（市政工程专业论文）生物滤料滤池处理姚江微污染水源水试验研究.pdf

摘要 摘要 自来水理应是安全的水质。当给水水源受到污染时，传统的常规净水工艺 系统难以与此相适应，不能有效去除原水中的有机物、氨氮等污染物。因此， 针对水源水质来改进水厂的处理工艺，提高供水水质已是给水工作者急需解决 的重大课题。 本研究根据常用的虹吸滤池过滤工艺特征，试图将滤料的拦截作用和生物 氧化作用融为一体，开展多层滤料处理技术研究，考察双层生物滤料去除n h 3 n 、 c o d m 等污染物效果的变化，进而提出针对姚江微污染水源水处理以及改造原 有滤池的一些可参考的运行参数，着重解决梅林水厂出厂水中的有机物、氨氮 等问题。 通过生产性试验，探讨了不同滤料介质的生物滤池对于姚江微污染水源水 的处理效果。研究表明，双层生物滤料滤池能够有效的去除有机物、氨氮、色 度等污染物质，除污染效果显著，可以延长滤池反冲洗周期，并能在短时间内 恢复到正常处理能力，适合于传统滤池的改造。采用颗粒活性炭一石英砂滤料 滤池的综合处理效果优于同类型的颗粒活性炭一沸石滤料和沸石一石英砂滤料 滤池，通过加入少量臭氧( 0 8 1 5 r a g l ) 可以提高生物滤池的去除效果。在夏 季运行时( 水温2 0 以上) ，生物滤料滤池可以在两周左右的时间内形成稳定 的生物膜，当在臭氧有效投加量为1 0m g l 、滤速为8 m h 的条件下，其对于色 度、c o d u n 、u v 2 5 4 和d o c 的去除率分别可以达到5 1 2 、3 7 2 、2 7 9 和 1 2 2 。氨氮去除率可以稳定在3 0 ，亚硝酸盐的去除率也在2 0 左右。而在 冬季低温运行时( 水温1 0 ( 2 以下) ，臭氧有效投加量为1 5m g l 的生物滤料滤 池滤速为8 m h 时色度、c o d s t n 、u v 2 5 4 和d o c 的去除率分别可以达到5 4 8 、 2 4 6 、3 2 9 和1 3 7 。其氨氮去除率在1 0 以上。 试验研究结果还表明：多层生物滤料滤池不但在技术上运行效果明显，而 且从经济的角度分析，更换少量滤料，制水成本只增加约0 0 1 元吨。若考虑采 用臭氧氧化+ 生物滤料滤池工艺，则制水成本约增加o 0 5 元吨。因此适合于中 小水厂的改造，经济合理，节省投资。 关键词：微污染水源，臭氧，颗粒活性炭，生物滤池 a b s t r a c t a b s t r a c t t a pw a t e r i s e x t r e m e l yi m p o r t a n t t ot h eh e a l t ho fh u m a nb e i n g s r n l e c o n v e n t i o n a lw a t e rp u r i f i c a t i o ns y s t e mc a n n o te f f i c i e n t l yr e m o v et h ep o l l u t a n t ss u c h a st h ed i s s o l v e do r g a n i cm a t t e r 、n h 3 - ne t ci nt h er a ww a t e ra n db e c o m e su n f i tf o rt h e p o l l u t e dr a ww a t e r s ol o o k i n gf o r t h ep r o p e rt e c h n o l o g yt ot r e a tt h es l i g h t l y - p o l l u t e d r a ww a t e ra n di m p r o v et h ed r 址堍w a t e rq u a l i t yh a sb e c o m ea nu r g e n tp r o b l e mt o t h ew a t e rt r e a t m e n t 矗e l d t l l i sp a p e rm a i n l yf o c u s e so nt h ea p p l i c a t i o no fb i o f i l t e ri nd i f f e r e n tm e d i a s c o m b i n a t i o np r o c e s sa sa no p t i m u mt r e a t m e n tp r o c e s sf o rt h es l i g h t l y p o l l u t e dr a w w a t e ro ft h ey a o - j i a n gr i v e r ，t r y i n gt os o l v et h ec u r r e n tp r o b l e m so ft h em e i l i n g w