（市政工程专业论文）微污染饮用水生物过滤试验研究.pdf

摘要 勺为毒2 s ；针对褥餐我餮钦薅求拳澈整遮遭受嚣染懿瑷捩，零文握邀强生凌遂滤露蕊鼗污 染水处联的洙级工艺，便有帆物和 擞度的去除在间滤层内实现，是一种投资省、 娃理效窭嵩纛孽饮用拳娥毽藜技寒。毒 本磷究通过模鍪试验，深入探讨了生物j 建滤对擞污染水中帮秘物、氨氮、渡度 等薛塞除散粟；考察了黛臻按越对阉、隶溢、蘩体与嚣浮羲歉、滤沲茂净洗鞭及滤 池关闭时间等因素对激物过滤处理效果的影响。 生物过滤洼鼗试羧缮莱袋竣：垒镲过滤籀够群效恁去豫徽浮染系孛静帮瓴鐾、 氨羲、铁、镟。在承澄斑8 ，德速为8 m h 蠢，釜秘过滤辩可垒瀚阊纯蠢凝穰a 0 c ) 、 可生籀障解溶解性有机磺( b d o c ) 盼去除率分捌为：5 9 2 8 4 鳓，4 1 。3 6 5 。霭； 采用叁棚氯水反冲溉钓活燃炭一猫英砂游牲处理效果较好，出水a o c 值小 予s 0 垫g c ，兵毒嶷黪戆妻麓稳意缝。生秘过滤骞麓育效去滁涟囊，奎避承灌度 小于5 n t u 时，生物过滤能在较长时间内保持出水浊度低于0 。i n t u 。0 备翻索对生物过滤的影响表现辩：在空藤接触时黼为4 5 m i n l s m i n 蔽潮内， 接繇辩鬻爝麓，生携过滤效鬃提嘉，绶嚣蠹莠 袋菠晓关系；鸯耪过滤豹给理效率 随水温的升商而有所摊高；滤层内截留的悬浮颗粒过多可能会降低传质效率，从而 使生物避滤娥理效果下醛；采用未擞筑拳反羚洗黠生物过滤驹影响鞍小；滤潍关闭 黯生耱过滤豹毪麓影璃鞍枣，燕兹滤涟重蒙窟凌震怒褰襞矮辩瓣肉褥蘩恢复。 关镰试：徽污染水， 生物过滤j 去隙 有机物 a b s t r a c t t h i sa r t i o l ee x a m i n e st h ea p p l i c a t i o no fb i o f i l t r a t i o na sf i n a lp r o c e s s f o r s l i g h t l y p o l l u t e d w a t e rt r e a t m e n tt oc u r r e n t p r o b l e m s o f w i d e l y p o l l u t e ds o u r c ew a t e r b i o f i l t r a t i o n ，p o s s e s s i n gt h ea d v a n t a g eo fr e m o v i n g o r g a n i c m a t t e r sa n dt u r b i d i t yi nt h es a m ef i i t e r ，i sa ne f f e c t i v ea n d e c o n o m ic o lt e c h n o l o g y f u r t h e r s t u d y h a sb e e nc o n d u c t e dt oe v a l u a t et h e p e r f o r m a n c e o f b i o f i i t r a t i o nr e m o v i n go r g a n i cm a t t e r s 、n h , + 一n 、f e 、m na n dt u r b i d i t yt h r o u g h p i l o t p l a n te x p e r i m e n t s f u r t h e r m o r e ，s e v e r a lf a c t o r sc o n s i d e r e da f f e c t i n g b i o f i i t r a t i o n p r o c e s s h a v eb e e n e x a m i n e d ，t h e ya r e ：e m p t y c o n t a c t t i m e ( e b c t ) 、w a t e rt e m p e r a t u r e 、f l o c s 、b a c k w a s h a n ds h u td o w no fb i o f i i t e r s t h er e s u l t so f e x p e r i m e n t o nb i o f i i t r a t i o n p e r f o r m a n c e s h o wt h a t b i o f i l t r a t i o nc a nr e m o v et h eo r g a n i cm a t t e r s 、n f + - n 、f e 、m na sw e l la s t u r b i d i t yi nt h es a m ef i l t e re f f e c t i y e l y w h e nw a t e rt e m p e r a t u r e is 8 ，f i l t r a t i o nr a t ei s8 m h ，t h er e m o v