化学氧化-BAF组合工艺预处理复合污染原水研究.pdf
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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - I - 摘 要 饮用水常规处理工艺在处理嘉兴地区高氨氮、高有机物及锰复合污染原水时, 达不到饮用水的水质标准。本文对化学预氧化和火山岩滤料曝气生物滤池组合工 艺预处理复合污染原水进行了效能研究及比较,目的在于提供预处理复合污染原 水的方法。 火山岩曝气生物滤池启动采用自然富集培养挂膜方式,并在 11 天后启动成功, 氨氮去除率稳定达到 80%以上。滤池在水力停留时间为 30min,气水比为 1:1,温 度在 20以上时对原水中的污染物都可以达到良好的去除效果;滤池对氨氮及锰 复合的抗冲击负荷能力比较强。滤池对氨氮和锰的去除主要在填料层 0-120cm 之 间
2、而高锰酸盐指数在 30-150cm 之间。滤池反冲洗及二次启动后对污染物去除效 能的恢复较快。 对三种氧化剂与火山岩滤料曝气生物滤池协同投加效应进行研究和比选,确 定三种氧化剂的最佳投量,通过比较发现 PPC 预氧化与曝气生物滤池组合工艺最 适合此类复合污染原水。实验结果表明:PPC-BAF 协同运行时明显高于 BAF 单 独运行时的去除效能 对不同水质情况下选择合适的预处理工艺进行了研究。长期的运行研究结果 表明:水温大于 20,氨氮浓度小于 1.50mg/L,高锰酸盐指数小于 5.00mg/L 的情 况下可以不进行预处理;水温低于 15,氨氮浓度大于 10.00mg/L 和高锰酸盐指 数大
3、于 9.00mg/L 三种情况下选择 PPC 化学氧化-BAF 协同运行。其它情况下单独 运行火山岩滤料 BAF 即可达到较好的去除效能。 本论文的主要成果将为复合污染水源水的化学预氧化与曝气生物滤池组合预处理 工艺应用提供技术依据。 关键词关键词:火山岩滤料曝气生物滤池;预处理;化学预氧化;复合污染原水;高锰 酸盐复合药剂 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - II - Abstract Jiaxing Districts surface water has very severe water polltion ,which with high concentration of ammonia
4、 nitrogen ,organic and manganese .As the conventional water treatment processes cant effective removal this plluted water to guarantee the safety of drinking water . In order to provide an effective pretreatment processe to meet the composited pollution situation in the water source of Jiaxing,this
5、paper researches that chemical preoxidation and volcanic biological aerated filters processes pertreatment this kind of source water. The volcanic BAF start-up success with the nature strat-up way after 11 days ,the removal rate of ammonia nitrogen is more than 80% .BAF under optimum operating condi
6、tions ,as hydraulic retention time is 30min,air/water ratio is 1:1 and temperature above 20,can reach a high removal of pollutants in composited polltion water. Volcanic BAF under the optimum operating conditions,can still keep a high removal rate of the contaminant at the flushing loading with ammo
7、nia nitrogen and manganese. BAFs packing layer between 0-120cm mainly remove ammonia nitrogen and manganese,between 30-150cm remove permanganate index. BAF can recover quikly after backwashing and the second start-up. When three kinds of chemical preoxidation and volcanic BAF pretreatment the pollut
8、ed water, compared the removal efficiency. Experimental can confirm the best dosage for potassium permanganate ,sodium hypochlorite and ozone,Compared these three chemical preoxidation and BAFs different removal efficencies and technology economy, potassium permanganate composite is able to prtreatm
