微污染原水的生物接觸氧化預處理研究

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簡介： 采用生物接觸氧化技術預處理微污染原水，并和水廠常規(guī)處理工藝進行了對比。中試結果表明，原水濁度為50～200NTU、氨氮濃度為1～10mg/L、水溫為18～30℃時，生化池對氨氮的去除率為60%～80%，CODMn去除率為0.5%～25%，UV254的去除率為1%～15%；正常運行時，較高濁度(200～800NTU)的沖擊不會明顯影響生化池對氨氮和CODMn的去除；生化池的亞硝酸鹽氮去除率為20%～50%，在原水氨氮濃度較高時亞硝酸鹽氮積累增多；增加生物接觸氧化預處理工藝，顯著提高了后續(xù)混凝沉淀池和砂濾池的除污染效果。
關鍵字：微污染原水 預處理 生物接觸氧化

Research on Pretreatment of Micro-Polluted Source Water by Biological
Contact Oxidation Process
ZHANG Dong，XU Jian-hua，LIU Hui
(School of Environ.Sci.and Eng.,Tongji Univ.,Shanghai 200092,China)

　　Abstract： Experimental research on pretreatment of polluted raw water with higher turbidity and higher ammonia-N concentration by biological contact oxidation process (B COP) with elastic packing was conducted and compared with conventional water treatment process.Experimental results showed that removal rates of ammonia-N,COD_Mn,and UV254 were 60%～80%,0.5%～25%,and 1%～15% respectively at raw water turbidity of 50～200NTU,ammonia-N concentration of 1～10mg/L and temperature of 18～30 ℃.During the test, higher turbidity (from 200 NTU to 800NTU) of raw water had no significant effect on removal efficiency of ammonia-N and COD_Mn.Nitrite removal rate was 20%～50%,but nitrite accumulation took place when ammonia-N concentration was rather high.With the BCOP,pollutants removal effects of subsequent sedimentation tank and rapid sand filter could be improved.
　　Keywords: micro-polluted source water;pretreatment;biological contact oxidation

　　1 工藝流程對比

　　① 中試工藝流程

　?、?水廠常規(guī)生產工藝流程

　　2 運行參數和掛膜情況

　　生化池采用YDT型彈性立體填料，裝填高度為3.7m，進水流量為1m³/h，停留時間為1.1h，池底設微孔曝氣器，氣水比為(0.5～1.0)∶1。原水的濁度較高，水溫17～20℃時，采用自然掛膜約需21d，此時的氨氮去除率約為60%。裝置24h連續(xù)運行，混凝沉淀池投加PAC為10 mg/L，砂濾池反沖洗周期為12h。生化系統(tǒng)運行期間水溫18～30℃。

　　3 原水水質和分析測定方法

　?、?原水水質(見表1)

表1 黃浦江支流某河的原水水質(1998年)測定項目濃度范圍年平均值濁度(NTU)
氨氮(mg/L)
COD_Mn(mg/L)
亞硝酸鹽氮(mg/L)
溶解氧(mg/L)48～1000
0.6～14
2.0～8.0
0.080～0.642
2.11～11.89147
3.3
4.1
0.175
6.50

　　從表1數據可知其受污染情況較嚴重，氨氮和亞硝酸鹽氮濃度高。
　　② 分析測定方法
　　濁度：HACH2100型濁度儀；
　　氨氮^［1］：納氏試劑分光光度法；
　　COD_Mn^［1］：酸性高錳酸鉀法；
　　亞硝酸鹽氮^［1］：對氨基苯磺酸—α-萘乙二胺光度法；
　　溶解氧：溶解氧測定儀。

　　4 結果與討論

　　4.1 生化池的溶解氧變化
　　試驗期間生化池的氣水比為(0.5～1.0)∶1，原水的溶解氧和氨氮含量波動很大，但生化池的出水溶解氧基本穩(wěn)定在5.5～8.0mg/L(見圖1)，由此可見生化池內的溶解氧很充足。

