受氨氮和有机物复合污染的含铁锰地下水的处理研究

发布时间：2020-05-13 13:13

【摘要】：水资源是人类生存的重要资源之一。水资源不仅是人类生活的必需品,还在人类物种的演化中起着决定性的作用。地下水常作为饮用水源,但由于自然原因或者人为污染原因,地下水往往需要进行处理后才适宜作为饮用水使用。本实验研究了一种稳定浮石曝气生物滤池(BAF)工艺,结合NaOCl氧化-锰砂过滤(MSF)技术,工艺单元进水流速为294.12 mL/min的条件下,分别处理含铁和锰,含铁、锰和氨氮,含铁、锰和有机物同的模拟地下水。模拟配水的铁、锰、氨氮以及腐植酸的进水浓度分别在0.3和6.0 mg/L,0.1和3.0 mg/L,0.5和2.0 mg/L,1.0和6.0 mg/L之间。本文分别研究了曝气生物滤池和锰砂滤柱对不同污染物的去除效果和相互作用,以及NaOCl投加量对污染物的去除效果。结果表明,当原水水质分别为Fe~(2+)=1.5 mg/L和Mn~(2+)=0.5mg/L;Fe~(2+)=1.0mg/L、Mn~(2+)=0.3mg/L以及NH_4~+-N=2.0mg/L,Fe~(2+)=1mg/L、Mn~(2+)=0.3mg/L、COD_(Mn)=7.89mg/L和UV254=0.113cm~(-1)时,曝气生物滤池出水不能满足国家饮用水质标准。当BAF进水中只有Fe~(2+)和Mn~(2+)时,Fe~(2+)的高去除率位于BAF反应器的底部(0-10cm),而Mn~(2+)的较高的去除效果位于BAF反应器的上部。当BAF进水中同时存在Fe~(2+)、Mn~(2+)和氨氮时,Fe~(2+)和Mn~(2+)的高去除率位于BAF反应器的0~40cm,NH_4~+-N的高去除率位于BAF反应器的上部。当BAF进水中同时存在Fe~(2+)、Mn~(2+)和有机物时,Fe~(2+)的高去除率位于浮石滤柱的下部(0-30cm),而Mn~(2+)和有机物的高去除率分别位于浮石滤柱的中部和上部。BAF进水中氨氮浓度的增加对Mn~(2+)的去除效果的影响大于对Fe~(2+)的去除效果的影响。进水中有机物的增加对铁、锰、COD_(Mn)和UV254的去除均有影响,亚铁受到轻微影响,UV254受影响最大,其较低的去除率为19.82%;在p H=7.5时亚铁的去除是最理想的;总去除率超过80%,氨氮的较高去除率和较低去除率分别为82%和33%,锰的分别为90%和41.93%,COD_(Mn)的分别为51.64%和31.76%。BAF工艺对亚铁具有良好的去除效果,对锰和氨氮有较好的去除效果,但对COD_(Mn)和UV254的去除率较低。这是因为原水中易生物降解有机物的浓度很低,是一种贫营养水源,不利于微生物的生长和繁殖。溶解氧(DO)对生物去除污染物有一定的影响,当溶解氧不足时,BAF出水氨氮、锰和COD_(Mn)浓度增加,溶解氧沿滤柱由进水到出水方向逐渐下降。BAF浮石滤料对浊度去除效果不好,浊度最高去除率仅为55.4%。氧化剂的投加量是去除污染物的关键因素。NaOCl用量的增加提高了污染物的去除率。NaOCl与Mn~(2+)和Fe~(2+)反应形成Mn和Fe的氧化物,其覆盖锰砂材料的表面,使得锰砂滤柱对污染物具有良好的吸收效果。当铁、锰同时存在于原水中时,铁首先会被去除,之后锰再被除去;当铁、锰和氨氮同时存在于原水中时,铁首先会被去除,然后锰和氨氮相继被去除;当铁,锰和有机物同时存在原水中时,铁首先会被去除,其次是锰,最后COD_(Mn)和UV254被去除。锰砂滤柱进水Fe~(2+)=0.23mg/L,Mn~(2+)=1.57mg/L时,NaOCl投加量达到5.48mg/L的,就可以完全去除水中的铁和锰。当滤柱进水Fe~(2+)=0.12mg/L,Mn~(2+)=0.14mg/L,NH_4~+-N=1.34mg/L时,NaOCl投加量达到11.0 mg/L,可使锰砂滤柱出水达标,此时水中Fe~(2+)和Mn~(2+)的去除率均为100%,而NH_4~+-N的去除率达到77.61%。当进水中同时存在Fe~(2+)=0.20mg/L,Mn~(2+)=0.18mg/L,COD_(Mn)=4.08mg/L,UV254=0.083mg/L时,在8.0mg/L的NaOCl投加量下,锰砂滤柱出水达标,水中各污染物的去除率分别为74.13%,95.0%,77.78%,31.64%和23.44%。BAF-NaOCl氧化-MSF组合工艺在水质净化方面具有明显的优点,因为它既可以保证良好的水质,减少消毒副产物的生产还能降低水处理成本,可用于地下水为水源的水处理厂。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X523

【参考文献】