生物活性炭滤池的工艺参数试验

生物活性炭滤池的工艺参数试验研究摘要：生物活性炭滤池的工艺参数直接影响其处理效果和成本。本文分析探讨了炭床高度和空床接触时间对生物活性炭滤池净水效果的影响，认为空床接触时间是决定性因素，合理确立了生物活性炭滤池的相关人艺参数。关键字：生物活性炭滤池空床接触时间炭床高度前言随着水源污污染的日益严严重，为了克克服常规处理理工艺的不足足，满足不断断提高的饮用用水水质标准准，对常规处处理工艺出水水再进行深度度净化将成为为自来水厂的的选择之一。生生物活性炭技技术能有效去去除水中有机机物(尤其是可生生物降解部分分)和嗅味等，从从而提高饮用用水化学和微微生物安全性性，目前它已已作为自来水水深度净化的的一个重要途途径而被水工工业界重视[1，2]。该技术要要点是：以粒粒状活性炭为为载体富集水水中的微生物物而形成生物物膜，通过生生物膜的生物物降解和活性性炭的吸附去去除水中污染染物，同时生生物膜能通过过降解活性炭炭吸附的部分分污染物而再再生活性炭，从从而大大延长长活性炭的使使用周期。生生物活性炭滤滤池的工艺参参数直接影响响其处理效果果和成本，并并且合适的参参数值还和滤滤池边水水质质有一定关联联，在大规模模应用前进行行针对性的研研究很有必要要。1．试验研究究方法l.1试试验工艺流程程及装置本次试验为为中试规模，试试验工艺流程程为预臭氧化化十混凝、沉沉淀、过滤+臭氧--生物活性炭炭，试验装置置(图1)设于深圳大大涌水厂内，包包括常规处理理、臭氧化和和活性炭滤池池处理系统。活性炭滤池池横截断面尺尺寸为500×5500mm，高度为4.92m，内部均分分两格，采用用小阻力配水水系统。装填填ZJ-15型柱状活性性炭（山西新新华化工厂产产品），该炭炭碘值和亚甲甲兰吸附值分分别为961和187mgg/g，堆积密度460g//L。活性炭在在使用之前，先先用未加氯的的砂滤出水浸浸泡1周，再用未未加氯的砂滤滤出水反洗清清洁，然后装装池。生物活活性炭滤池采采用下向流型型式，进水溶溶解氧含量一一般在7.50mmg/L左右，能充充分保证生物物降解对溶解解氧的需求。滤滤池采用两段段式气水反冲冲洗，即首先先以空气擦洗洗、再以未加加氯的砂滤出出水反冲，反反冲洗周期为为7天。臭臭氧采用Ozoniia公司的CFS-11A型臭氧发生生器现场制备备，以空气为为气源、以自自来水为冷却却介质。预臭臭氧化的臭氧氧接触时间和和投加量分别别为4.5miin和1.5mgg/L左右，水在在塔内流速40m/h左右。主臭臭氧化的臭氧氧接触时间和和投加量分别别采用液态碱碱铝和氢氧化化钠，投加浓浓度分别为2.5mgg/L和6mg/L左右。1.2试验设计在参考现现有文献的基基础上，本研研究首先采用用2.0m和2.5m炭床高度，分分别进行空床床接触时间10、12min的对比试验验。然后选定定炭床高度，分分别进行空床床接触时间7.5、10、12、15、20min的对比试验验。1.3试验方法试验期间间水温较高（26-31℃，平均29℃），生物活活性炭滤池采采用自然挂膜膜，生物膜成成熟时间约为为15天。进行上上述各组条件件的试验时间间均为7天，其中2天为过渡适适应期，5天为稳态试试验期。试验验期间生物活活性炭滤池进进水水质如表表1所示：表1生物活性性炭滤池进水水水质数值指标水温（℃）PH值浊度（NTU）色度CODMn（mmg/L)含藻量（万个体体数/L）最小267.380.13＜50.695.0最大317.970.3852.0824平均297.7680.237--1.39311.3注：表1中中实测期间色色度＜5的次数约占1/32.试验结果果与分析2.1炭炭床高度当生物活性性炭滤池空床床接触时间分分别为12min和10min时，2.0m和2.5m炭床高度的BAC池进出水浊浊度、CODMn的历时变化化情况见图2--3，图中5/23——6/2、6/2——6/9分别对应12min和10min的试验结果果。由图2——3：虽然二池池出水浊度、CODMn的历时变化化有所差异，但但平均而言差差异并不明显显。当空床接接触时间为12min时，在2.0m和2.5m池进水浊度度、CODMn均值分别同同为0.3277NTU、1.4988mg/L的条件下，二二池出水浊度度、CODMn均值分别为0.2933NTUT0.3099NTU、0.9955mg/L和1.01mmg/L。