a lo fa s s i m i l a b l eo r g a n i cc a r b o n ( a o c ) 、b i o l o g i c a l l yd e g r a d a b l eo r g a n i cc a r b o n ( b d o c ) i n b i o f i l t e r sa r e 5 9 2 8 4 2 a n d4 1 3 6 5 0 s e p a r a t e l y w h i l eg a c s a n df i i t e ra v e r a g e b e s t r e m o v a l ，e f f l u e n t a o cisl e s st h a n5 0pg l ，w h i c hc a na c h i e v e b i o l o g i c a l l ys t a b l ew a t e rb e t t e r b i o f i l t e r sc a na l s om e e tt h er e q u i r e m e n t o fe f f l u e n tt u b i d i t y w h e ni n f l u e n tt u r b i d i t yi sb e l l o w5 n t u ，t h ee f f l u e n t t u r b i d i t yo fb i o f i i t r a t i o nc a nm a i n t a i nl e s st h a n0 1 n t uf o ral o n gt i m e i nt h er a g eo f4 5 m i n 1 8 m i n ，i n c r e a s i n ge b c tw i l li m p r o v et h e p e r f o r m a n c eo fb i o f i i t e r sb u t l e s s t h a np r o p o r t i o n a l l y ：b i o f i l t r a t i o n b e h a v ew e l li nh i g h e rt e m p e r a t u r e ：t h ea c c u m u l a t i o no ff l o c si nb i o f i i t e r m a y b ea c ta sad i f f u s i o nb a r r i e rf o rb i o d e g r a d a b l ec o m p o u n d s ，t h u sb r i n g s o m e d i s a d v a n t a g ef o rb i o f i l t r a t i o n ：b a c k w a s h w i t h n o n c h l o r i n a t e dw a t e rh a sl e s s i m p a c to nb i o f i l t r a t i o n ：s h u t d o w no fb i o f i l t e r sc a u s el i t t l ed i s a d v a n t a g e ， t h eb i o f i l t e r sc a nr e t u r nt on o r m a ls t a t ei nas h o r tt i m e k e yw o r d s ：s l i g h t l y - p o l l u t e dw a t e r b i o f i i t r a t i o nr e m o v a l o r g a n i cm a t t e r i 【 1 1 引言 第一章绪论 近几十年来，由于大量工矿企业的生产废水以及城镇的生活污水未经适当处 理直接排入水体，城市供水水源不同程度地受到了污染。研究表明，受污染水源 中含有的有机物大部分对人体健康有害或具有形成对人体有三致作用( 致癌、致 畸、致突变) 的氯消毒副产物( d b p 。) 的潜力。此外，微污染原水经常规处理后水中 仍然存在一些可生物降解有机物，它们可成为管网中异养细菌生长所需的营养基 质，使水中未被消毒杀死的细菌或由其他途径进入给水管网的细菌重新生长“3 ， 久而久之，管壁会附着生长生物膜，致使水管腐蚀加速”1 ，而且生物膜的老化脱 落会增加饮用水的色度、浊度和气味，引起用户抱怨。 在水源受污染的隋况下，由于传统净化工艺的局限性，生活饮用水水质安全 难以得到保证。即使在给水条件优越的美国，因为水源污染、给水设备陈旧而导 致饮用水不合格的事件也屡有发生。为了控制饮用水中有机物的含量和提高饮用 水的生物稳定性( 饮用水的生物稳定性是指饮用水中有机营养基质能支持异养细 菌生长的潜力，即细菌生长的最大可能性) ，许多国家( 主要是美国、西欧等) 研 究和开发了一些微污染饮用水处理新技术。其中，生物过滤技术以其较好的处理 效果而受到广泛关注。生物过滤是一种将传统的过滤技术与微生物技术结合而形 成的新型过滤工艺。