论文题目: 生物过滤去除饮用水中有机物、铁和锰的特性与机理研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 环境工程
作者: 余健
导师: 曾光明
关键词: 饮用水源,生物过滤,去除特性,去除机理,去除动力学,影响因素
文献来源: 湖南大学
发表年度: 2005
论文摘要: 在充分综述国内外相关文献和大量试验的基础上，比较深入地研究了生物过滤对饮用水中的有机物、铁和锰的去除特性，初步探讨了其去除机理和去除动力学。结果表明，生物过滤可有效地去除饮用水中微量有机物和加氯消毒副产物，当水温为8℃，EBCT为6． 75min时，生物过滤对BDOC的去除率为41． 3-65％，对AOC的去除率为59． 2-84． 2％；当水温为18-20℃、EBCT为13． 5min时，活性炭、石英砂双层滤料生物滤柱对三氯甲烷和二氯乙酸的去除率分别达到43％和95％；湘江微污染源水经混凝、沉淀和活性炭、石英砂双层滤料生物滤柱处理后，BDOC可降至0． 2mg/L以下，AOC可降至50μg/L以下；活性炭、石英砂双层滤料生物滤柱对溶解性有机物的去除效果与有机物分子量的大小密切相关，当水温为8℃，EBCT为6． 75min时，对分子量小于1000和分子量在3000-6000之间的有机物的去除率分别达到54． 5％和54． 5％，对于分子量在1000-3000范围内的有机物，只有11． 4％的去除率，对分子量在30000-100000之间的有机物有36． 0％的去除效果；在滤前水中至少存在69种合成有机物，这些有机物主要为烃类、苯酸脂类、脂肪酸脂类和酚类等，其分子量在104-562之间，活性炭、石英砂双层滤料生物滤柱可较大幅度地去除苯酸脂类、脂肪酸脂类和酚类等有机物；在生物滤柱内，生物膜量随水流方向自上而下逐渐减少，与滤层内TOC浓度沿滤层深度逐渐减少一致；生物膜在滤料表面以菌胶团形式存在，假单胞菌和芽孢杆菌分别为生物滤柱内的优势菌属和亚优势菌属；微生物对有机物的去除由生物代谢、二级利用和生物吸附等多种作用共同完成，其去除效果受滤料介质、空床接触时间、水温、反冲洗方式以及滤池关闭等多种因素的影响；由活性炭、石英砂组成的双层滤料生物滤柱对有机物的去除效果比由无烟煤和石英砂等滤料组成的生物滤柱好；加氯水反冲洗对生物过滤具有明显的负面影响；生物过滤除锰除铁均经历扩散、吸附和生物氧化(再生)三个阶段，除锰和除铁速率均遵循一级反应动力学，滤层内二价锰或二价铁离子浓度均与空床接触时间存在倒指数函数关系；当进水pH值为6． 6、 水温为20℃时，生物氧化除锰的动力学常数K为1． 54min-1，当进水pH值为5． 8、 水温为28℃时，生物氧化除铁的动力学常数K为0． 98 min-1；生物过滤除锰对pH值有较强的适应能力，当pH>5时，生物滤柱即有很好的除锰效果，出水含锰量可一直稳定维持在0． 05 mg/L以下，但当pH<5时，随着pH的降低，滤柱出水含锰量急剧上升；当进水不含二价铁离子时，滤柱将失去生物除锰能力，但当进水亚铁离子含量大于0． 75 mg/L时，又明显干扰生物滤柱对二价锰的去除效果；氧化还原电位(ORP)与生物过滤除锰存在密切的关系，当滤柱出水ORP生物过滤去除饮用水中有机物、铁和锰的特性与机理研究在43Omv一720mv之间变化时，出水含锰量几乎没有变化，只有当ORP大于720mv以上时，出水含锰量才随着ORP的增加而急剧增加，甚至超过进水含锰量;氧化还原电位也与滤柱接触氧化除铁存在密切的关系，随着ORP的增加，滤柱出水含铁量逐渐降低，当ORP在400mv一5 10mv之间时，滤柱具有良好的除铁效果，出水含铁量小于O.3mg/L;接触氧化除铁滤柱出水含铁量与ORP之间的关系可用倒指数回归方程表示，应用该回归方程，可以方便地预测和控制滤柱出水含铁量。关键词:饮用水源;生物过滤;去除特性;去除机理;去除动力学;影响因素户
论文目录:
摘要
Abstract
插图索引
附表索引
第1章 绪论
