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饮用水深度处理工艺的优化研究

作　者: 张朝晖
导　师: 吕锡武
学　校: 东南大学
专　业: 环境工程
关键词: 臭氧生物活性炭反冲洗三卤甲烷生成潜能饮用水微污染深度处理黄浦江
分类号: TU991
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

臭氧-生物活性炭技术作为饮用水的深度处理技术之一在国内有着很好的应用前景,但针对我国的水质特点还缺乏相应成熟的经验,许多方面还有待进一步完善。本论文以黄浦江原水为处理对象,对臭氧-生物活性炭技术去除水中污染物的机理和性能进行了全面系统的研究,得到了以下主要结论:改进和完善了三卤甲烷生成潜能及DOC构成测定方法,提出了测定微生物活性的新方法:呼吸势能法。对臭氧化技术的研究表明,臭氧能够有效降低水体的有机负荷,并在一定程度上改善水质的可生化性。本文在国内首次采用DOC分类测定方法分析臭氧对水中溶解性有机物的影响以及对水质可生化性的改善情况,试验发现,砂滤出水中溶解性有机物80%以上都是NB&ADOC,B&ADOC约为10～13%,NA&BDOC和NRDOC的含量均不超过5%。臭氧后NB&ADOC,NA&BDOC和NRDOC均呈减少趋势,A&BDOC增加,而且提高的幅度随臭氧投加量和接触时间的增加而上升。在确定的最佳臭氧化条件下,臭氧氧化后水中B&ADOC的绝对含量增加了49%,BDOC的绝对含量增加了22%,但BDOC在总DOC中所占比例(BDOC/DOC)只增加了3～4%。首次将分子量分布测定与水质深度处理研究相结合,分析不同工艺单元出水分子量变化规律,得出前处理工艺对分子量在3kD以上的有机物有较好的去除效果。臭氧对分子量大于10kD的有机物氧化分解作用明显,臭氧化后水中分子质量在3kD～1kD以及<0.5kD区间的有机物增加。生物活性炭滤池主要去除分子量分布在10kD～3kD和3kD～1kD以及<0.5kD区间的有机物,炭池出水中分子量在100kD～10kD的有机物会明显增加。通过研究臭氧对三卤甲烷生成潜能的去除规律发现,臭氧对三氯甲烷和二氯一溴甲烷生成潜能都有很好的去除,对一氯二溴甲烷生成潜能的去除效果较差,对溴仿生成潜能基本没有去除。当水中溴化物含量较高时臭氧对溴仿的生成反而具有促进作用。首次结合紫外差分光谱和水中溴化物与臭氧及氯间的化学反应原理探讨了臭氧对三卤甲烷生成潜能的去除机理。在确定的最佳臭氧投加条件下,从降低水体污染负荷和提高水质可生化性两个方面比较分析了臭氧和充氧单元对水质的改变程度。对生物活性炭滤池除污染能力的研究表明:空气和臭氧对后续生物活性炭滤池挂膜时间没有明显影响。臭氧后生物活性炭柱的运行效果略好于空气后生物活性炭柱。首次结合DOC分类测定和分子量分布测定研究炭池在不同运行阶段对溶解性有机物的去除机理及去除规律。考察了两生物活性炭滤池对三卤甲烷生成潜能去除规律的四季变化,发现炭池对氯仿生成潜能的去除效果较好,对溴代三卤甲烷生成潜能的去除效果较差,去除率随溴化程度的加深而降低。深入探讨了炭池的主要工艺参数(空床接触时间和滤速)和除污染能力间的关系,通过对大量数据的拟合分析,认为空床接触时间是炭池运行的关键参数,并建立了空床接触时间和炭池除污染能力间的相关关系。通过研究不同反冲洗方式、冲洗强度对炭池生物量、净水效能等多项指标的影响确定了炭池的最佳反冲洗模式,在此基础上进一步分析比较了反冲洗对两生物活性炭滤池的影响规律。通过对“前处理工艺”,“前处理工艺+臭氧+BAC”,“前处理工艺+充氧+BAC”三种处理工艺出水水质的分析表明:两条深度处理工艺都能进一步改善前处理工艺的出水水质。“臭氧+BAC”工艺对CODMn的全年平均去除率为31%左右,“充氧+BAC”为21%左右,前者比后者高出10%左右。对UV254的去除,前者要比后者平均高出20%以上。对两条深度处理工艺出水的水质安全性分析表明:无论是在生物稳定性还是出水携带细菌总数上,“臭氧+BAC”都优于前者。GC/MS检测结果表明,“前处理工艺+臭氧+BAC+氯化消毒”工艺使原水中有机物的种类减少了46种,色谱峰总面积减少了33%。“前处理工艺+充氧+BAC+消毒”工艺使原水中有机物的种类减少了33种,色谱峰总面积减小了13%。进一步证明“臭氧+BAC”出水水质明显好于“充氧+BAC”工艺。在国内首次利用紫外差分光谱分析了三卤甲烷氯化反应生成机理及生成规律,建立了三卤甲烷生成的预测模式。结合大量试验数据分析了TOC、CODMn和UV254三者间的关联性,建立了UV254来预测TOC的数学模式。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-18
  1.1 饮用水及水源污染现状  10-11