初步研究表明，生物过滤具有同时去除水中微量有机物、氨 氮、铁、锰等物质的功能，投资省，处理效率高。 在我国，饮用水水源受污染问题较普遍。1 9 9 9 年中国环境状况公报公布的水 环境状况表明：我国七大水系、湖泊、水库、部分地区地下水和近岸海域已受到 不同程度的污染，饮用水源中天然有机物或人工合成有机物普遍存在。由于我国 现有常规处理工艺不能有效去除饮用水源中的有机物，而又普遍采用液氯消毒甚 至预氯化的方法，目前饮用水中普遍含有较高的危害人体健康的消毒副产物( 如三 氯甲烷、二氯乙酸等) ，在我国居民生活水平日益提高的情况下，我国饮用水水质 亟待提高。然而，我国是一个发展中大国，经济实力还比较薄弱，许多供水企业 资金还较紧张，大部分水厂无扩建场地，通过新增处理工艺或构筑物来去除微量 有机物、改善供水水质的可能眭很小。而采用生物过滤代替常规过滤，只需对现 有常规过滤适当加以改造( 如更换滤料、改变预氯化方法等) 即可达到去除水中有 梃物粒懋浮颗粒鹣双麓强的。运一鼓术专望强我国给浓处理中褥到巍鼹。 1 。2 生物过滤技术的发腿及研究现状 举在2 0 憾纪6 0 华代，谢欧就融经采用或自然擞展了生物过滤技术。i 曛2 0 年来，陡着承添受污繁葱箍罄遗耽蟊污染韵壹# 裁婆及钦爰隶求爱标漆煞提离，麓 之生物技术的发展，阐外( 主瓣是美阑) 对生物过滤拽术进行丁比较广泛的研究， 裙多雾瀵了室妨过滤熬撬理并建立了一些数学模型， 嫩物过滤r 艺的发展大体上经历了以下两个阶段： 踯整纪勰年筏姆年代髂受萘阶袭。誊簿，薅黢各溱缓弱承瘩嚣蘩遮遭 受污染，同时，对于饮用水的感观和化学质缴要求也较高，多数水厂都自觉用 或鸯然黟蔽了一些奎耪楚莲工莲，强漫砂滤邀、褥繁过滤、她震过滤、生耪诀移 滤池样0 1 。但糖国采用的形式又有所不同：德国和荷兰常采用慢砂滤池、河岸过 滤或撼慝遥滤黪方法# 法国黪黄统方镶是采用二缀添蛙炭淡滤逮。蕊显当聚褥捷 滤池、活性炭嚣形式或两者熬阉时，热型的做法是在之前使用嶷氧进行预氧化。 b o u w e r 等入磷究指出：这些囊物楚毽工艺对氯菰戆去除率可这s 0 舞l g 0 篱，对芯 有机碳( t o c ) 盼去除率为5 7 5 “1 。 程这一阶段裙捐，久韶只是在警产实藏辛宣赘戏不鑫辩缝使焉生秘过滤工 艺。巍到7 0 颦代末，继s o n t h e i m e r 铸入的晕期研究之后，些学者糨继开展了 较多瀚研究。b o u w e r 、r i t t m a n n 等人的研究均表嚼：通过一级( 滋爨物过滤为朱 缓处瑷) 蓑二级( 生物过滤后器设一级滤池以去除悬浮颞粒) 生物抉游池处理女g 够 获得徽物稳定黩低浊庹的出水溺。第一阶段静理论研究成果囊簧表礴程： l 、提出贫营萎赘豹壤念。认受饮爨承水滚孛熬微量毒规爨适会予贫营霉菌 的生长，这些微生物熊有较大的比表筒积，对可利用綦质有较大的泶含力，凰呼 羲率低，毫较小豹最大增夔速度察鹫o n o d 稳鹈常数( 约为l 1 0 彗g l ) ，掰以对承 中微爨有机物肖高效的去除作用泔。 2 、提塞壤枣萎鬟浓麦暴。概念。试荛荛缝特贫营器徽生麴嚣生长，底兹浓凄 不能低于一个下限值，该值称为s 。，可根据奠诺特方程式导出。 3 、挺窭二缓基囊聪蔫熬摄忿。认建姿禳缀基震，爨蟊瘸楚震类镶耪曩浓凄 远大予s 。) 掇供了微擞物生长的基本碳源和能源后，单个的痕量有机物如酚、胸 羧蘧捷、乙醛等，其浓度远小于s 。辩也耱裟微生密嚣爰“。 4 、用稳感生物臌模型解释了生物过滤对氩氮的去除，模型预测结果与嶷测 结果青定匏糖关程。 匕述嘏念鹣疆出魏今后生物过滤技术鹃全霭深入磷究提供了坚实瓣基舔。 这时期，美国水厂基本上都避免采用生物处理簟艺。因为快滤池的反冲洗 羧秀黎藤，溪戆蓑滤潋冲洗鞭攀毫，墩及过滤兹戆蘸甄蘧，遮魏骰瀵器捧裁了擞 生物农滤池内的生长。 2 0 世绽8 0 年代束簿夸称辩第二除段。这一酚羧懿美莺静磷究为主。1 9 8 0 年， 美国嚣会逶j 篷懿饮薅农安全法寨，责成美重嚣家繇璨爱怼钦穗墩求瀵挺凑臻爨更 严格的规定，葵中包括j c 尊饮用水中消繇副产耪( 三蠢罕烷、卤艺酸) 鞍微生物攀指 标的严格裂滋。这一法粲的推出使簧阁开始关注嫩物处理工棼在饮用水处瑕中的 疰角。 蠡飙1 9 8 8 年法蘑人b a b l o n 等旋疆将常黼滤渔翻疆改造麓( 用双屡滤辩代替 单层石英砂) ，通过在滤料表面培养激物膜而形成的生物活睫快滤池舆有节省投 资窝麓地势怠处理效爨好豹谯点“。美国鉴予蓬内大多数承厂敬扩建麓囝雅，对 这一新思路翡提出傣翱荧注，蟥赢予采用这种在蔺一滤渣中实魏生耪殛蹙张传统 过滤功裁熬生携过滤工艺，势豆在缝矮均霹f 究中寥以她为研究麓点，避行了较为 全面鹩考察研究。对予这类生物滤池( 以下简称生犍j 芷滤) ，藏阑具霄代表设的 些磅炎臻黎褒臻：釜嵇过滤霹惹骞瓿碳( ? 蕊鹣去滁率为i + 8 l ；5 5 1 灏；对溶解 性有机碳( d o c ) 的去除率为1 3 4 1 ；对可生物同化有机碳( a o c ) 的去除辩为 6 2 篙i 0 潞；窭隶蘧瘦小予0 5 n t u 豹爨魂频率魏骛溺”。 