多层滤料对微污染水的处理效果研究开题报告

1. 研究目的与意义

近年来，随着工业的发展城市化进程的加快及农用化学品种类和数量的增加，我国大部分城镇饮用水源已受到不同程度的污染，据相关报道，我国七大水系中I到III类水体占45.1%，IV类和V类水体占22.9%，劣V类水体占32.0%，水源污染加大了水源选择和处理的困难。饮用水水源中含有的有机污染物导致了三致物（致癌、致畸、致突变）的潜在威胁加大，水源水的污染问题日益严重，饮用水的安全问题得到了广泛关注和重视。而现有的常规过滤工艺往往不能有效去除有机污染物,以致在对出水进行加氯消毒时易产生三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs)等消毒副产物。此外,水厂出水中未去除的有机物使得配水管网中容易滋生细菌,细菌的增多又会加速水管腐蚀,使水产生臭味和色度,影响人体健康。为解决这一问题,通常在常规处理工艺前后对源水进行预处理或深度处理,但是这些工艺都要求在传统滤池的基础上增加新设施或进行大改造,增加了一次性投资和运行成本。1988年,Bablon等提出通过使用活性炭-石英砂双层滤料替代传统滤池中的单层石英砂滤料,并在双层滤料中培养微生物,可将常规过滤池改造成生物活性滤池,美国、加拿大等国随即开展了一系列研究。如何围绕原水水质不同、出水水质要求各异以及技术经济条件局限等特点，寻求微污染水源水处理对策和适宜处理技术是目前研究和实践的重点。

2. 国内外研究现状分析

近年来,国内外研究得最多的几种单层滤料有GAC(颗粒活性炭)、陶粒、石英砂和无烟煤等,双层滤料有GAC-石英砂和无烟煤-石英砂等。GAC内部具有发达的空隙结构和巨大的比表面积,具有强大的吸附性能,能为微生物提供理想的栖息地。生物活性滤池GAC滤料上附着的生物膜量是无烟煤、石英砂滤料的4-8倍。Kurosawa等的研究表明,低温下GAC滤池对氨氮的去除率几乎不受影响,并对AOC能保持80%以上的去除率。陶粒生物活性滤池去除浊度、氨氮效果很好,并能较好地去除Fe、SS、细菌等,对色度也有一定的去除效果。石英砂与无烟煤均为常规滤料,曾广泛应用于常规滤池,也可作为生物膜载体用于生物活性滤池。以石英砂和无烟煤为滤料的生物活性滤池在适宜温度条件下去除有机物、氨氮效果较好。国外有研究者对GAC-石英砂双层滤料滤池作了研究,并取得了理想的效果。据报道,GAC-石英砂滤池对AOC和TOC(总有机碳)的去除率只略小于GAC深床滤池,出水浊度可达0.1ntu。而运用GAC-石英砂双层滤料更经济、实用,也便于在传统砂滤池的基础上进行改进。Lechevallier[等的研究发现GAC-石英砂滤池比无烟煤-石英砂滤池在去除有机物方面更具优势,两种滤池对AOC、TOC的去除率前者分别为86%和15%,后者分别为75%和26%。20世纪60年代,国外开始运用一些自然发展起来的生物过滤工艺;20世纪80年代初,美国人对生物过滤基础理论的研究已取得阶段性的成果。如提出了贫养微生物理论、最小基质浓度理论、第二级利用理论等；20世纪90年代末,对影响生物活性滤池的各种因素的考察已比较全面,并从AOC、DOC、BDOC等先进检测指标角度对处理水中有机物的效果进行评价,已取得较大进展,研究表明:生物活性滤池对TOC的去除率在5%~75%之间,对DOC的去除率在13%-41%之间,对AOC的去除率几乎可达100%。最近几年,国内有李德生等对生物活性滤池进行了研究,其结果表明:生物活性滤池对氨氮、亚硝酸盐氮均有较高的去除效果,其中氨氮的去除率为76%-87%,亚硝酸盐的去除率为76.9%-90.6%。杨开等对颗粒活性碳(GAC)石英砂双层滤料的生物活性滤池的研究也表明在未氯化或预氧化的条件下,此种滤池对有机物和氨氮的去除率也是显著的。生物活性滤池具有较好的氧化性能,较长的过滤周期和使用寿命。这种滤池既可以起到传统滤池的作用,达到去除水中悬浮颗粒和胶体物质的目的,还能去除传统滤池无法去除的微量有机污染物。经生物活性滤池处理后的饮用水,具有致癌和致突变性的有机物含量大大减少,生物稳定性大大提高。生物活性滤池比传统滤池具有优越性,又不增加任何新的设施,便于在传统的滤池基础上进行改造,运行费用也很低。生物活性滤池对于我国经济实力还比较薄弱、许多供水企业既无资金也无扩建场地的现状来说有着可观的应用前景。

3. 研究的基本内容与计划

生物过滤是一种将常规过滤与生物膜氧化技术结合在一起的新型过滤工艺。采用生物活性滤池代替常规滤池,不需要增加多少投资,只需对现有的常规过滤适当加以改进(如更换滤料、培养生物膜、改变预消毒方法和用不含氯水进行反冲洗等)即可达到去除水中悬浮颗粒和微量有机物的双重目的。生物活性滤池的处理过程包含了物理化学、生物化学和水力学等诸多过程。这种处理技术是利用生物滤料巨大的比表面积和大量微孔的吸附截污作用,以及滤料表面形成的一层生物膜的生物降解作用来完成去除污染物的功能。生物膜上的微生物主要是一些好氧贫营养性微生物,主要包括柄杆菌属(caulobacter)、生丝微菌属(hyphomicrobium)、无色(杆)菌属(achromobacter)、弧菌属(vibrio)、螺菌属(spirillum)、假单胞菌属(pseudomonas)和不动细菌属(acinetobater),这些细菌的特点是能利用各种化合物,产生对代谢产物具有高亲和力的转移酶,其比表面积高、呼吸速率低,能在有机物浓度极低的环境下快速生长繁殖。源水在与生物膜接触时,通过微生物的新陈代谢活动和生物絮凝、吸附等综合作用,使源水中的氨氮、有机物、铁和锰等逐渐被氧化和转化,达到净化水质的目的。

课题通过控制不同的进水速度、水力停留时间等，研究竹炭-石英砂双层滤料滤池对微污染水的处理效果，监测进出水的ss、浊度、色度、codmn、总氮、总磷，得出不同进水速度、水力停留时间与处理效果之间的变化规律及关系

2010-12-5－2010-12-15文献查阅，编写论文写作方案；

4. 研究创新点

采用的是竹炭、石英砂或粉煤灰等双层滤料，竹炭和石英砂等具有良好的吸附性能和微生物亲和性，特别是竹炭，能够增加微污染水和微生物的接触时间和接触面积，提高对微污染水的处理效果。