氣水比對(duì)曝氣生物濾池處理微污染水的影響

羅國(guó)榮，孫小斐

(1.中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 東莞 523070;2.東莞市環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)，廣東 東莞 523009)

氣水比對(duì)曝氣生物濾池處理微污染水的影響

羅國(guó)榮1，孫小斐2

(1.中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 東莞 523070;2.東莞市環(huán)境科學(xué)學(xué)會(huì)，廣東 東莞 523009)

以廣州某水廠微污染源水為處理對(duì)象，考察了氣水比對(duì)曝氣生物濾池去除水中污染物效果的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明:隨著氣水比的增大，濾池水中溶解氧含量逐漸上升，但增加幅度越來(lái)越小，在本試驗(yàn)溫度條件下，濾池水中溶解氧飽和溶解度大概在4.5～6.0 mg/L范圍之間;氣水比對(duì)氨氮和CODMn去除率影響較大，隨著氣水比的增大，氨氮和CODMn去除率逐漸上升，但去除率增加幅度越來(lái)越小;氣水比對(duì)亞硝酸鹽氮去除率影響不大，隨著氣水比的增大，亞硝酸鹽氮去除率緩慢升高。本試驗(yàn)?zāi)芙o水廠工藝改造的可行性和有效性提供依據(jù)。

曝氣生物濾池;氣水比;溶解氧;氨氮;亞硝酸鹽氮;CODMn

隨著城市需水量的增長(zhǎng)，微污染水源的處理問(wèn)題日趨突出。然而，傳統(tǒng)的水處理工藝難以有效地去除水中的某些污染物質(zhì)。近年來(lái)，微污染原水的生物預(yù)處理技術(shù)是解決飲用水中氨氮和有機(jī)物問(wèn)題最有效、最經(jīng)濟(jì)的方法之一。生物預(yù)處理工藝不僅能去除60%～90%的原水氨氮，而且對(duì)水中有機(jī)物(UV254和CODMn)均有一定的去除效果，對(duì)減輕后續(xù)工藝的處理負(fù)荷，保障飲用水安全起著重要作用［1］。氣水比作為曝氣生物濾池一個(gè)重要的工藝參數(shù)，對(duì)曝氣生物濾池運(yùn)行效果有很大影響。筆者采用曝氣生物濾池中試裝置處理微污染原水，考察了在不同氣水比下曝氣生物濾池對(duì)污染物的去除效果，從而能根據(jù)原水特點(diǎn)確定濾池運(yùn)行中的最優(yōu)氣水比，以達(dá)到對(duì)污染物的高去除率和節(jié)能減耗的目的，從而給廣州市某水廠凈水工藝進(jìn)一步改造提供依據(jù)。

1 中試概況

1.1 原水水質(zhì)

本中試以廣州市某水廠水源水作為試驗(yàn)用原水，試驗(yàn)期間原水水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 原水水質(zhì)

1.2 中試裝置

中試濾池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

本試驗(yàn)曝氣生物濾池采用普通鋼制作，尺寸為長(zhǎng)×寬×高 =1.5m×1.5m ×8.5m，濾層厚度 4 m，濾料粒徑?4～6 mm。

試驗(yàn)采用上向流進(jìn)水，氣水同向，分別進(jìn)行12 m/h濾速和16 m/h濾速試驗(yàn)。濾速為12 m/h時(shí)，對(duì)應(yīng)水流流量為27 m3/h，則氣水比 0.1、0.3、0.5 對(duì)應(yīng)曝氣量為 2.7 m3/h、8.1 m3/h、13.5 m3/h;濾速為 16 m/h 時(shí)，對(duì)應(yīng)流量為 36 m3/h，氣水比 0.1、0.3、0.5 對(duì)應(yīng)曝氣量為 3.6 m3/h、10.8 m3/h、18.0 m3/h。

反沖洗方式為氣水聯(lián)合反沖洗，氣洗5 min，氣沖洗強(qiáng)度為 19.6 L/(m2·s)，氣水共洗 20 min，水沖洗強(qiáng)度為 4.7 L/(m2·s)。反沖洗周期為24 h。