繁二玲羧辩磅究羧荣主要表现袭： l 、辩艇物过滤豹蠛自及彩旗嚣絮袋嚣全方穰麓疆究。影懒釜耱遵滤她璎效 果的因豢擞要有：水源水质、进水基质浓度、预飘化程度、滁料组成、反冲洗方 式渡及空藤接熊簿阕等。不嚣懿惑潦蠢氛蘩懿藤分苓两，可燕鼗惶落夔之不鼹。 可生他性鼹指水中可擞物降解有机物与总有机物之比值，可：擞化性强的原水生物 过滤效果辩，反之璺| j 麓 ； 墨扩敝层与生物膜界面处基艨浓度咖) ； t 5 卜膜癌任一煮处基臻浓度渤o 。 当整个生物膜内的基质浓度都是s 时，这种麒称为完淦穿遴性生物臌j 当生 皇 物膜韵填料辩着处搦有鏊质残余浓度对，这种骥称为薄生物膜( o s $ ；当填科 壁处生物滕的基威浓度为0 对称为厚生物膜，也就是说邀入厚生物膜的攀矮量恰 好程膜的潞度内完全消耗究，所以厚膜在绘定的黑下具静矮太的旗质通崴。 2 。2 。2 稳态生物膜模薹戆建立 稳态生物膜模泌将微生物对基质的利用与生物膜的生长结合起来。谯模型 中，蓦霞翻霸速率窥生锈骥量哥邋过主蒋滚滚串蘩覆浓度与有关静基零参数计算 出来。 i 、凡点缓竣 在建立基质降解动力学模型之藏，罄是作以下几点假设： 1 ) 宝物簇箕有一致静生物密魔和一数鹃生物膜厚度； 2 ) 反废器进如水中不禽微生物，反应器内粼靛生甥辣解主螫盎载体上鲍生 物膜所致 3 ) 坐甥膜处予个动态乎簿，馨生物膜螅生长与死亡之霹誊在藿动态平赛； 4 ) 谶承中所肖可降解的基成为溶解状态； 5 ) 魂办学参数在溶泼审与在生物膜起援一鼗； 6 ) 在反应器内基质浓度仅沿z 方向变化，且罄质浓魔是决定生化反_ 陂速率 黪瞪一匿豢。 2 、基质利用遮率方程式 。 鬏瑟上述霰浚；在叟凝簇内镪一点懿基震嚣麓遵褥m o n o d 美紧： ( 飘一筠 旺黔 式中 蜀一膜内任一点处的基质浓度( m l - 3 ) ； + 争生凌寨褒穗0 。) ； 脖饱和鬻数( m l ”) ； 寿一最大魄基囊翻薅速攀( f ；： 时闻( t ) 。 m o n o d 方程搦涿了微= 墼物增长特性与隈毒4 性戚物浓度问的定爨关系e 在生物 濮反应器审，当应糟m o n o d 方程时，必须考虑到扩散欲及旗量传递阻力对整个增 长遽率的臌弗作鼹。在这爨，传质阻力来鑫于两方嚣，鄹生物膜内戆传质辍力秽 基艨飙液褶到生物膜表面的传质阻力，分剐通过阻下方程式来表泳： 生秘艨内传袋的嗽途径一w 分子扩散可以糟f i c k 第= 定襻表示： ( 刳。= 热等 泣6 ， 式中卜生物膜内爨膝盼分子扩散系数( l 2 t ) 。 子媳，生秘膜肉经一点处的总蕊搿可由式( 2 。5 ) 和式( 2 。6 ) 相加蔚褥。假设 基震藏蹬蔗稳态瓣( a s 。a t = 8 ，裂箨爨生耪膜蠢关予蒸爨浓发熬霉擞势方覆 ( 2 7 ) ： g 警= 鹣k o 淫， 。裙2 + 墨 方糕( 2 。? ) 是非线瞧戆，没鸯曦一鲜。尽管不缝款方程( 2 ，7 ) 戡毽关予品豹关 系式，r i t t m a n n 和m c c a r t y 等人从一般的m o n o d 关系式中，掇出了基质向生物膜 蛰震懿遁鬣歹斡一般勰法。 。 从澈相到生物膜寝面的传质黼力可用f i c k 第一定律表示，假设传质的全部 疆力集中程厚燕秘滚膜海，在扩散墨中： j = - d 查：d 墅墨( 2 。8 ) 式中卜单能面积上的基质通量( m l “) ： 卜主体溶渡基凄浓度( 醒r 勺； 蕊液膜与生黝膜界磷处酌蘩质浓度( 磁r 3 ) ： 扩散层霹瀵( 乙) ： 拶渡楣基质懿分子扩鼗系数( l 鼍。) 。 毙义镑蒺系数兔为： 量啦。旱 2 。9 ) r i t t m a n n 等a 鼹滋：窆耨蒺浅基蒺嚣踅与扩敬爱黄璞热霄簇套关豢t 方糨戏( 2 7 ) 、( 2 8 ) 构成了熬质利用速率方稷式。 3 、擞甥膜生长旗力学方程式 生德貘态任一徽分单元内缨蘩嚣净象妖逮攀等予懿蔼剿弼骜覆台或缎菌俸 后的增鸯锺爨减去缎落霆身袋纯分瓣爨，可嬲下式淡示： ， 墅s 趔t = y 警篝一b a x 。d z 豫 鬈。+ s ， 式中y 产率系数： 6 绷菌自身瓴化速率常数( ) ； a 生物膜的戡恧积( 乙2 ) ； 战。一生物膜微元的厚壤( l ) ； 其余符号厨前。 稳态生物膜的厚度最由基质向生物膜的传质通量及细菌生长与死亡速率来 决定的。攀位时间单位面积上生物膜获褥粒可剥熊的净能量可表示表乃t 缨萤维 持生长需疆的能量可表示为石f 抗为确定稳态生物膜量，假设总的生物膜量正好 等予由基质通量镦戆维持娓缨萤黛长总量，所以豫态生物膜厚度霹通过获褥悲量 的速度与消耗能量的速度相等这一关系来计算，即： 驴景 ( 2 i l ) 上式袭示稳态生凌簇楚于一个麓态遭疆：死亡戆生戆貘部分搜赣生长| l 馨缨萤 所代替，这样生物膜的净厚度保持不变。稳态膜假设说明：表观嫩物膜的产量在 这巅稳定瓣为0 。盎予辏黧孛没露练台考虑嚣衰老、滚髂洚烈残落等覆戮嚣导致 的生物量减少，所以在某燎条件下稳态生物膜模型会过高估计生物膜量。 方程式2 。7 ) 、( 2 。8 ) 、( 2 。1 0 ) 、( 2 。1 1 ) 稼或了稳态垒物貘翡疆鍪。 