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53400字硕士毕业论文优化臭氧-生物活性炭工艺降低微生物泄漏风险的研究

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:53400字
论点:活性炭,工艺,臭氧
论文概述:

本文通过调查分析“常规+臭氧-生物活性炭”工艺炭滤池出水与常规工艺出水微型生物泄漏情况,提出采用炭滤池前置,砂滤池殿后的臭氧-生物活性炭优化工艺,即“炭滤-消毒-砂滤”(CDS)工

论文正文:

第一章导言

1.1中国南方湿热地区饮用水水源状况
中国大部分饮用水水源来自河水、水库水、湖水和地表水,其中河水是最重要的水源。根据国家统计局公布的2009年全国各地供水数据,广东北部几个主要省份地表水资源占供水总量的比例为95.2%。广西95.3%,湖南93.6%,福建97.5%,上海99.8%,浙江97.2%,江苏98.4%,[1]。然而,由于水体净化越来越严重,许多饮用水源都遇到了不同程度的净化。2004年至2009年,我国主要河流水质均低于三级,每年占监测断面总量的50%以上,六级水的比例高达20%-30%。在全国七大水系中,年径流量大的长江、珠江水系总体水质略好,三级断面比例低于[2]的25%。然而,人口稠密、经济繁荣地区的河流水质状况并不悲观,如面临缺水的珠江三角洲地区。特别是,这些地区位于河流上游,极易受到上游污染和突发性污染的影响。邵念荣[3]在考察中山市各类水厂水源水质时发现,中山市重要饮用水原河属于地表水二类~三类水质,但氨氮和大肠菌群经常超标。从2008年到2009年,只有中山市东胜水厂的取水点经历了8次油净化或污水净化。珠江广州河段水源水的高锰酸盐指数和氨氮浓度处于ⅳ-ⅴ类和劣ⅵ类水质浓度等级[4],导致广州部分水厂运营资金增加,难以达到《生活饮用水卫生规范》(GB 5749-2006)的要求,迫使制水单位拆除89.53亿元,远至西江三水段50公里外取水[5-6];2010年10月,由于韶关冶炼厂排放污水,广西南江铊净化严重,威胁清远、佛山、广州等地的安全供水,[7]。
2012年1月18日,广西河池市发生了一起镉污染事件,在[部分下游地区引发了人们的恐慌。卢伟[于2003年至2004年对东莞的水资源进行了调查。结果表明,东莞市主要河流水质基本处于四级至五级,主要超标项目为氨氮、化学需氧量和溶解氧。此外,水库水源污染不容乐观。广东省梅州市合水水库是梅州市兴城市的集中式饮用水源。在2002-2008年期间,由于水库周围的快速城市化发展,水质从中度富营养化演变为重度富营养化,[10]。黄小颖[等人采用污染指数法和识别指数法对深圳市13个主要饮用水源水库的水质进行了分析和评价。结果表明,营养盐污染在这些水库水质中普遍存在,水库总氮超标率为92.3%,水库总磷超标率为38.5%,大部分水库水质低于三级,其中十堰水库为五级,罗田水库和深圳水库为四级。吕振平[12]等研究调查显示,浙江省125座集中式饮用水源水库中有46.4%超标。对15个二级和三级水质水库的趋势分析结果表明,三分之二的水库总磷、总氮、高锰酸盐指数、氨氮和溶解氧均有不同程度的恶化。随着工农业的发展,除了饮用水中的常规营养污染外,一些持久性有机污染物也必须受到重视。珠江三角洲地区地表水和沉积物中检测到多种难降解有机物,其中多环芳烃不同程度地超标,[13-14]。邓红梅·[等人发现西江水中多环芳烃含量为40.1 ~ 138.0纳克/升,低于国内部分河流,但远高于欧洲部分低污染水体。由于它们的高毒性、致畸性和致突变性,这些物质不容易在环境中降解,可以通过生物链富集。更重要的是,现有水厂的传统工艺难以去除。此外,检测成本昂贵。通常,检测仅在每月对水生植物进行全面分析时进行。因此,要求相关部门严格控制水源中持久性有机污染物的来源,并要求水生产单位对水厂的传统工艺进行升级。