a t e rw o r k sb ym e a n so fo b s e r v i n gt h er e m o v a li nd i s s o l v e do r g a n i cm a t t e ra n d n h 3 - ne t c a n da c h i e v i n gs o m ep a r a m e t e r so ft h eo p e r a t i o ni nc o n v e n t i o n a ls i p h o n f i l t e r t 地k i n do f b i o f i l t e rh a st h ef u n c t i o nb o t ho f h o l d u pa n db i o l o g i c a lo x i d a t i o n me f f e c to ft h ey a o j i a n gs l i g h t l y - p o l l a t e dw a t e rt r e a t e db yd i f f e r e n tm e d i a b i o f i l t e ri se x p e r i m e n t e di np i l o t s c a l e t h er e s u l ts h o w st h a td u a lm e d i ab i o f i l t e rc a n r e m o v et u r b i d i t y ，o r g a n i cm a t t e r sa n dn h 3 - n ，a n dt h ef i l t r a t i o np e r i o di sl o n g e r t h e r e m o v a lr a t e sc a ng r o wu pt ot h en o r m a ll e v e ls o o n a sar e s u l tt h eb i o f i l t e ri s s u i t a b l ef o rt h em o d i f i c a t i o no ft h et r a d i t i o n a lf i l t e r t h eg a c s a n dm e d i ai ss u p e r i o r t og a c z e o l i t eo rz e o l i t e s a n dm e d i aa n di tc a l le n h a n c et h er e m o v a le f f e c tb yt h e a d d i t i o no f o z o n e ( o 8 - 1 5 r n g l ) w h e nt h ew a t e rt e m p e r a t u r ei sm o r et h a n2 0 c ，t h e s t a b l eb i o f i l mc a nb ef o r m e do nt h es u r f a c eo f t h em e d i ai n1 4d a y s 1 1 l eb i o f i l t e rh a s ar e m o v a lr a t i oo f5 1 2 、3 7 2 、2 7 9 、1 2 2 、3 5 、2 0 f o rt h ec o l o r 、c o d m n 、 u v 2 5 4 、n h 3 - na n dn 0 2 - nu n d e rt h ec o n d i t i o no fo z o n ed o s a g e1 o m g la n dt h e f i l t r a t i o nr a t eo fb i g f i l t e r8 m h 、胁e nt h ew a t e rt e m p e r a t u r ei sl e s st h a n1 0 ，t h e b i o f i l t e rh a sar e m o v a lr a t i oo f 5 4 8 、2 4 6 、3 2 9 和1 3 7 、1 0 f o rt h ec o l o r 、 c o d m l a 、u v 2 5 4a n dn h s - nu n d e rt h ec o n d i t i o no fo z o n ed o s a g e1 5 m e g la n dt h e f d t r a t i o nr a t eo fb i o f i l t e r8 m h a b s t r a c t t h er e s u l t so ft h er e s e a r c ha l s os h o wt h a tt h ec o s to ft h em c d i f i c