微污染原水的生物接觸氧化預(yù)處理研究

申請(qǐng)免費(fèi)試用、咨詢電話：400-8352-114

簡(jiǎn)介： 采用生物接觸氧化技術(shù)預(yù)處理微污染原水，并和水廠常規(guī)處理工藝進(jìn)行了對(duì)比。中試結(jié)果表明，原水濁度為50～200NTU、氨氮濃度為1～10mg/L、水溫為18～30℃時(shí)，生化池對(duì)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(yùn)行時(shí)，較高濁度(200～800NTU)的沖擊不會(huì)明顯影響生化池對(duì)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(shí)亞硝酸鹽氮積累增多；增加生物接觸氧化預(yù)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(guān)鍵字：微污染原水 預(yù)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(duì)比

　?、?中試工藝流程

　　② 水廠常規(guī)生產(chǎn)工藝流程

　　2 運(yùn)行參數(shù)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(jìn)水流量為1m³/h，停留時(shí)間為1.1h，池底設(shè)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(shí)，采用自然掛膜約需21d，此時(shí)的氨氮去除率約為60%。裝置24h連續(xù)運(yùn)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(yùn)行期間水溫18～30℃。

　　3 原水水質(zhì)和分析測(cè)定方法

　?、?原水水質(zhì)(見(jiàn)表1)

表1 黃浦江支流某河的原水水質(zhì)(1998年)測(cè)定項(xiàng)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(shù)據(jù)可知其受污染情況較嚴(yán)重，氨氮和亞硝酸鹽氮濃度高。
　?、?分析測(cè)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(duì)氨基苯磺酸—α-萘乙二胺光度法；
　　溶解氧：溶解氧測(cè)定儀。

　　4 結(jié)果與討論

　　4.1 生化池的溶解氧變化
　　試驗(yàn)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(dòng)很大，但生化池的出水溶解氧基本穩(wěn)定在5.5～8.0mg/L(見(jiàn)圖1)，由此可見(jiàn)生化池內(nèi)的溶解氧很充足。

　　4.2 生化池預(yù)處理效果及分析
　　4.2.1 濁度的去除(見(jiàn)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(jī)理主要依賴以下作用：
　?、?填料上生物膜的生物絮凝作用和對(duì)形成濁度的有機(jī)物吸附降解；
　?、?由于溶解氧充足，以細(xì)菌為食料的原生動(dòng)物大量繁殖促進(jìn)了生物絮凝，而且這些原生動(dòng)物(如輪蟲(chóng)和纖毛蟲(chóng)等)還可以吞食水中游離細(xì)菌和微小的污泥質(zhì)點(diǎn)，從而降低生化池出水的濁度；

　　③ 老化脫落的生物膜可起到生物絮凝劑的作用，與細(xì)小的懸浮顆粒形成大絮體沉降到底部；
　?、?部分原水中的較大顆粒可自然沉降除去。
　　總的來(lái)說(shuō)，當(dāng)原水濁度較高時(shí)，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(dāng)?shù)钠貧鈹嚢鑿?qiáng)度。若氣水比過(guò)大，會(huì)有部分老化脫落生物膜和固體顆粒被沖出生化池而導(dǎo)致出水濁度升高。
　　4.2.2 氨氮的去除(見(jiàn)圖3)

　　由圖3可見(jiàn)，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(shí)，生化池出水氨氮濃度為3mg/L,再經(jīng)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(yàn)可知，即使原水的COD_Mn達(dá)到12mg/L左右，COD_Mn值大小對(duì)氨氮的去除也沒(méi)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(lèi)細(xì)菌之間不會(huì)產(chǎn)生明顯的競(jìng)爭(zhēng)，所以生化池對(duì)氨氮的去除效果基本穩(wěn)定。
　　4.2.3 亞硝酸鹽氮的去除(見(jiàn)圖4)
　　由圖4可見(jiàn)，氨氮濃度較低時(shí)(＜2.5mg/L)，亞硝酸鹽氮的去除率在20%～50%，低于有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道(70%～90%)，而當(dāng)原水氨氮較高時(shí)(＞2.5mg/L)，亞硝酸鹽氮反而會(huì)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(duì)優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)空間的競(jìng)爭(zhēng)：異養(yǎng)菌因繁殖較快，占據(jù)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(xì)菌所占據(jù)，這樣亞硝化細(xì)菌就處于對(duì)溶解氧和基質(zhì)利用比較有利的位置；②濁度經(jīng)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(kuò)散到生物膜內(nèi)硝化細(xì)菌的表面；③氨氮濃度經(jīng)常較高，生物膜較厚，擴(kuò)散到膜內(nèi)氧的速率及氧量受到限制^[2］；④原水氨氮濃度較高時(shí)，硝化菌和亞硝化菌對(duì)溶解氧的競(jìng)爭(zhēng)：水中擴(kuò)散到膜表面的氧量和膜內(nèi)的氧量在一定曝氣強(qiáng)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?jǐn)U散到膜表面和膜內(nèi)的溶解氧，這時(shí)雖然水中溶解氧較高，但透過(guò)膜到達(dá)硝化細(xì)菌表面的溶解氧已較低，硝化細(xì)菌由于得不到足夠的溶解氧來(lái)氧化中間產(chǎn)物亞硝酸鹽氮，因而導(dǎo)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(nèi)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(yàn)中發(fā)現(xiàn)在生化池正常運(yùn)行時(shí)，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(shí)間以及水溫。

