蘇南農(nóng)村微污染水塘水生物預處理研究

沈笑風 徐安安

(1.吳江經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū)建設管理服務所，江蘇 蘇州 215200;2.蘇州科技學院環(huán)境科學與工程學院，江蘇 蘇州 215011)

隨著鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的蓬勃發(fā)展和人民生活水平的快速提高，蘇南農(nóng)村的生活和生產(chǎn)用水日趨緊張，特別是那些離城市供水管網(wǎng)較遠的農(nóng)村。這些地區(qū)通常是靠抽取地下水來滿足生活和生產(chǎn)所需用水，但是國家對地下水開采采取了越來越嚴格的限制措施。與此同時，蘇南農(nóng)村以江南水鄉(xiāng)聞名，有著極為豐富的地表水資源，如果解決了受富營養(yǎng)化影響的水源處理問題，就能夠為農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的提高提供足夠的生產(chǎn)生活用水。

近年來，對微污染水源采用生物接觸氧化工藝預處理取得了很大的進展［1-3］。本研究采用彈性填料可變孔曝氣軟管曝氣生物接觸氧化法對蘇南某村受富營養(yǎng)化影響的水塘水進行預處理，獲得成功，在有效去除藻類的同時全面改善了水質(zhì)，為后續(xù)的常規(guī)處理提供了有利條件。

1 試驗材料與裝置

1.1 生物接觸氧化池

試驗用接觸氧化池采用A3鋼板制作，池高1.8 m，平面尺寸為1.0 m×0.5 m，填料層高度0.6 m(見圖1)。原水由泵提升通過進水堰進入接觸氧化池;空氣壓縮機通過曝氣管向原水曝氣。

圖1 生物接觸氧化池

1.2 生物填料

生物接觸氧化池的核心組成是生物填料，它對微污染水源處理的效果起著舉足輕重的作用。試驗中采用TL-120型彈性立體填料，由于其在制作過程中采用特殊工藝在彈性絲條上形成波紋并帶有毛刺，從而提高了比表面積及有利于微生物的附著。同時該種填料的絲條以中心繩為軸，呈螺旋形輻射狀排列，在水中充分伸展，故立體分布均勻。具有一定剛性的彈性絲條可對充氧氣泡進行多層次的碰撞切割，提高氧的轉移效率與沖氧的動力效率，同時絲條受氣、水流的沖擊，產(chǎn)生輕微的顫動而引起紊流，增加了基質(zhì)、水、氣與微生物的接觸，提高了傳質(zhì)效率，促進微生物的新陳代謝，從而強化了原水的處理效率。

1.3 曝氣管

曝氣器是影響生物預處理工藝處理效果、充氧利用率、使用壽命、基建投資和運行費用的關鍵設備。經(jīng)過比較，試驗采用HA65-5.0型可變孔曝氣軟管。該種曝氣管利用可變孔、薄壁、直通道和狹縫原理，能在水中產(chǎn)生1 mm～5 mm的氣泡，相對大氣泡曝氣器而言能在很大程度上提高氧的轉移率，同時因其氣孔可隨氣量的增減而變化大小，從而使曝氣變得更加均勻，同時也防止了堵塞，是一種高效節(jié)能型的曝氣設備。

2 試驗原水水質(zhì)與分析測定方法

2.1 原水水質(zhì)

試驗原水取自蘇南農(nóng)村常見的水塘，該水塘通過小河浜與外河相通，但進外河的閘門通常只有在汛期才打開，故其流動性很差，主要靠雨水補給。同時村民的生活污水也排入其中。試驗期間原水水質(zhì)見表1。

從表1可以看出，原水中氨氮、有機物和藻類含量均很高，是屬于富營養(yǎng)化的微污染水。

2.2 分析測定方法

表1 原水水質(zhì)

3 試驗結果與討論

3.1 接觸氧化池的啟動

由于原水中的營養(yǎng)物及微生物較為豐富，接觸氧化池的掛膜培菌，采用動態(tài)培養(yǎng)的自然掛膜方法。啟動初期以小流量進水，當接觸氧化池內(nèi)進滿水，淹沒生物填料后，就開啟空氣壓縮機進行曝氣，一邊進水一邊曝氣。為了防止新生成的生物膜被氣水強烈的攪拌沖走，在啟動期間采用了較小的氣水比，約為0.4∶1。在啟動期間，主要檢測進出水的氨氮、CODMn濃度，在經(jīng)過28 d左右的掛膜啟動后，生物填料表面附著的生物膜厚度約為0.1 mm，氨氮的去除率達到了40%左右，CODMn的去除率達到了25%左右，這時認為掛膜成功，進入正常運行狀態(tài)。

3.2 最佳運行參數(shù)的確定

水力停留時間和氣水比是決定接觸氧化池造價和日常運行費用的關鍵參數(shù)，故在水力停留時間為 0.8 h，1.1 h，1.4 h，1.7 h，2.0 h 的條件下，分別測定氣水比為 0.4∶1，0.8∶1，1.2∶1，1.4∶1 時氨氮和CODMn的去除率，一共有20種工況，每種工況穩(wěn)定運行5 d。試驗結果如圖2～圖6所示。