当空床接接触时间为10min时，在2.0m和2.5m池进水浊度度、CODMn均值分别同同为0.3688NTU、1.5966mg/L的条件下，二二池出水浊度度、CODMn均值分别为0.314和0.3144TNU、1.304和1.4022mg/L。由此可认认为在本试验验条件下，如如果空床接触触时间、进水水水质等其它它件相同，炭炭床高度对BAC池出水浊度度、CODMn影响较小。虽虽然图2--3也反映出BAC池出水浊度度和CODMn有稍高于进进水相应值的的情形，但其其中的主要原原因可能在于于进水水质的的波动及生物物膜脱落及微微生物代谢产产物，此外低低浊度分析也也是值得进一一步研究的问问题。实验结果（表2）还表明，在空床接触时间等其它试验条件相同时，炭床高度对BAC池出水色度、PH值的影响不大；但对嗅阈值却有一定影响，在空床接触时间同为10min时，炭床高度2.5m池的出水嗅阈值超过深水集团管道直饮水水质标准（Q/ZLS001-1998）3的上限标准，这表明较高的滤速不利于除臭。表2炭床高度度对嗅阈值、色色度、PH值的影响指标接触时间12min10min进水2.0m出水2.5m出水进水2.0m出水2.5m出水嗅阈值18222024色度10-20(115)≤5≤525-40(331)≤5≤5PH值7.727.437.507.437.377.44注：表2中中嗅阈值、PH值栏数值为为均值。综合12mmin和10min的试验结果果，可以看出出，在空床接接触时间、进进水水质等主主要试验条件件相同的前提提下，炭床高高度对BAC池的净水效效果总体相同同；但较大的的炭床高度不不利于嗅阈值值的控制。事事实上的BAC池去除污染染物主要靠生生物吸附降解解和物化吸附附，而这些过过程都需要一一定的时间，在在进水水质和和污染物与生生物颗粒接触触时间相同时时，污染物的的降解程度理理应相同。当当然生物活性性炭颗粒的机机械截留也有有一定作用，较较大炭床高度度的BAC池的出水水水质略差，其其原因可能就就在于较大滤滤速不利于机机械截留作用用的发挥。此此外，炭床高高度的增大还还将会对BAC池的反冲洗洗提出更高的的要求，有基基于此，建议议生产中BAC池的适宜炭炭床高度可取取2.0m。2.2空床接触时时间·空床接触时时间与出水浊浊度当BAC池的空床接接触时间在7.5-22.0minn之间变化时时，BAC池进出水浊浊度变化情况况如表3所示。观察察表3中的试验数数据，不难发发现BAC池的出水浊浊度比较稳定定，平均在0.22NNTU以下；此均均值和BAC池的进水浊浊度均值（0.25NNTU以下）较为为接近，也限限BAC池能稍微降降低水的浊度度，但空床接接触时间对浊浊度的去除没没有明显影响响。由此可见见，BAC池的订功效效不在于除浊浊。表3BAC池池空床接触时时间与出水浊浊度接触时间（miin）进水浊度（NTTU）出水浊度（NTTU）平均去除率（%%）最大值最小值平均值最大值最小值平均值30.1456-9.90100.320.160.241810.70120.320.160.2440.320.170.2229.02960.270.150.1903.064364.23·空床接触时间间与出水CODMnn当BAC池的空床接接触时间在7.5---20minn之间变化时时，BAC池进出水CODMn变化情况不不及浊度值稳稳定（表4）。由表4可见，在空空床接触时间间相同、进水水水质相近的的情况下，增增大BAC池的空床接接触时间，BAC池对CODMn的去除效果果随之改善，表表现为CODMn平均去除率率的提高。在在生物膜工艺艺中，延长空空床接触时间间意味着延长长基质和生物物膜的接触时时间，有利于于基质的生物物降解；从生生物膜降解机机理上来看，接接触时间缩短短意味着进入入BAC池的基质量量增加，导致致生物膜在单单位时间内接接触的基质增增加，而进水水水质一定使使得生物膜对对基质的降解解速率相对稳稳定，最终导导致出水CODMn浓度增加，处处理效果下降降。此外，接接触时间的延延长也有利于于污染物的物物化吸附去除除。表4达式BAAC池进出水的CODMn变化接触时间（miin）进水CODMnn（mg/L))出水CODMnn（mg/L))平均去除率（%%）最大值最小值平均值最大值最小值平均值7.51.680.911.271.600.711.1013.1102.081.41.7261.670.961.25427.35122.081.41.7261.670.331.2129.90151.590.691.2921.110.650.75441.64201.680.911.270.960.440.7838.6从表4还可可以看出，BAC池空床接触触时间的增加加幅度影响BAC池对CODMn去除率的提提高程度，空空床接触时间间的增幅大对对CODMn去除效果的的改善程度较较为明显反之之收效一般，但但接触时间增增大到一定程程度时，CODMn去除率的提提高有限，这这主要是由于于进水中可生生物降解及吸吸附的物质所所占的比例一一定。