　　4.2.4 COD_Mn的去除(見(jiàn)圖5)

　　由圖5可見(jiàn)，COD_Mn的去除率在0.5%～25%。在水樣測(cè)定時(shí)，偶爾會(huì)出現(xiàn)生化池出水COD_Mn高于進(jìn)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(guò)大的情況下，這種情況經(jīng)常發(fā)生。
　　生化池去除水中有機(jī)物，一部分是通過(guò)微生物的直接分解，另一部分則是和濁度一起通過(guò)絮凝作用除去。從試驗(yàn)可以看出，隨原水氨氮濃度的升高，生化池對(duì)COD_Mn的去除率呈下降趨勢(shì)。
　　4.2.5 UV254的去除(見(jiàn)圖6)

　　由圖6可見(jiàn)，生化池對(duì)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(guān)性，說(shuō)明生化池對(duì)三鹵甲烷前體物的去除效果有限。
　　4.2.6 濁度對(duì)去除氨氮及有機(jī)物的影響
　　從試驗(yàn)可以看出，原水濁度在50～200NTU時(shí)，對(duì)生化池去除氨氮和COD_Mn的效果幾乎沒(méi)有影響；即使原水濁度有時(shí)≥400NTU，較高的濁度對(duì)氨氮和COD_Mn的去除率也沒(méi)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(shè)機(jī)械排泥裝置及時(shí)排泥，以防止池底污泥大量淤積，影響生化池的穩(wěn)定運(yùn)行。生產(chǎn)性應(yīng)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(jī)物的效果。
　　4.3 除污染效果對(duì)比
　　對(duì)于同時(shí)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(jìn)行去除污染效果的對(duì)比，結(jié)果如表2所示。

表2 生化和常規(guī)處理除污染效果對(duì)比 　　　%水質(zhì)指標(biāo)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?cè)コ?/tbody>

　　從表2可看出，增加生物接觸氧化預(yù)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(duì)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(yù)加氯在4～5mg/L，有害氯代副產(chǎn)物生成幾率增大；生化系統(tǒng)中的后續(xù)工藝對(duì)UV₂₅₄的總平均去除率為41.6%，而常規(guī)系統(tǒng)的約27.8%。通過(guò)比較，可知生物接觸氧化預(yù)處理強(qiáng)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(jié)論

　?、?生化池正常運(yùn)行時(shí)，原水濁度經(jīng)常在50～200NTU，水溫在20～30℃，生化池對(duì)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(huì)明顯影響生化池去除污染的效果，但宜設(shè)機(jī)械排泥裝置，每12h排泥一次，可保證生化池穩(wěn)定運(yùn)行。
　?、?亞硝酸鹽氮的去除主要和原水氨氮的濃度、停留時(shí)間和水溫有關(guān)，在原水氨氮濃度較低時(shí)，去除率為20%～50%，而原水氨氮濃度較高時(shí)則亞硝酸鹽氮反而會(huì)積累。
　?、?生化池對(duì)UV₂₅₄的去除率在1%～15%，平均約8%。
　?、?增加生物預(yù)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(chǎn)物的生成量。

　　參考文獻(xiàn)：
　?。?］中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)匯編［S］.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)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(jiǎn)介：張東(1972-)，男，安徽人，同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院98級(jí)博士生，研究方向：水處理技術(shù)與環(huán)境監(jiān)測(cè)分析。
電話：(021)65984822
收稿日期：2000-05-21