吳文靜，花日茂，徐 微

（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，安徽 合肥 230036）

空床停留時(shí)間對(duì)生物活性濾池運(yùn)行效果的影響研究

吳文靜，花日茂，徐 微

（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，安徽 合肥 230036）

在濾層厚度等條件一定的情況下，研究了空床停留時(shí)間（EBCT）對(duì)微量有機(jī)污染物，氨氮及亞硝酸鹽氮去除效果的影響。結(jié)果表明隨著EBCT的增加污染物質(zhì)去除率有所提高，但EBCT大于15min以后，去除率增加不顯著。實(shí)驗(yàn)條件下，最佳EBCT為15min，該EBCT下出水CODMn、UV254、氨氮、亞硝酸鹽氮、去除率分別達(dá)到32.2%、21.2%、83.2%、97.3%。

空床停留時(shí)間；生物活性濾池；有機(jī)物；氨氮；亞硝酸鹽氮

生物活性濾池將傳統(tǒng)過(guò)濾和生物處理技術(shù)相結(jié)合，以達(dá)到去除水中懸浮顆粒物和微量有機(jī)物的雙重目的，且不需要增加任何新的構(gòu)筑物，只需對(duì)濾料進(jìn)行改進(jìn)，因此在飲用水處理中具有重要意義和很好的應(yīng)用前景?？沾餐Ａ魰r(shí)間（EBCT）是生物濾池運(yùn)行效果的影響因素之一，指濾層厚度和水力負(fù)荷之比，微生物降解水中的污染物需要一定的接觸時(shí)間，進(jìn)而完成一系列的生化反應(yīng)。一般而言，停留時(shí)間越長(zhǎng)，生化反應(yīng)越充分，污染物去除率越高，但是停留時(shí)間越長(zhǎng)，所需要的構(gòu)筑物的體積越大，投入的資金越多。因此，從實(shí)際工程應(yīng)用考慮，在保證污染物一定去除率的前提下，盡量縮短停留時(shí)間。本試驗(yàn)在濾層厚度一定的情況下，研究了活性炭-石英砂雙層濾料組合的生物活性濾池在不同的空床停留時(shí)間下，對(duì)高錳酸鹽指數(shù)（CODMn），氨氮（NH4+-N），亞硝酸鹽氮（NO2--N），UV254的去除效果。

1 試驗(yàn)裝置與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

濾池由有機(jī)玻璃材質(zhì)制成，直徑300mm，高2.5m。底部鋪設(shè)卵石承托層400mm，濾料由上層60cm活性炭層和下層40cm石英砂層構(gòu)成，其中活性炭粒徑為0.05cm，如圖1所示。

圖1 濾池示意圖

1.2 試驗(yàn)原水

根據(jù)一般微污染水源水質(zhì)狀況，采取配水的方式模擬常規(guī)沉淀處理后的水，配水方案：自來(lái)水在水箱中放置過(guò)夜以去除余氯后，投加0.5g葡萄糖，1.5g氯化銨，0.1g亞硝酸鈉，2.5g牛肉膏，表征污染物質(zhì)，試驗(yàn)進(jìn)水水質(zhì)狀況見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)進(jìn)水水質(zhì)參數(shù)

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

在濾層厚度為100cm的情況下，分別研究空床停留時(shí)間為 7.5min，10min，15min，30min 時(shí)生物活性濾池對(duì)CODMn，氨氮，亞硝態(tài)氮，UV254的去除效果，實(shí)驗(yàn)所測(cè)指標(biāo)及測(cè)定方法見(jiàn)表2。4個(gè)空床停留時(shí)間下分別做6組平行實(shí)驗(yàn)，測(cè)定各指標(biāo)的進(jìn)出水濃度，以求得去除率，并通過(guò)比較平均去除率來(lái)分析空床停留時(shí)間對(duì)各污染物質(zhì)去除效果的影響規(guī)律。

表2 實(shí)驗(yàn)所測(cè)指標(biāo)及測(cè)定方法

2 結(jié)果與分析

2.1 空床停留時(shí)間對(duì)有機(jī)物去除效果的影響

試驗(yàn)考察了CODMn和UV254兩個(gè)指標(biāo)，表3，表4為不同工況下去除率數(shù)值（%），圖2反映了不同工況對(duì)有機(jī)物平均去除率的影響。

