沸石曝气生物滤池处理微污染源水的试验研究

论文摘要

随着源水污染日益严重,常规净水工艺难以有效地去除源水中溶解性有机物、氨氮、亚硝态氮等一些主要污染物,严重威胁饮水安全。本文以活化沸石填充曝气生物滤池（AZBAF）,对杭州市某地微污染源水进行了生物预处理研究。在考察沸石吸附氨氮的基础上,重点探讨了AZBAF的启动和运行性能,分析了其对N素、不同分子量有机物的去除特性及滤料表面微生物的生长分布特征。采用NaCl溶液对浙江缙云天然斜发沸石进行改性,结果表明其最佳改性条件为常温,6%的NaCl溶液以及15 g沸石每100 mL NaCl溶液的改性体系。进而比较了天然沸石、活化沸石和氯化钠改性沸石的表面结构及其对氨氮的静态吸附效果,发现活化沸石具有良好的微孔结构和吸附性能,适宜作为BAF的生物滤料。借助沸石的吸附作用,AZBAF可通过自然挂膜方式实现快速启动。20 d后,硝化菌与亚硝化菌生物膜趋于成熟。在稳定运行期间,系统对NH3-N、CODMn和TOC均有较好的去除作用,去除率分别稳定在95%、25%和40%左右。通过检测进出水中各分子量区间的有机物,发现AZBAF对小分子量有机物（<500Da）具有更佳的生物去除效果,其去除率可达53.4%,而大分子量有机物的去除则主要依靠滤料的截留、过滤及吸附作用。负荷冲击试验表明,AZBAF具有一定的抗水力负荷（提高至2.45m3.m-2.h-1）和氨氮负荷冲击（提高至2.7mg.L-1）的能力。贫营养运行的特点使AZBAF受关闭停运的影响不大,系统闲置35 d后,AZBAF仍能在24 h内获得快速恢复。滤料表面生物相研究表明,AZBAF内的生物量变沿水流方向呈减少趋势,而生物膜活性变化则呈倒“V”型特点。此外,离进水端越远,单位生物量的生物活性越大,这与生物量的分布特点正好相反。PCR-DGGE分析结果显示,沸石滤料上附着丰富的微生物群落,且由此测得的生物量的趋势与前面一致的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 饮用水水源现状及污染物
• 1.1.1 饮用水水源现状
• 1.1.2 主要污染物
• 1.2 净水工艺的发展趋势
• 1.2.1 常规水处理工艺及局限性
• 1.2.2 强化与改进常规处理工艺及局限性
• 1.2.3 深度处理技术及局限性
• 1.2.4 预处理技术及局限性
• 1.3 生物预处理技术
• 1.4 沸石滤料在微污染源水处理的应用
• 1.5 课题研究意义和内容
• 1.5.1 研究意义
• 1.5.2 研究内容
• 1.5.3 创新之处
• 1.5.4 课题来源
• 第二章 材料与分析方法
• 2.1 沸石生物曝气滤池装置
• 2.2 沸石滤料特性表征
• 2.3 试验仪器与试剂
• 2.3.1 试验仪器
• 2.3.2 试验试剂
• 2.4 水质指标分析方法
• 2.5 有机物分子量分布的测定
• 2.6 生物指标测量
• 2.6.1 生物量的测定
• 2.6.2 生物活性的测定
• 2.6.3 扫描电镜
• 2.6.4 PCR-DGGE 测试
• 2.6.5 硝化菌和异养菌的计数
• 2.7 试验方案
• 2.7.1 沸石滤料研究
• 2.7.2 进水水质
• 2.7.3 挂膜启动
• 2.7.4 工艺考察及机理研究
• 2.7.5 生物相研究
• 第三章 沸石滤料改性及吸附特性研究
• 3.1 沸石滤料的物化性质
• 3.2 沸石滤料氯化钠改性考察
• 3.2.1 氯化钠浓度的影响
• 3.2.2 温度的影响
• 3.2.3 沸石用量的影响
• 3.3 沸石的SEM 和BET 分析
• 3.3.1 SEM 分析
• 3.3.2 BET 分析
• 3.4 吸附等温线分析
• 3.5 吸附动力学分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 活化沸石生物曝气滤池启动与工艺特性
• 4.1 AZBAF 的启动与运行
• 4.2 NH3-N 负荷冲击的影响
• 4.3 水力负荷冲击的影响
• 4.4 滤池的停运对其重新启动影响
• 4.5 污染物去除规律和机理
• 4.5.1 N 素转化
• 4.5.2 有机物去除
• 4.6 本章小结
• 第五章 AZBAF 滤料表面生物相研究
• 5.1 生物处理中的机理分析
• 5.2 沸石生物表面电镜照片
• 5.3 生物膜特性分析
• 5.3.1 生物总量与生物活性的考察
• 5.3.2 异养菌与硝化菌的计数分布
• 5.4 PCR-DGGE 分析
• 5.4.1 基因组DNA 的检测
• 5.4.2 PCR 产物检测
• 5.4.3 填料生物膜样品的DGGE 分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录