　　4.2 生化池預處理效果及分析
　　4.2.1 濁度的去除(見圖2)
　　從圖2可以看出，濁度的去除率在5%～40%,平均約17%，其去除機理主要依賴以下作用：
　　① 填料上生物膜的生物絮凝作用和對形成濁度的有機物吸附降解；
　?、?由于溶解氧充足，以細菌為食料的原生動物大量繁殖促進了生物絮凝，而且這些原生動物(如輪蟲和纖毛蟲等)還可以吞食水中游離細菌和微小的污泥質點，從而降低生化池出水的濁度；

　?、?老化脫落的生物膜可起到生物絮凝劑的作用，與細小的懸浮顆粒形成大絮體沉降到底部；
　　④ 部分原水中的較大顆?？勺匀怀两党?。
　　總的來說，當原水濁度較高時，濁度的去除以自然沉降和生物絮凝沉降為主，生物吞噬分解能力有限。微孔曝氣的生化池氣水比一般取(0.5～1.0)∶1，既可以使生化池有足夠的溶解氧，又有適當的曝氣攪拌強度。若氣水比過大，會有部分老化脫落生物膜和固體顆粒被沖出生化池而導致出水濁度升高。
　　4.2.2 氨氮的去除(見圖3)

　　由圖3可見，生化池氨氮的去除率在60%～85%。原水的氨氮濃度為10mg/L，水溫≥20℃時，生化池出水氨氮濃度為3mg/L,再經后續(xù)的混凝沉淀和砂濾工藝，濾后水的氨氮濃度＜1mg/L。
　　由試驗可知，即使原水的COD_Mn達到12mg/L左右，COD_Mn值大小對氨氮的去除也沒有明顯影響。這可能是由于生化池中的溶解氧很充足，能滿足硝化菌和異養(yǎng)菌的最大需要，這兩類細菌之間不會產生明顯的競爭，所以生化池對氨氮的去除效果基本穩(wěn)定。
　　4.2.3 亞硝酸鹽氮的去除(見圖4)
　　由圖4可見，氨氮濃度較低時(＜2.5mg/L)，亞硝酸鹽氮的去除率在20%～50%，低于有關文獻報道(70%～90%)，而當原水氨氮較高時(＞2.5mg/L)，亞硝酸鹽氮反而會積累增多。分析其原因可能是：①生化池填料表面自養(yǎng)菌之間以及自養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌之間對優(yōu)勢生長空間的競爭：異養(yǎng)菌因繁殖較快，占據生物膜的外表層一部分空間，而另外的絕大部分外表層空間則為亞硝化細菌所占據，這樣亞硝化細菌就處于對溶解氧和基質利用比較有利的位置；②濁度經常較高，生物膜表面有淤泥，阻礙水中的溶解氧和亞硝酸鹽氮擴散到生物膜內硝化細菌的表面；③氨氮濃度經常較高，生物膜較厚，擴散到膜內氧的速率及氧量受到限制^[2］；④原水氨氮濃度較高時，硝化菌和亞硝化菌對溶解氧的競爭：水中擴散到膜表面的氧量和膜內的氧量在一定曝氣強度下基本是恒定的，亞硝化菌由于氧化較高濃度氨氮，消耗了大部分擴散到膜表面和膜內的溶解氧，這時雖然水中溶解氧較高，但透過膜到達硝化細菌表面的溶解氧已較低，硝化細菌由于得不到足夠的溶解氧來氧化中間產物亞硝酸鹽氮，因而導致生化池中亞硝酸鹽氮積累增多。一般生化池的氣水比維持在(0.5～1.0)∶1,則池內溶解氧≥5.5mg/L，故生化池的氣水比不是影響亞硝酸鹽氮積累的主要因素。試驗中發(fā)現在生化池正常運行時，影響生化池水中亞硝酸鹽氮積累增多的主要因素為原水的氨氮含量、停留時間以及水溫。

　　4.2.4 COD_Mn的去除(見圖5)

　　由圖5可見，COD_Mn的去除率在0.5%～25%。在水樣測定時，偶爾會出現生化池出水COD_Mn高于進水的情況，這可能是老化脫落的生物膜隨水帶出生化池所致。在氣水比過大的情況下，這種情況經常發(fā)生。
　　生化池去除水中有機物，一部分是通過微生物的直接分解，另一部分則是和濁度一起通過絮凝作用除去。從試驗可以看出，隨原水氨氮濃度的升高，生化池對COD_Mn的去除率呈下降趨勢。
　　4.2.5 UV254的去除(見圖6)

