微污染水源水的給水處理技術(shù)

1、微污染水源的生態(tài)修復(fù)技術(shù),什么是微污染水源,微污染水源水 飲用水中能夠測(cè)得的微量污染物質(zhì) 微污染水源污染物質(zhì) 有機(jī)物、氨氮、藻類分泌物、酚、氰化物、重金屬、農(nóng)藥 污染源 工業(yè)廢水、生活污水、農(nóng)業(yè)農(nóng)藥和化肥使用、養(yǎng)殖廢水、未達(dá)標(biāo)的處理水。,污染物質(zhì),1,2,3,4,微污染水源的水質(zhì)特點(diǎn),受工業(yè)廢水和生活污水影響,水中溶解性有機(jī)物大量增加,一些有害微生物較難去除,內(nèi)分泌干擾物質(zhì)去除率不高,為污染水源的處理的目的和意義,微污染水源水中可能含有致癌物的前體，經(jīng)加氯消毒后會(huì)三氯甲烷、二氯乙酸等“三致”物。 微污染水源水含有較高氨氮，導(dǎo)致供水管亞硝化細(xì)菌過量繁殖，影響供水管通暢。 殘留有機(jī)物引起管道中異養(yǎng)

2、菌滋生。 低濃度毒物直接危害人體健康,常見的處理技術(shù),物理技術(shù) 化學(xué)技術(shù) 生物預(yù)處理技術(shù),物理技術(shù),吹脫 吹脫是利用水中溶解化合物的實(shí)際濃度與平衡濃度之間的差異，將揮發(fā)性組分不斷由液相擴(kuò)散到氣相中，達(dá)到去除揮發(fā)性有機(jī)物的目的。 吸附 吸附處理技術(shù)是指利用物質(zhì)強(qiáng)大的吸附性能來去除水中污染物的技術(shù)。目前用于水源水處理的吸附劑有活性炭（AC）、硅藻土、二氧化硅、活性氧化鋁、沸石、離子交換樹脂，其中用得最多的是對(duì)水中有機(jī)污染物和臭味有較強(qiáng)吸附作用的疏水性物質(zhì)活性炭。 膜過濾 膜分離法是新興的高分離、濃縮、提純、凈化技術(shù)，是用天然或人工合成高分子薄膜做介質(zhì)，以外界能量或化學(xué)位差為推動(dòng)力，對(duì)雙組分或多組分

3、溶液進(jìn)行過濾分離、分級(jí)提純和富集的物理處理方法。,化學(xué)技術(shù),預(yù)氧化技術(shù) 預(yù)氧化技術(shù)是指向原水中加入強(qiáng)氧化劑，利用強(qiáng)氧化劑的氧化能力，去除水中的有機(jī)污染物，提高混凝沉淀效果。常用的氧化劑有氯氣、臭氧和高錳酸鉀等。 光化學(xué)氧化法 光化學(xué)氧化法是在化學(xué)氧化和光輻射的共同作用下，使氧化反應(yīng)在速率和氧化能力上比單獨(dú)的化學(xué)氧化、輻射有明顯提高的一種水處理技術(shù)。,生物理技術(shù),水源水生物處理技術(shù)的本質(zhì)是水體天然凈化的人工化，通過微生物的降解，去除水源水中包括腐殖酸在內(nèi)的可生物降解的有機(jī)物及可能在加氯后致突變物質(zhì)的前驅(qū)物和NH3N，NO2N等污染物，再通過改進(jìn)的傳統(tǒng)工藝的處理，使水源水水質(zhì)大幅度提高。常用方法有

4、生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物流化床，生物接觸氧化池和生物活性炭濾池。這些處理技術(shù)可有效去除有機(jī)碳及消毒副產(chǎn)物的前體物，并可大幅度的降低NH3N，對(duì)鐵、錳、酚、濁度、色、嗅、味均有較好的去除效果，費(fèi)用較低，可完全代替預(yù)氯化。 1水生植被修復(fù) 2生物操縱修復(fù) 3生物試劑添加修復(fù)（微生物）,水生植被修復(fù),各種水生植物是水生生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，它們?cè)诤此w生物生產(chǎn)中占有及 其重要的地位，是湖泊生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)與能量流的主要傳遞者，其種群數(shù)量變動(dòng)對(duì)湖泊生態(tài)及水域環(huán)境有著重大影響。許多常見的水生植物都能夠有效的吸收水中的氮磷等污染物質(zhì)， 如蘆葦、鳳眼蓮、滿江紅、水葫蘆、水花生等。這些水生植物一方面可直接吸