圖1 中試濾池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.3 檢測(cè)項(xiàng)目

各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分析方法測(cè)定，檢測(cè)項(xiàng)目及檢測(cè)方法［2］見(jiàn)表 2。

表2 實(shí)驗(yàn)所測(cè)指標(biāo)及實(shí)驗(yàn)方法

2 結(jié)果與討論

取2011年9月1日～9月30日試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，分別進(jìn)行了12 m/h濾速和16 m/h濾速試驗(yàn)。9月1日～9月15 日濾速為 12 m/h，15 d 試驗(yàn)氣水比依次為 0.1，0.3，0.5，一種氣水比試驗(yàn)五天，每天取三組水樣檢測(cè);9月16日～9月30日濾速為16 m/h，試驗(yàn)過(guò)程與12 m/h濾速的一樣。每一種氣水比取五天試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2.1 氣水比對(duì)溶解氧含量的影響

不同氣水比下進(jìn)出水溶解氧含量變化見(jiàn)圖2。

圖2 氣水比對(duì)溶解氧含量的影響

12 m/h 濾速時(shí)，氣水比 0.1、0.3、0.5 對(duì)應(yīng)進(jìn)水溶解氧含量平均值為 0.337 mg/L，0.330 mg/L，0.180 mg/L，出水溶解氧含量平均值為 2.843 mg/L，4.467 mg/L，4.867 mg/L;16 m/h 濾速時(shí)，氣水比 0.1、0.3、0.5 對(duì)應(yīng)進(jìn)水溶解氧含量平均值為 0.107 mg/L，0.100 mg/L，0.083 mg/L，出水溶解氧含量平均值為 2.303 mg/L，4.157 mg/L，4.710 mg/L。

由圖2可以看出，濾速不變，氣水比越大，水中溶解氧絕對(duì)增加量越大;而在氣水比相同的情況下，濾速越高，水中溶解氧增加量也越大。然而，由于氧在水中有一定的飽和度，因此水中溶解氧是有限度的，低溫時(shí)飽和溶解度大，溫度高時(shí)飽和溶解度小。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)［3］，在2℃ ～4℃的水溫條件下，生物濾池水中溶解氧可達(dá)11～12.1 mg/L;8℃ ～10℃時(shí)，可達(dá) 10 ～11.5 mg/L;12℃ ～16℃時(shí)，可達(dá) 8.5 ～10.0 mg/L。本試驗(yàn)試驗(yàn)期間平均水溫在28℃左右，由此可推斷本試驗(yàn)曝氣生物濾池水中溶解氧飽和溶解度大概在4.5～6.0 mg/L范圍之間，試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果與此相符。以16 m/h為例，氣水比0.1、0.3、0.5 對(duì)應(yīng)水中溶解氧絕對(duì)增加量為 2.196 mg/L，4.057 mg/L，4.627 mg/L，絕對(duì)增加量差值分別為 1.861 和0.570。由此可見(jiàn)，隨著氣水比增大，水中溶解氧含量越來(lái)越大，但增加幅度則越來(lái)越小，溶解氧趨于飽和。

2.2 氣水比對(duì)氨氮去除率的影響

不同氣水比下曝氣生物濾池對(duì)氨氮的去除效果見(jiàn)圖3。

圖3 氣水比對(duì)氨氮去除效果的影響

12 m/h 濾速時(shí)，氣水比 0.1、0.3、0.5 對(duì)應(yīng)進(jìn)水氨氮含量平均值為 0.667 mg/L，0.837 mg/L，1.430 mg/L，出水氨氮含量平均值為 0.210 mg/L，0.217 mg/L，0.363 mg/L;16 m/h濾速時(shí)，氣水比 0.1、0.3、0.5對(duì)應(yīng)進(jìn)水氨氮含量平均值為1.127 mg/L，1.410 mg/L，1.467 mg/L，出水氨氮含量平均值為 0.483 mg/L，0.393 mg/L，0.377 mg/L。

