河道底泥制成陶粒填料处理微污染原水毕业论文正文(编辑修改稿)

河道底泥制成陶粒填料处理微污染原水毕业论文正文(编辑修改稿)内容摘要：

用 水 水源地水功能不达标率达 ％ ， 其中河道不达标率 44％，湖泊不达标率 77％，水库不达标率 23％ ， 全国 1073个城镇地表水饮用水水源地有 25％的水质不达标 [3]。 我国水体污染的来源 造成水体污染的污染源 一般如下： ⑴ 城市工业废水：工业废水是天然水体最主要的污染源之一，有机物含量高，含多种有毒有害成分，难于降解。 2 ⑵ 农业生产用水：农业用水中含有大量有机物，特别是氮、磷的含量较高，由于在实际生长中覆盖面积较大，通过雨水冲刷、灌溉水渗透等途径往往会形成面源污染，较难控制污染物的排放。 ⑶ 城市生活污水：城市生活污水含有大量的碳水化合物和氮、磷、硫等元素的有机物，在进入天然水体后，会造成水中溶解氧的大量消耗 并 促进水体的富营养化，在厌氧细菌作用下易产生恶臭物质，同时还可能造成病原菌的病毒通过水的媒介而使疾病蔓延。 ⑷ 垃圾渗滤液：城市工业垃圾与生活垃圾的露天堆放也是地表水体的污染源之一。 降水流经垃圾时携带其中 的 无机与有机毒物形成垃圾渗滤液，最终进入城市附近的地表水体，引起水体的污染。 其中，沿河道岸边堆放的生活垃圾中的大量有机污染物和细菌极易进入河道。 ⑸ 大气降水：由于空气污染严重，在降水过程中将一些有害物质携带到水体中，也成为水体污染源之一。 大气降水一方面是降水淋洗和冲刷地表各种污染物而形成的一种面源污染，另一方面也是地面第二污染源 [4]。 氨 氮 污染 的来源 水体中 氨 氮污染的来源通常有以下三类： ⑴ 工业废水的排放 工业废水主要是化肥、化工、冶金、石油工业、油漆颜料、煤气和炼焦等生产废水的超标排放 ， 这类水的特点是有机氮、氨氮含量较高 ， 工业氨氮排放量占30%。 ⑵ 生活污水的排放 城市生活污水中的氮主要来源于人的排泄物 ， 据估计 ， 一人一年排泄出 的氮含量 为 (如尿素水解 产生 的氨 )。 此外 ， 例如禽畜屠杀场排放废水含氨量也很高 ， 还有地面径流及雨水含 氨 量也很可观。 这些排水进入 城市 污水处理厂 后 ，目前传统的净水工艺对 氨 氮的去除不理想 或者不稳定 ， 这是城市污水经过常规二级处理但城市河道依然出现水质富营养化和黑臭的重要原因之一。 因此 城市 污水处理厂也成为氨氮的一处污染源。 ⑶ 农业面源污染 农业氮肥流失和农田径流中植物性营养物进入水体 ， 是导致水体富营养化的 3 广阔面源。 氮肥不能完全被植物所吸收 ， 特别是稻田超量施肥 ， 但植物 的 吸收不到 10%， 其余流失于河道、湖泊和近海 ， 成为富营养化的暗流。 养殖业没有污染防治措施 ， 大量 含 氮有机物 的 排泄物流入水体也是重点污染源。 经农业面源排放量初步估计 ， 农村污染总氮、总磷富营养化负荷占 60%左右 [5]。 有机物 污染 的来源 微污染原水中的有机污染物大致有天然有机物（ NOM）和人工合成的有机物（ SOC）。 天然有机物主要来自动植物在自然循环过程中经腐烂分解所产生的物质，包括腐殖质、微生物分泌物、溶解的动物组织及动物的废弃物等，地表水中的天然有机物主要是腐殖质，为无定形的褐色或黑色的酸性、亲水、高分散物质 ， 主要通过动植物残体在化学合成以及生物降解作用下而形成。 人工合成有机物 目前 已超过 10万种，这其中有相当一部分通过人类活动进入水体，例如工业废水和生活污水的排放，农业上使用 的 化肥、除草剂和杀虫剂的流失等。 这些有害化学物质往往吸附在悬浮颗粒物上和底泥中，成为不可移动的一部分。 有毒有机物一般难于被水中微生物降解，但却 易为生物所吸收，通过生物的食物链逐渐富集到生物体内，从而对人体健康造成危害。 水体污染的危害 ⑴ 地表水中的天然有机物主要是腐殖质，它是多种消毒副产物（ DBPs）的前体，是导致饮用水致突变活性增加的主要原因。 而人工合成有机物相对于天然有机物更难于降解，在环境中有一定的残留水平，具有生物富集性 、 “ 三致 ” 作用和毒性，对公众的健康危害更大。 若不对有机污染物进行预处理，对于传统给水厂的净水工艺和出水水质也会产生相当大的影响 [6]： ① 增加制水成本； ② 溶解性有机物不能被有效去除； ③ 氯消毒后，致突变物质含量增 加； ④ 出厂水生物稳定性难以保证； ⑤ 减小管网使用寿命，增加输水能耗。 ⑵ 氮是自然界广泛存在的基本元素之一，人类及大部分动植物的生存都离不开它。 而在原水中，氮也作为有机或无机化合物形式存在， N， P 含量过多会导 4 致水体富营养化等使水质恶化的严重结果 [7]。 具体可表现为： ① 大量藻类死亡时会耗去水中的氧，而一些藻类的蛋白质毒素可富集在水产生物体内，并通过食物链使人中毒。 ② 氨氮 对鱼类和其他水生物有较大的毒性，排放废水中的氨氮和有机氮会 消耗 受纳水体中的溶解氧， 氨氮 对某些金属 有 腐蚀作用，对给水投氯消毒会有不利的影响， 使加氯量成倍增加，从而增加给水处理的成本 ， 并造成出水 水质下降，后续的 脱色、除臭、除味 成本 ，滤池反冲洗的次数亦 有可能 增加。 ③ NO2N 和 NO3N 对人体健康有害， NO2N 与胺作用生成的亚硝胺有致癌、致畸作用。 研究表明 水中 NO2N 超过 1mg/L 时，即会使水生生物的血液结合氧的能力下降，超过 3mg/L 时，可在 2496h 内使金鱼、鳊鱼死亡 ； 饮用水中NO2N 含量超过 10mg/L 时可引起婴儿铁血红蛋白症，亚硝酸可使血红素中的Fe2+成为 Fe3+而失去结合氧能力 [8]。 微污染原水 处理 的必要性 根据地球水储量与分布可知，人类可利用的淡水资源仅为 108m3，只是地球上水的很少一部分。 而就我国来讲，人均水资源拥有量为 2300km3，仅相当于世界人均占有量的 1/4，因此我国已处于严重的缺水边缘 [9]。 而 不少年均降雨量丰富的地区也由于环境污染，发展为水质型缺水 ， 有的城市饮用水水源污染严重， 甚至 威胁 到了 居民生活饮用水 的 安全。 进入 21 世纪 后 ，随着经济 的 发展，人民的生活水平逐渐提高，也对生活品质有了更高的追求 ， 就饮用水标准而言，1985 年发布的《生活饮用水卫生标准》（ GB5749－ 85）已不能满足保障人 民群众健康的需要。 为此，卫生部和国家标准化管理委员会对原有标准进行了修订，联合发布新的强制性国家标准即《生活饮用水卫生标准》（ GB5749－ 2020），一些指标都有所提高，如浊度 1NTU， CODMn3mg/L，氨氮 [10]等，这就对水处理行业提出了新的挑战。 资料表明我国城市饮用水源水近年来普遍存在季节性氨氮和有机物微污染的问题，一些水源水虽然污染程度较轻，但是氨氮指标在枯水期往往超过 1mg/L，个别时段甚至达到 3～ 4 mg/L [11]。 而 2020 年重点流域水污染考核结果也显示，重点流域 氨氮超过 Ⅴ 类标准值的断面比例为 ％和 ％，氨氮已超过化学需氧量成为影响地表水水环境质量的首要指标 [12]。 因此对微污染原水进行预处理，特别是 氨氮 的处理尤其重要。 同时 由于我国往往以 5 江河、湖泊作为重要的饮用水水源，伴随着水土流失、偷排乱排等现象，水中颗粒物污染也很严重，颗粒物会造成感官不适，也会直接或间接影响 污染物的去除，如成为微生物、有机物、重金属元素等依附的载体。 对净水工艺来说，会影响后续的消毒效果。 世界卫生组织 WHO 建议饮用水浊度应该尽量最低，因此采用经济、高效的方法对颗粒物进行截留去除也十分 迫切 [13]。 原水污染物的去除方式 氨氮 的 去除 方式 折点加氯法 ： 微污染原水中含有氨和各种有机氮化物 ， 投氯后次氯酸极易与原水中的氨进行反应，在反应中依次形成三种氯胺： NH3 + HOCl → NH 2Cl(一氯胺 ) + H2O NH2Cl + HOCl → NHCl 2(二氯胺 ) + H2O NH2Cl + HOCl→ NCl 3(三氯胺 ) + H2O 上述反应与 pH 值、温度和接触时间有关，也与氨和氯的初始比值有关，大多数情况下，以一氯胺和二氯胺两种形式为主 ， 其中的氯称为有效化合氯。 在含氨水中投入氯的研究中发现，当投氯量达到氯与氨的摩尔比值为 1∶ 1 时，化合性余氯即增加，当摩尔比达到 ∶ 1（质量比 ∶ 1） 时，余氯下降到最低点，此即 “ 折点 ”。 在折点处，基本上全部氧化性的氯都被还原，全部氨都被氧化，进一步加氯就都产生自由 性 余氯。 折点加氯的优点：当原水受严重污染，它能降低水的色度，去除恶臭 ，降低水中有机物含量，提高混凝效果 ； 缺点：水中有机污染物与氯生成三卤甲烷，必须进行预处理或深度处理。 