1． 1 国内外水污染概况
1． 1． 1 地表水污染概况
1． 1． 2 地下水污染概况
1． 2 受污染水源净化技术概况
1． 2． 1 常规处理工艺
1． 2． 2 深度处理技术
1． 2． 3 接触氧化除铁除锰技术
1． 3 生物过滤去除有机物的研究概况
1． 3． 1 生物过滤的研究与发展
1． 3． 2 稳态生物膜一般模型
1． 3． 3 第二级利用机理
1． 4 生物过滤除铁除锰的研究概况
1． 4． 1 生物过滤除铁的研究概况
1． 4． 2 生物过滤除锰的研究概况
1． 4． 3 生物除铁除锰细菌学
1． 5 本课题的提出与研究内容
第2章 生物过滤去除饮用水中有机物的特性机理研究
2． 1 试验条件与方法
2． 1． 1 试验水源及装置
2． 1． 2 检测项目及检测方法
2． 2 生物滤柱的挂膜与成熟
2． 3 生物滤柱中生物膜的分布与属性
2． 3． 1 生物滤柱内生物膜的分布
2． 3． 2 生物膜在滤料表面的分布
2． 3． 3 生物膜中的优势菌属
2． 4 生物过滤对有机物的去除特性
2． 4． 1 生物过滤对AOC、BDOC的去除效果
2． 4． 2 生物过滤对TOC、COD_(Mn)、UV_(254) 的去除效果
2． 4． 3 生物过滤对氯化消毒副产物的去除特性
2． 4． 4 生物过滤对不同分子量有机物的去除特性
2． 4． 5 生物过滤对不同种类有机物的去除特性
2． 5 生物过滤对氨氮与浊度的去除特性
2． 5． 1 生物过滤对氨氮的去除特性
2． 5． 2 生物过滤对浊度的去除特性
2． 5． 3 生物滤柱内水头损失的增长
2． 6 生物过滤影响因素的研究
2． 6． 1 空床接触时间对有机物去除的影响
2． 6． 2 水温对有机物去除的影响
2． 6． 3 反冲洗对生物过滤的影响
2． 6． 4 滤池关闭对生物过滤的影响
2． 6． 5 絮体和颗粒对生物过滤的影响
小结
第3章 生物过滤去除饮用水中锰的特性与机理研究
3． 1 试验条件与方法
3． 1． 1 水源与试验装置
3． 1． 2 检测项目和方法
3． 2 生物过滤除锰滤柱的培养与除锰效果
3． 2． 1 生物过滤除锰滤柱的培养
3． 2． 2 滤柱除锰效果与水头损失的增长
3． 3 生物过滤除锰影响因素试验
3． 3． 1 EBCT对生物过滤除锰效果的影响
3． 3． 2 溶解氧对生物过滤除锰效果的影响
3． 3． 3 pH对生物过滤除锰效果的影响
3． 3． 4 ORP与生物过滤除锰的关系
3． 3． 5 Fe~(2+)对生物过滤除锰的影响
3． 3． 6 滤池关闭对生物过滤除锰的影响
3． 4 生物过滤除锰的证据
3． 4． 1 pH和氧化还原电位试验
3． 4． 2 除锰滤层的灭菌试验
3． 4． 3 细菌计数与显微观测试验
3． 5 生物过滤除锰的机理与速率
3． 5． 1 生物过滤除锰的机理
3． 5． 2 生物过滤除锰动力学
小结
第4章 生物过滤去除饮用水中铁的特性与机理研究
4． 1 低含铁地下水除铁试验研究
4． 1． 1 试验条件与方法
4． 1． 2 滤柱的培养与成熟
4． 1． 3 生物过滤除铁效果
4． 1． 4 生物过滤除铁的证据
4． 1． 5 生物过滤除铁机理与动力学
4． 2 中含铁地下水除铁试验研究
4． 2． 1 试验条件与方法
4． 2． 2 曝气过滤除铁的影响因素
4． 2． 3 曝气过滤除铁机理
4． 3 高含铁地下水除铁试验研究
4． 3． 1 试验条件和方法
4． 3． 2 曝气过滤除铁的影响因素
4． 3． 3 曝气过滤除铁机理
小结
结论
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的主要学术论文目录
附录B 攻读学位期间所出版的学术著作目录
附录C 攻读学位期间所主持、参与的研究课题
发布时间: 2005-04-04
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