由圖3可以看出，氣水比對(duì)氨氮去除率的影響較大，隨著氣水比的增大，氨氮去除率也逐步升高。12 m/h濾速時(shí)，氣水比0.1、0.3、0.5 對(duì)應(yīng)氨氮絕對(duì)去除量和去除率分別為0.457 mg/L、0.620mg/L、1.067mg/L 和 68.52%、74.07% 、74.62%;16 m/h 濾速時(shí)，氣水比 0.1、0.3、0.5 對(duì)應(yīng)氨氮絕對(duì)去除量和去除率分別為0.644 mg/L、1.017 mg/L、1.090 mg/L 和 57.14% 、72.13% 、74.30% 。

增大氣水比主要在三方面有助于濾池生化作用的進(jìn)行:①提高了水中溶解氧的質(zhì)量濃度，也就增大了氧在生物膜內(nèi)的傳遞和滲透速率，從而加速生物氧化的進(jìn)程;②增大了混合液的湍動(dòng)程度，使生物膜表面的基質(zhì)更新加快，促進(jìn)了基質(zhì)的傳遞，提高了基質(zhì)的降解速率;③加強(qiáng)了空氣的鼓泡作用，加大對(duì)填料表面的生物膜沖刷作用，促使生物膜加速剝落更新，提高了生物膜的活性。所以，隨著氣水比的增大，氨氮去除率也越來(lái)越高;但去除率增加幅度越來(lái)越小，主要原因是水中溶解氧含量接近飽和。而氣水比不變，濾速?gòu)?2 m/h增大到16 m/h，曝氣強(qiáng)度同樣得到加大，但由于進(jìn)行16 m/h濾速試驗(yàn)時(shí)，原水氨氮含量比12 m/h濾速時(shí)高得多，所以氣水比相同的情況下，16 m/h濾速的氨氮去除率比12 m/h濾速的低，但從對(duì)氨氮的絕對(duì)去除量相比，16 m/h濾速的明顯優(yōu)于12 m/h濾速的。

2.3 氣水比對(duì)亞硝酸鹽氮去除率的影響

不同氣水比下曝氣生物濾池對(duì)亞硝酸鹽氮的去除效果見(jiàn)圖4。

圖4 氣水比對(duì)亞硝酸鹽氮去除效果的影響

12 m/h 濾速時(shí)，氣水比 0.1、0.3、0.5 對(duì)應(yīng)進(jìn)水亞硝酸鹽氮含量平均值為 0.152 mg/L，0.216 mg/L，0.282 mg/L，出水亞硝酸鹽氮含量平均值為 0.011 mg/L，0.013 mg/L，0.015 mg/L;16 m/h 濾速時(shí)，氣水比 0.1、0.3、0.5 對(duì)應(yīng)進(jìn)水亞硝酸鹽氮含量平均值為 0.203 mg/L，0.215 mg/L，0.217 mg/L，出水亞硝酸鹽氮含量平均值為 0.023 mg/L，0.023 mg/L，0.021 mg/L。

由圖4可以看出，氣水比對(duì)亞硝酸鹽氮去除率的影響不大，隨著氣水比的增大，亞硝酸鹽氮去除率緩慢上升。12 m/h濾速時(shí)，氣水比 0.1、0.3、0.5 對(duì)應(yīng)亞硝酸鹽氮的絕對(duì)去除量和去除率分別為 0.141 mg/L、0.203 mg/L、0.267 mg/L 和92.76%、93.98%、94.68%;16 m/h 濾速時(shí)，氣水比 0.1、0.3、0.5對(duì)應(yīng)亞硝酸鹽氮的去除量和去除率分別為 0.180 mg/L、0.192 mg/L、0.196 mg/L 和 88.67%、89.30%、90.32%。然而，濾速?gòu)?2 m/h上升到16 m/h，則停留接觸時(shí)間縮短，所以本試驗(yàn)亞硝酸鹽氮去除率在16 m/h濾速時(shí)要比12 m/h濾速時(shí)稍低。