5、收水中的營養(yǎng)物質(zhì)， 降低水中營養(yǎng)鹽的含量，其根莖還可截留過濾一些污染物質(zhì)；另方面因?yàn)樗参锱c藻類存在著生態(tài)競(jìng)爭(zhēng)，所以對(duì)藻類的繁殖有一定的抑制作用。通過水生植物的收割可在減少二次污染輸出營養(yǎng)鹽的同時(shí)得到有價(jià)值的水生植物， 可用作動(dòng)物飼料、魚餌料、能量來源(如產(chǎn)沼氣)、堆肥作為土壤調(diào)節(jié)劑肥料添加劑等，另外，還可以將綠化環(huán)境和景觀治理與水生植物修復(fù)結(jié)合起來。,1水生植物濾床,水生植物濾床( Aquat ic Plant Filter Bed, 簡(jiǎn)稱 APFB) 是一種新型人工濕地系統(tǒng), 其特征是: 不填 充礫石、土壤或其他介質(zhì), 采用水培法栽種植物; 床體和水深淺。該系統(tǒng)首先通過水生植物的立體網(wǎng)

6、狀根系濾層將懸浮物和藻類過濾去除, 然后由微生 物對(duì)濾后堆積物( 積泥) 中的氮、磷和有機(jī)物進(jìn)行降 解, 同時(shí)通過植物吸收除去水中及積泥中的部分氮、 磷, 形成一個(gè)由水生植物、水生動(dòng)物及微生物構(gòu)成的 高效生態(tài)凈化系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)了物理過濾和生物處理的 結(jié)合。,工藝流程如圖1 所示。 裝置主體為水泥砂漿墻面磚砌淺池, 其前端是配水渠( 38 m 0. 6 m) , 末端是出水集水渠, 中間是植物種植區(qū)( 38 m 15 m) , 池底坡度為0. 5% 。為 使流態(tài)接近理想推流, 池內(nèi)每隔1. 5 m 用磚砌一道隔墻, 形成21 條植物種( 見圖1) , 單元槽尺寸為15 m 1. 5 m 0. 4

7、m( 長 寬 深) 。河水由 泵提升, 經(jīng)PVC 管以重力流方式進(jìn)入各單元槽。PVC 管上裝有球閥, 可根據(jù)需流量。出水通過活動(dòng)溢流堰進(jìn)入集水渠后返入河中。,研究角度,不同水力負(fù)荷下的運(yùn)行效果 水深的影響 污染物濃度的沿程變化,APFB 具有工藝簡(jiǎn)單、運(yùn)行管理方便、生態(tài)環(huán)境效益顯著等特點(diǎn), 而且不填充任何基質(zhì), 因此水力負(fù)荷更高( 為一般濕地的5 6 倍) 、不易堵塞, 使該工藝應(yīng)用于給水預(yù)處理成為可能。APFB 的另一重要特點(diǎn)是既能取得良好的除藻效果, 又不破壞藻細(xì)胞。高藻含量是富營養(yǎng)化水源水的一個(gè)重要特征。藻類表面一般帶負(fù)電荷, 而且具有一層水化膜,使藻細(xì)胞很難混凝沉降, 而且藻類還是典型

8、的氯化消毒副產(chǎn)物前體物。更需重視的是, 藻細(xì)胞一旦被破壞, 就會(huì)釋放出藻毒素, 因此對(duì)于高藻原水, 最好是在常規(guī)工藝的濾池及消毒前, 將藻細(xì)胞以不被破壞的形式去除, 以保證后續(xù)處理工藝的高效性和出水水質(zhì)的安全性 。由于APFB 的除藻途徑主要是根系的機(jī)械截留、生物膜對(duì)藻類的絮凝沉淀以及原生動(dòng)物、后生動(dòng)物對(duì)藻類的捕食等作用, 所以采用此系統(tǒng)處理微污染水源水的過程中不會(huì)破壞藻細(xì)胞。,建于宜興市大浦鎮(zhèn), 靠近太湖陳東港入口的工程為例： 1 應(yīng)用APFB 進(jìn)行微污染水源水的預(yù)處理在 技術(shù)上是可行的, 能較好地改善原水水質(zhì)。 2 水力負(fù)荷對(duì)污染物去除效果的影響是非線 性的, 最佳水力負(fù)荷為2. 5 3.