a t i o nf o rt h e t r a d i t i o n a ls i p h o nf i l t e rr i s e so n l yo 0 1y u a n ( r m b ) t o n ( w a t e r ) a st o0 3 - g a c - s a n d b i o f i l t e r ，t h em o d i f i c a t i o nc o s tr i s e s o 0 5y u a n ( r m b ) t o n ( w a t e r ) i tc a ns a v e i n v e s t m e n to f t h em o d i f i c a t i o no b v i o u s l y k e yw o r d s ：s l i g h t l y p o l l u t e dr a ww a t e r ；o z o n e ；g a c ；b i o f i l t e r m 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：薪蘸怨 7 t 叼年z 月罗日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：l 慨 学位论文作者签名：缔 竹年2 月莎日 彻刁年z 月汐日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、己公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：盼签名：须 砷年2 月夕日 第1 章概述 1 1 我国水资源现状 1 1 1 水资源贫缺 第1 章概述 我国多年平均水资源总量为2 8 万亿m 3 ，位居世界第6 位。但由于我国人 1 3 众多，以1 3 亿人口计算，人均占有水资源为2 1 5 0 m 3 人年，相当于世界人均数 的l 4 ，为世界的第1 0 9 位，中国是世界人均水资源极少的1 3 个贫水国之一l l l 。 我国的水资源主要来自于降水，而降水受大气环流，海陆位置以及地形、地势 等因素的影响，因而在地区分布上很不均匀，总的格局是南方多，北方少，东 南多，西北少。在时间分布方面更不平衡，大多数降水集中在夏季7 、8 、9 三 个月份【2 】。 1 1 2 水资源污染 工业化、城市化迅速发展，大量的工业废水和生活污水处理不够完善直接 排放到地表水中，远远超过了水体的自净能力，导致地表水水质恶化。近年来， 在水污染防治方面我们国家虽已经做了很多工作，但水资源污染的局面仍很严 峻，而这一现象在工业发达地区的表现尤为严重。 根据( ( 2 0 0 5 年中国环境状况公报中的水环境公报【3 j ，在2 0 0 5 年，重点城 市集中式饮用水源地水质总体良好。根据对1 1 0 个环保重点城市的3 6 0 个集中 式饮用水源地的监测结果统计，水源地水质达标率为8 0 ；河流型水源主要污 染指标为粪大肠菌群，湖库型水源主要污染指标为总氮。主要城市和平原地区 的地下水水质状况相对稳定，但局部地区有继续恶化的趋势。监测表明，地下 水污染存在加重趋势的城市有2 1 个( 主要分布在西北、东北和东南地区) ，污 染趋势减轻的城市1 4 个( 主要分布在华北和西北地区) ，地下水水质基本稳定 的城市1 2 3 个。近岸大部分海域水质良好，但局部海域污染严重。全国近岸海 域一、二类海水比俐占6 7 2 ，与上年相比上升1 7 6 个百分点；三类海水占8 9 ， 第1 章概述 下降6 5 个百分点；四类、劣四类海水占2 3 9 ，下降1 1 1 个百分点。公报 还指出，2 0 0 5 年，国家环保总局共接到7 6 起突发环境事件报告。其中，特别重 大环境事件4 起，重大环境事件1 3 起，较大事故1 8 起，一般事故4 1 起，5 3 6 人中毒( 受伤) 。与上年相比，事件总数增加了9 起。这些污染事件都得到了 处理。其中，1 1 月1 3 日发生的中石油吉化分公司双苯厂爆炸事故，造成了我国 多年来最为严重的松花江水污染事故。 根据国家环保总局2 0 0 6 年上半年及第三季度环境质量状况的报告指出【4 】， 全国七大水系中，长江干流水质优，支流为轻度污染；三峡库区水质优；黄河 干流轻度污染，支流重度污染，渭河、汾河等常年污染严重；珠江干、支流水 质良好；松花江干流为轻度污染，支流为重度污染，阿什河、呼兰河、伊通河 等污染严重；淮河干流属轻度污染，支流总体为中度污染，其中涡河、颖河为 重度污染：海河流域普遍污染严重；辽河干流中度污染；支流中大凌河、条子 河、招苏台河为重度污染：其它河流也有不同程度的污染；鸭绿江水质优。巢 湖湖体水质为五类，太湖、滇池湖体水质均为劣五类。主要污染指标是总氮和 总磷。去年同期相比，“三湖”营养程度无明显变化。巢湖为轻度富营养，太湖、 滇池为中度富营养。