2.4 氣水比對(duì)CODMn去除率的影響

不同氣水比下曝氣生物濾池對(duì)CODMn的去除效果見(jiàn)圖5。

12 m/h 濾速時(shí)，氣水比 0.1、0.3、0.5 對(duì)應(yīng)進(jìn)水 CODMn含量平均值為 2.303 mg/L，2.760 mg/L，3.703 mg/L，出水 CODMn含量平均值為 2.033 mg/L，2.180 mg/L，2.790 mg/L;16 m/h 濾速時(shí)，氣水比 0.1、0.3、0.5 對(duì)應(yīng)進(jìn)水 CODMn含量平均值為 3.180 mg/L，2.837 mg/L，2.910 mg/L，出水 CODMn含量平均值為2.377 mg/L，2.187 mg/L，2.413 mg/L。

圖5 氣水比對(duì)CODMn去除效果的影響

由圖5可以看出，氣水比對(duì)CODMn去除率的影響較大，隨著氣水比的增大，CODMn去除率逐步上升。12 m/h濾速時(shí)，氣水比 0.1、0.3、0.5 對(duì)應(yīng) CODMn的絕對(duì)去除量和去除率分別為 0.270 mg/L、0.580 mg/L、0.913 mg/L 和 11.72%、21.01% 、24.66%;16 m/h 濾速時(shí)，氣水比 0.1、0.3、0.5 對(duì)應(yīng)CODMn的絕對(duì)去除量和去除率分別為0.497 mg/L、0.650 mg/L、0.803 mg/L 和 17.08% 、22.91% 、25.25% 。

在同時(shí)發(fā)生硝化反應(yīng)和異氧菌降解CODMn的過(guò)程中，在氧的利用上，硝化菌和異氧菌存在相互競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系［4］。低氣水比時(shí)，水中溶解氧含量較低，溶解氧同時(shí)供應(yīng)給硝化菌硝化氨氮和異氧菌降解CODMn，所以相應(yīng)CODMn去除率較低;隨著氣水比的增大，水中溶解氧含量充足，CODMn去除率也隨之升高。但隨著氣水比的升高，水中溶解氧逐漸達(dá)到飽和，CODMn去除率升高幅度也逐漸變小。

3 結(jié)語(yǔ)

1)隨著氣水比的增大，曝氣生物濾池池中水體溶解氧含量逐漸升高。但由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得，氣水比不能太大，因?yàn)檠踉跒V池水中的溶解度有限，隨著氣水比的增大，水中溶解氧增加幅度會(huì)越來(lái)越小，過(guò)大的曝氣量并不能持續(xù)提高溶解氧的質(zhì)量濃度，浪費(fèi)能源。另外曝氣量過(guò)大，加劇了對(duì)生物膜的沖刷，不利于污染物的截留和微生物的增殖。

2)氣水比對(duì)氨氮去除率影響較大，隨著氣水比的增大，氨氮去除率也逐漸增大，但隨著氣水比增大至水中溶解氧接近飽和時(shí)，氨氮去除率增加幅度越來(lái)越小;而氣水比對(duì)亞硝酸鹽氮去除率影響不大，隨著氣水比的增大，亞硝酸鹽氮去除率緩慢增大。

3)氣水比對(duì)CODMn去除率影響較大，隨著氣水比增大，CODMn去除率逐漸增大，但與氨氮一樣，氣水比并不是越大越好，隨著氣水比的增大，CODMn去除率增加幅度也越來(lái)越小。

［1］葉輝，許建華.飲用水中的氨氮問(wèn)題［J］.中國(guó)給水排水.2000，16(11):31～34.

［2］生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法［S］.GB/T 5750.13－2006:407～408.

［3］劉建廣，張曉健，王占生.溫度對(duì)生物炭濾池處理高氨氮原水硝化的影響［J］.中國(guó)環(huán)境科學(xué).2004，24(2):233 ～236.

［4］李思敏，張建昆，宿程遠(yuǎn)，等.生物砂濾池去除微污染源水中有機(jī)物的試驗(yàn)研究［J］.中國(guó)給水排水.2006，22(17):57 ～59，63.

TU991.2

B

1004－1184(2012)03－0110－02

2012－03－15

羅國(guó)榮(1983－)，男，廣東東莞人，助理工程師，主要從事給排水設(shè)計(jì)。