表3 各工況CODMn去除率數(shù)值

表4 各工況UV254去除率數(shù)值

圖2 各工況有機(jī)物平均去除率比較

試驗(yàn)結(jié)果顯示，在空床停留時(shí)間為7.5min-15min，生物活性濾池對(duì)有機(jī)物去除率的影響較為顯著，隨著空床停留時(shí)間的增加去除率明顯提高，當(dāng)EBCT增加到一定值后，對(duì)有機(jī)物的去除率影響程度逐漸減小。生物活性濾池能有效去除的是可生物降解有機(jī)物(BDOC)，尤其是生物可同化有機(jī)碳(AOC)，LeChevallier等的研究表明，在生物活性濾池內(nèi)只需2min左右,微生物就能夠降解62%-90%的AOC，但是要去除90%的BDOC,卻需要10-20min的接觸時(shí)間。[1]因此,為了保證微生物對(duì)有機(jī)物的充分降解，停留時(shí)間也不宜過(guò)短。

表4表明，UV254的去除受EBCT影響較大, 隨EBCT的增加一直保持較明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)。這是因?yàn)樵谧贤鈪^(qū)有強(qiáng)吸收的物質(zhì)一般分子量較大，這部分有機(jī)物大部分屬于難生物降解的物質(zhì),微生物與其作用需要較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間，生物膜對(duì)這些物質(zhì)的去除主要通過(guò)兩方面的作用：一方面，微生物胞外酶將大分子有機(jī)物分解為小分子有機(jī)物，然后被微生物所利用；另一方面，微生物分泌的多聚糖等黏性物質(zhì)有類似化學(xué)絮凝的作用，使部分大分子有機(jī)物在生物反應(yīng)器中被生物膜吸附,反沖洗時(shí)被帶出反應(yīng)器。[2]

生物活性濾池對(duì)CODMn去除率高于UV254的原因是CODMn包含膠體部分的有機(jī)物，經(jīng)過(guò)普通過(guò)濾的截留作用也能去除，而UV254所代表的有機(jī)物是溶解態(tài)的，反映的是水中芳香族化合物和具有共軛雙鍵的化合物的含量，依靠生物降解作用能對(duì)其部分去除，但效果有限。

2.2 空床停留時(shí)間對(duì)氨氮，亞硝態(tài)氮去除效果的影響

微污染原水中的氮以有機(jī)氮，氨氮，亞硝酸鹽氮，硝酸鹽氮的形式存在，有機(jī)氮通常在氨化菌的作用下轉(zhuǎn)化為氨氮，[3]雖然供水中的氨氮對(duì)健康不造成直接影響，但是為自養(yǎng)菌繁殖的電子供體，會(huì)對(duì)水處理過(guò)程產(chǎn)生一定危害。當(dāng)氨氮濃度達(dá)到0.25mg/L就足以使硝化菌生長(zhǎng)，而硝化菌和氨釋放出來(lái)的有機(jī)物會(huì)產(chǎn)生臭味。在消毒工藝中，氨與氯會(huì)形成氯胺,同時(shí)消耗大量的氯，降低消毒效果。而亞氮的存在對(duì)飲用水的安全不利，人體中亞氮的積累會(huì)取代紅細(xì)胞中氧的位置，最終導(dǎo)致窒息。亞氮在水中與二級(jí)胺、酰胺或類似氮氧化物發(fā)生反應(yīng)，形成直接致癌的亞硝基化合物，從而影響人體身體健康。[4]

生物活性濾柱對(duì)氨氮的去除是在亞硝化桿菌的作用下先將氨氮氧化成亞硝酸鹽氮，然后硝化桿菌將亞硝酸鹽氮氧化成硝酸鹽氮。就微污染水源而言，水中有機(jī)物濃度低，這種水質(zhì)有利于自養(yǎng)型細(xì)菌生長(zhǎng)，氨氮硝化過(guò)程較容易完成。表5，表6為不同工況下氨氮和亞硝酸鹽氮的去除率，圖3是平均去除率比較。