全国近岸海域水质总体属于轻度污染。一、二类海水比例 占6 7 1 ，劣四类海水占1 7 5 ，与去年同期基本持平，主要污染物为无机氮和 活性磷酸盐。南海、黄海水质为良，渤海水质为轻度污染，东海水质为重度污 染。从2 0 0 6 年上半年我国主要污染物排放情况看，工业废水排放量为1 2 0 4 亿 吨，同比增长2 4 ；c o d 排放6 8 9 6 万吨，同比增长3 7 ；二氧化硫排放1 2 7 4 6 万吨，同比增长4 2 。导致上半年工业污染物排放量攀升的原因在于：g d p 增 速过快，导致c o d 、二氧化硫排放量升高。 1 2 水源污染性质 地表水源污染是当今世界范围内普遍面临得问题，2 0 世纪6 0 年代和7 0 年 代初，比较重视金属离子的污染，8 0 年代后，水源的有机物、氮化物污染物开 始逐渐成为人们关注的焦点。 2 第l 章概述 1 2 1 工业废水污染 水源中的有机污染物大致可分为两类：天然有机物( n o m ) 和人工合成的 有机物( s o c ) 。天然有机化合物包括腐殖质、微生物分泌物，溶解的动植物组织 及动物的废弃物等。而人工合成有机物，包括农药、商业用途的合成物及一些 工业废弃物。 天然有机化合物是指动植物在自然循环过程中经过腐烂分解所产生的物 质，典型的天然有机物不超过1 0 - - 一2 0 种。这些有机物大部分呈胶体微粒状，部 分呈真溶液，部分呈悬浮物状。地表水中的天然有机物主要组成部分是腐殖质， 占总的有机物的4 0 6 0 。它是一类含酚羟基、羧基、醇羟基等多种官能团的 大分子有机物，分子量为1 0 2 - 一1 0 6 。腐殖质根据溶解性的不同可分为腐殖酸、富 里酸和黑腐物三种，三种组分结果相似，但分子量和官能团相差较大。腐殖质 是水体色度的主要成分，同时是饮用水中多种消毒副产物( d b p s ) 的前体物，：是 导致饮用水致突变增强的主要因素。水中的非腐殖质部分的天然有机物包括碳 水化合物、蛋白质、肽类、氨基酸、脂肪等，一般说来，这类有机物以被微生 物降解，具有较强的亲水性和较低的芳香度【5 j 。 水体中有机物的- 4 , 部分是人工合成有机物( 一般 1 9 ) ，这类物质通常 浓度为m g l 级或者低于m g l 级，主要来自于城市和农村的径流以及工业和城市 排水网。尽管这类有机物含量少，但难于降解，具有生物富集性、“三致 作用 和毒性，构成了对人体的潜在威胁。 目前已知的有机化合物种类约有7 0 0 万种之多，其中人工合成有机物种类 达l o 万种以上，而且每年还有许多新品不断问世。随着人们的各种活动，它们 以各种不同途径进入水体，从而对人体健康造成危害。世界上许多国家特别是 发达国家，都根据本国情况规定了有毒有机物名单，我国借鉴国外的经验并根 据自身的环境特点确定了1 2 类、5 8 种优先污染物名单，其中包括l o 种卤代烃， 6 种苯系物，4 种氯代苯类，1 种多氯联苯，6 种酚类，6 种硝基苯，4 种胺，7 种多环芳烃，3 种酞酸脂，8 种农药，丙烯氰和2 种亚硝胺。 第1 章概述 1 2 2 生活污水污染 水体中的氮化物以有机氮和无机氮两种形态存在。有机氮指蛋白氮、多肽、 氨基酸和尿素等，无机氮是指氨氮、亚硝酸氮和硝酸氮。氮的各种存在形式有 着相互转化关系，是密切相关的。 氮化物的主要来源：( 1 ) 工业废水和城市生活污水( 2 ) 面源性的农业污 染物，包括肥料，农药和动物粪便。我国七大水系的绝大部分水体和湖泊水库 均不同程度受到氮化物的污染。 中国城镇供水协会制定的城市供水行业2 0 0 0 年技术进步发展规划中， 对一类水司出水的硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮指标有明确的规定：硝酸盐小 于2 0 m g 1 ，亚硝酸盐小于0 1i n e , 1 ，氨氮小于0 5 m e d l 。 1 3 受污染水源水净化的必要性 长期以来，自来水保证了饮用水的水质安全性 7 1 。我国水资源现状是：一方 面水资源量上贫乏，另一方面有限的水资源又受到了不同程度的污染。近年来， 我国在水污染防治方面已经做了许多工作，但是要想使已经受到污染和正在受 到污染的水源在短期内完全恢复其原来的水质是不可能的。于是，许多水厂都 不得不面临取用受污染原水作为生活饮用水的水源。与此同时，公众对饮用水 水质的要求却在不断提高，2 0 0 5 年建设部颁布实施了城市供水水质标准 ( c j t 2 0 6 2 0 0 5 ) ，检测指标总数已经达到了1 0 1 项，其中常规指标4 2 项，规 范还特别强调了要加强对水中微量有机污染物的检测。 目前自来水厂常规处理工艺主要有混凝、澄清、过滤和消毒组成，该工艺 对于去除水中浊度、细菌等效果明显，但对于污染源水中存在的有机物和氨氮 去除效果不好，现有的常规净水系统对有机物的去除率为2 0 , - - , 4 0 ，对氨氮的 去除率1 5 左右。