微污染水源水處理集成技術(shù)研究(氣浮-生物接觸氧化-沸石過濾).pdf

1、對(duì)于微污染水源水，常規(guī)工藝有時(shí)不能有效去除氨氮、CODMn等以滿足日益嚴(yán)格的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)合我國國情，本課題基于小城鎮(zhèn)科技發(fā)展重大項(xiàng)目(2003BA808A17)，開發(fā)出一種處理受污染水源水的集成技術(shù)，并研究去除機(jī)理和工藝參數(shù)，為多級(jí)保障飲用水安全提供技術(shù)途徑。本研究將氣浮工藝與生物膜反應(yīng)器集成，以防止泥沙沉積影響生物處理和利用氣浮水充氧效果，并將深度處理“O3-GAC＂工藝優(yōu)化為“O3-沸石-GAC”工藝。通過中試試驗(yàn)，研究

2、運(yùn)行參數(shù)對(duì)去除效果的影響，探討反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和去除機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果表明：高溫下掛膜三周后，以CODMn和氨氮去除率與NO2-N濃度變化規(guī)律判定生物膜成熟，反應(yīng)器啟動(dòng)較快。隨溶氣罐壓力和回流比增大，氣浮出水DO濃度增長率高達(dá)50～350％，濾罐填充溶氣填料時(shí)出水DO明顯提高0.8～1.5mg/L。原水濁度90％左右由氣浮去除。水力負(fù)荷或濁度負(fù)荷較大時(shí)，去除負(fù)荷提高3～4倍，組合工藝出水濁度低于2NTU。集成技術(shù)對(duì)葉綠素a去除率高于

3、90％，且以氣浮為主，濾罐為輔。藻類負(fù)荷或水力負(fù)荷較高時(shí)，除藻率均90％以上。AGP受溫度和加藥量影響明顯，高溫時(shí)超出低溫20倍。高溫下，CODMn總?cè)コ蚀笥?0％，出水濃度低于3.0mg/L，低溫時(shí)也在50％以上。有機(jī)物分子量分布試驗(yàn)表明，大分子有機(jī)物以氣浮去除為主，小分子量則依靠接觸區(qū)和濾罐生物作用降解。氣浮出水UV254和UV4l0均顯著下降，沸石過濾后兩者降低也較明顯。集成工藝沿程DOC去除率為26～38％，氣浮和

4、接觸區(qū)的去除效果較好。各區(qū)出水的吸光值均在低波長紫外段，最終出水的190～235nm吸光值顯著升高，235～400nm段則降低，與原水比較分子趨向飽和化和簡單化。反應(yīng)器性能評(píng)價(jià)上，對(duì)灰色關(guān)聯(lián)度進(jìn)行改進(jìn)，結(jié)果表明氣浮操作條件對(duì)除濁效果影響作用由大到小依次為進(jìn)水濁度、回流比、加藥量、水溫和水力負(fù)荷。以量綱分析和π定理，推導(dǎo)出濾罐過濾性能指標(biāo)。利用模糊數(shù)學(xué)權(quán)重計(jì)算方法，對(duì)工況進(jìn)行評(píng)價(jià)表明，HRT為1.0h時(shí)，綜合指標(biāo)最小，去除效果

5、和經(jīng)濟(jì)性較好。集成工藝接觸區(qū)出水NH3-N濃度顯著下降50％以上，NO2-N和NO3-N濃度增長10倍左右。濾罐過濾后，NH-13-N去除近50％，NO2-N濃度較低，NO3-N則明顯上升。進(jìn)水增至1.5m3/h，接觸區(qū)和濾罐的氨氮去除率仍達(dá)50％左右，前者受進(jìn)水CODMn影響較大。高溫期，氮揮發(fā)速率較大，風(fēng)速4.5m/s時(shí)為4.8mgN/m2/d，動(dòng)力學(xué)方程的KN'和a較大。分析氣態(tài)氮和微氣泡碰撞頻率公式可知，溫度越高，氣

6、泡直徑越大，氣體分子量越小則碰撞速率越快。硝化速率和耗氧速率試驗(yàn)表明，旋轉(zhuǎn)填料和沸石的硝化速率在1h內(nèi)均高于1.0mg/L/h，之后則顯著降低，上層旋轉(zhuǎn)填料和下層的沸石硝化能力較強(qiáng)。下層旋轉(zhuǎn)填料的耗氧速率為0.7743mgO2/L/h，略高于上層，沸石的OUR則僅為接觸填料50％左右。氣浮去除機(jī)理方面，分形維數(shù)隨加藥量增加先變小后增大，投加15mg/L混凝劑時(shí)，分形維數(shù)較小，除濁效果較好。對(duì)于疏水絮體，氣泡優(yōu)先在絮粒表面析

7、出，表面自由能下降較多，體系趨于穩(wěn)定。析出氣泡存在最小直徑，上升時(shí)氣泡變大以保持壓力平衡。粘附率方程表明，增加氣泡體積密度、提高絮粒和氣泡附著幾率和延長氣浮時(shí)間可提高氣浮去除效果。對(duì)氣泡和絮體群體受力分析后，推導(dǎo)出上升速度和氣泡最大吸附顆粒數(shù)。若顆粒數(shù)小于臨界值，氣泡將浮升。上升速度隨附著的顆粒數(shù)變化，群體直徑較大時(shí)則較快。濾罐溶氣速率隨時(shí)間延長而增長變緩。為了提高空氣份額，可采取延長混合長度、增加濕潤周界或提高摩擦系數(shù)。推

8、導(dǎo)多組分空氣溶解方程后發(fā)現(xiàn)，空氣先溶解再釋放后，氧氣所占比例下降，濾罐空氣層中可能積累O2。由濾料吸附顆粒模型可知，反應(yīng)常數(shù)受活化能、溫度、粘附層厚度、沸石和顆粒粒徑等影響，吸附率受被吸附物濃度影響較大。建立濾層生物降解模型后可知，水力負(fù)荷對(duì)反應(yīng)速率常數(shù)影響較明顯，膜齡受反沖洗強(qiáng)度和周期影響較大，穩(wěn)態(tài)生物膜量為最大飽和度與衰減系數(shù)和增殖系數(shù)商的差值。工程應(yīng)用上，對(duì)泥沙沉積、反沖洗、低溫強(qiáng)化處理等方面分析后，提出了相應(yīng)措施。