以生物氧化除锰为核心的微污染水源综合处理探讨

发布时间：2020-06-02 08:16

【摘要】：这些年来,季节性锰污染爆发的频繁让很多水厂无从下手,这也导致一些水务运营单位也对饮用水除锰技术越来越重视,纵观我国整个饮用水净化历史就会发现,饮用水除锰技术以前一直都在地下水领域开展,针对于情况复杂的地表水季节性锰超标问题却少有研究。本文就针对与地表水锰污染问题,利用自来水厂内高密度沉淀池回流污泥中存在的除锰微生物来进行生物除锰的探索和进一步研究,然后再利用污泥塘污泥培养挂膜的生物填料联合生物活性炭形成生物炭-生物膜工艺,探讨其生物除锰能力和其他综合净水能力,具体研究如下:1)通过对水厂高密度沉淀池的排泥水和滤池反冲洗水的研究和分析可知,水厂污泥塘内的原生污泥具有一定程度的生物除锰能力。当通过对原生污泥的强化曝气反应一段时间后,污泥内微生物呈现出一种高效的除锰能力。随后启动多组仿SBR反应器以及一系列烧杯试验,探究在各种外部条件变动下,内置污泥的反应器除锰能力变化的趋势。在污泥浓度为1250mg/L的烧杯中外加5mg/L的Mn~(2+),强化曝气20min后的Mn~(2+)去除率为72.8%,随后反应速率放缓,并在120min之后Mn~(2+)浓度最终稳定在0.5mg/L左右;研究发现微生物强化曝气除锰反应符合二级动力学模型;反应器进水Mn~(2+)浓度越大,反应速率越快,Mn~(2+)去除率越高。Fe~(2+)浓度对微生物除锰反应有促进作用,最佳投加浓度为2mg/L,另一方面Fe~(2+)的存在对反应的可持续性有重要的影响,长时间内,没有Fe~(2+)参与的反应器会丧失除锰能力。温度对微生物除锰反应器能有一定的促进作用,但影响不明显,40℃情况下比10℃时去除率提高10%;反应器内pH值低于3.5时,会有Mn~(2+)析出,造成出水Mn~(2+)浓度上升,当pH环境为中性或碱性时,反应器运行良好。有机物爆发初期会对微生物除锰造成一定干扰,但是一段时间后微生物除锰恢复原状。最终,当温度为30℃,pH为微碱性并且保证有足够的Fe~(2+)投加时,微生物除锰反应器运行状态最佳,Mn~(2+)去除率可达97%以上,出水Mn~(2+)浓度为0.05mg/L,符合国家饮用水出水标准,此时其他出水指标中仅有氨氮有明显降低,浊度甚至有所上升。2)以微生物除锰为核心,构建了生物炭-生物膜联用反应系统,研究在此系统下搭建的新型反应器在微污染水源综合净水体系下的应用,主要考查其对Mn~(2+)、COD_(Mn)、氨氮、总氮、浊度的去除效果以及影响去除效果的因素。反应系统保证高锰进水的同时,投加少量聚合氯化铝铁和活性炭粉末,反应器的上半部分为好氧区,由生物填料和曝气装置组成,下半部分由积累的活性炭形成缺氧部分,反应器启动大约一个月后形成稳定的生物炭-生物膜联用工艺。结果表明:在生物炭-生物膜反应系统中,当流量为3L/h,进水Mn~(2+)浓度为5mg/L时,Mn~(2+)的出水浓度在0.01mg/L左右,去除率大于99%;随着反应器流量的增加,Mn~(2+)去除效果呈下降趋势,当流量为9L/h时,出水Mn~(2+)浓度接近0.1mg/L。COD_(Mn)、UV_(254)、氨氮和总氮的去除率都与流量呈反比,当流量≤5L/h时,去除率分别处于36%、52%、94%和44%以上,当流量为9L/h时,去除率下降到20%、44%、85%、35%;而浊度与流量之间关系不明显。反应器出水的氨氮和总氮去除率与温度呈正比,最适宜温度为35℃,流量为6L/h时,氨氮与总氮去除率分别为99%和60%,去除率还是随着流量的增加而下降。反应系统内底层生物炭层厚度会随着反应系统运行的时间而增加,并会在8cm左右达到动态平衡,此时投加的活性炭与损失的活性炭大致相同。在生物炭层厚度从2cm增加到5cm时,反应系统内各流量情况下的COD_(Mn)去除率平均提高10%,UV_(254)数值有所下降。3)对连续运行两个月后的SBR反应器内的生物填料进行显微镜观察,生物炭-生物膜联用反应器底层的生物炭进行微生物多样性基本分析,初步证明反应结果是微生物活动所造成的。
【图文】：

生物炭,层厚度,流量,除锰

安徽建筑大学硕士学位论文图表索引图表索引图 1-1 传统自来水工艺流程图 5图 1-2 超滤装置 6图 1-3 技术路线 10图 2-1 锰标准曲线 13图 3-1 试验装置 16图3-2 试验启动阶段进出水Mn2+浓度变化 17图 3-3 污泥浓度对生物除锰反应器的影响 18图 3-4 微生物除锰拟一级动力学曲线 19图 3-5 微生物除锰拟二级动力学曲线 19图3-6Mn2+浓度对微生物除锰反应器的影响 20图 3-7 Fe2+浓度对微生物除锰反应器的影响 21图 3-8 温度对生物除锰反应器的影响 22

工艺流程图,自来水,工艺流程图

的方法对低水平的有机污染和无机污染原水的处理效果较好，但是目前这种传统的方法显然是无法面对一些特别情况的。如果就近取水点的无机和有机污染物含量太高，而从其他水源地引水又太不经济的情况下[29]，先进的自来水处理技术就可以大大的节省成本，提高水处理效率。先进的饮用水处理技术可以在保持传统系统理论的同时改进其处理过程，，有环保公司就提出了各种改进方法，例如粉末活性炭系统[30]、臭氧和颗粒活性炭处理系统[31]和生物氧化处理系统[32]等。于 2009 年开始正式运营的合肥市第
【学位授予单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU991.2

【参考文献】