改性濾料生物過濾-重力流陶瓷膜處理低溫微污染水的試驗研究.pdf

1、我國蘊含豐富的水資源，且水源水分布廣泛，然而人均占有量卻很少。并且隨著我國的蓬勃、快速發(fā)展，水源水受到的污染越發(fā)嚴重。特別是在人口聚集地區(qū)，由于各種企業(yè)的蓬勃發(fā)展，使排入水體的污染物越來越多。在城市等較發(fā)達地區(qū)，水源水污染越來越被人們所重視。然而在農(nóng)村地區(qū)，水處理相應(yīng)條件比較落后，人們環(huán)保意識不強，水源水又基本不處理就用于生活生產(chǎn)，存在很大的健康安全隱患。
　　對于我國大部分地區(qū)的水源水來說，污染物種類較為簡單，氨氮和有機物是水源

2、水中最為典型的污染物。水中氨氮含量過高，一方面會大量消耗水中的溶解氧，造成水生生物死亡；同時在硝化細菌的作用下會形成硝態(tài)氮以及亞硝態(tài)氮，積累在人體中，毒害人體神經(jīng)系統(tǒng)。水中有機物含量過高，首先會影響水質(zhì)穩(wěn)定，導(dǎo)致水中大量自養(yǎng)微生物的滋生，從而導(dǎo)致疾病的傳播。一些有機物可以產(chǎn)生生物富集現(xiàn)象，從低濃度凝聚成高濃度，從而在人體內(nèi)緩慢聚集，威脅人體健康。在水溫較低時，常規(guī)的水處理方法很難使出水滿足要求。本課題以具有吸附特性的生物過濾、陶瓷膜過濾

3、對低溫條件下微污染水進行處理，為聯(lián)合運行處理實際微污染水提供依據(jù)。
　　被污染的水源水中，氨氮和有機物的含量較高。對于去除氨氮和有機物的方法有很多種，然而根據(jù)經(jīng)濟技術(shù)等條件，特別對于我國偏僻的農(nóng)村地區(qū)，廉價有效的處理方法更適合微污染水源水的處理。因此，本研究主要利用生物過濾和重力流陶瓷膜結(jié)合的方法對水源水進行處理，以期達到去除水中主要污染物質(zhì)的目的。根據(jù)所提出的水源水處理方案，本研究一共分為四個階段進行考察。第一階段考察陶粒、沸石

4、兩種濾料對低溫水中氨氮的吸附性能。通過多種等溫方程擬合分析，得到陶粒、沸石的吸附方式均為單層吸附；通過動力學(xué)和熱力學(xué)分析，得到陶粒、沸石兩種濾料的反應(yīng)吸附階段明顯，并且對氨氮的吸附為放熱反應(yīng)，在低溫條件下也可以自發(fā)進行。而且，溫度越低，吸附反應(yīng)自發(fā)進行的程度越小，反應(yīng)變緩慢。鑒于陶粒、沸石兩種天然濾料的吸附能力有限，而經(jīng)過改性之后可以提高濾料的吸附能力，因此對沸石和陶粒進行附著改性，著重研究與改性前陶粒、沸石相同的條件下，改性陶粒和改性

5、沸石的吸附性能。通過靜態(tài)試驗發(fā)現(xiàn)，改性陶粒和改性沸石吸附水中氨氮達到動態(tài)平衡的時間明顯縮短10-20min，吸附量大幅提高。通過等溫方程擬合分析，發(fā)現(xiàn)改性濾料吸附氨氮以單層吸附為主；通過熱力學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)自發(fā)進行的程度比改性前提高，釋放熱量增加，這為低溫條件下生物過濾時生物的新陳代謝起到了一定的加速作用。第二階段考察改性陶粒和改性沸石兩種濾料在生物過濾中的生物富集性能。本試驗采用的生物過濾裝置為生物濾池，以改性前陶粒、沸石作對照。結(jié)果

6、表明，改性沸石生物過濾和改性陶粒生物過濾完成掛膜啟動所需天數(shù)分別為24d和28d，而天然沸石生物過濾和天然陶粒生物過濾完成掛膜啟動所需天數(shù)為30d和32d，可見改性沸石生物過濾和改性陶粒生物過濾掛膜時間分別縮短了6d和4d。在處理效能方面，改性陶粒和改性沸石的處理效能優(yōu)于天然濾料生物過濾的處理效能。經(jīng)過清水反沖洗后，改性陶粒生物過濾和改性沸石生物過濾分別在5h和8h內(nèi)即可恢復(fù)對各種污染物的處理效能。綜合第一階段和第二階段的研究，選擇裝有

7、改性濾料的生物過濾作為聯(lián)合處理的生物過濾裝置。第三階段對重力流陶瓷膜過濾和陶瓷膜清洗進行了研究。利用 BBD試驗設(shè)計和響應(yīng)面優(yōu)化，最終確定重力流陶瓷膜的布水高度為1.0m，陶瓷膜反沖洗時間為3.5h。根據(jù)陶瓷膜的污染程度，將膜清洗分為清水反沖洗和化學(xué)清洗兩種。當(dāng)進水濁度為10NTU時，經(jīng)過10-14次的清水反沖洗后，200nm陶瓷膜通量下降了10.28％，800nm陶瓷膜通量下降了7.80%。經(jīng)過化學(xué)清洗之后，200nm陶瓷膜通量達到了

8、17.7 L/h?m2，800nm陶瓷膜通量達到了20.6 L/h?m2。清洗之后膜通量迅速恢復(fù)。在實際運行中，可根據(jù)水質(zhì)的特點，將膜反沖洗時間進行調(diào)整優(yōu)化。第四階段根據(jù)前三階段的研究結(jié)果，將改性濾料生物過濾與重力流陶瓷膜裝置進行組合，考察聯(lián)合裝置對實際低溫微污染水的處理效果。結(jié)果表明，當(dāng)進水的氨氮濃度高于3.0mg/L、高錳酸鹽指數(shù)高于4.0mg/L時，將水力停留時間延長至2.5h可以使出水達到飲用水衛(wèi)生標(biāo)準。當(dāng)進水氨氮濃度小于3.0