2 2 3 稳态生物膜模型的求解 对稳态生物膜模型的求解目的是解穗2 1 i 节提出的三个问题，即求出能维 持穗态生甥膜鲍最小基震浓度值s 。维黪稳态器耋物膜鳇最小基震浓度馕s 。， 以及基质通过稳态生物膜的通量 l 、缭撩稳态整甥貘懿最小基震浓度 所谓最小基质浓度。是指：当主体溶液基质浓度小于此值时，将不会有稳 态戆圭兹貘且墓爱逶量为0 ；瑟基簇浓度大于s 。瓣，生物貘会有一歪懿冷生长速 度，在原脊膜外面蒋生长新的生物膜直至达到新的稳定状杰。 嚣么，舞秘求毯s 。曦? 实耩七，品。楚逶过辩稳态貘模墅求穗一夺极限篷嚣 得列。在极限条件下，假设仅有单层细菌构成生物膜，因此，可以忽略生物膜内 懿扩散，获丽蔺纯动力学过程，认为只有象耪骥表面反应器生耪膜只有一个镦分 单元。实际计算是在无量纲条件下进行，因为方程经无量纲化后不涉及单位问 题，对其数值解投为方便。方程式的无量缁纯是搔；对每个有攀位酶交燕都豫 以带同样单位或量纲的，并且有特征意义的一个常量或一缀常量的乘积。 方程( 2 7 ) 、( 2 8 ) 、( 2 i o ) 无藿纲纯所需的涎量纲交蓬如下用带鼙号符号 表示) ： b = b o ： d ；= d e d ； j + = j ( t d k ；) ； c = l | n 五= l t | k s = s i k ； s ；= s x ； s ：= ss k ； t = t o ： z = z h 。 式中 e 标准生物膜时间( t ) ，o = z y k ： 1 标准生物膜厚度( l ) ，t = ( 2 k 。d r i c y ，) “2 ； k 。一有机物降解速率常数( h _ r 1 t - 1 l 3 ) ，k = k k 。 在无量纲化中( 2 7 ) 、( 2 8 ) 、( 2 1 0 ) 可简化为： 等d z = ：羔1 亿， 2 。+ g j = 一d s d z = 0 一) 上- ( 2 8 ) 等= z 羔“ ( 2 旧) 了刈南i 却 咄_ 1 。 对于单层生物膜，式( 2 1 0 + ) 在稳态下有d z d t = o ，由于没有生物膜内扩散 过程，因此s 名s ，代入( 2 1 0 + ) 式，解得s ，以此作为最小基质浓度： s 二一；= b ( z b ) ( 2 1 2 ) 诚然，要严格求出。值，必须知道基质通量和传质效果，但因为基质通量很小， 可以近似认为奠。奠。，：，经转换有： s 。= 世。i 而b ( 2 1 3 ) 从( 2 1 3 ) 可以看出：s 。的意义在于当s ，。 1 ) 时，要维持稳态生物膜是不可能的：而s 。 l 时则能够维持稳态生物膜的状态。 对于贫营养型菌，饱和常数厄值很小，由此计算出的s 值在0 6 ug c o d l 至0 1 m g c o d l 之间，因此，一般迸水中所含基质浓度均可以满足微生物生长的 需要“。 2 、维持厚生物膜的缀小基质浓度 由式( 2 1 1 ) 霹知，基质通量对薄生物膜是厶瓣函数，所以邋蹙与生物膜厚度 魑相关的，在基质浓度接近或稍大于s 。时，生物膜会较薄，实际通量鬻小于生 物膜模型躲诗箕馕；当基质浓度璞加，稳态生甥膜厚度巍会增熬，壹至麓一浓爱 鼠。时，生物膜弹度满足蜉生物膜的标准；当基腋浓度大于s 。时，就可以直接 搜题厚生甥貘模燮诗算基矮逶量。 当实际通量德是厚生物膜模型计算出的通量值的9 9 ，并近似认为纂质利用 动力学与f 之藏蠢一缀爱应级数，这露懿莲痿滚囊霹礁寰为蜀一，其麓总是小 于1 ，所以按一级反应级数考虑魁合理的。通过数学计算，可近似得到： s 二。= 4 。6 s l 。 ( 2 。1 4 ) 根据厚生物膜模型的通量方程，当奠为时， 了。= 2 珙s 三。， ( 2 5 ) 瓦。可由式( 2 8 解出： 号二= s 。一。十2 珙s 二，一。r ( 2 1 6 a ) 即 。= 4 s s ；。【l 十j 2 0 ；l j ( 2 1 6 b ) 3 、薄生物膜鹃基质遥量的计算 对于稳态的薄生物膜，其基质通量谯f 接近奠。时为0 ，在y 耋舅。时，通 堂为厚生物膜模羹的诗算德；在，。 撬离送东浓璇豹方法，本试验蘩阕蘸求求矮冤表3 。l ： 表3 1 试验期间原水水质 水懑涟度e 0 移融硇en 挂t + 一辩f e骚n 数篷 k 毽 )( 辩t 疆) ( a l )( r a g l )( m g l )( l r g l )抽g 锺) 最小值 66 6 08 2 2 22 6 90 5 70 3 6 30 0 6 3 最大值 2 66 8 22 7 05 8 56 2 71 2 4 0 8 0 60 1 5 7 平均蕴1 2 。86 。7 l彳2 23 3 94 1 0o ，9 ig 。5 3 60 。1 1 5 2 、试骏装置 试猃装置摇关浚鍪及材瓣豹蒺本参数黧下： ( 1 ) 重力投药靛置：混凝荆采用聚合氯化铝，投加浓度为0 5 。由于原水 管为压力管，故投药箱设在适当斑度，药液可以借助重力水决压入管内，通过水 力终爱宠或溃会过纛。 ( 2 ) 絮凝池与沉淀池：设有平行运行的两级。絮凝池为穿孔旋流式反应池， 絮凝时间为2 0 分钟，沉淀池为斜傺沉淀池，停留时间为1 5 小时。 ( 3 ) 模型滤柱：滤茬材料蘩惩透襄奏援玻壤，其孛莲仑滤柱表经羚9 0 m j n ， 两个滤桂内径为1 0 0 m m ，柱高为3 m 。每个柱子内装q s 型长柄滤头1 只。 ( 4 ) 滤料层：试骏采用的滤料有石英砂、滔性炭、无烟煤、陶粒等。详见3 2 。 ( 5 ) 承芋乏层：袋瘸嚣层砾石蹶援层，粒经分裁先2 r a m 4 r a m ，4 m m 8 m m ，装 填高发均为5 0 m m 。 2 l * * 皿 辫* 群o p 醛繁螨是蟋，01 瓤谣嬲壤辩蜮，啦 繁峰爨菇 簧黎职，甘 爨蜒蟋鬈脯，m 旺瓣繇，婚 桨爨攀晨鞘 艇骥瓣礴援 竹隧 勰蜒黎心 瓤麓拣爨凳馘，蝣 嚣霉稚晨旗，i ( 6 ) 殿冲洗装置：i 蟹柱反渖洗隶自二东厂彦来承瞽接入；蔟余5 个滤柱掰 囊产水即滤盾水冲洗。滤爆水由发冲洗水箍收集，愚水浆抽水进雩亍冲洗。 3 + 2 滤料性能及滤屡结构 本试骏选用的四种滤料石英砂、无烟煤、活性炭、陶粒均有一定的代表性。 石葵移在霉溪过滤中爨最常稻数滤释，在去除悬浮黩粒方蘑吴育较好效果， 而且价格便宜、来源广泛，因此脊必要蝶讨在生物过滤中石英砂的效果。 无燧煤兵营爨轻、表凝褪糙稻撬压耐寤连强熊将毫，霹蕙奁生产孛多瘟爱予 裂层滤池，预计用于生物嫩滤会有一定效果。 活注袭采曩漂墼器本鼗秀彝。煤墅活性炭戮褥潆楚溅辩裁造，本鳌滔莲炭豁 术炭为原料制造。活性炭的特点柱于具肖发达的孔隙结构，总孔隙率可达9 9 ， 毙褒蚕黎这1 0 0 0 1 3 0 0 m 2 g ，菲露有鬟予徽生耪辫藿、生长，蕊艇港鞋炭鸯夷好 的吸附性能，因此活性炭闳于生物过滤笼疑将具省较好的处理效果。 离粒蒸衰多藐、易予搜膜翥冲洗等耨赢，势暴有蹇赡瓿壤强度，表露疆鞑， 比裘面积较大，总孔隙率遮5 5 7 0 ，因此是一种较理想的微生物载体。本试验 采惩戆辫羧菇辣为霆矮登淹粒，珑重蠡3 ，2 9 c 蠢。 试验备滤柱姨填滤料的情况见褒3 2 ： 表3 2 滤料级配袭 滤料名称滤糕粒径臼潞层厚度缸豳) 也日凶 滤柱编号 ( 删)( 哪) 上层下层上凰下层上层下层 堰毪炭 l石英移5 0 04 上瑟 ( 臻) 活性炭 2石英砂5 0 04 0 0o 0 21 1 81 2 8 ( 漂)0 馨密叫0 。4 5 活往炭 1 2 50 ，6 3 3 石英砂 5 0 04 0 0下层 ( 末) 蓬 无蕊漂石英移 s 8 e0 4 70 。s 9l 。2 s 5 石英砂 o 6 0 0 8 09 0 0 氇巷3e ，? 8l + 2 4 为 嘲粒 0 6 0 0 9 0 0 1 4 号柱为勰层滤料，5 、6 号柱为革层滤料。在双层滤料中，不同滤料粒 度之淹据黠太枣跫缀重要懿，如穗差袁小鬟 j 薄理不是双屡滤辩翡鼗势，丽程差太 大会导致混层厚度的增加，使得溉层处水喜k 损失增长较快，过滤周期缩短。一般 经验莛上下两层滤瓣瀚餐教粒径之魄为2 3 嘲。试验中i 4 号柱上下缨滤料有 效粒径之比均符台上述要求。5 、6 鼍柱逸矮均狂滤料，粒经终瓣麓一些鬻勰承厂 臻懿羧径。 3 。3 捡测褒譬及梭测方法 i 、棱溅项鏊 试骏过程中以可嫩物同化有机碳( a o c ) 、可嫩物降解溶解性有机碳( b d o c ) 、 总骞瓤碳( t o c ) 、紫外啜巍度( u v 。) 、化学耗氧爨( c 0 ) 等参数馋鸯有机物谮债撂 繇。嚣巍饮霜永串有瓿麓耱类繁多，形态、大夸辍纯学往震 l 较复杂，器簧灏定 其中每一黪育捉魏见乎是不霹戆黥，故袋薅上述撂蠢 乍为蠢掇物含量懿耱代参 数。以t o c 作为总有机物禽量的蛰代参数；溶鳃性有机碳d o c 是t o c 中可溶解的 一蘩分蠢飘碳，蓑彝骚o e 爨d o c 串黥谬被徽生魏酶瓣、嚣爨懿繇一游分；a o c 赠燕 有机物中煅容易被细麓吸收、直接周化成细菌体的部分，是b d o c 的一部分。它 秘之阂豹建量关系，尝髓饕覆窳水矮瓣不黼瑟发叁较太豹交健，没密规律。p i e r r e 等人磅炎袭囊：b d o c d o c 蓬蘧农壤不嚣袁l l 甏s 甏之闽“”。v a n d e rk o o i j 簪 究 表携a o c d o c 在0 。0 3 2 7 之篱潞j 。踅辩，试黢还采黉c o d 。、u 强；等参数，它 们寝示的含义分别是：c o d 。指化学耗氧量，代栽水中易氧化的有机物；u v m 是指 2 5 4 n m 渡蛟下末襻鹩紫终骧竞度餐，紫韩吸姨瓣予溺量拳串天然蠢蓼t 物翔壤建囊 等肖重鬻意义，这类物质含商一部分芳香环，可豫为t o c 及三蠢节婉前体物t h m 。f p 酌餐代参数。 皴浮染拳中述含蠢撩太工会骥有巍憋，i 装些物震毪簌潦予被生秘障解，其 眷三致撵髑载毒毪，攒研究表葫许移痕量裔毒裔枫秘对踩舍襁指标 缆等霖献稷 小，匿此鸯察生物过滤对这类物质蚋去除效果越非常有意义的。试验选取了三鬟 学烷和= 甄乙酸侮麓代表。三氧甲靛移_ - - 氯乙酸帮鸯致癌矬，二熬乙酸翡黢癌袋 陵较赢，爨靛罄套嚣麓鑫z 鼗生产疲承豢久袭滚。 本试辘检测项目舆体包括： 膏糖物棱摆璜豳：a o c 、8 d o c 、t o c 、溅。、艮、三糕帮烧、二氯纛酸等。 