因此采用常规工艺处理污染水源水时，很难使出厂水水质完 全达标。 因此，我国绝大多数的自来水厂都面临着采用新技术来处理受污染的水源， 使出厂水水质符合安全卫生的饮用要求。 4 第1 章概述 1 4 梅林水厂水处理概况 1 4 1 姚江水源水质 宁波市梅林水厂位于宁波市北部，原水取自姚江。由于上游化纤厂、造纸 厂、酒厂等工业废水和农田污水以及城市生活污水等污染，姚江水源水污染较 为严重，试验期间的姚江水源水质状况见表1 1 。 表1 - 1 近两年姚江水源水质情况 水温色度浊度亚硝酸盐氨氮耗氧量 月份 ( )( 度)( n 1 r i j ) ( r a g l )( r a g l )( r a g l ) 0 4 1 5 1 02 6 3 22 7 2 6 0 90 0 2 5 0 1 5 0 0 5 0 2 55 4 7 5 0 4 26 5 1 52 6 3 54 5 1 1 0 90 0 4 0 0 12 51 8 0 8 55 3 6 6 0 4 3l l 1 42 6 4 54 0 6 - - - , 9 7 60 0 2 5 0 2 0 03 5 0 8 5 05 8 7 8 0 4 41 4 2 1 52 5 4 02 9 5 6 3 9o 1 0 0 o 5 0 0 0 6 0 - - - 4 5 03 5 7 6 0 4 51 8 2 72 8 4 52 9 5 2 0 80 0 4 5 - - 0 4 5 00 0 5 2 0 05 4 9 6 0 4 62 4 2 92 7 4 83 4 6 - - - 9 9 90 0 0 1 0 3 5 00 0 5 - - - 1 8 05 4 - - - 9 5 0 4 72 9 3 2 52 7 - 4 53 6 8 9 8 5o 0 1 8 0 6 0 00 2 0 - , 1 7 06 1 9 7 0 4 8 2 9 3 4 3 l - 5 5 3 8 5 1 8 9 0 10 0 - - - 0 5 0 00 3 0 2 5 06 3 9 1 0 4 9 2 5 3 01 6 3 62 8 3 ，6 0 90 0 5 0 - - - - 0 2 7 00 2 0 0 6 05 9 - 7 8 0 4 1 02 0 2 62 2 4 02 6 0 1 0 80 0 0l - - - 0 2 5 00 0 5 1 0 04 2 - - - 9 4 0 4 1 l1 1 - 2 11 8 4 25 4 4 l o 10 0 0 3 - - - , 0 10 00 0 5 - - - 0 6 0 4 3 7 8 0 4 1 27 5 1 62 7 - - 4 64 3 2 1 1 90 0 3 0 - 、一0 2 2 5o 2 5 2 5 03 9 7 2 0 5 16 5 - - 8 52 4 4 34 1 0 1 7 7 00 1 7 5 0 0 0 20 9 0 4 5 05 0 - - 7 4 0 5 26 0 - - , 9 51 7 4 24 2 5 2 2 2 0o 0 2 8 0 2 0 03 0 0 5 0 04 8 9 9 0 5 3 9 1 3 5 1 7 4 2 5 7 0 1 1 7 00 0 2 8 o 1 2 51 8 0 4 7 53 5 8 5 0 5 41 4 2 52 l 5 33 5 8 8 1 90 0 7 0 o 3 0 01 8 0 5 0 05 5 8 3 0 5 52 2 2 53 2 4 93 5 4 1 1 9 00 0 9 0 - - , 0 5 0 00 2 0 4 o o4 9 8 3 0 5 6 2 4 3 0 52 5 5 l 4 6 8 1 0 1 0 0 0 4 0 - - 0 2 5 0 o 1 5 , - - 0 8 05 6 8 8 0 5 72 9 3 33 5 5 54 3 0 1 3 0 00 13 5 o 4 5 00 2 0 - - - 1 2 06 1 - - - 9 5 5 第1 章概述 水温色度浊度亚硝酸盐氨氮耗氧量 月份 ( )( 度)( n n j )( m e l )( m g l )( m g l ) 0 5 8 2 7 3 2 52 5 5 2 3 8 7 1 5 7 00 0 5 0 0 5 0 00 2 0 4 5 06 4 - - - 9 2 0 5 9 2 7 3 0 2 7 5 l3 9 l 1 2 3 00 0 5 0 0 4 0 00 1 0 0 9 05 3 8 8 0 5 1 01 9 2 83 2 5 03 8 3 1 1 1 00 0 3 0 0 5 0 00 0 5 1 o o5 1 - - 8 1 0 5 1 l1 5 2 2 2 7 4 64 4 4 9 8 3o 0 2 5 o 2 5 00 0 5 o 5 0 4 8 - - 7 6 0 5 1 27 1 53 2 