溶解氧對載體生物膜去除水源水氨氮與有機物的效果影響研究

李俊義 董浩韜 任鵬飛 劉穎詩 孫志民

摘要：目前一些生活飲用水水源水中有機物、氨氮含量較高，有些存在突發(fā)性含量較高，普遍采用的“混凝、沉淀、砂濾、消毒”工藝難以應對處理。載體生物膜工藝，能夠有效去除微污染水中的氨氮、有機物。本研究建立了處理水量1m3/h載體生物膜工藝中試試驗裝置，考察3種不同溶解氧濃度條件下CODMn、NH4+-N的去除效果，并對其生物相進行了分析。試驗結果表明：①提高溶解氧濃度可提高載體生物膜工藝對CODMn和NH4+-N的去除效果。②載體生物膜工藝，溶解氧濃度為3.5mg/L的情況下，出水CODMn為2.56mg/L、NH4+-N為0.4mg/L，滿足國家標準要求。③隨著溶解氧濃度的提高，載體上的生物相、生物群落豐富，出現(xiàn)運行效果良好的指示性生物腔輪蟲。

關鍵詞：載體生物膜;氨氮;有機物

中圖分類號：X505 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）06-0-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.06.069

Abstract： At present， some domestic drinking water sources have high levels of organic matter and ammonia nitrogen， and some have high burst content. The commonly used “coagulation， sedimentation， sand filtration， disinfection” process is difficult to deal with. The carrier biofilm process can effectively remove ammonia nitrogen and organic matter in micro-polluted water. In this study， a pilot test device for the treatment of 1m3/h carrier biofilm was established. The removal effects of CODMn and NH4+-N under three different dissolved oxygen concentrations were investigated and the biological phase was analyzed. This research established a pilot system of biofilm and ultrafiltration coupling process， investigate the CODMn， turbidity， ammonia and chlorophyllin the case of no flocculant addition， investigate the CODMn， turbidity， ammonia and chlorophyll A removal efficiency on different DO level.The results showed that： ①in the condition of no flocculant addition， the increase of DO concentration can effectively improve the CODMn and NH4+-N removal efficiency; ②In the condition of no flocculant addition and 2.5mg/L of DO concentration， the CODMn， turbidity and NH4+-N are removed effectively and the effluent quality is able to achieve the relevant requirements of the national standard for sanitation of drinking water;③Ultrafiltration is the key step of turbidity and chlorophyll A removal in the coupling process.

Key words： Biofilm;Ultrafiltration;Micro-polluted source water

某些生活飲用水源水中有機物、氨氮含量較高，有些存在突發(fā)性含量較高。我國七大水系中，可作為飲用水源的I～III類比例僅約為69%，有約31%的水質(zhì)斷面不可用作飲用水源[1]。由于受污染水體中的有機物種類繁多、性質(zhì)復雜，且同時存在其他的無機污染物，特別是氨氮，即使污染物濃度較低，依然難以處理。目前普遍采用的“混凝、沉淀、砂濾、消毒”常規(guī)工藝 [2]，很難滿足國家生活飲用水標準要求，面臨較大的供水安全隱患。

載體生物膜工藝，采用固定填料作為載體，使其表面附著生長大量微生物，通過向水中曝氣供氧，利用微生物的代謝作用，氧化分解水中的氨氮與有機物，從而有效去除微污染水中的氨氮、有機物。

為解決上述問題，本研究建立了處理水量為1m3/h的載體生物膜工藝中試裝置，考察了不同溶解氧（DO）濃度對載體生物膜工藝去除微污染水中有機物和氨氮效果的影響，并對載體上附著的生物膜，進行了觀測分析。

1 材料與方法

1.1 試驗用水和接種方法

本試驗進水取自某泵房外珠江西航段集水井處的珠江水，屬于珠江西航道鴉崗段，有效水深大于3m。根據(jù)相關監(jiān)測資料《關于2017年8月地表水考核斷面水質(zhì)狀況的報告》，珠江西航道鴉崗段水質(zhì)為V類水，具體水質(zhì)數(shù)據(jù)見表1。

試驗接種方法采用自然掛膜法，即將載體填料安裝后，系統(tǒng)進水鼓風曝氣運行，經(jīng)過1-2周載體上長滿生物膜，完成掛膜。

1.2 工藝方案

載體生物膜工藝是一種生物膜法的微污染水處理工藝。載體生物膜工藝中試裝置采用處理規(guī)模為1m3/h，連續(xù)運行;中試裝置有效水深為4m，其側壁從上到下依次設有出水口、進水口和排泥口;中試裝置底部設置曝氣風網(wǎng)，中部設置固定式生物膜載體填料。中試試驗裝置見圖1。

1.3 分析測試項目及方法

中試試驗分析測試項目：CODMn、NH4+-N、DO。

分析測試項目所采用的方法：CODMn采用高錳酸鉀法測定;NH4+-N采用納氏試劑分光光度法測定[3];溶解氧采用哈希HQ40D溶解氧儀測定。

2 結果與討論

2.1 溶解氧濃度對載體生物膜工藝去除有機物效果的影響

載體生物膜工藝中試裝置為保持微生物活性，采用連續(xù)曝氣方式運行。中試裝置內(nèi)部添加有載體生物膜填料，填料表面可大量生長和富集各種好氧型微生物，工藝裝置內(nèi)綜合生物量高，且微生物在曝氣的作用下絕大多數(shù)處于高活性的對數(shù)增長期，確保了良好的有機物、氨氮的去除效果。圖2～4為3種不同溶解氧濃度條件下，載體生物膜工藝對有機物的去除效果。