圖2 水力停留時間0.8 h，不同氣水比條件下主要污染物的去除率

圖3 水力停留時間1.1 h，不同氣水比條件下主要污染物的去除率

圖4 水力停留時間1.4 h，不同氣水比條件下主要污染物的去除率

圖5 水力停留時間1.7 h，不同氣水比條件下主要污染物的去除率

圖6 水力停留時間2.0 h，不同氣水比條件下主要污染物的去除率

從圖2～圖6可以看出，在相同水力停留時間下，隨著氣水比的提高，原水中NH3-N和CODMn去除率也隨之逐漸提高。但提高的幅度與水力停留時間有關，在水力停留時間為0.8 h時，去除率隨氣水比提高而增長的幅度較快，水力停留時間在0.8 h以上時，去除率在氣水比從0.4∶1提高到0.8∶1時有一個顯著的增長，而后氣水比的提高對去除率的增長貢獻很小。另一方面，在相同的氣水比條件下，水力停留時間的增加，大幅度提高了NH3-N和CODMn去除率，特別是水力停留時間從0.8 h提高到1.7 h，去除率提高的幅度很大;水力停留時間從1.7 h提高到2.0 h，去除率提高的幅度很有限。

從試驗結果我們可以看出:水力停留時間為1.7 h，氣水比控制在(0.8～1.2)∶1，微污染的水塘水就能得到較好的處理。

3.3 對藻類的去除

原水富營養(yǎng)化所導致的高濃度藻類，一方面使常規(guī)處理工藝的加藥量增加;另一方面，使過濾池堵塞，過濾周期縮短，沖洗水量增加;此外被藍藻污染的水可對人和動物造成不良的影響，流行病學研究也表明飲用藍藻污染的溝塘水可引發(fā)肝腫瘤［4］。通常，常規(guī)工藝處理含藻類的原水會采用很高的預加氯，使水中產(chǎn)生很多三致物質(zhì)［5，6］。為此，在7月份原水中藻類濃度最高的時候，對在最佳工況下穩(wěn)定運行的生物接觸氧化池的除藻能力進行考察。藻類的去除見表2。從表2可以看出，在原水藻類濃度很高的情況下，采用接觸氧化工藝對原水進行生物預處理也能夠有效去除藻類，并且處理能力很穩(wěn)定。

表2 原水中藻類的去除

3.4 對混凝性能的影響

為了考察生物接觸氧化預處理對水塘水混凝性能的影響，做了原水和接觸氧化池出水最佳混凝劑投量的燒杯試驗。試驗在DBJ-621型六聯(lián)定時攪拌器上進行，選用硫酸鋁［Al2(SO4)3·18H2O］作為混凝劑，將水樣加入500 mL燒杯中，分別投加一定量的硫酸鋁溶液，以250 r/min的轉速攪拌5 min，再以50 r/min的轉速攪拌15 min，靜置20 min后取上清液測濁度。原水濁度為86 NTU，試驗結果見表3及表4。

表3 原水最佳混凝劑投量試驗

表4 接觸氧化池出水最佳混凝劑投量試驗

對比表3和表4，可以看出原水直接混凝沉淀處理效果很差，濁度去除率很低;經(jīng)接觸氧化預處理后，硫酸鋁投量在15 mg/L時，出水濁度可達8 NTU。由于原水中含有高濃度的藻類，其新陳代謝過程產(chǎn)生了一些含有羧基和酚基的有機物破壞了混凝過程［7］;而生物預處理通過去除這類有機物大大提高了原水的可處理性。

4 結語

1)彈性填料可變孔曝氣管曝氣的接觸氧化工藝能夠有效的處理受富營養(yǎng)化影響的微污染水塘水，該工藝具有投資費用省、運行費用低、操作管理簡單方便、不會堵塞、不需反沖洗等優(yōu)點，在蘇南農(nóng)村推廣具有很好的運用前景。2)生物接觸氧化工藝處理微污染水塘水的最佳運行參數(shù)為水力停留時間為1.7 h，氣水比為(0.8～1.2)∶1，可取得最佳的處理效果。3)生物接觸氧化工藝在進水藻類濃度很高的情況下也取得了很高的藻類去除率。4)生物接觸氧化工藝對水塘水進行預處理，在有效去除藻類的同時改善了水質(zhì)，為后續(xù)的常規(guī)處理提供了有利條件。燒杯混凝試驗表明，經(jīng)接觸氧化預處理后，硫酸鋁投量在15 mg/L時，出水濁度可達8 NTU。

［1］李家就，錢望新.富營養(yǎng)化湖泊水源生物預處理研究［J］.中國給水排水，1992，8(6):4-7.

［2］李樹苑.網(wǎng)狀填料生物氧化預處理受污染水庫水［J］.中國給水排水，1999，15(11):5-9.

［3］張 華，徐彬士.上?；菽纤畯S微污染水源水生物預處理工程設計［J］.給水排水，1999，25(8):1-4.

［4］國家環(huán)保局《水和廢水監(jiān)測分析方法》編委會.水和廢水監(jiān)測分析方法［M］.第4版.北京:中國環(huán)境科學出版社，2002.

［5］吳 靜.某市供水藻類污染及其毒性研究［J］.中國環(huán)境科學，2001，21(2):137-139.

［6］趙 影.巢湖水藻類毒性及對飲用水水質(zhì)影響［J］.環(huán)境與健康雜志，2003，20(4):219-222.

［7］王占生，劉文君.微污染水源飲用水處理理論及工程應用［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2011.