4 84 1 5 7 2 l0 0 2 8 o 15 00 2 0 0 5 04 8 - - 6 3 0 6 17 1 0 52 8 4 44 6 8 9 7 9o 0 2 5 o 15 0o 0 5 2 5 04 7 7 6 0 6 28 1 12 4 3 64 2 5 7 2 30 0 5 0 o 1 0 01 6 0 2 2 54 5 - - 6 9 0 6 39 5 1 6 52 0 3 6 3 5 3 8 1 9 0 0 4 0 - - 0 0 9 01 6 0 3 5 04 4 6 6 0 6 41 7 2 32 0 3 54 3 7 - - - l0 8 00 0 5 0 0 1 2 51 8 0 3 5 04 7 7 5 0 6 52 0 2 41 8 3 22 6 9 6 1 7o 0 5 0 o 3 5 00 2 5 3 0 04 7 9 0 由表1 1 可知，姚江源水中氨氮、色度、耗氧量等污染物指标较高，属于微 污染水源，且季节性变化较大，姚江源水中的氨氮浓度在冬季明显高于其他季 节，而8 月 - - 1 0 月的耗氧量较大。 1 4 2 梅林水厂出厂水水质 宁波梅林水厂采用斜管沉淀池、传统虹吸滤池的处理工艺，设计供水能力 为1 0 万立方米天，最近两年来的出厂水水质状况见表1 2 。 表1 - 2 近两年来出厂水水质情况 水温色度浊度亚硝酸盐氨氮耗氧量 月份 ( )( 度)( n t u )( m g l )( m g l )( m e t , ) 0 4 12 1 l6 1 30 3 l o 5 7 o o ol o 0 0 7 0 3 0 1 83 2 5 5 0 4 24 1 67 1 6o 3 3 o 9 6 o o o l o 0 3 01 6 8 。53 3 - - 4 8 0 4 38 1 5 6 - 2 0 0 2 6 - 一0 9 6 o o ol o 0 3 03 5 8 5 4 1 5 8 0 4 4l o 2 56 1 30 2 8 o 4 8 o 0 0l o 2 5 0 0 5 4 ，53 2 4 8 0 4 51 7 - - 2 46 1 5o 3 2 o 7 3 0 0 0 l o 1 5 00 0 5 2 53 6 - - 一5 5 0 4 62 0 2 78 1 8o - 3 2 o 8 5 0 0 0l o 0 3 0 0 0 5 1 83 0 6 3 0 4 72 6 3 05 1 70 4 l o 9 5 0 o ol o 0 6 0o 0 5 2 o3 5 6 6 6 第1 章概述 水温色度浊度 亚硝酸盐氨氮耗氧量 月份 ( )( 度)( n t u ) ( n g l )( m g l )( m g l ) 0 4 82 7 2 91 0 2 0o 3 3 o 9 0 0 0 0 l o 2 5 0 o 0 5 3 2 53 5 - - 6 7 0 4 92 2 2 82 9o 3 0 0 5 4 o 0 0 lo 0 5 0 3 03 8 - - - 6 0 0 4 1 01 2 2 42 60 3 4 - - - 0 6 6 o 0 0 10 0 5 o 8 02 8 6 7 0 4 1 18 2 02 1 5 o 2 3 o 4 8 o o o lo 0 5 0 印 2 4 3 9 0 4 1 24 1 52 1 4o 2 9 0 8 9 o 0 0l o 0 2 5 0 0 5 2 5 02 7 4 8 0 5 16 5 - - 8 54 1 40 3 7 0 9 6 0 0 0 l 0 0 0 71 2 0 4 5 03 9 - - 5 5 0 5 26 0 - - 9 53 1 5o 3 3 o 8 0 0 o o l 0 0 1 53 0 0 4 7 5 3 3 - - - 5 0 0 5 39 1 3 54 1 4o 2 9 1 0 0 0 0 0l o 0 2 0 2 5 0 4 5 03 1 5 8 0 5 41 4 2 56 1 7 o 3 5 o 9 20 0 0 2 - - - 0 0 8 02 7 5 5 0 03 8 - - - 5 6 0 5 52 2 2 57 1 7o 2 l 1 0 6 o o ol - - 0 0 5 0 0 0 5 4 0 03 0 - - - 5 5 0 5 62 4 3 0 56 2 0 0 4 9 - - - 0 9 6 0 0 0i o 0 4 0 o 0 5 0 8 03 5 5 5 0 5 72 9 3 38 1 5o 3 3 0 8 5o 0 0 1 - - - 0 0 8 0 o 0 5 0 9 0 2 2 6 3 0 5 8 2 7 3 2 55 1 5 o 3 5 0 8 8 0 o o l - - 0 0 5 0 o 0 5 - - - 0 9 04 2 7 5 0 5 92 7 3 04 1 5o 3 5 o 8 6o 0 0l 0 0 0 8 