9、 0 m3/ ( m2#d) 。 3水深對(duì)污染物的去除效果影響較大, 較小 的水深有利于提高污染物去除率, 適宜水深為1020 cm。 4有機(jī)物濃度在床體前段降低較快, 氨氮?jiǎng)t 在床體后半部分得到有效去除, 而Chl- a 和濁度沿 水流方向基本呈直線下降。 5 在最佳運(yùn)行條件下, APFB 對(duì)CODMn、NH+4- N、Chl- a 和濁度的去除率分別可達(dá)30%、25%、8 0% 和90% 以上。,2人工濕地,人工濕地具有緩沖容量大、處理效果好、工藝簡(jiǎn)單、 投資省、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。該方法早期主要用于處理 生活污水，由于其出水水質(zhì)可達(dá)到或超過二級(jí)污水處理 標(biāo)準(zhǔn)，適用面廣,針對(duì)微污染水體污染物

10、濃度低的特點(diǎn)，常規(guī)處理方法存在處理難大、處理成本高的弊端。采用人工濕地技術(shù)，可有效對(duì)微污染水進(jìn)行凈化，且投入、運(yùn)行成本低。表1，表2 列舉了人工濕地對(duì)自 然水體、校園混合污水、污水處理廠尾水、養(yǎng)殖廢水等水體處理的運(yùn)行參數(shù)和凈化效果數(shù)據(jù)，并進(jìn)行對(duì)比分析。,生物操縱修復(fù),生物操縱就是利用生態(tài)系統(tǒng)食物鏈攝取 原理和生物的相生相克關(guān)系，通過改變水體 的生物群落結(jié)構(gòu)來達(dá)到改善水質(zhì)、恢復(fù)生態(tài) 平衡的目的。經(jīng)典的生物操縱理論是調(diào)整魚 群結(jié)構(gòu)，保護(hù)和發(fā)展大型牧食性浮游動(dòng)物， 從而控制藻類的過量生長。美國、加拿大和 歐洲一些國家在這方面都進(jìn)行了一定的研究 。其主要途徑是通過人為去除浮游生物食 性魚類，或投放肉食

11、性的魚類除去浮游生物 食性的魚類， 從而促進(jìn)大型浮游動(dòng)物的發(fā) 展，借以抑制藻類生長。事實(shí)證明該項(xiàng)技術(shù) 在改善湖泊水質(zhì)方面是行之有效的。,目前，對(duì)于生物操縱法應(yīng)用于水體修復(fù) 還存在著爭(zhēng)議，雖然有人對(duì)生物操縱法持懷 疑態(tài)度，認(rèn)為魚類的生長、代謝會(huì)加重水環(huán) 境的污染并不能對(duì)水環(huán)境的改善起著促進(jìn)作 用，但多數(shù)人還是認(rèn)為它是湖泊管理的一條 重要途徑。我國在滄州的大浪淀水庫、無錫 太湖等地都進(jìn)行了類似的水環(huán)境生態(tài)修復(fù)方 面的研究。,二：微生物處理1 塔式生物濾池,輕質(zhì)濾料的開發(fā)與采用，為塔式生物濾池的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。生物塔濾增加了濾池高度，分層放置填料，通風(fēng)良好克服了普通生物濾池（非曝氣）溶解氧不足的缺陷

12、。國外廣泛采用塑料材質(zhì)大孔徑波紋孔板濾料，我國常采用環(huán)氧樹脂固化玻璃鋼蜂窩填料。塔式生物濾池的凈化作用也是通過填料表面的生物膜的新陳代謝活動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。塔式濾池的優(yōu)點(diǎn)是負(fù)荷高、產(chǎn)水量大、占地面積小，對(duì)沖擊負(fù)荷水量和水質(zhì)的突變適應(yīng)性較強(qiáng)。缺點(diǎn)是動(dòng)力消耗較大，基建投資高，運(yùn)行管理不便。,在生物濾池的基礎(chǔ)上，參照化學(xué)工業(yè)中的填料塔方式，建造了直徑與高度比為1:61:8，高達(dá)824米的濾池。由于它的直徑小、高度大、形狀如塔，因此稱為塔式生物濾池，簡(jiǎn)稱為“塔濾”biotower。塔式生物濾池也是利用好氧微生物處理污水的一種構(gòu)筑物，是生物膜法處理生活污水和有機(jī)工業(yè)污水的一種基本方法，目前已在石油化工、焦化、

