对于微污染水源水，常规工艺有时不能有效去除氨氮、CODMn等以满足日 益严格的水质标准。结合我国国情，本课题基于小城镇科技发展重大项目 (2003BA808A17)，开发出一种处理受污染水源水的集成技术，并研究去除机 理和工艺参数，为多级保障饮用水安全提供技术途径。 本研究将气浮工艺与生物膜反应器集成，以防止泥沙沉积影响生物处理和 利用气浮水充氧效果，并将深度处理“O3-GAC＂工艺优化为“O3-沸石-GAC” 工艺。通过中试试验，研究运行参数对去除效果的影响，探讨反应动力学和去 除机理。 试验结果表明：高温下挂膜三周后，以CODMn和氨氮去除率与NO2-N浓度 变化规律判定生物膜成熟，反应器启动较快。随溶气罐压力和回流比增大，气 浮出水DO浓度增长率高达50～350％，滤罐填充溶气填料时出水DO明显提高 0.8～1.5mg/L。 原水浊度90％左右由气浮去除。水力负荷或浊度负荷较大时，去除负荷提 高3～4倍，组合工艺出水浊度低于2NTU。集成技术对叶绿素a去除率高于90 ％，且以气浮为主，滤罐为辅。藻类负荷或水力负荷较高时，除藻率均90％以 上。AGP受温度和加药量影响明显，高温时超出低温20倍。高温下，CODMn 总去除率大于80％，出水浓度低于3.0mg/L，低温时也在50％以上。 有机物分子量分布试验表明，大分子有机物以气浮去除为主，小分子量则 依靠接触区和滤罐生物作用降解。气浮出水UV254和UV4l0均显著下降，沸石过 滤后两者降低也较明显。集成工艺沿程DOC去除率为26～38％，气浮和接触区 的去除效果较好。各区出水的吸光值均在低波长紫外段，最终出水的190～235nm 吸光值显著升高，235～400nm段则降低，与原水比较分子趋向饱和化和简单化。 反应器性能评价上，对灰色关联度进行改进，结果表明气浮操作条件对除 浊效果影响作用由大到小依次为进水浊度、回流比、加药量、水温和水力负荷。 以量纲分析和π定理，推导出滤罐过滤性能指标。利用模糊数学权重计算方法， 对工况进行评价表明，HRT为1.0h时，综合指标最小，去除效果和经济性较好。 集成工艺接触区出水NH3-N浓度显著下降50％以上，NO2-N和NO3-N浓 度增长10倍左右。滤罐过滤后，NH-13-N去除近50％，NO2-N浓度较低，NO3-N 则明显上升。进水增至1.5m3/h，接触区和滤罐的氨氮去除率仍达50％左右，前 者受进水CODMn影响较大。高温期，氮挥发速率较大，风速4.5m/s时为4.8 mgN/m2/d，动力学方程的KN和a较大。分析气态氮和微气泡碰撞频率公式可知， 温度越高，气泡直径越大，气体分子量越小则碰撞速率越快。 硝化速率和耗氧速率试验表明，旋转填料和沸石的硝化速率在1h内均高于 1.0mg/L/h，之后则显著降低，上层旋转填料和下层的沸石硝化能力较强。下层 旋转填料的耗氧速率为0.7743mgO2/L/h，略高于上层，沸石的OUR则仅为接触 填料50％左右。 气浮去除机理方面，分形维数随加药量增加先变小后增大，投加15mg/L混 凝剂时，分形维数较小，除浊效果较好。对于疏水絮体，气泡优先在絮粒表面 析出，表面自由能下降较多，体系趋于稳定。析出气泡存在最小直径，上升时 气泡变大以保持压力平衡。粘附率方程表明，增加气泡体积密度、提高絮粒和 气泡附着几率和延长气浮时间可提高气浮去除效果。对气泡和絮体群体受力分 析后，推导出上升速度和气泡最大吸附颗粒数。若颗粒数小于临界值，气泡将 浮升。上升速度随附着的颗粒数变化，群体直径较大时则较快。 滤罐溶气速率随时间延长而增长变缓。为了提高空气份额，可采取延长混 合长度、增加湿润周界或提高摩擦系数。推导多组分空气溶解方程后发现，空 气先溶解再释放后，氧气所占比例下降，滤罐空气层中可能积累O2。由滤料吸 附颗粒模型可知，反应常数受活化能、温度、粘附层厚度、沸石和颗粒粒径等 影响，吸附率受被吸附物浓度影响较大。建立滤层生物降解模型后可知，水力 负荷对反应速率常数影响较明显，膜龄受反冲洗强度和周期影响较大，稳态生 物膜量为最大饱和度与衰减系数和增殖系数商的差值。 工程应用上，对泥沙沉积、反冲洗、低温强化处理等方面分析后，提出了 相应措施。除螺试验表明，预加氯、加次氯酸钠和水力冲刷等方法的效果不理 想，排空后再反冲洗较好，而生物接触氧化区前置气浮则完全避免长螺。某水 厂作为基金示范工程以集成技术处理微污染水源水，对浊度、藻类和氨氮效果 良好，有效保障了饮用水水质安全。从理论和经验上，探讨了单基质负荷法、 多因子拟合法、经验作图法和基质动力学法等四种设计方法。 关键词：气浮，生物接触氧化，生物沸石，微污染水源水