吹脱 ： 吹脱是利用水中溶解化合物的实际浓度与平衡浓度之间的差异，将挥发性组分不断由液相扩散到气相中 ，达到去除挥发性有机物的目的。 对于原水 中氨氮的去除 ，可以运用此法。 利用水中的氨氮通常是以氨离子 (NH4+)和游离氨 (NH3)的状态保持平衡而存在 (NH4++OH ==NH3+ H2O)的原理 [14]，通过调节 pH 等途径进行脱 氨。 吹脱法具有费用低、操作简单的优点，但对水中硝酸盐氮、亚硝酸盐氮等的去除效果不理想，同时具有局限性，原水氨氮浓度低时，去除效率较低。 6 吸附 ： 目前用于水源水处理的吸附剂有活性炭（ AC）、硅藻土、二氧化硅、活性氧化铝、沸石、离子交换树脂 等。 对于氨氮 的 去除 ， 其中用得最多的是有较强吸附作用 的疏水性物质 活性炭。 但此法存在成本较高，需要定期进行吸附剂的再生，尤其是再生液的处理，对于水量较大的微污染原水 ，长期运行处理有一定局限性。 膜过滤技术 ： 膜过滤技术 是用天然或人工合成高分子薄膜做介质，以外界能量或化学位差为推动力，对原水进行过滤的物理处理方法。 研究表明此法对氨氮的去除率较高，但成本过高使其大量广泛的应用受到局限。 生物预处理技术 ： 即用生物氧化来去除 原水 中的 氨氮。 由氨化作用转化的以及 原水 本身含有 的氨氮 在 好氧的状态下被硝化细菌氧化为硝酸盐，硝化出水在 缺 氧状态下经反硝化细菌作用被还原为氮 气挥发去除，从而达到 去氨乃至 除氮的目的。 生物预处理技术 具有运行成本低， 工艺流程 简单 等优点。 但它存在对毒物敏感，受水温的影响很大，冬季低温时去除效果较差 ， 构筑物较大等缺点。 此外 该 方 法反应速度较慢 ， 运行效果不够稳定，常受到诸多因素包括原水水质、水量、水温和操作运行条件等的影响 [15]。 微污染原水去除有机物的方 式 物理吸附法 ： 物理吸附 利用孔隙发达的吸附剂对有机物进行吸附，常用的有活性炭吸附法，但缺点是处理成本较高。 化学氧化预处理 ： 预氧化技术是指向原水中加入强氧化剂，利用强氧化剂的氧化能力，去除水 中的有机污染物，提高混凝沉淀效果。 常用的 方法有 有臭氧 氧化，高锰酸钾 氧化，光催化氧化及他们之间的串联技术 等。 强化混凝处理技术 ： 强化混凝是以提高水中有机物净化效果为目的的强化工艺 ， 不但 能 有效 去除水中大 、 中分子有机物 （ 主要指产生消毒副产物的 前 质有机物 ）， 同时对水中溶 7 解性低分子有机物 、 氨氮 、 亚硝酸盐 、 致突变性物等也有较明显的净化效果 [16]。 膜过滤技术 ： 是用天然或人工合成高分子薄膜做介质，以外界能量或化学位差为推动力，对原水进行过滤的物理处理方法 ， 处理效果很好，但成本过高。 生物预处理技术 ： 采用生物的方法 对有机物进行氧化处理，经济性较好， 适合于水量较大，处理要求不是特别高的水体 ，以减轻后续传统给水处理的负荷。 微污染原水处理的研究现状 近年来随着对水质标准的不断修订，特别是饮用水标准，有不少学者开始对微污染原水的处理进行研究，尝试通过不同的工艺、介质来去除有害物质。 陶光华，陆少鸣 [17]利用以串联方式连接的四格相同的悬浮填料流化池对微污染原水中氨氮的去处进行研究。 试验表明：悬浮球生物预处理工艺出水水质稳定，氨氮的去除率在 73%%，高锰酸盐指数的去除率最高可达 %。 郭三慎，潘厚磊，苏 萍 [18]利用悬浮澄清池中的接触絮凝工艺对微污染原水除氮机理进行分析。 试验表明：对氨氮的去除率， PAFC 与 PAM 联合投加 控制在%91%之间， PAC 与 PAM 联合投加也较高，对亚硝酸盐氮的去除率， PAFC与 PAM 联合投加 率为 %%， PAC 与 PAM 联合投加 率为 %%。 宋学峰，付红丽，许成君等 [19]人利用生物陶粒过滤工艺对微污染原水处理进行研究。 试验表明：对高锰酸盐指数的去除率 大于 25%，最高可达 38%；对氨氮的去除率 大于 60%，最高为 70%；对亚硝酸盐氮的去除率 大于 98%。 孟庆梅，孟庆娟，韩超 [20]利用生物过滤工艺处理微污染原水。 试验表明，微污染原水中的氨氮和有机物是通过吸附、吸收、代谢、排出而得到去处的，其去除率分别为 88%和 30%。 张硕，张玉先，汪胜等 [21]利用生物沸石溶气滤罐。