　　由圖6可見，生化池對UV254的去除率在1%～15%之間，平均約8%。UV254和三鹵甲烷的生成能力(THMFP)有很好的相關性，說明生化池對三鹵甲烷前體物的去除效果有限。
　　4.2.6 濁度對去除氨氮及有機物的影響
　　從試驗可以看出，原水濁度在50～200NTU時，對生化池去除氨氮和COD_Mn的效果幾乎沒有影響；即使原水濁度有時≥400NTU，較高的濁度對氨氮和COD_Mn的去除率也沒有明顯的影響。但是，處理較高濁度微污染原水的生化池，宜設機械排泥裝置及時排泥，以防止池底污泥大量淤積，影響生化池的穩(wěn)定運行。生產性應用表明，原水濁度在50～200NTU，宜12h排泥一次，以保證生化池穩(wěn)定的去除氨氮和有機物的效果。
　　4.3 除污染效果對比
　　對于同時取某河原水的中試生化系統(tǒng)和水廠常規(guī)處理系統(tǒng)進行去除污染效果的對比，結果如表2所示。

表2 生化和常規(guī)處理除污染效果對比 　　　%水質指標生化處理常規(guī)處理1234234氨氮平均去除率70.215.111.296.52.953.566.51COD_Mn平均去除率10.027.212.549.722.710.032.7UV₂₅₄平均去除率7.835.46.249.417.610.227.8注　1 為生物接觸氧化池 　2 為混凝沉淀池
　　3 為砂濾池 　　　　　4 為總去除率

　　從表2可看出，增加生物接觸氧化預處理工藝，后續(xù)的混凝沉淀池和砂濾池都有一定的除氨氮能力，總平均去除率為26.3%，而水廠常規(guī)處理系統(tǒng)的去除能力極為有限，約為6.51%；兩系統(tǒng)中的混凝沉淀池和砂濾池對COD_Mn的總平均去除率分別為39.7%和32.7%，而且常規(guī)系統(tǒng)中預加氯在4～5mg/L，有害氯代副產物生成幾率增大；生化系統(tǒng)中的后續(xù)工藝對UV₂₅₄的總平均去除率為41.6%，而常規(guī)系統(tǒng)的約27.8%。通過比較，可知生物接觸氧化預處理強化了后續(xù)常規(guī)處理工藝的生化除污染能力，顯著提高了后續(xù)工藝的除污染效果。

　　5 結論

　?、?生化池正常運行時，原水濁度經常在50～200NTU，水溫在20～30℃，生化池對氨氮的去除率為60%～80%、COD_Mn的去除率為0.5%～25%，較高濁度的沖擊不會明顯影響生化池去除污染的效果，但宜設機械排泥裝置，每12h排泥一次，可保證生化池穩(wěn)定運行。
　?、?亞硝酸鹽氮的去除主要和原水氨氮的濃度、停留時間和水溫有關，在原水氨氮濃度較低時，去除率為20%～50%，而原水氨氮濃度較高時則亞硝酸鹽氮反而會積累。
　?、?生化池對UV₂₅₄的去除率在1%～15%，平均約8%。
　?、?增加生物預處理的工藝系統(tǒng)和水廠的常規(guī)處理系統(tǒng)相比較，前者不但混凝沉淀池和砂濾池有顯著的除污染效果，而且可以大大減少加氯量和有害氯代副產物的生成量。

　　參考文獻：
　　［1］中國標準出版社.水質標準方法國家標準匯編［S］.中國標準出版社，1996.
　?。?］J M Garridio,et al. Influence of Dissolved Oxygen Concentration on Nitrite Acumulation in a Biofilm Airlift Suspension Reactor［J］.Biotech. and Bioeng.,1997，(53)：168-173.

作者簡介：張東(1972-)，男，安徽人，同濟大學環(huán)境科學與工程學院98級博士生，研究方向：水處理技術與環(huán)境監(jiān)測分析。
電話：(021)65984822
收稿日期：2000-05-21