臭氧/復(fù)合濾料生物濾池深度處理飲用水試驗(yàn)研究

李梅等

摘要：根據(jù)水污染的特點(diǎn)以及深度處理引用水的規(guī)定，以污染物極性視角出發(fā)，將活性炭與多孔性軟陶粒為新型復(fù)合濾料?；钚蕴靠蓪Ψ菢O性分子進(jìn)行吸附，因比陶?？障洞?，對分子直徑無特別要求；陶粒具有很強(qiáng)的極性吸附，對不飽和與極性分子的親和力較強(qiáng)，可選擇吸附極化率大的非極性分子。對于CHCl3與氨氮等有機(jī)物，陶粒吸附力大于活性炭。本文將生物降解技術(shù)、濾料化學(xué)與物理吸附、臭氧吸附相結(jié)合，分析符合濾料生物濾池深度處理飲用水的能力。

關(guān)鍵詞：臭氧/復(fù)合濾料 生物濾池深度處理 飲用水試驗(yàn)

1 實(shí)驗(yàn)材料和辦法

1.1 實(shí)驗(yàn)水質(zhì)

本實(shí)驗(yàn)選用的水為經(jīng)常規(guī)處理后的某水庫水，水質(zhì)情況是：8.26-8.38為pH值，2.53-5.03NTU為濁度，0.156-

0.199cm-1為UV254，氯化物、CODMn、鐵、NO2--N、NH4+-N、硫酸鹽等分別是（11.0-12.5）、（3.13-5.35）、（0.06-0.11）、（0.15-0.20）、（0.52-0.73）、（24.2-35.1）mg/L。在對水質(zhì)分析發(fā)現(xiàn)，水庫中NH4+-N與CODMn含量超標(biāo)，需做進(jìn)一步的深度處理，以實(shí)現(xiàn)人類安全衛(wèi)生飲用。

1.2 實(shí)驗(yàn)工藝參數(shù)

臭氧發(fā)生器的型號為CF-G-3-2.5kg/h，2-4mg/L為濃度；不銹鋼材料為接觸臭氧柱，高90cm，內(nèi)徑10cm；有機(jī)玻璃為濾柱材料，1.5m濾料層高，均勻混合的陶粒與活性炭為填充料。實(shí)驗(yàn)主要研究掛膜與去除污染物情況，另外考慮處理效果與參數(shù)的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 掛膜

濾柱在掛膜期連續(xù)一天進(jìn)出水，為快速形成生物膜，直接過濾原水，不接臭氧，以20-30分鐘為接觸時間，另外，逐漸抬高氣溫也可快速生成生物膜。經(jīng)14d，實(shí)現(xiàn)30%以上的CODMn除去率，實(shí)現(xiàn)60%以上的NH4+-N去除率，那么可斷定完成掛膜，進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行環(huán)節(jié)。

2.2 運(yùn)行穩(wěn)定環(huán)節(jié)除去污染物特性

①凈水成效受EBCT的影響。以3mg/L為臭氧固定投加量，以進(jìn)水量硬性EBCT，在EBCT差異情況下，分析NO2--N、NH4+-N、濁度、CODMn的除去情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)空床接觸時間增加，指標(biāo)除去率有升高態(tài)勢。若EBCT變化時間為5-15min，NO2--N與NH4+-N去除率分別為提高47%與13%；再做EBCT延長，對二者的去除率有所提高但幅度小；延長為24min時，僅高出12min的2%與6%。這是因?yàn)镹H4+-N的濃度在原水中比較低，濾料上的菌種為營養(yǎng)貧瘠型微生物，其表面積大，基質(zhì)親和力強(qiáng)，Monod保護(hù)常數(shù)與最快繁殖速度較小。同時硝化菌硝化能力強(qiáng)，可分解NH4+-N。在這一過程中，CODMn的除去率提高值為9%→11%，濁度除去率提高了11%→16%，增長明顯。綜合經(jīng)濟(jì)、水量與效果，15min的EBCT為最佳。

②高度差異的出水水質(zhì)。a濁度變化，2.34NTU與0.5NTU分別為實(shí)驗(yàn)期間進(jìn)出水的濁度，69.1%為平均除去率。我們得知，濁度為沿程下降態(tài)勢，在高于50cm的濾柱處集中，且在50cm處已有62%去除率。b氮化物濃度變化，順?biāo)飨虻腘H4+-N濃度降低，在濾層上部的40cm為除去集中，往下則呈現(xiàn)逐漸減小趨勢。這是因?yàn)樵跒V床上層DO與營養(yǎng)物質(zhì)充足，生物活性佳，微生物多；低于40cm則因降低了溶解氧濃度，硝化除去能力被制約。此外，厭氧菌種、需氧菌種可能影響氨氮去除率，比如反硝化菌、亞硝化菌、氨化菌等，其數(shù)量與分布對NH4+-N有影響。