9、ent this kind of polluted water. Potassium permanganate composite preoxdation and BAF together pretreatment the composited polltion water is more effective than only run BAF . Under different water quality,study the pretreatment processes removal efficencies, In order to choose the appropriate pretr
10、eatment processes .The results of long run study show that water temperature above 20, the concentration of ammonia nitrogen and permanganate index are lower than 1.50mg/L and 5.00mg/L neednt pretreatment processes;when the water temperature under 15,or the concentration of ammonia nitrogen more tha
11、n 10.00mg/L or permanganate index more than 9.00mg/L need PPC preoxidation and volcanic BAF as preteatment processes;the other cases only need volanic BAF as pretreatment processes. This program would be provide the technical reference for the application of chemical preoxidation and BAF in the pret
12、reatment of composited polltion water. 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - III - Keywords:volcanic biological aerated filters,pretreatment,chemical preoxidation , composited pollution raw water , potassium permanganate composite 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - IV - 目目 录录 摘 要 I Abstract II 第 1 章 绪论 1 1.1 嘉兴地区水污染现状 . 1 1.2 常规饮用水工艺的局
13、限性 . 2 1.3 饮用水预处理技术 . 3 1.3.1 化学预氧化法 4 1.3.2 生物预氧化法 4 1.3.3 粉末活性炭吸附法 5 1.3.4 化学预氧化与曝气生物滤池联用技术 6 1.4 曝气生物滤池及化学预氧化在国内外研究进展 . 6 1.4.1 曝气生物滤池 6 1.4.2 化学预氧化研究现状 10 1.4.3 化学预氧化与生物氧化联用技术研究现状 12 1.5 课题来源及研究意义 . 13 1.5.1 课题来源 13 1.5.2 课题研究目的及意义 13 1.6 课题研究内容 . 13 第 2 章 试验装置与方法 14 2.1 试验水质 . 14 2.2 试验填料 . 14
14、2.3 试验装置 . 15 2.4 测定项目及分析方法 . 16 2.4.1 常规水质指标检测分析 16 2.4.2 生物活性测定 17 第 3 章 曝气生物滤池对复合污染原水预处理的效能研究 18 3.1 工艺启动 . 18 3.1.1 启动方式的选择 18 3.1.2 启动过程分析 19 3.2 曝气生物滤池对复合污染原水预处理的影响因素 . 20 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - V - 3.2.1 水力停留时间对去除效能的影响 20 3.2.2 气水比对去除效能的影响 22 3.2.3 温度对去除效能的影响 23 3.2.4 污染负荷对去除效能的影响 26 3.3 填料层高度对曝气生
15、物滤池工作效能的影响分析 . 31 3.3.1 沿填料层不同高度氨氮的变化分析 32 3.3.2 沿填料层不同高度锰的变化分析 32 3.3.3 沿填料层不同高度高锰酸盐指数的变化分析 33 3.4 反冲洗后滤池的恢复 . 34 3.4.1 对氨氮去除效能的影响 35 3.4.2 对高锰酸盐指数去除效能的影响 35 3.5 二次启动滤池的恢复 . 36 3.5.1 对氨氮去除效能的影响 36 3.5.2 对高锰酸盐指数去除效能的影响 37 3.6 本章小结 . 37 第 4 章 不同化学氧化-BAF 对污染原水预处理效能的比选研究 39 4.1 三种氧化剂与 BAF 协同投加响应效应研究 .
16、39 4.1.1 高锰酸盐复合药剂(PPC)与 BAF 组合的投加响应效应 . 39 4.1.2 次氯酸钠与 BAF 组合的投加响应效应 41 4.1.3 臭氧与 BAF 组合的投加响应效应 42 4.2 三种预氧化剂的综合比较 . 43 4.2.1 三种化学预氧化与 BAF 协同作用效能比较 43 4.2.2 三种氧化剂技术经济比较 44 4.3 PPC-BAF 协同作用对复合污染水的去除效能研究 . 45 4.3.1 对氨氮去除效能的研究 45 4.3.2 对有机物去除效能的研究 47 4.3.3 对锰及浊度去除效能的研究 48 4.3.4 对生物活性的影响 49 4.4 本章小结 . 5