此外，对对比接触时间间15min和20min的CODMn平均去除率率，发现前者者稍高于后者者，笔者认为为主要原因可可能在于BAC池运行前的的成熟条件不不同。进行接接触时间20min的试验前，采采用的气冲强强度较大（14L/mm2.S），生物膜膜脱落明显，又又限于当时条条件、只经12h即取样化验验；而进行其其余接触时间间的试验之前前，采用的气气冲强度小于于14L/mm2.s，生物膜脱脱落程度较轻轻，且经48h成熟期后再再取样化验。这这说明BAC池的反冲洗洗及其充分成成熟对保证其其成功运行极极为重要，在在实际生产中中需对气水联联合反冲洗后后的初始处理理水量作必要要的小幅减小小。·空床接触时时间与出水含含藻量深深度处理作为为改善饮用水水水质的有效效途径，除藻藻也是其重要要任务之一，尤尤其是对于原原水取自富营营养化水源的的自来水厂。本本研究以含藻藻量作为优选选BAC池空床接触触时间的另一一重要分析指指标，臭氧——生物活性炭炭作为一个整整体，因臭氧氧化条件固定定，故不影响响对试验结果果的分析。BAC池进出水含含藻量的检测测结果（表5）表明，在在进水含藻量量为10万个体数/L左右、BAC池空床接触触时间从75min增加到15min时，BAC池出水含藻藻量从8.5万个体数/L逐渐降低到2.43万个体数/L,对应除藻率率从23%逐渐增加到73.5%，但增加程程度逐渐降低低。试验期间间，发现活性性炭表面并未未完全长有生生物膜，因此此生物处理和和活性炭处理理是生物活性性炭的两大除除藻途径。生生物除藻的可可能机理有以以下几种：生生物膜的吸附附、附着，生生物载体之间间的生物絮凝凝和机械截留留，微生物的的氧化分解，原原、后生动物物的捕食等。最最近的研究又又表明，在短短短（0--100nm）范围内，细细菌等微生物物的疏水性产产生的微观疏疏水引力远远远大范德华引引力，藻类向向炭粒的迁移移和粘附将是是影响生物活活性炭除藻的的一个重要环环节。在一定范围围内延长BAC池空床接触触时间，将会会增加藻类和和生物活性炭炭的接触机会会，利于藻类类寻求合适的的附着点，促促使上述各机机理作用的发发挥，从而加加强该系统对对藻类的去除除效果；而接接触时间15min和20min的除污染效效果对比（表表4和表5）又表明此此结论须以BAC池充分成熟熟为前提条件件。另一方面面，过高地延延长BAC池接触时间间，会降低BAC池的水力负负荷，明显增增加包括活性性炭在内的基基建投资，不不足为取。结结合中试结果果，建议生产产上用于除藻藻的空床接触触时间不宜高高于15min。表5空床接触触时间与O3——BAC单元出水的的含藻量接触时间(miin）进水（104个个体数/L）出水（104个个体数/L）均去除率（%）最大值最小值平均值最大值最小值平均值7.514.95.911.04231013.26.810.3755.91213.26.810.3366.915242.4373.52014.95.911.0863.9.空床接触时间间与其它出水水水质参数在7.5——20min的范围内变变化BAC池空床接触触时间的试验验结果表明，BAC池出水的嗅嗅阈值、色度度、PH值相对变化化不大，也即即空床接触时时间对嗅阈值值、色度、PH值的影响相相对微小。一一般BAC池出水的臭臭阈值在2--3甚至更小，色色度在5或5以下，BAC池出水的PH值在7.60左右。综合炭床高高度和空床接接触时间的试试验结果，可可以看出空床床接触时间是是影响BAC池净水效果果的决定性因因素，这和大大多数研究成成果一致，但但具体数值取取决于BAC池进水水质质情况和出水水水质要求。基基于目前深圳圳水源泉水低低浊高藻、有有机物和氮磷磷含量较高的的水质特征，结结合不同空床床接触时间的的试验结果，若BAC池出水水质以CODMn达到深水集团管道直饮水水质标准（Q/ZLS001--1998）1mg/L的上限标准，BAC池的空床接触时间以12-15min为宜，原水水质差时取相应高值。3结语（1）在本本试验条件下下，生物活性性炭滤池的空空床接触时间间是影响其净净水