總體上說，NH4+-N在生物活性濾床去除下，實(shí)現(xiàn)91.2%的平均去除率，高出03/BAC。單獨(dú)活性炭的去除效果沒復(fù)合濾料效果佳，可能是陶粒具很強(qiáng)極性，可親和氨氮。NH4+-N在濾料上層受微生物影響，而下層則受到吸附影響。因臭氧原因，濾料層中有充足的氧，可實(shí)現(xiàn)2mg/L的出水溶解氧濃度，硝化菌與亞硝化菌生長一致，作用徹底，平均實(shí)現(xiàn)75.8%的NO2--N去除率。

2.3 凈水效果受污染負(fù)荷的影響

①進(jìn)水CODMn濃度影響。a影響CODMn的去除率。進(jìn)水CODMn的值與去除CODMn的效果成正比。比如若將CODMn的進(jìn)水濃度從3mg/L提升9mg/L再提升6mg/L，那么可實(shí)現(xiàn)16%→79%→85%的CODMn去除率，相關(guān)性擬合為對數(shù)關(guān)聯(lián)，0.8為相關(guān)系數(shù)。之所以會出現(xiàn)此種情況，在于若提高CODMn的進(jìn)水濃度，有更多的營養(yǎng)物質(zhì)供異養(yǎng)菌生長，生物作用佳，提升去除率。b影響NH4+-N的去除率。CODMn進(jìn)水濃度減少則NH4+-N去除率增加，也是0.8的對數(shù)關(guān)系。比如，若CODMn的進(jìn)水濃度從3mg/L提升9mg/L再提升7mg/L，那么可實(shí)現(xiàn)93%→60%→50%的NH4+-N去除率。濃度增加卻抑制了去除率，主要是由于DO受到異養(yǎng)菌與自養(yǎng)菌的競爭，異養(yǎng)菌生長茂盛，借助水中氧加上豐富的營養(yǎng)繁殖迅速，另外，因?yàn)檠跏艿缴锬さ淖璧K，硝化菌被限制生長，硝化反應(yīng)減弱，降低去除率。

②進(jìn)水NH4+-N濃度影響。下表為NH4+-N與NO2--N的進(jìn)水濃度變化值，總共實(shí)驗(yàn)30次，每三次得出亞硝酸鹽氮與氨氮的去除率。（見下表）

由表得知，NO2--N與NH4+-N的濾柱去除率和NH4+-N關(guān)聯(lián)，若NH4+-N進(jìn)水值較低，那么二者的去除效果也差，并有積累現(xiàn)象。第一，若NH4+-N的進(jìn)水濃度小，那么濾料表面和液相本體的濃度就小，濾料無法遷移以及無法吸附NH4+-N，再因其他離子濃度在增加，氨離子和其競爭降低了NH4+-N的去除率；第二，若NH4+-N的進(jìn)水濃度小，因硝化菌與亞硝化菌無營養(yǎng)物質(zhì)，生物量不多，NO2--N與NH4+-N受濾柱影響小。若NH4+-N進(jìn)水濃度加大，那么NO2--N與NH4+-N的去除效果也更好，若提升至1.7mg/L的NH4+-N進(jìn)水的濃度，那么可實(shí)現(xiàn)88%的去除率，再提高1mg/L濃度，那么則為80%的去除穩(wěn)定。若提高至0.6mg/L的氨氮進(jìn)水濃度，可實(shí)現(xiàn)90%的NO2--N去除，之后再提升NH4+-N濃度，NO2--N去除效果減弱，若提升至1.5mg/L的氨氮進(jìn)水濃度，那么NO2--N進(jìn)出水平均濃度是0.116與0.075mg/L，下降到35.8%的去除率。若提升至2mg/L的NH4+-N濃度，那么去除NO2--N效率為9.48%。再不斷提升氨氮濃度，NO2--N發(fā)生積累。這主要由于硝化作用不完全。所以，進(jìn)水溶解氧濃度適度提高或1.5mg/L>NH4+-N進(jìn)水濃度，可實(shí)現(xiàn)水庫水飲用。

3 結(jié)語

我國為淡水資源貧乏的國家，有效利用水資源，變廢為寶是國家發(fā)展大計(jì)，人民生存之本。水是生命的源泉，保護(hù)水資源，人人有責(zé)。將不可飲用水經(jīng)復(fù)合生物濾池處理，可滿足日常飲用。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊家軒，馬軍，時玉龍等.氣浮/復(fù)合濾料生物濾池工藝處理低溫、高氨氮原水[J].中國給水排水，2013，29（21）：5-10.

[2]李滿，李瑩.臭氧/復(fù)合吸附深度處理飲用水試驗(yàn)研究[J].青島理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，33（5）：58-64.

[3]曾志清.化學(xué)氧化-BAF組合工藝預(yù)處理復(fù)合污染原水研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2012.

[4]劉瑋.飲用水深度處理試驗(yàn)研究[D].山東建筑大學(xué)，2010.

[5]趙南南.沸石-活性炭復(fù)合濾料生物濾池與O3-BAC組合工藝處理微污染水源水中試研究[D].河北工程大學(xué)，2011.

[6]梁利娜，王鄭，楊鎧誠等.凹凸棒活性炭復(fù)合濾料對水中CODMn的吸附研究[J].河北化工，2010（1）：2-4.

作者簡介：

李梅（1968-），女，河南南陽人，副科長，工程師，研究方向：給排水方向。