13、化纖、造紙、冶金等行業(yè)的污水處理方面得到了應(yīng)用。通過近幾年的實(shí)踐表明，塔式濾池對(duì)處理含氰、酚、腈、醛等有毒污水效果較好，處理出水能符合要求。由于它具有一系列優(yōu)點(diǎn)，故而得到了比較廣泛的應(yīng)用。,塔式生物濾池是以加大濾層高度來提高處理能力的一種生物膜法 優(yōu)點(diǎn)： （1）塔身高824m，占地小，構(gòu)造主要部分包括塔體，濾料、布水設(shè)備、通風(fēng)裝置、回流及排水系統(tǒng)。 （2）濾料一般選用環(huán)氧玻璃布料制成的蜂窩結(jié)構(gòu)（或尼龍花瓣型軟性濾料），其單位體積表面可達(dá)80220?？膳帕薪M合成多層結(jié)構(gòu)，這種蜂窩結(jié)構(gòu)，空氣暢通，可按氣水比25：1(生活類廢水）的要求選擇風(fēng)機(jī)。 （3）是屬于高負(fù)荷生物濾池，水力負(fù)荷高達(dá)80200；

14、有機(jī)負(fù)荷可達(dá)20003000g；（普通濾池0.81.2kg）。 （4）高的落差，使用旋轉(zhuǎn)布水器，廢水淋洗的沖力使老化的生物膜脫落更新快。 （5）塔的高度使塔內(nèi)生長不同種的微生物群。 缺點(diǎn)： （1）廢水在塔內(nèi)停留時(shí)間短，降解效率低。 （2）供氧不如曝氣池充足，易產(chǎn)生厭氧。,2 生物轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器,生物轉(zhuǎn)盤在污水處理中已廣泛采用，目前在給水處理領(lǐng)域，對(duì)某些污染程度較為嚴(yán)重的微污染水進(jìn)行了一些研究。日本、我國臺(tái)灣地區(qū)以及國內(nèi)學(xué)者的試驗(yàn)研究表明，采用生物轉(zhuǎn)盤預(yù)處理在適宜水力負(fù)荷下改善微污染水水質(zhì)是有效的。 生物轉(zhuǎn)盤的特點(diǎn)表現(xiàn)為，生物膜能夠周期的運(yùn)行于空氣與水相兩者之中，微生物能直接從大氣中吸收需要的氧氣（

15、減少了溶液中氧傳質(zhì)的困難性），使生物過程更為有利的進(jìn)行。轉(zhuǎn)盤上生物膜生長面積大，生物量豐富，不存在類似于生物濾池的堵塞情況，有較好的耐沖擊負(fù)荷的能力，脫落膜易于清理處置。但存在的不足是生物氧化接觸時(shí)間較長，構(gòu)筑物占地面積大，盤片價(jià)格較貴，基建投資高。,生物轉(zhuǎn)盤工藝是生物膜法污水生物處理技術(shù)的一種，是污水灌溉和土地處理的人工強(qiáng)化，這種處理法使細(xì)菌和菌類的微生物、原生動(dòng)物一類的微型動(dòng)物在生物轉(zhuǎn)盤填料載體上生長繁育，形成膜狀生物性污泥生物膜。污水經(jīng)沉淀池初級(jí)處理后與生物膜接觸，生物膜上的微生物攝取污水中的有機(jī)污染物作為營養(yǎng)，使污水得到凈化。在氣動(dòng)生物轉(zhuǎn)盤中，微生物代謝所需的溶解氧通過設(shè)在生物轉(zhuǎn)盤下側(cè)

16、的曝氣管供給。轉(zhuǎn)盤表面覆有空氣罩，從曝氣管中釋放出的壓縮空氣驅(qū)動(dòng)空氣罩使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)盤離開污水時(shí)，轉(zhuǎn)盤表面上形成一層薄薄的水層，水層也從空氣中吸收溶解氧。,3 生物膨脹床與流化床,生物膨脹床是介于固定床和流化床之間的一種過渡狀態(tài)，流化床中的填料隨水、氣流的上升流速的增加而逐漸由固定床經(jīng)膨脹床最后成為流化床。生物膨脹床與流化床通過選用適度規(guī)格粒徑（約為0.21.0mm）的生物載體，如砂、焦碳、活性炭、陶粒等，采用氣、水同向混合自下而上，使載體保持適度膨脹或流化的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。與固定床相比，從兩個(gè)方面強(qiáng)化了生物處理過程：一方面，載體粒徑變小，比表面積增大，單位溶劑的比表面積可達(dá)到20003000m2