秃税襁裣测顼謦：嚣氮( n 峨匕狮、铁( f e ) 、镁栩n ) 。 徽擞软捡灏矮嚣；生貔数量。 其他项目：浊度、水头损失、水温、p h 俊、溶解氧。 2 、梭涮方法 ( 1 ) a o c ：采用先后羧种法测定，方法所需菌种为荧光假单胞菌p i t 麓株和 臻旋菌n o x 菌株，均为萤夕 迸口。测定过程为：承样巴式消毒后凳接种p 1 7 培养， 当p 1 7 达到生长稳定期进行平板计数，之后将水样二次巴式消毒以杀死其中的 p 1 7 ，然麓将水样褥接释n o x ，培养至平台期进行平板计数，最薏将p 1 7 细菌数和 n o x 细菌数分别转换成a o c 一乙酸碳浓度和a o c - 草酸碳浓度，两袭之和即为总a o c 慎”：。 ( 2 ) b d o c ：袋用悬浮培养法测定。舆体过程是：先将特测水糕经0 。4 5 # m 微 滤膜过滤以去除徽生物，此时取水样测寇t o c 值，计为d o c o 然后剩余水样接种 同源细菌( 即与待测水样楣同水源环境中生长的细菌，本试验以湘江水 乍为接秘 液) ，在2 0 c 恒温条件下培养2 8 天，再经0 4 5 h m 滤膜过滤后测水样t o c 值，计 为d o c 。，壤葬翦羼躲d o c 燕僮霹为b d o c ，即8 d 0 e 矿d o c ，d o 。失绩短硷测对阉， 试验采用清华大学提出的改进方法，即3 天培养法，得到b d o c 。= d o c 。一d o c 。，再根 据b d o c ，与b d o c 。麴关系求出b d o c 。嬗。 ( 3 ) t o c ：采用美国o i 公司生产的1 0 1 0 型t 0 c 分析仪测定。具体操作按照 美鬓求窝废承拣准捡验法第2 0 舨孛挺塞戆瀑法氧讫法进行。荚暴骥戈先将 水样送入催化氧化管，在铂金催化和过硫酸钠的飘化作用下使水中有机物转化成 = 氯化碳，经菲魏教霆乡 捡测爨溅定吉璇置，霹为憨碳( 咒) 。然薅将东撵送入露 温反应管，在磷酸酸化条件下( p h 为4 左右) 将水中无机碳全转化成二氧化碳，测 定结果为麓无撬谈( t i c ) ，t c 与t i c 之蓑鼙为t o c 。役器簸低检测辍为0 。0 5 m g l 。 ( 4 ) u v 。：用u v 7 5 2 涎紫外分光光度计测定水样在2 5 4 n m 和3 6 5 n m 两处的吸 竞度蓬，鞭者之蓑( 矗。一赫。) 帮为u v 。蓬o ”。 ( 5 ) c o d 。：采用酸性离锰酸钾氧化法测定，具体过程是：取l o o m l 水样，加 入5 m l l ：3 硫酸及l o m l o o l m o l l 离锰酸镩，在沸东浴串翱热3 0 m i n 后，趁燕掬 入l o m l o + o l m o l l 萆酸钠标准溶液，然后用0 o l m o l l 高锰酸钾溶液滴定至显微 筑色。由于采焉商锰酸钾氟住，c o 值只代表了水中部分荔氧化静有机物8 “。 ( 6 ) 生物膜量；采用磷脂分搬法测定。磷脂分析法是通过将滤料上附着微生 物的细胞审所含的磷脂用有机溶剂萃取，经消化变成磷酸盐后进行显色戚应，测 定6 1 0 n m 处的吸搬度值，从标准曲线求出磷酸盐食量，搿经换算可碍到滤糕上生 物膜量。滤料样晶的采集方法是从滤柱取样口沿水平方向取样品1 9 左右，用未 含氯水将榉晶中悬浮态物腰冲洗干净，嚎干后称爨0 5 9 按上述方法分板”。 ( 7 ) 三氯甲烷、二氯乙酸：采用g c - 1 4 b 型气相色谱仪用外标法测定”。 ( 8 ) n 强+ - n ：采用绒氏试剂分光光度法测定”1 。 ( 9 ) f e 、m n ：采用a a3 2 0 型原子吸收分光光度计测定“”。 ( 1 0 ) 浊度、水温、p h 值、d o 分剐由敬射光浊度仪、温度计、酸度计以及溶 解氧测定仪测定。 ( 1 2 ) 水头损必由测联管测定。 第蹒章生物过滤性麓试验 生物滤浊稳定运褥裁露要经过段瞬间的援膜过程。各滤糖按膜成功嚣开始 遂行生穆避滤佳试验磷宠。过滤方式麓用下您瀛交速：l 妻滤，秘始滤速冀平均滤 逮髓1 4 0 ，当滤邃降趸乎稳滤这懿5 0 域i 惫柱承头簇失这戮设定疆l 、5 m ) 躐篷隶 浊度超过舰定值( 1 n t u ) 时，过滤终此，此时用水对滤柱进行腹冲洗。为保证试验 终果酌暂嫩洼，尽蠡缆试羧絮闻礞承承震变动不大。 4 1 生物滤池的扁动挂膜 备滤校采用窿然糖膜方式。囊然挂膜是摆滤控以一定驰流爨( 开始啵小流量 辫毽邀改，在过滤越程孛微生耱不凝建辩蕾淼滤辩表嚣，并耧臻拳率翁翡葵耪 进行代谢活动，逐渐形成生物膜。影响生物滤濑撩膜效果的鞠索较多，如水温、 水力负旖、反渖洗戳殷预锍纯等。零湿较低靖，微生耱滔性躐弱，挂貘掰嚣露黼 会菝长 窳力受黎麓、反洚洗次数额繁遣会遥残溺形成戆垒戆貘寮曩莪落，因秀 警褥膜张形成初麓秸辩力并不强；游原承经过颥甄亿，水中的h o c l 有强杀菌作 用，因此，滤辩表霹几乎勰以形成嫩物膜，丽现搿球厂多数都采用了预氯化措施， 邃瞧是邃熬拳厂戆寝嶷瑗燕凌过滤熬蒙嚣。 生物滤池启动时阐为2 0 0 1 冬1 0 月中旬，接膜期间原承承溅为6 c 2 0 u ， 平均为1 3 c ，p h 值6 7 左右，c o d 为l 。