生物增强活性炭启动期净化效能及运行控制研究

论文摘要

目前水源污染问题日益严重,常规水处理工艺难以保证出水水质满足最新水质标准要求。生物活性炭技术以其显著优势已经成为有效去除水中各类污染物的饮用水深度处理技术之一。通过自然挂膜形成的普通生物活性炭,其活性炭表面生物量和生物活性较低,生物相复杂,对污染物的生物降解作用有限。通过人工培养驯化优势菌群固定在活性炭表面形成的生物增强活性炭技术,利用优势菌的高效生物降解和活性炭吸附协同作用,可以大大提高对污染物的去除效率,对保障饮用水水质安全具有重要意义。本文对生物增强活性炭技术启动期的除污染物效能、工艺运行参数进行了研究,通过人工构建高效优势菌群,使生物活性炭人工增强成为可能。对筛选、驯化、鉴定得到的优势菌群,进行活性炭固定化后形成了生物增强活性炭。通过对生物增强活性炭强化去除污染物效果的系统评价表明,生物增强活性炭对浊度、CODMn、UV254、TOC、氨氮的去除效率明显优于普通生物活性炭,其中生物增强活性炭对有机污染物和氨氮的平均去除率比普通生物活性炭分别高15%和10%以上。运行三个周期后,生物增强活性炭对三氮的去除呈现出较为明显的变化规律,表明优势菌群中具有硝化作用的菌种数量在活性炭表面有了显著增加。通过对活性炭表面生物量和生物活性的测定结果表明,启动运行至一个月左右时活性炭表面生物量和生物活性迅速提高,标志着生物增强活性炭的启动期结束。为保证生物增强活性炭工艺启动期顺利运行,对启动期主要运行控制参数进行了研究。在滤速为4.2m/h、6.3m/h、8.4m/h时,对生物增强活性炭的运行效果进行了评价,确定了启动期最优滤速为4.2m/h。启动初期反冲洗对活性炭表面生物量影响较大,试验中确定启动期反冲洗周期为8d,反冲洗时间为10min。当运行至第三周期以后活性炭表面生物量基本不受反冲洗强度影响,表明微生物已经在活性炭表面稳定附着。本文提出生物增强活性炭工艺启动期初滤水优化控制方式,即在反冲洗结束时,使活性炭滤柱静置15~30min,待成流化状态的活性炭滤料下沉并压实稳定后再开始过滤,解决了最易被忽略的初滤水问题,为确保反冲洗后生物增强活性炭滤柱出水达标提供了技术保障。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 我国水资源现状及污染状况
• 1.1.1 我国水资源现状
• 1.1.2 水体污染状况
• 1.2 我国饮用水水质标准与发展
• 1.3 饮用水常规处理技术的局限性
• 1.4 活性炭技术在水处理中的应用
• 1.4.1 活性炭吸附技术
• 1.4.2 生物活性炭技术
• 1.5 课题研究的意义及主要内容
• 1.5.1 课题研究的意义
• 1.5.2 课题研究的主要内容
• 第2章 试验材料与试验方法
• 2.1 试验装置与分析方法
• 2.1.1 试验装置
• 2.1.2 分析指标与分析方法
• 2.2 试验原水水质
• 2.3 活性炭载体性能
• 第3章 生物增强活性炭快速启动
• 3.1 优势菌种的筛选与培养
• 3.1.1 优势菌种的筛选
• 3.1.2 优势菌种的驯化
• 3.1.3 优势菌种的静态试验
• 3.1.4 优势菌种的生长特性
• 3.1.5 优势菌种的鉴定
• 3.2 优势菌种的固定化
• 3.2.1 微生物的固定化过程
• 3.2.2 优势菌固定化条件
• 3.2.3 固定化方法的选择
• 3.2.4 固定化参数选取
• 3.3 本章小结
• 第4章 生物增强活性炭启动期净化效能研究
• 4.1 对浊度的去除效能
• 4.2 对有机物的去除效能
• 4.2.1 对UV254 的去除效果
• 4.2.2 对CODMn 的去除效果
• 4.2.3 对TOC 的去除效果
• 4.3 对三氮的去除效能
• 4.3.1 三氮的去除效能分析
• 4.3.2 三氮去除影响因素研究
• 4.4 启动期生物降解能力分析
• 4.4.1 启动期污染物去除梯度变化
• 4.4.2 启动期生物量与生物活性梯度变化
• 4.5 本章小结
• 第5章 生物增强活性炭启动期工艺运行控制研究
• 5.1 启动期的确定原则
• 5.1.1 炭上生物量变化
• 5.1.2 生物活性的变化
• 5.2 启动期滤柱最优滤速的控制研究
• 5.2.1 滤速对启动期浊度去除的控制研究
• 5.2.2 滤速对启动期有机物去除的控制研究
• 5.2.3 滤速对启动期氨氮去除的控制研究
• 5.3 启动期滤柱反冲洗特性研究
• 5.3.1 反冲洗目的
• 5.3.2 反冲洗方式确定
• 5.3.3 反冲洗周期与时间确定
• 5.3.4 反冲洗周期内生物量的变化
• 5.4 启动期滤柱初滤水控制
• 5.4.1 初滤水对水质的影响
• 5.4.2 初滤水的控制方式
• 5.4.3 启动期初滤水控制试验方法
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