17、/m3，這大大提高了單位生物池的生物量。另一方面，由于顆粒在反應(yīng)器中處于自由運(yùn)動(dòng)（膨脹或流化）狀態(tài)，避免了生物濾池的堵塞現(xiàn)象，提高了水與生物顆粒的接觸機(jī)會(huì)；同時(shí)可采用控制膨脹率的辦法來控制水流紊動(dòng)對(duì)生物顆粒表面的剪力水平，進(jìn)而控制填料上生物膜的厚度，有利于形成均勻、致密、厚度較薄且活性較高的生物膜。這些都大大的強(qiáng)化了水中可生物降解基質(zhì)向生物膜內(nèi)的傳遞過程，使生物膨脹床、流化床的單位容積的基質(zhì)降解速率得到提高。生物膨脹床、流化床含有活性高的較大生物量，處理水力負(fù)荷增大，并保證出水水質(zhì)良好。采用生物膨脹床與流化床，可解決固定填料床中常出現(xiàn)的堵塞問題，進(jìn)一步提高凈化效率，且占地面積少。但由于保持膨脹

18、或流化狀態(tài)，消耗的動(dòng)力費(fèi)用較高，且維護(hù)管理復(fù)雜，尤其是當(dāng)池體比較大的情況，如一旦停止運(yùn)行，再啟動(dòng)很困難，運(yùn)行中水力學(xué)條件難以控制等。在運(yùn)行過程中還存在流化介質(zhì)跑料現(xiàn)象，其工程應(yīng)用還很少見。,4 生物接觸氧化法,生物接觸氧化工藝是利用填料作為生物載體，微生物在曝氣充氧的條件下生長繁殖，富集在填料表面上形成生物膜，其生物膜上的生物相豐富，有細(xì)菌、真菌、絲狀菌、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物等組成比較穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，溶解性的有機(jī)污染物與生物膜接觸過程中被吸附、分解和氧化，氨氮被氧化或轉(zhuǎn)化成高價(jià)形態(tài)的硝態(tài)氮。反應(yīng)過程如下： 有機(jī)污染物氧化反應(yīng): 4CxHyOz+(4x+y-2z)O24xCO2+2yH2O+Q （

19、1） 氨氮氧化方程式： 2NH4+3O22NO2+4H+2H2O+Q （2） 2NO2+ O22NO3+Q （3）,生物接觸氧化法的主要優(yōu)點(diǎn)是處理能力大，對(duì)沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)性，污泥生成量少；缺點(diǎn)是填料間水流緩慢，水力沖刷小，如果不另外采取工程措施，生物膜只能自行脫落，更新速度慢，膜活性受到影響，某些填料，如蜂窩管式填料還易引起堵塞，布水布?xì)獠灰走_(dá)到均勻。另外填料價(jià)格較貴，加上填料的支撐結(jié)構(gòu)，投資費(fèi)用較高。 現(xiàn)有生物接觸氧化法在曝氣充氧方式、生物填料上都有所改進(jìn)。國內(nèi)填料已從最初的蜂窩管式填料，經(jīng)軟性填料、半軟性填料，發(fā)展到近幾年的YDT彈性立體填料；曝氣充氧方式也從最初的單一穿孔管式，發(fā)展

20、到現(xiàn)在的微孔曝氣頭直接充氧以及穿孔管中心導(dǎo)流筒曝氣循環(huán)式。在一定程度上，促進(jìn)了膜的更新，改善了傳質(zhì)效果,5 膜生物反應(yīng)器,膜生物反應(yīng)器是指以超濾膜組件作為取代二沉池的泥水分離單元設(shè)備，并與生物反應(yīng)器組合構(gòu)成的一種新型生物處理裝置，英文稱之為Membrane Bioreactor。由于超濾膜能夠很好的截留來自生物反應(yīng)器混合液中的微生物絮體、分子量較大的有機(jī)物及其他固體懸浮物質(zhì)，并使之重新返回生化反應(yīng)器中，這就使反應(yīng)器內(nèi)的活性污泥濃度得以大大提高，從而能夠有效的提高有機(jī)物的去除率。,6 電生物反應(yīng)器,將電極裝置與生物反應(yīng)器組合起來就構(gòu)成了所謂電生物反應(yīng)器（英文名稱為Electro-Bioreactor）。Mellor等的研究表明，在外加電流的條件下，由于電子的產(chǎn)生，生物膜和固定化酶的反硝化作用得以強(qiáng)化，其反應(yīng)方程為： 2H+2eH2 （1） 2H2O+2eH2+2OH （2） 2NO3+5H2+2