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随着我国社会经济的快速发展和城市化进程的日益加快,城镇供水压力不断增加,特别是中小城镇的发展,已经远超地下水的可开采容量,地表水已逐渐成为山东省城镇供水的主要水源。然而,地表水水源污染程度的加重以及传统工艺的局限性,给山东省城镇供水安全带来了严峻的挑战。因此,本课题针对目前微污染地表水处理中存在的主要技术和工艺问题,利用实验室模型试验,分别考察了不同滤料生物过滤单元和低压陶瓷膜单元对微污染水源水的处理效果和工艺特性;在此基础上,探讨BAF-低压陶瓷膜组合工艺处理微污染地表水的处理效能、工艺特性和微生物种群特征,以期构建一种经济高效、操作简单、结构紧凑的微污染水源水处理新工艺,为解决村镇饮水安全提供技术参考。研究结果表明,陶粒、火山岩、沸石三种滤料对氨氮的吸附性能有较大差异,其中沸石最为高效,火山岩次之,陶粒最低。三种滤料对有机物的吸附能力差。通过对三种滤料成本分析得出沸石在价格上最为低廉,陶粒居中,火山岩价格略低于陶粒。陶粒、沸石、火山岩比较容易挂膜,适合作为曝气生物滤池滤料。挂膜启动试验结果表明,陶粒、沸石、火山岩BAF分别经过19、16、13天挂膜成功,火山岩BAF挂膜时间短。在HRT为30min、气水比2:1,气温28℃的稳态运行条件下,原水经陶粒、沸石、火山岩曝气生物滤池处理后出水氨氮平均浓度分别为0.33mg/L、0.22mg/L、0.10mg/L,平均去除率分别为82.9%、88.5%、95.7%;处理出水高锰酸盐指数平均浓度分别为3.26mg/L、2.83mg/L、2.60mg/L,平均去除率分别为25.3%、34.9%、40.5%;处理出水浊度平均值分别为1.92NTU、1.32NTU、1.05NTU,平均去除率分别为66.9%、77.1%、81.9%;处理出水UV245平均值0.040 cm-1、0.036 cm-1、0.038 cm-1,平均去除率分别为20.6%、27.3%、24.5%。除浊度去除稍逊外,三种滤料曝气生物滤池均表现出了良好的污染物去除效果。其中,火山岩BAF处理效果最佳,生物膜活性较高。研究结果显示,试验期间的运行温度变化对三种滤料BAF的微污染水源水处理效果没有显著影响,并且低温运行时,曝气生物滤池仍有一定的污染物去除能力;通过调整水力停留时间(HRT)及气水比,考察出水水质并结合经济因素,确定最佳水力停留时间为30min、最佳气水比为2:1。BAF对氨氮有一定的抗冲击能力,因陶粒的吸附效能较差,当进水氨氮浓度提升至9mg/L时,陶粒BAF处理出水未能符合饮用水卫生标准;随着有机物进水负荷的提高,BAF出水平均COD去除率保持稳定,表现出较强的抗有机冲击负荷的能力,可应对因季节等因素改变的水质问题。常温时三种滤料曝气生物滤池微生物种群丰度明显高于低温时种群丰度,微生物种群数量在低温时有明显降低。在低温时,火山岩滤料多样性指数明显高于其它两种滤料,说明在低温时火山岩滤料更有利于微生物的附着生长,同时,沸石和火山岩滤料滤池中,对污染物质起主要去除作用的微生物仍然存在,从而保证了在低温时的处理能力。在不同水力停留时间60min、30min、15min运行条件下,不同滤料曝气生物滤池微生物种群具有较高的相似性,对于同种滤料不同运行条件下的相似程度相对较低,系统中优势菌群主要有变形菌门(Proteobacteria)中的Betaproteobacteria、Gammaproteobacteria、Deltaproteobacteria、以及拟杆菌门(Bacteroidetes)中的鞘脂杆菌纲(Sphingobacteriia)。并且出现了硝化螺旋菌门(Nitrospirae)中的硝化螺旋菌纲(Nitrospirales),硝化螺旋菌门(Nitrospirae)中的硝化螺旋菌属(Nitrospira),此类菌种为系统的氨氮去除起到了主要的作用。利用不同孔径(200nm和800nm)陶瓷膜,在0.1MPa的压力下,对微污染水源水进行过滤,原水浊度平均值为5.60NTU,经200nm陶瓷膜过滤出水在0.1NTU以下,去除率可达98.7%,但是氨氮和硝态氮去除率不高,分别为15.8%、6.76%;对高锰酸盐指数的平均去除率为15.2%,UV254为9.8%,电导率去除率为5.4%;800nm陶瓷膜对以上指标平均去除率分别为97.9%、9.72%、5.02%、13.6%、8.78%、4.83%,整体去除效果低于200nm陶瓷膜。陶瓷膜在处理微污染水源水时受到一定污染,800nm陶瓷膜通量减少12.4%,200nm陶瓷膜通量减少26.7%。采用曝气生物滤池与陶瓷膜组合工艺处理微污染水水源水,可弥补曝气生物滤池对浊度等去除效果不佳的不足,生物滤池也可以有效去除有机物、氨氮、硝态氮等,取长补短,全面提高出水水质。200nm、800nm孔径陶瓷膜与生物滤池的组合工艺的处理效果相近,组合工艺处理出水浊度、氨氮、硝态氮、高锰酸盐指数、UV254和电导率分别为0.08NTU、0.07mg/L、0.01mg/L、2.50mg/L、0.037/cm-1和1252μm/cm,效果良好。800nm组合工艺产水率低于200nm组合工艺,但仍具备较高的去除能力,而且膜通量远高于200nm陶瓷膜,从实际工程运行考虑,BAF-陶瓷膜(φ=800nm)更适用于处理微污染水源水。陶瓷膜设备直接过滤原水时,800nm陶瓷膜通量减少12.4%,200nm陶瓷膜通量减少26.7%。与BAF组合应用时,800nm陶瓷膜通量减少6.0%,200nm陶瓷膜通量减少14.3%。因此,曝气生物滤池预处理对膜污染起到了有效的减缓作用。