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为保障南水北调引水山东段掺混水源的供水安全问题,本课题开展“气浮-炭砂滤池”为核心净化工艺的研究内容。该课题是国家“南水北调山东受水区饮用水安全保障技术研究与综合示范”科技重大专项项目中的第六个子课题“受水区现有工艺运行优化评估与适应性研究”。南水北调引水山东段掺混水源具有掺混后水库水源常年浊度变化较多,有富营养化问题的倾向,因为是引江水,沿途跨越地域较广,在山东段掺混后水源具有夏季高藻、高有机物、冬季低温低浊的水质特性。常规工艺往往不具有处理多变水源的能力,本研究以南水北调引水山东段掺混水源为研究对象,针对其典型特征自主开发了气浮-炭砂滤池为核心的净化工艺,处理规模为0.5m3/h。研究内容主要包括三个方面：(1)气浮-炭砂滤池工艺性能评价及除污效果研究；(2)工艺不同运行方式的水质条件切换；(3)组合工艺协同脱氮除有机物效果及机理研究。工艺参数优选试验表明,通过浊度、CODMn、UV254和DOC作为出水指标控制。工艺优选絮凝剂为聚合氯化铝铁(PFAC),并优选出适合设备以气浮-炭砂滤池方式运行的PFAC最佳投加量为5mg/L(以A13+计)；适合的一级絮凝G值为63 s-1,适合的二级絮凝G值为22 s-1；气浮单元溶汽水的适宜回流比为12%；过滤单元的进水表面负荷控制在8m3/(m2.h)以下。工艺以气浮-炭砂滤池方式运行的除污效果试验表明,在低温低浊时期本工艺最终出水浊度低于0.1NTU,对浊度的总去除率高达99%,整个工艺出水的颗粒总数低于500粒/ml,能较好的保证出水水质。在夏季高藻时期本工艺出水CODMn、UV254、DOC的含量分别为1.9 mg/L、0.023 cm-1、2.85 mg/L,出水水质满足生活饮用水卫生标准中的要求。在夏季高藻条件下工艺以气浮-炭砂滤池方式运行,对藻含量和叶绿素a的总平均去除率分别为98.99%、88.18%,工艺运行时间稳定,气浮工艺能够较好的延长高藻时期过滤的的周期。水体中的致嗅物质主要由MIB导致产生，气浮单元后的MIB降低较多,气浮出水含量为10.80 ng/L,去除率为46.95%,过滤单元出水MIB的平均含量为0.9845ng/L,出水最终平均去除率为95.14%,去除效果良好。原水THFMP的主要组成是CHCl3及CHCl2Br,占THMFP总量的70%左右。由于原水中THMFP的含量相对较低,整个工艺对其去除效果相对不明显,但是出水水质中THFMP的含量是低于《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中的限值的。进水THMEP总量为88.8μg/L,最终出水THMEP总量为67.1μg/L,总去除率为24.43%。工艺直接过滤方式运行可行性研究表明,在低温低浊时期,整个工艺省略中间气浮单元,炭砂滤柱以直接过滤方式运行的出水浊度平均值低于0.3NTU,并且平均出水浊度为0.15NTU。出水CODMn、UV254、DOC分别为1.84mg/L、0.03 cm-1、4.31 mg/L,证实了直接过滤方式的可行性。直接过滤方式运行的方式下对投药量和炭型的进行了优化,最终优选适合直接过滤方式的PAFC投药量为1mg/L,优选的炭型为有效粒径范围在1.6～2.3mm的颗粒活性炭。工艺水质切换试验表明,通过出水水质和药耗、能耗等指标为参考依据,试验结果建议工艺在浊度5NTU以下以直接过滤方式运行,浊度高于5NTU,为保障出水水质,建议工艺以气浮-过滤方式运行。工艺两种运行方式下对高氨氮高有机物水源水的净水效果表明,以出水有机物和氨氮指标为控制因素,以气浮-过滤方式运行去除氨氮和有机物比直接过滤方式效果要好很多,根据两种方式对NH3-N、CODMn、和UV254的去除率分析可知,气浮-过滤方式比直接过滤方式分别提高了33.2%、43.3%和32.9%。气浮单元中溶解氧对炭砂滤柱的除氨氮有机物的影响试验表明,气浮-过滤工艺适合处理有机物和氨氮浓度相对较高的微污染水源,气浮单元溶解氧可以促进炭砂滤池生物作用,对于处理进水氨氮和有机物浓度相对较高的条件下,气浮单元和过滤单元能够充分发挥协同净水能力。工艺对沿程出水对DO、NH3-N、NO2-N、NO3-N、CODMn、UV254和生物量指标分析结果表明,气浮单元对于氨氮去除率较高,针对气浮去除氨氮的三个过程分析,气浮去除氨氮主要依靠的是微气泡吹脱,浮渣对于氨氮的去除贡献其次,氧化还原所起作用较小在过滤单元对于氨氮指标的去除,主要认为生物作用大于吸附作用,并且整个过滤工程基本没有反硝化作用。对于有机物指标CODMn、UV254的去除,过滤单元对于CODMn、 UV254的去除主要依靠的是活性炭层的去除。并且对滤柱整个过滤层进行分析可得出,炭层生物量大于砂层生物量,且炭层上层生物量大于下层。活性炭吸附速率试验分析炭砂滤柱除氨氮有机物研究表明,整个活性炭曾对于氨氮的去除,生物作用大于吸附作用。上层活性炭层对CODMn的去除,生物作用和吸附作用相差不多；下层活性炭层对CODMn的去除,吸附作用大于生物作用。