微污染原水凹凸棒均質濾料生物過濾技術研究.pdf

1、微污染原水是指部分項目超過《地表水環(huán)境質量標準》(GB3838-2002)Ⅲ類水體標準的飲用水源水。目前,我國飲用水水源水質形勢嚴峻,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物的產生,現有水廠的常規(guī)處理工藝已經不能保證出水水質,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的去除能力,改善水廠出水水質,受到學術界的廣

2、泛關注。
　　 凹凸棒土來源廣泛,比表面積大,吸附性能較好,且成本低廉,在水處理領域已經得到初步應用。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,經原材料加工、配料、造粒、烘干、焙燒,成功研制成凹凸棒均質濾料,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濾料生物過濾技術研究,對于現有水廠的升級改造,有效處理微污染原水,具有重要現實意義。
　　 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)的凹凸棒均質濾料為對象,探討了濾料的表征和評價方法,根據試驗結果分析了其靜態(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濾料生物過濾動力學模型。
　　 本研究比選了三種凹凸棒球形均質濾料,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。濾料內部具有發(fā)育良好的微觀孔結構,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)。采用能譜分析方法準確測定濾料掛膜前后碳含量,其差值能夠體現生物量變化,認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同作用的結果。凹凸棒均質濾料生物濾柱含污能力較大,在相同過濾周期內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,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,測定出凹凸棒均質濾料生物過濾的有機物降解半速率常數和最大比基質利用率分別為2.02mgBDOC/L和0.211mgBDOC/(mg·h),說明貧營養(yǎng)微生物為了適應低基質生存條件,具有較高的基質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,說明凹凸棒均質濾料能夠