0 0 5 - - - 0 5 03 6 6 4 0 5 1 01 9 2 84 1 5o 2 8 o 7 2 0 o ol - - 0 0 0 2 o 0 5 0 9 5 3 1 5 8 0 5 1 l1 5 2 2 3 - - 9o 2 6 o 7 4 0 0 0l - - - 0 0 0 8 o 0 5 o 9 02 6 - - 4 9 0 5 1 27 1 54 1 00 2 8 0 6 4 0 0 0l o 0 0 7 0 0 5 o 0 5 2 8 4 3 0 6 1 7 l o 56 1 5o 3 5 o 8 4 o 0 01 0 0 0 20 1 0 2 5 03 4 5 2 0 6 28 l ll o 1 5o 2 5 0 7 7 0 0 0l - - - 0 0 0 3o 9 0 2 2 53 3 5 1 0 6 39 5 1 6 5 7 1 5o 3 2 o 6 9 0 o o l - - - 0 01 21 2 0 3 5 02 7 5 o 0 6 41 7 2 35 1 5o 3 3 o 6 60 0 0 2 - - 0 0 1 51 8 0 3 o o 3 0 - - 5 0 0 6 52 0 2 47 1 5 0 2 8 o 8 3 c n i 也+ b a 2 + s r 2 + n a + c a 2 + f e 3 + a 1 3 + m 9 2 + l i + 鉴于沸石基团对n h 4 + 具有较强吸附势，故在水处理工程中可用于去除氨 氮。由于沸石除氨氮作用是离子交换作用，因此它具有生物方法所不具有的优 第2 章多层生物滤料滤池发展动态 越特性。外界环境的影响因素要少些，尤其受温度影响不大。沸石吸附n h 4 + 饱 和后，可进行再生重复使用，这些都将使沸石除氮具有广泛的前景。 ( 7 ) 活性炭吸附 吸附处理技术是指利用物质强大的吸附性能、交换作用或改善混凝沉淀效 果来去除原水中污染物的技术。使用的吸附剂主要有粉末活性炭、硅藻土、二 氧化硅、活性氧化铝、沸石和粘土等。 目前活性炭在给水处理中的应用越来越广泛，它常用于： ( 1 )生活饮用水的嗅、味、酚、卤代甲烷( 删s ) 等和余氯的去除。 ( 2 ) 用于制备高纯水的预处理，使自来水进行离子交换前，预先去除水 中的有机物、微生物、胶体与余氯，以防离子交换树脂被有机物等污染。 ( 3 ) 用臭氧与活性炭结合使用，可以去除合成有机物，如烷基苯磺酸盐 ( a b s ) 、滴滴涕及三卤甲烷( t 删s ) 的前体物质。 活性炭具有发达的细孔结构和巨大的比表面积，能够有效去除水中的溶解 性有机物，解决水中臭味、色度问题。可分为粉末活性炭( p a c ) 吸附和颗粒活 性炭( g a c ) 吸附两种类型。前者的吸附性能更强，但后者可以给微生物的生 长繁殖提供良好环境，易于挂膜。活性炭不仅对色、嗅、味、农药、消毒副产 物、微量有机污染物等都具有一定的吸附能力，还可以通过氧化、催化还原、 螯合或络合、吸附等机理有效去除铁、锰、铜、汞、铬、砷等重金属。 活性炭由于其优异的吸附特性，在国外很早的时候就开始将其应用于饮用 水处理，美国环保总署饮用水标准及污染物去除的最有效技术( 1 9 9 9 0 3 ) 中， 对于6 4 项有机物指标，颗粒活性炭( g a c ) 似乎是一种普适的技术，有5 1 项 将g a c 指定为b a t 技术。可以看出，活性炭吸附是完善常规处理工艺以去除 水中有机污染物最成熟的方法之一。 但是，如果滤后水直接进入活性炭滤池，不经过化学氧化，水中的大分子 有机物很容易将活性炭微孔堵塞，降低了活性炭的吸附能力，缩短了使用寿命。 实际应用中，常常将臭氧和颗粒活性炭联合使用，经过臭氧氧化后，去除了部 分有机物，降低了活性炭的有机物负荷；将大分子有机物氧化为易于吸附和生 物降解的小分子的中间产物，有利于对有机物的去除；通过臭氧氧化的水中含 有充分的氧，使活性炭床处于富氧状态，导致好氧微生物繁殖，提高活性炭去 除有机物的能力以及使用寿命。 1 4 第2 章多层生物滤料滤池发展动态 采用臭氧氧化一生物活性炭吸附降解联合处理，可相互弥补不足，既节约 臭氧投加量，又延长活性炭使用周期，保证了饮用水水质。 2 2 多层生物滤料过滤集成技术研究进展 1 9 8 8 年，b a b l o n 等人提出通过使用活性炭+ 石英砂双层滤料替代传统滤池中 的单层石英砂滤料，并在双层滤料中培养微生物，可将常规过滤池改造成生物 滤料滤池，美国、加拿大等国随即开展了一系列研究。生物过滤是一种将常规 过滤与生物膜氧化技术结合在一起的新型过滤工型矧。采用生物滤料滤池代替 常规滤池，不需要增加多少投资，只需对现有的常规过滤适当加以改进( 如更换 滤料、培养生物膜、改变预消毒方法和用不含氯水进行反冲洗等) 即可达到去 除水中悬浮颗粒和微量有机物的双重目的【4 n 。 