17、0 第 5 章 复合污染原水预处理工艺及运行参数优选 51 5.1 嘉兴南郊贯泾港水厂原水水质变化情况 . 51 5.2 不同水质条件下预处理工艺运行参数导则 . 54 5.2.1 不同温度条件下预处理工艺及其运行参数的选择 54 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - VI - 5.2.2 不同氨氮负荷条件下预处理工艺及其运行参数的选择 55 5.2.3 不同有机负荷条件下预处理工艺及其运行参数的选择 55 5.2.4 浊度及预处理工艺对 BAF 反冲洗周期的影响 56 5.3 本章小结 . 56 结 论 57 参考文献 58 攻读学位期间发表的学术论文 65 哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及
18、使用授权说明 . 66 致 谢 67 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 1 - 第1章 绪论 1.1 嘉兴地区水污染现状 嘉兴市地处杭嘉湖平原,太湖流域末端,境内水网密布,纵横交错,河道总 长 13802.3km,水域面积 311.2km2,是著名的江南水乡。随着城市化进程和工农 业迅速发展,人口压力不断地增加,嘉兴河网原水水质污染情况日益严重,因内 河河网相互贯通,其水质既受上游水污染的影响,又受到本地污染源的危害, 2007 年嘉兴市河网总体水质检测发现类占 11.3%,类占 12.6%而劣于类占 76.1%。嘉兴市主要河流总体水质在劣类之间,其中溶解氧、高锰酸盐指数、 五天生化需氧量、
19、氨氮、总磷和石油类是构成地表水资源质量超标的主要项目1。 嘉兴河网原水水质有以下一些特点:原水温度年平均在 20左右,浊度较低, 色度总体上较高,大部分在 30 度以上。原水有机物(高锰酸盐指数)相对较高, 且低分子量溶解性有机物占多数。氨氮和锰复合污染是嘉兴河网最主要的水质特 点。锰常年较平稳,通常分布在 0.20.4mg/L,间有大于 0.5mg/L 的冲击负荷。 原水氨氮普遍较高,分布可划分为二个明显的区段,在每年 5 月至 11 月的丰水 期,原水氨氮相对较低,通常1.50mg/L,间有4mg/L 的冲击负荷,而在每年 12 月至次年 4 月的枯水期,原水氨氮相对较高,通常分布在 2m
20、g/L4mg/L 之间, 同样,偶尔也有4mg/L 的冲击负荷2。吕升等人3在嘉兴选取区域内代表性的 13 个地表水重点监测断面进行从 2006 年到 2011 年的系统调查发现:高锰酸盐指 数的上升具有普遍性,几乎所有断面都以 12%左右的幅度上升;氨氮也有八成以 上断面上升幅度很大。综合以上分析认为,嘉兴地区水源水质污染严重并有加重 的趋势,属于高氨氮高有机物以及锰复合污染水源。 饮用水地表水源中有机物的污染物一般可以分为两类,分别为人工合成有机 物和天然有机物。其中天然有机物是自然界中动植物在自然循环过程中如生长及 死亡产生的一系列的物质,其中包括微生物及其分泌物,动物的排泄物及其降解
21、物,虽难于确定它们的具体组成成分,但一般可以进行自然降解。而人工合成有 机物大部分为难降解的有毒物质。水体中有机物污染危害主要有以下几点:是消 毒副产物的前驱物;易与金属离子螯合;为水体中的微生物提供营养。水中的有 机物大部分对人体有直接或间接的致毒作用,有的会改变细胞的 DNA 结构而使 人体内产生“三致物”。对世界各地水源水有机污染的提取物进行 Ames 试验,其 中有大部分部分呈阳性结果,而研究结果表明:Ames 试验阳性突变结果与致癌之 间有 83%的符合率4。 哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 - 2 - 水中的氮元素包括无机氮和有机氮,其中溶解性的无机氮主要形式简称为 “三氮”即:氨
22、氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮,三者之间可以相互转化。其中,水 相环境的氮元素形态以氨氮为主5。氨氮是指水中以铵盐(NH4+)和游离氨 (NH3)两种形态存在的氮,水中温度和 pH 值决定了铵盐和游离氮在水中所占 的比例。当 pH 值比较低的时,一般来说氨氮以铵盐的形态为主,在 pH 值小于 7 时几乎都以铵盐形式存在,反之,游离氨较高,在 pH 值大于 7 时几乎都以游离 氨形式存在;当水温偏低时,游离氨占主要形式,反之则铵盐占主要形式,但温 度在 10 到 20的范围内几乎没有转化过程5, 6。水体中氨氮对人体健康的危害主 要有:水中亚硝化细菌和硝化细菌好氧条件下,将氨氮氧化成亚硝酸盐和硝酸盐
23、从而对人体有毒害作用,亚硝酸盐在人体内与蛋白质分解产生的胺类形成具有致 癌性的亚硝基化合物7;水中的氨氮与氯消毒剂反应产生氯胺,大大增加了耗氯 量,使水产生臭味,增加了消毒副产物生成量及致突性;管网中的氨氮为再生细 菌提供养料,使管网中容易滋生细菌,恶化水质并且腐蚀管网,影响饮用水水质 8。 水体中锰的溶解性主要受 pH 值和氧化还原电位的影响,地表水中的锰主要 以可降解溶解性二价锰离子和氧化态二氧化锰的悬浮物形式。它们存在的危害主 要有:人体摄入过量的锰会导致慢性中毒或引发一些地方病9;水处理工艺中没 有被氧化的二价锰离子在消毒时,可被逐渐氧化成不溶解性的二氧化锰会导致水 体中的色度升高,产
24、生涩味,浊度升高,管道中发生生物淤积和腐蚀等10。锰在 脑部的浓度过高时,特别是在神经的基础区,会导致与帕金森类似的精神病11-13。 1.2 常规饮用水工艺的局限性 工业的迅速发展和城市人口的集中,在污染未能有效控制和治理的情况下, 往往造成许多城市水源的广泛被污染。常规给水处理工艺一般由混凝、沉淀、过 滤和消毒四个部分组成,它们主要去除水体中的悬浮物、胶体物质和微生物等污 染物质,一般可以达到较好的效果,但是常规工艺对受污染的的原水中的氨氮和 有机物的去除较低。以地表水为水源的自来水厂大都采用传统水处理工艺,去除 水中的浊度、悬浮物并杀死病菌。随着人民生活水平的不断提高对饮用水的质量 日益
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- 化学 氧化 BAF 组合 工艺 预处理 复合 污染 研究
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