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臭氧/復合濾料生物濾池深度處理飲用水試驗研究

2014-04-17 16:53:20李梅等
關(guān)鍵詞:臭氧

李梅等

摘要:根據(jù)水污染的特點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合濾料?;钚蕴靠蓪Ψ菢O性分子進行吸附,因比陶??障洞?,對分子直徑無特別要求;陶粒具有很強的極性吸附,對不飽和與極性分子的親和力較強,可選擇吸附極化率大的非極性分子。對于CHCl3與氨氮等有機物,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/復合濾料 生物濾池深度處理 飲用水試驗

1 實驗材料和辦法

1.1 實驗水質(zhì)

本實驗選用的水為經(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,需做進一步的深度處理,以實現(xiàn)人類安全衛(wèi)生飲用。

1.2 實驗工藝參數(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。實驗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,實現(xiàn)30%以上的CODMn除去率,實現(xiàn)60%以上的NH4+-N去除率,那么可斷定完成掛膜,進入穩(wěn)定運行環(huán)節(jié)。

2.2 運行穩(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),當空床接觸時間增加,指標除去率有升高態(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??;延長為24min時,僅高出12min的2%與6%。這是因為NH4+-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,Monod保護常數(shù)與最快繁殖速度較小。同時硝化菌硝化能力強,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、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分別為實驗期間進出水的濁度,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,順水流向的NH4+-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。這是因為在濾床上層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,實現(xiàn)91.2%的平均去除率,高出03/BAC。單獨活性炭的去除效果沒復合濾料效果佳,可能是陶粒具很強極性,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,平均實現(xiàn)75.8%的NO2--N去除率。

2.3 凈水效果受污染負荷的影響

①進水CODMn濃度影響。a影響CODMn的去除率。進水CODMn的值與去除CODMn的效果成正比。比如若將CODMn的進水濃度從3mg/L提升9mg/L再提升6mg/L,那么可實現(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的進水濃度從3mg/L提升9mg/L再提升7mg/L,那么可實現(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,因為氧受到生物膜的阻礙,硝化菌被限制生長,硝化反應(yīng)減弱,降低去除率。

②進水NH4+-N濃度影響。下表為NH4+-N與NO2--N的進水濃度變化值,總共實驗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進水的濃度,那么可實現(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的氨氮進水濃度,可實現(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的氨氮進水濃度,那么NO2--N進出水平均濃度是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,進水溶解氧濃度適度提高或1.5mg/L>NH4+-N進水濃度,可實現(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,人民生存之本。水是生命的源泉,保護水資源,人人有責。將不可飲用水經(jīng)復合生物濾池處理,可滿足日常飲用。

參考文獻:

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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。

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