传统的单纯双层滤料( 石英砂+ 无烟煤) 主要是发挥滤料的拦截杂质的作 用，而双层生物滤料( 活性炭或沸石+ 石英砂等) 在水处理过程中，不但发挥 了上层生物滤料生物过滤去除有机物和氨氮等污染物的效果，而且下层的石英 砂也可以充分发挥截留拦截杂质的作用，从而可以达到更好的净水处理效果， 满足供水水质的需要。 早在2 0 世纪6 0 年代，国外开始运用一些自然发展起来的生物过滤工艺； 2 0 世纪8 0 年代初，美国人对生物过滤基础理论的研究已取得阶段性的成果。如 提出了贫养微生物理论、最小基质浓度理论、第二级利用理论等；2 0 世纪9 0 年代末，对影响生物活性滤池的各种因素的考察已比较全面，并从a o c 、d o c 、 b d o c 等先进检测指标角度对处理水中有机物的效果进行评价，已取得较大进 展，研究表明：生物活性滤池对t o c 的去除率在5 7 5 之间，对d o c 的去除 率在1 3 - - - 4 1 之间，对a o c 的去除率几乎可达1 0 0 。 最近几年，国内有李德生【4 8 】等人对生物活性滤池进行了研究，其结果表明： 生物活性滤池对氨氮、亚硝酸盐氮均有较高的去除效果，其中氨氮的去除率为 7 6 8 7 ，亚硝酸盐的去除率为7 6 9 - 9 0 6 。杨开等人对颗粒活性碳( g a c ) + 石英砂双层滤料的生物活性滤池的研究也表明在未氯化或预氧化的条件下，此 种滤池对有机物和氨氮的去除率也是显著的【4 9 1 。 目前，国内外研究得最多的几种单层滤料有g a c ( 颗粒活性炭) 、陶粒、石 英砂和无烟煤等，双层滤料有g a c + 石英砂和无烟煤+ 石英砂等【5 0 】【5 l 】。g a c 内 第2 章多层生物滤料滤池发展动态 部具有发达的空隙结构和巨大的比表面积，具有强大的吸附性能，能为微生物提 供理想的栖息地。生物活性滤池g a c 滤料上附着的生物膜量是无烟煤、石英砂 滤料的4 - 8 倍。石英砂与无烟煤均为常规滤料，曾广泛应用于常规滤池，也可 作为生物膜载体用于生物活性滤池。 2 3 多层生物滤料滤池运行机理 生物滤料滤池的处理过程包含了物理化学、生物化学和水力学等诸多过程。 这种处理技术是利用生物滤料巨大的比表面积和大量微孔的吸附截污作用，以 及滤料表面形成的一层生物膜的生物降解作用来完成去除污染物的功能。生物 膜上的微生物主要是一些好氧贫营养性微生物，主要包括柄杆菌属 ( c a u l o b a c t e r ) 、生丝微菌属( h y p h o m i c r o b i u m ) 、无色( 杆) 菌属 ( a c h r o m o b a c t e r ) 、弧菌属( v i b r i o ) 、螺菌属( s p i r i l l u m ) 、假单胞菌属 ( p s e u d o m o n a s ) 和不动细菌属( a c i n e t o b a t e r ) ，这些细菌的特点是能利用各种 化合物，产生对代谢产物具有高亲和力的转移酶，其比表面积高、呼吸速率低，能 在有机物浓度极低的环境下快速生长繁殖。源水在与生物膜接触时，通过微生 物的新陈代谢活动和生物絮凝、吸附等综合作用，使源水中的氨氮、有机物、 铁和锰等逐渐被氧化和转化，达到净化水质的目的。此外，第二级利用理论认 为，如果有一种基质能够提供维持细胞生长的碳源和能源，即使浓度低于( 最小 基质浓度) 的化合物也能被微生物氧化和利用。在有机微污染水体中，自然有机 物( n o m ) 能为生物膜的稳定生长提供碳源和能源，而这种生物膜对水中痕量 的合成有机物能进行第二级利用 5 2 - 5 5 。第二级利用理论为生物活性滤池对饮用 水中微量甚至是痕量有机物的去除提供了坚实的理论基础。 生物滤料滤池具有较好的氧化性能，较长的过滤周期和使用寿命。这种滤 池既可以起到传统滤池的作用，达到去除水中悬浮颗粒和胶体物质的目的，还能 去除传统滤池无法去除的微量有机污染物。经生物活性滤池处理后的饮用水， 具有致癌和致突变性的有机物含量大大减少，生物稳定性大大提高。 另外，在滤池之前进行臭氧氧化，可以改善水质，主要表现在由于臭氧的 强氧化性导致的臭氧化反应，一般认为臭氧化反应有两种途径，即臭氧与大分 子溶解性有机物的直接反应，或者由臭氧分解产生的羟基自由基( o h ) 而引 发的链式间接反应，羟基自由基( o h ) 氧化还原电位为2 8 0 v ，仅次于自然 1 6 第2 章多层生物滤料滤池发展动态 界中氧化能力最强的氟( 氧化还原电位2 8 7 v ) ，具有很强的氧化性，能够氧化 水中多数有机物甚至矿化成c 0 2 和h 2 0 。碱性条件下，羟基自由基的臭氧化反 应占主导。而由于饮用水处理中p h 值一般小于8 5 ，所以以臭氧直接反应为主。 臭氧投加在水中以后，主要有三个作用，一方面直接降解有机物，减少进入活 性炭池中的有机负荷；方面把大分子有机物降解为小分子有机物，改变水中 有机物的分子量分布，提高水中有机物的可生化性