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以天津市给水处理厂和给水管网为研究对象,研究了在我国北方现有饮用水水质条件下,给水管网悬浮菌的生长特性及生长控制条件。针对实际管网,找到了AOC(AssimilableOrganicCarbon)与管网中细菌生长的直接相关证据,确定了余氯量和AOC为细菌生长的两个关键影响因素,并结合目前工艺处理情况提出AOC=50μg/L,余氯量>0.3mg/L的管网水生物稳定性控制条件。通过研究磷元素对管网水中细菌生长的限制作用,证明了磷元素不是天津市管网水中细菌生长的限制因子。
利用自行研发设计的AR(AnnularReactor)反应器,在建立生物膜剥离和定量方法的基础上,研究了管壁生物膜的生长特性及其生长控制条件。研究表明,水力条件对稳态生物膜细菌数量和生物膜脱落速率影响不显著,但会影响生物膜到达稳态所需时间。生物膜的脱落满足一级动力学过程。0.05mg/L余氯量对管壁生物膜的生长繁殖无显著影响,与不投加消毒剂时生物膜的稳态生物量无显著差异。AOC浓度低于150μg/L,余氯量控制在0.3~0.5mg/L时,生物膜稳态生物量低于103CFU/cm2,可以实现有效控制。余氯量高于1.0mg/L时,生物膜基本不生长。无消毒剂条件下,即使保证较低AOC浓度(50μg/L),膜细菌数量仍可达到104CFU/cm2量级,无法实现有效控制。
针对不同的净水工艺组合,文中考察了其对生物稳定性的控制效果。研究建议,在水质较好的情况下(CODMn<6mg/L)采用预氧化+气浮过滤+生物活性炭+安全氯化消毒工艺或气浮过滤+臭氧+生物活性炭+安全氯化消毒工艺,该工艺可保证出水CODMn去除率50%以上,AOC去除率80%以上。在水质较差的情况下(CODMn>6mg/L),预氧化+气浮过滤+臭氧+活性炭较难同时满足CODMn与AOC的高去除率,建议在预氧化单元后接生物预处理单元强化工艺组合对可生物降解有机物的去除效果。
本文在SANCHO模型的基础上,综合考虑了管网水传质过程中的纵向分散作用,建立了细菌生长动力学模型。通过实验室配水试验和反应器模拟,确定了以化合氯作为消毒剂情况下的模型动力学参数,定量比较了化合氯对生物膜和悬浮菌的灭活及抑制作用。