1.2臭氧与生物活性炭联合工艺的发展现状
1.2.1供水深度处理工艺
饮用水水源质量的不断恶化以及供水标准和法规的严格性,使得传统“混凝沉淀过滤消毒”常规工艺出水难以满足安全供水的要求。膜处理技术是目前国外一些发达国家饮用水深度处理的发展方向,[16]。1988年,美国科罗拉多州建立了世界上第一座超滤膜分离水厂。此后,英国、法国、日本、荷兰等发达国家的膜分离水厂已经投入运行。截至2000年,世界[已经建立了数百个膜分离水厂。然而,膜处理技术建设和运行成本高,国内膜工业发展滞后,不宜在中国推广先进的水处理技术。[18-19]仅使用台湾的一些水厂和生活桶水生产。臭氧-生物活性炭工艺具有出水水质高、技术成熟度高、建设和运行成本低、易于与常规工艺相结合等优点,适合于老水厂的升级改造。这是一种适合中国国情的先进处理工艺,[20-22]。
1.2.2臭氧-生物活性炭工艺的工作机理
臭氧是一种非常强的氧化剂,其氧化还原电位为2.08伏,易溶于水,其在水中的溶解度是氧的13倍。水中的无机物如二价锰、亚硝酸盐和铁络合物主要被臭氧直接氧化,而有机微污染物主要被羟基氧化,但是质子化的氨基很难与臭氧发生反应[23]。活性炭主要依靠自身的孔隙吸附水中中等分子量的有机物,但在单独使用的过程中,经常需要定期活化和再生。通过物理或化学方法再生成本高,影响活性炭的寿命,而生物活化是一种经济有效的方法,[24-25]。臭氧-生物活性炭工艺中,大分子疏水有机物被臭氧氧化成小分子有机物,有助于活性炭的吸附,而附着在活性炭表面的微生物可以降解和吸附分子量较小的有机分子,从而实现活性炭的再生和循环利用。因此,臭氧-生物活性炭工艺是集臭氧氧化、臭氧消毒、活性炭吸附和生物降解再生于一体的净水技术。
1.2.3“砂滤-臭氧-生物活性炭”工艺发展现状
在水处理工艺中,活性炭吸附环境极易受到进水浊度的影响。第一个臭氧活性炭工艺基本上与砂滤器串联。臭氧-生物活性炭工艺于1961年[26]首次在德国杜塞尔多夫市阿姆斯塔德水厂投入使用,并在欧洲广泛推广,工艺不断改进和完善。代表性的有法国[鲁昂拉查贝拉自来水厂27]和瑞士[伦格自来水厂28]。中国在20世纪80年代开始将臭氧-生物活性炭技术用于供水处理。例如,北京天桥山水厂[29]在传统的预氯化-混凝沉淀-过滤工艺中增加了臭氧氧化-活性炭吸附技术。北京第九水厂从密云水库取水。为了应对藻类爆发对水质的影响,[30 #二期工程的工艺选择中还增加了臭氧-生物活性炭深度处理工艺。进入21世纪,随着水质的恶化,中国加快了供水技术的升级,一些地方相继引进了臭氧-生物活性炭技术。例如,深圳梅林水厂根据原水[31的低浊度和藻类富营养化特点,采用“预臭氧-混凝沉淀-砂滤-臭氧接触氧化-生物活性炭吸附”工艺;由于原水氨氮和有机物超标,浙江省桐乡市果园桥水厂原常规工艺增加了臭氧-生物活性炭工艺32];广州周楠水厂于2004年投产。采用“常规处理+臭氧-生物活性炭”工艺,供水100万m3/天。对CODMn、氨氮和亚硝酸盐氮有很好的去除效果,能有效控制出水[20、33]的氯化消毒副产物。此外,深圳笔架山水厂[34座、杭州南兴桥水厂[35座、上海长桥水厂[21座、杭州滨江水厂[36座)和其他水厂也已经或计划在原有常规处理工艺中引入臭氧-生物活性炭工艺。

