别提高了5.45％和7％，对TOC的去除效果较差，而DOC和BDOC分别增长了20％和111.65％，这说明臭氧氧化作用增大了水中DOC含量，降低了水质生物稳定性，所以从工艺优化角度出发，臭氧投加量为1.2mg/L较为合适。
　　考察生物活性炭滤池除污效果，当滤速在6～8m/h，空床接触时间(Empty bed contacttime: EBCT)在15min时，填料高度为0.9～1.5m，CODMn、UV254和氨氮的去除效果最好，随着炭层深度的增加，TOC和DOC的去除率都呈现出逐渐升高的趋势，去除率最高分别为42.95％和66.56％，BDOC出水浓度多低于0.35mg/L，对提高出水生物稳定性至关重要.

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 饮用水水源水质污染现状

1．2 饮用水生物稳定性研究现状

1．2．1 AOC测定原理及方法比较

1．2．2 BDOC测定原理及方法比较

1．2．3 BRP测定原理及方法比较

1．3 常规工艺处理微污染水的缺陷

1．4 微污染原水预处理技术研究现状

1．4．1 生物预处理技术

1．4．2 化学氧化预处理技术

1．4．3 吸附预处理技术

1．5 微污染水强化水处理技术研究现状

1．5．1 强化混凝

1．5．2 强化过滤

1．6 微污染水深度处理工艺研究现状

1．6．1 膜处理技术

1．6．2 臭氧氧化技术

1．6．3 活性炭吸附技术

1．6．4 臭氧——生物活性炭技术

1．7 课题研究目的及内容

1．7．1 课题研究目的

1．7．2 课题研究内容

第二章 试验装置设计与研究方法

2．1 试验装置的设计

2．2 试验装置的安装与调试

2．3 分析方法及说明

2．3．1 BDOC测定方法及步骤

2．3．2 BRP测定方法及步骤

2．3．3 有机物分子量分布的测定方法

2．3．4 生物量测定方法及步骤

2．3．5 三卤甲烷生成潜能分析方法及步骤

第三章 淮河流域盐城段水源地水质调研

3．1 淮河流域盐城段供水状况

3．2 淮河流域盐城段主要水质指标调查分析

3．2．1 浊度年平均变化

3．2．2 CODMn年平均变化

3．2．3 氨氮、总氮和总磷年平均变化

3．2．4 藻类年平均变化

3．2．5 Fe、Mn月平均变化

3．3 小结

第四章 微污染原水水处理工艺优化研究

4．1 中试试验装置与试验工况

4．2 生物接触氧化池启动稳定性试验

4．3 不同工艺参数条件下生物接触氧化池对污染物的去除效果

4．3．1 不同HRT对生物接触氧化池运行影响

4．3．2 不同气水比对生物接触氧化池运行影响

4．3．3 不同气水比下生物接触氧化池内生物量的变化

4．3．4 生物接触氧化池预处理对不同分子量有机物的去除规律

4．3．5 生物接触氧化池预处理对三卤甲烷生成潜能去除影响

4．4 盐城市城东水厂预臭氧氧化处理工艺对污染物去除效果

4．4．1 对CODMn去除效果影响

4．4．2 对氨氮去除效果影响

4．4．3 对UV254去除效果影响

4．4．4 对DOC和BDOC去除效果影响

4．4．5 对三卤甲烷生成潜能去除影响

4．5 微污染水处理工艺对污染物去除效果对比分析

4．5．1 对浊度去除影响分析

4．5．2 对CODMn去除影响分析

4．5．3 对氨氮去除影响分析

4．5．4 对UV254去除影响分析

4．5．5 对DOC和BDOC去除影响分析

4．6 小结

第五章 臭氧——生物活性炭工艺对水质生物稳定性保障研究

5．1 臭氧投加量对污染物去除影响

5．1．1 对CODMn去除影响

5．1．2 对UV254去除影响

5．1．3 对氨氮去除影响

5．1．4 对TOC和DOC去除影响

5．1．5 对三卤甲烷生成潜能去除影响

5．2 生物活性炭除污染能力探讨

5．2．1 生物活性炭挂膜期间对污染物的去除研究

5．2．2 考察空床停留时间(EBCT)与CODMn、UV254之间的关系

5．3 生物活性炭除污染机理探讨

5．3．1 生物活性炭对CODMn去除机理探讨

5．3．2 生物活性炭对UV254去除机理探讨

5．3．3 生物活性炭对“三氮”去除机理探讨

5．3．4 生物活性炭对TOC和DOC去除机理探讨

5．3．5 生物活性炭对三卤甲烷生成潜能的影晌研究

5．4 水质生物稳定性保障研究

5．4．1 臭氧投加量对BDOC去除影响研究

5．4．2 生物活性炭对BDOC的去除影响

5．4．3 生物活性炭对BRP的去除影响

5．4．4 最佳工况下水质生物稳定性保障

5．5 小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

在校期间发表论文情况