表5 各工況氨氮去除率數(shù)值

表6 各工況亞硝酸鹽氮去除率數(shù)值

圖3 各工況氨氮，亞硝酸鹽氮平均去除率比較

由圖3可見(jiàn)，當(dāng)EBCT為7.5min-10min氨氮的去除率增加較明顯，當(dāng)停留時(shí)間過(guò)短，水力負(fù)荷過(guò)大，填料表面的生物膜受到較強(qiáng)的沖刷，有所損失，所以對(duì)氨氮的去除率會(huì)較低，EBCT由57.5%上升至75.3%，當(dāng)EBCT大于10min，其去除率隨停留時(shí)間的增加變化不大，穩(wěn)定在85%左右，氨氮去除率高的原因是：1.雖然有機(jī)氮降解速度大于氨氮降解速度，但是試驗(yàn)進(jìn)水中有機(jī)氮的含量很低；2.本實(shí)驗(yàn)是在微生物馴化富集已達(dá)到穩(wěn)定的條件下完成的，硝化桿菌和亞硝化桿菌生長(zhǎng)均已成熟，硝化能力較強(qiáng)，能在較短時(shí)間將氨氮吸附分解氧化。

而EBCT小于10min時(shí)，出現(xiàn)了明顯的亞硝酸鹽氮積累現(xiàn)象，且EBCT越小積累現(xiàn)象越嚴(yán)重，因?yàn)榘钡南趸^(guò)程是分兩步進(jìn)行的，需要一定的接觸時(shí)間作保證，當(dāng)細(xì)菌與氨氮的接觸時(shí)間不夠時(shí)，反應(yīng)便只能進(jìn)行到亞硝化階段，EBCT為10min-15min時(shí)，亞硝酸鹽氮積累現(xiàn)象逐漸消失，且去除率隨EBCT增加明顯的上升，到15min時(shí)達(dá)到97%，因?yàn)橄趸瘲U菌已經(jīng)形成穩(wěn)定的狀態(tài)，只要接觸時(shí)間足夠，則很容易將亞硝態(tài)氮氧化為硝態(tài)氮。而EBCT在30min時(shí)，亞硝酸鹽氮去除率明顯下降，所以最適宜EBCT為 15min。

3結(jié) 論

生物活性濾池在濾層厚度一定的條件下，空床停留時(shí)間在7.5min-30min范圍內(nèi)，對(duì)污染物質(zhì)的去除率隨著空床停留時(shí)間的增加均有所提高，到15min以后增長(zhǎng)不明顯。當(dāng)停留時(shí)間小于15min并繼續(xù)縮短時(shí)，去除率明顯降低。雖然空床停留時(shí)間的增加有利于生物活性濾池對(duì)污染物質(zhì)的去除，但是會(huì)使得工程投資增加，所以在保證污染物質(zhì)去除效果的前提下，不適宜采取過(guò)長(zhǎng)的空床停留時(shí)間，在本試驗(yàn)研究條件下，最適宜EBCT為15min。

[1]LECHEVALLIERMW,BECKERW C,SCHORR P.Evaluating the performance of biologically active rapid filters[J].Journal of AmericanWaterWorksAssociation,2006,84:136-146．

[2]王占生,劉文君．微污染水源飲用水處理[M]．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2002:10-11．

[3]孟慶梅，孟慶娟，韓超．生物過(guò)濾處理為污染水機(jī)理分析[J]．山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，23（3）:69-72．

[4]王華,譚秋，呂錫武，楊開(kāi)明．空床停留時(shí)間對(duì)生物活性濾池強(qiáng)化過(guò)濾效果研究[J]．安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37(16):7634-7635，7641．

The Effect of EBCT on Biologically Enhanced Activated Filter

Wu Wenjing,Hua Rimao,Xu Wei
(School of Resources and Environment,Anhui Agricultural University,Hefei 230036,China)

The thesis analyzes the effect of EBCT on the removal of organic compounds,ammonianitrogen and nitrite-nitrogen based on the same thickness of filter layer.The results show that the average removal rates of pollutant grow with the increase of EBCT,however,the affect trails off when EBCT exceeds 15mins.Under the optimal EBCT of 15min,the removal rates of CODMn,UV254,ammonia-nitrogen and nitrite-nitrogen are 32.2%,21.2%,83.2%and 97.3%separately.

EBCT;biologically enhanced activated filter;organic matter;ammonia-nitrogen;nitritenitrogen

TU991.2

A

1672-447X（2011）03-0058-003

2010-11-28

吳文靜（1986-）,安徽屯溪人，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士研究生,研究方向?yàn)樗廴究刂婆c給水凈化。

胡德明