目录
第二章水厂当前工艺运行分析.......................................17
2.1水厂工艺流程和工艺参数....................................17
2.2调查期间的水质状况.................................................17
2.3污水的微生物分析…….............................18
第三章CDS工艺系统出水微-.............................................25
3.1工艺流程和设备参数...............................................25
3.2检测项目和方法.............................................26
3.3污水的微生物分析...........................................27
第四章CDS工艺流出物质量..........................................31
4.0工艺流程和操作参数……31
4.1测试项目和缔约方................................31
4.2有机物的去除..............................32

研究结论
在对“常规+臭氧-生物活性炭”工艺的碳滤出水和常规工艺出水的微生物泄漏进行调查分析的基础上,提出在碳滤前和砂滤后采用臭氧-生物活性炭的优化工艺,即“碳滤-消毒-砂滤”(CDS)工艺。在讨论如何消除微生物泄漏风险的过程中,研究了砂滤填料、消毒和接触絮凝对微生物过滤的影响。在研究和解决微生物泄漏风险的同时,对系统的出水水质,特别是水质的安全性、更换碳滤器和砂滤器后系统运行的稳定性和经济性进行了考察。经过一年多的研究,基于以上内容,可以得出以下结论:
(1)我国南方湿热地区臭氧-生物活性炭工艺的碳过滤器容易滋生大量微生物,导致污水生物泄漏的风险增加。在广州某水厂的碳滤过程中,发现摇蚊幼虫在初夏出现较多,独眼巨人在夏秋季生长旺盛。由于碳过滤器运行时间长,较大的抗污染动物的数量和发生频率较高。臭氧-生物活性炭工艺在常规处理的基础上串联后,出水微生物大幅增加,密度比砂滤增加2-4个数量级。
(2)CDS工艺通过推迟砂滤、采用粒径较小的砂滤以及臭氧+氯协同消毒相结合,可以有效消除出水微生物泄漏的风险。φ0.9 ~ 1.1毫米均质过滤砂可采用接触絮凝-直接过滤来提高过滤效果,可大大提高其对微生物的过滤效果,降低出水浊度,同时反冲洗期水头损失增加较小。
(3)CDS工艺去除有机物的能力与SOC工艺基本相同,出水未发现超标消毒副产物。除了试验中加入次氯酸钠消毒导致出水氯酸盐浓度高外,其他消毒副产物远低于生活饮用水卫生标准限值。同时,废水中城市污泥的遗传毒性为负,废水中AOC的去除率相对沉淀池为30.5%,表明废水具有良好的生物稳定性。(4)CDS工艺活性炭过滤器采用双层填料保护活性炭层,可提高其运行稳定性,缩短反冲洗周期,减少活性炭磨损。同时,在处理二类水源水时,微曝气法可以代替炭滤池前添加臭氧,提高有机物的去除率,从而降低建设成本和运行成本。

参考
[1]韩晓刚。[城市水质风险评估及应急处理方法研究。Xi安:Xi安建筑科技大学,2011
[3]邵念荣。[中山市水质安全问题及保障措施。广东农业科学,2010,(9): 229-231
[4]王建。卢·邵明。曝气生物滤池+常规工艺砂滤净水效果研究[。环境工程学报,2010,4(3):599-602
[5]王建平。提高[中心城区供水现代化水平的广州西江引水工程。中国给水排水,2011,27(2):1-4[/比尔/] [6]舒尔茨,麻省,马丁。生物活性炭的生态平衡[。《水资源研究》,1997年,第31(12)期:2959-2968年,
[7]格拉宾斯卡-隆涅夫斯卡,a .,m .佩尔楚克,http://sblunwen.com/wswxlw/T.·科尔尼罗维茨-科瓦尔斯卡。引用该论文[。水研究,2004,38(7): 1695-1706
[8]德拉卡萨-利略,麻省,摩尔,卡佐拉-阿莫罗斯等人,通过在活性炭纤维上裂解甲烷获得的分子筛性能[。碳,2002,40(13):2489-2494
[9]铃木,活性炭纤维:基础和应用[。碳,1994,32(4): 577-586
[10]施赖伯,h .,d .舍内恩,w .特劳普格尔。颗粒活性炭过滤器的无脊椎动物集群[。水研究,1997,31(4): 743-748