如圖2～4所示;第一組（圖2）調(diào)整系統(tǒng)中的DO為1.5mg/L，載體生物膜工藝試驗裝置的進水CODMn濃度均值為5.15 mg/L，濃度范圍為5.97～4.54mg/L，原水濃度較為平均，出水CODMn濃度均值為4.31mg/L，濃度范圍為4.06～4.67mg/L，去除率約16.2%，處理效果一般。

第二組（圖3）提升系統(tǒng)中溶解氧濃度至2.5mg/L，載體生物膜工藝試驗裝置的進水CODMn濃度均值為5.55 mg/L，其中3天的進水CODMn濃度達到了6mg/L以上，此時系統(tǒng)出水CODMn濃度均值為3.6mg/L，當系統(tǒng)出現(xiàn)沖擊負荷時，也能達到較好的去除效果，整體去除率約34.54%，出水效果有明顯改善。

第三組（圖4）繼續(xù)提升系統(tǒng)中溶解氧濃度至3.5mg/L載體生物膜工藝試驗裝置的進水CODMn濃度均值為4.88mg/L，濃度范圍為3.44～8.7mg/L;出水CODMn濃度均值為2.56mg/L，濃度范圍為2.29～2.95mg/L，去除率約43.38%，出水效果較為理想。

結果表明 ⑴載體生物膜工藝CODMn去除率，隨著溶解氧濃度升高而升高。但當溶解氧濃度超過2.5mg/L時CODMn去除率的增加速率會有所減緩。⑵在溶解氧濃度約為3.5mg/L時較為適合載體生物膜工藝去除微污染水中的CODMn，而且工藝出水CODMn濃度均<3mg/L，滿足《國家生活飲用水相關衛(wèi)生標準》（GB5749-2006）要求。

2.2 溶解氧濃度對載體生物膜工藝去除NH4+-N效果的影響

目前，我國很多供水廠都受到進水氨氮濃度突發(fā)升高的困擾，常規(guī)給水處理工藝對氨氮的去除效果并不理想[5]。載體生物膜工藝添加了生物膜載體填料，采用微生物預處理的方式對水體進行脫氮處理。本研究還針對載體生物膜工藝對氨氮的出去效果進行了研究。不同的溶解氧濃度對載體生物膜工藝去除氨氮的效果存在著明顯差別。圖5～7為3種不同溶解氧濃度條件下，載體生物膜工藝去除NH4+-N的檢測結果。

如圖5～7所示;第一組（圖5）調(diào)整系統(tǒng)中的溶解氧濃度為1.5mg/L，載體生物膜工藝試驗裝置的進水NH4+-N濃度均值為3.91mg/L，濃度范圍為2.57～7.93mg/L，處理后出水NH4+-N濃度均值為2.46mg/L，系統(tǒng)的氨氮抗沖擊負荷能力較差，處理效果不理想。

第二組（圖6）調(diào)整系統(tǒng)中的溶解氧濃度為2.5mg/L，載體生物膜工藝試驗裝置的進水NH4+-N濃度均值為3.81 mg/L，濃度范圍為3.2～4.37mg/L，處理后出水NH4+-N濃度均值為1mg/L，濃度范圍為0.62～1.8mg/L，去除率約73.59%，出水效果有明顯改善。

第三組（圖7）調(diào)整系統(tǒng)中的溶解氧濃度為3.5mg/L，載體生物膜工藝試驗裝置的進水NH4+-N濃度均值為3.88mg/L，濃度范圍為2.64～5.26mg/L，處理后出水NH4+-N濃度均小于0.5mg/L，且系統(tǒng)的抗沖擊能力較強，去除率近90%，出水效果較為理想，滿足國家標準要求。

試驗結果表明：載體生物膜工藝NH4+-N去除率隨著溶解氧濃度升高而升高; 在溶解氧濃度約為3.5mg/L時，較為適合載體生物膜工藝去除微污染水的NH4+-N，處理后出水NH4+-N濃度均值為0.4mg/L<0.5mg/L，濃度范圍為0.24～0.5mg/L，可滿足《國家生活飲用水相關衛(wèi)生標準》（GB5749-2006）要求。

3 結論

①載體生物膜工藝在不添加絮凝劑等化學藥劑的情況下，提高溶解氧濃度可有效提升CODMn和NH4+-N的去除效果。②載體生物膜工藝在不添加絮凝劑、溶解氧濃度為3.5mg/L的情況下，出水CODm濃度均值為2.56mg/L小于3mg/L，出水NH4+-N濃度均值為0.4mg/L<0.5mg/L，出水水質(zhì)滿足《國家生活飲用水相關衛(wèi)生標準》的相關要求。

參考文獻

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[3]國家環(huán)境保護總局. 水和廢水監(jiān)測分析方法[M]. 中國環(huán)境科學出版社， 2002.

[4]羅濤，朱正鴻.超濾工藝凈化微污染原水的試驗研究[J].環(huán)境科學與技術，2009，32（12）：71-74.

[5]田沙沙， 劉清華. 供水廠原水氨氮污染的處理方法[J]. 資源節(jié)約與環(huán)保， 2013（7）：172-172.

收稿日期：2019-04-30

作者簡介：李俊義（1985-），男，漢族，本科學歷，研究方向為環(huán)境工程。