  1.2 饮用水净化技术的发展现状  11-17
    1.2.1 强化常规净水工艺  12
    1.2.2 在常规工艺前加设生物预处理工艺  12-13
    1.2.3 开发深度处理工艺  13-17
  1.3 关于本文的立题  17-18
第二章研究内容、方法和试验设计  18-27
  2.1 研究的主要内容  18
  2.2 试验装置的设计  18-20
  2.3 试验期间进水水质调查  20-22
  2.4 试验方法及说明  22-27
    2.4.1 三卤甲烷生成潜能的测定方法  22-23
    2.4.2 DOC 构成测定方法  23-24
    2.4.3 AOC 的测定方法  24-25
    2.4.4 分子量分布的测定方法  25-26
    2.4.5 各种测定项目的分析方法及所需仪器列表  26-27
第三章臭氧化技术研究  27-53
  3.1 臭氧的除污染机理  27-30
    3.1.1 臭氧的物理性质  27
    3.1.2 臭氧的化学性质  27-30
  3.2 臭氧投加条件的改变对各类污染物去除的影响规律分析  30-47
    3.2.1 对CODMn的去除影响  30-31
    3.2.2 对紫外吸收特性的影响  31-32
    3.2.3 对氨氮的影响  32-33
    3.2.4 臭氧投加量对后续生物活性炭柱微生物活性的影响  33-35
    3.2.5 对分子量分布的影响  35-39
    3.2.6 臭氧对溶解性有机物性质的改变(DOC 构成的变化)  39-41
    3.2.7 对三卤甲烷生成潜能的影响  41-47
    3.2.8 最佳臭氧投加条件的确定  47
  3.3 臭氧和充氧工艺对水质的影响分析  47-51
    3.3.1 对水体污染负荷的影响  47-49
    3.3.2 对溶解氧和水质可生化性的影响  49-51
  3.4 小结  51-53
第四章生物活性炭滤池除污染能力的研究  53-74
  4.1 生物活性炭的净水机理  53-57
    4.1.1 活性炭的结构及吸附特性  53-54
    4.1.2 生物活性炭上的生物特征  54-55
    4.1.3 生物活性炭上微生物与活性炭间的协同作用  55-57
  4.2 生物活性炭(BAC)滤池净水效能的试验数据分析  57-72
    4.2.1 挂膜阶段的对比研究  57-60
    4.2.2 整个运行期间两生物活性炭柱净水效能的对比研究  60-66
    4.2.3 生物活性炭滤池的工艺参数探讨  66-67
    4.2.4 生物活性炭除污染机理探讨  67-72
  4.3 本章小结  72-74
第五章炭池反冲洗技术研究  74-89
  5.1 反冲机理  74-76
  5.2 反冲洗试验结果与讨论  76-88
    5.2.1 不同反冲洗方式的对比研究  76-83
    5.2.2 反冲洗对空气后生物活性炭和臭氧后生物活性炭滤池的影响对比  83-88
  5.3 本章小结  88-89
第六章工艺单元出水水质分析  89-111
  6.1 常规指标的连续监测结果分析  89-93
    6.1.1 对耗氧量(CODMn)的连续检测结果分析  89-90
    6.1.2 对 UV254 的连续检测结果分析  90-91
    6.1.3 TOC、CODMn 与 UV254 间的相关性分析  91-92
    6.1.4 对氨氮的连续检测结果分析  92-93
  6.2 各工艺单元对不同分子量区间有机物的去除规律  93-94
  6.3 三卤甲烷生成潜能(THMFP)经各工艺单元的去除规律分析  94-96
  6.4 两条深度处理工艺出水安全性分析  96-110
    6.4.1 出水生物稳定性分析  96
    6.4.2 出水细菌计数  96-97
    6.4.3 出水溴酸盐评价  97
    6.4.4 出水色-质联机检测  97-110
  6.5 本章小结  110-111
第七章三卤甲烷生成机理探讨  111-117
  7.1 三卤甲烷生成的氯化反应机理研究  111-115
  7.2 三卤甲烷生成的预测模式  115-116
  7.3 本章小结  116-117
第八章结论与建议  117-120
  8.1 结论  117-118
  8.2 论文创新点描述  118-119
  8.3 建议  119-120
致谢  120-121
参考文献  121-127
发表论文及参加科研项目  127

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