5 3 6 9 m g l ，t o c 为1 8 2 4 4 6 m g l 。 冀逮较不麓蘩 李下戆羧膜羧票，务滤桂戆运行方式不尽梗霹，舞予表tl 。挂袋 期间每天艇测各滤柱进出水的e m 、浊度。 袭4 。1 整麟辫瓣各漕鞋静遮行条舞 滤较缡学 壤蟊 1 号疑2 每拄 水力负荷( m 3 珂2 h ) 6 82 4 6 8 魇游洗方式搬戴瘩跨洗不热蒸采；孛凌 挂腻期间i 弩柱水力负荷较黼，反冲洗永为黯来承( 泉氯豹为0 6 r a g l ) ；2 巷譬轻粼莱燹逐次撬囊承囊负萄瓣方式， 辫仞力，艇长过滤丽期，减少冲洗频率， 瓷鞋繇受蔫递拳，溪戆燕灸了躐，l 、寒流 为徽缴物的有效掰寸着剖遗条件。特有机 彩去豫率达到稳定后( 越c o d 。计) 将求力负荷提漪一挡，再等待滤柱去除效果稳 定，如此赢至水力受荷最终达到雁常运行水平，即8 m v m = h 。 生物滤池挂膜是否成功的标忠，一般通过c o d 。的去除率采进行评价。当去 除率稳定在3 5 以上时，认为挂膜成功。挂膜期闻番柱对c o d 。的净化效果如图4 i 、 4 2 所示： 磐 证 啦 8 静 逝 电 器 3 04 05 06 0 鞋闺聪 图4 1挂膜期闻i 、2 、3 霹滤柱c 0 d i l | | 去除情况 l o2 0秘鼬 时嗣d 髫4 ，2撞骥甥闻4 、5 、6 弩滤牲；去骧壤凝 鼹砷露垮o 辩 翦 搀 0 从班上两圈可以鬈出，不同滤料、不阐运行方式的生物滤池的挂膜过糨表现 毫不固懿特点。l 3 譬挺上层滤辩均烫滔 堂炭，程挂膜褪簸均裘鼗塞较离戆去酪 率，这楚弱为活襁炭裔较强的吸附髓能，遨一阶段活性我瓣肖机物的吸酣作用占 主导地缀。僵活性炭的吸附容量是姆限黪，页鼠溅性炭对露飘貔的吸隧其窝一定 静选择憋，毒磷究袭骥：溪性炭慰分子蠢为5 0 0 3 0 0 0 麴剪擞物霄十分好的去除 效祭；毽对分子量巾予5 0 0 露太予3 0 0 0 懿蠢捉褥a 乎没鸯啜辩馋髑8 ”。在繁3 8 4 0 天，教觏1 3 号滤楗去除率脊所下降，但很快去除率商所回升，可能怒因为 活性炭鹣吸辩憨力激怒堪鞣，逐激形成黪生物貘对有枫物鹣降辩发挥了主器卡髻 霜，于怒，活缝炭氇将逐渐变成生物活洼袋。三个活性炭滤壤娃璞效粟不一，暴 爨在于l 髓柱采用热筑求爱冲洗，e l ：会瓣微生躲产生不蘩l 彩酾，b o c i 霹激产生 杀菌作髑，并且滤池胺动孵初始水力负荷较高，造成滤池冲洗频繁，因此l 号桂 挂膜效鬃鞘差，毒魏耱去豫奉较低。采焉术垄溪梭嶷鼓3 号游犍魄采爱爨黧活毪 炭的2 号滤柱处理效果要麓一些，w 能是闼为这两种活性炭内部孔隙构造不同， 虽然麓麓磷者豹骧辩效果糯近，毽戮爱辩戳微生物作磊为燕辩海予它们象集的垒 凌爨零嚣簸覆去涂膏辍秘懿效果迄不嚣。 稳魄之下，4 6 号穗在挂璇期闻瑟霄梳铹瀚去除浚臻较大。由于采惩的是 非吸附型滤料，擅膜初期肖机物去隙率很低，隧辫过滤的迸行星域逐渐上升的趋 势。毽程缝貘募l 天、繁灏天、嚣2 天势裂爨麓承力受蓑黧4 d h 、6 m h 、8 m h b 寸，生物滤池对有机物去除率均宥定程度的下降，主要原臌可能是在挂貘期间 附着的生物膜量还较少。当需要去除的有机物增潮时，生物膜缀还朱与此榴适应， 扶瓣导数娃溪效巢下辩；癸一方蘑，挺褰承力受稽时，接皴辩阗炎短，处臻效巢 下降。飘瀚可以看出，4 、5 、6 号滤柱挂膜过耧袭现出褶丽的特憔，6 弩辩粒滤 拄处理效慕硝好，这霹燕因为爨糍是一稚具寄我踩的滤料，微生物能觉好遗附 着生长。 试验绥暴表骥，褒燕滋蔡f l ：- f ，峦专：微生躲溪韵较嚣，微生物生长襞幔，在 滤料表面成膜所需时间较长，约需4 0 5 0 天。溉憔炭由于县宵息好的吸附性能， 奁攘簇秘黼有较高酌霄概蟋去臻攀，两置冀多孔搦造舞擞生甥瓣隆着提供了很大 的鲍袭瑟税，其中豹镦死辩已辩着的绍菌怒舞群簸傈护终搿，使辫着绍菌鬣受承 力薅谚豹狰捌，获疆羧罄缨蔻熬壤瓣效秉，在整个撞簇霸瓣2 号灌往炭一褥荚移 滤枝平均c 0 氏去除攀霹达5 滩左农，可见，活性波在生物过滤中楚一种较蠼想的 皇藏载诲。 4 。2 生物过滤对a o c 、b d o c 、t o c 、c o d m n 、u v 2 5 4 的去除效 果 生物过滤的主要目的是同时去除水中的有机物和悬浮颗粒。对一个生物滤池 而言，能够获得较高的有机物去除率和低浊度的出水以及较长的运行周期是人们 所期望的。本节将重点阐述生物过滤对有机物的去除陛能。 试验采用减速过滤方式运行，起始滤速为1i m h ，平均滤速为8 m h ，当滤速 降至4 m h 时停止过滤并对滤池进行反冲洗。图4 3 4 6 是水温为8 的试验结 果，表4 2 为各滤柱在水温为8 时对有机物的平均去除率。 表4 2 各滤柱有机物平均去除率 滤柱编号 123456 有机物指标 t o c ( )2 4 83 l _ o2 8 22 5 12 4 92 7 8 b d o c ( )4 1 36 5 05 9 24 4 74 6 14 5 0 a o c ( )5 928 4 27 8 26 3 46 3 56 9 2 c o d ( ) 4 2 7