生物活性炭-砂滤处理微污染原水研究

1、生物活性炭砂滤处理微污染原水研究摘要：试验研究说明，在滤前未预氯化或预氧化的条件下，生物活性炭砂滤对有机物和氨氮的去除效果是显著的，Dr和UV254的平均去除率分别为40.4%和48.9%。当进水氨氮浓度在2g/L以下时，其平均去除率为82.5%；浊度的平均去除率约82.4%，出水浊度的平均值为0.51NTU；Hl3和l4的去除率为38.9%。关键词：微污染原水生物活性炭砂滤氨氮消毒副产物1试验流程及原水水质1.1试验流程采用混凝沉淀生物活性炭砂滤工艺处理微污染原水，试验装置如图1。该工艺的特点是取消了预氯化或其他预氧化过程(如臭氧氧化)，利用生物活性炭提供的宏大比外表积和吸附性能，为微生物氧

2、化降解水中的有机物创造了良好的条件，并能局部去除水中卤代烃类消毒副产物(DBPs)。1.2原水水质过滤的原水采用两种水配制而成，其一为武汉大学校园内的河水(含生活污水)，并先经混凝沉淀处理(参加混凝剂量为50g/L，静置沉淀2h)；其二为自来水，在使用前先放置2h以去除余氯。滤前水由这两种水以13的比例配制而成，各种水的详细水质情况见表1。表1原水水质分类表水样名称数据范围浊度(NTU)臭味pH值Dr(g/L)NH3-N(g/L)UV254混凝沉淀后的河水最大值11.21微臭8.1141.856.850.135最小值9.856.8529.482.400.099平均值10.567.5031.26

3、3.730.112自来水最大值2.67无7.8012.820.890.086最小值1.246.957.840.120.060平均值1.877.2010.770.570.074配制的滤前水最大值9.62无7.6026.522.160.116最小值0.606.707.771.080.063平均值2.907.1912.701.540.0942试验装置及设计参数2.1试验装置生物活性炭砂滤柱采用双层滤料，上层为颗粒活性炭，下层为石英砂。滤柱直径为45，高度为3.0；活性炭层厚1.0，粒径为1.5(柱状)；石英砂层厚0.5，粒径为0.51.0；砾石(承托层)厚0.2，粒径为68。2.2主要试验运行参数试

4、验采用连续流恒速过滤方式，滤速范围为47/h。采用气水反冲洗，气冲洗1.5in，冲洗强度为515L/(s2)；然后水冲洗56in，冲洗强度为510L/(s2)。冲洗频率视试验中水头损失情况而定，用本试验的滤后水作反冲洗水。3试验运行情况及结果分析3.1挂膜和生物相观测1999年7月24日自然开场挂膜，水温为2427，进水流速为5/h。7月24日8月2日的原水为处理后的河水，8月3日后的原水为人工配制的滤前水。至9月6日，氨氮的硝化率即到达60%，这标志挂膜根本完成(历时一个半月左右)，观察到的生物膜呈黄褐色，上层生物膜较厚，并随滤层深度的增加渐渐变保3.2活性炭吸附阶段活性炭吸附阶段试验数据统

5、计结果见表2。表2活性炭吸附阶段试验数据统计结果工程水样统计天数(d)最大值最小值平均值去除率(%)浊度(NTU)93.201.002.1082.90.800.100.36Dr(g/L)1014.306.7010.0260.97.091.123.92UV254110.1070.0810.09557.90.0720.0250.040NH3-N(g/L)91.520.891.249.71.430.831.12pH值97.606.707.197.776.857.25注表示滤前水，表示滤后水，以下表同。从各水质指标的变化可知，NH3-N的去除率极低，滤后水和滤前水的pH值差异不大，说明该阶段的生物活性

6、较弱。活性炭在吸附了2533d之后(8月17日8月25日)被穿透，但穿透后仍有一定的吸附才能，而且活性炭上已长有微生物(这可从NH3-N含量的降低看出)。在第39d(8月31日)Dr的去除率突然下降，说明活性炭的吸附容量已趋饱和，吸附去除有机物的才能变得很弱。3.3生物活性炭阶段生物活性炭阶段试验数据统计结果见表3。表3生物活性炭阶段试验数据统计结果工程水样统计天数(d)最大值最小值平均值去除率(%)浊度(NTU)279.620.602.9082.41.400.050.51Dr(g/L)2826.527.7712.7040.411.252.667.57UV254280.1160.0630.09

7、448.90.0610.0250.040NH3-N(g/L)272.161.081.5482.50.600.090.273.4影响生物活性炭去除有机物的因素滤速的影响。不同滤速对Dr和UV254的去除效果见表4。表4不同滤速对Dr和UV254的去除效果比照表工程时间段滤速(/h)水样统计天数(d)最大值最小值平均值去除率(%)Dr(g/L)9月8日9月22日5713.337.7711.6352.28.402.665.569月24日10月8日7718.328.1810.0830.711.127.127.19UV2549月8日9月22日570.1050.0880.09851.00.0600.042

8、0.0489月24日10月8日770.1120.0750.09546.30.0610.0410.051由表4可以看出，随着停留时间的增加，Dr和UV254的去除率有一定程度的进步，但有机物去除率的增加并不与停留时间的增加成正比。试验说明，当滤速为5/h时，即炭层停留时间为12in时，生物活性炭砂滤柱获得较为理想的去除效果。滤层深度的影响。生物活性炭对Dr的去除是微生物的生物氧化降解作用的结果，因此与生物量沿滤层深度的分布亲密相关。为了便于研究Dr随滤柱深度的沿程去除情况，比拟了各取样口的Dr去除率(见表5)。表5各取样口的Dr去除率%取样口1#2#3#4#最大值86.894.595.897.5

9、最小值22.441.358.469.9平均值51.366.075.385.6从表中可看出，大局部Dr的去除发生在生物活性炭滤柱上部，这也间接说明了滤柱上部附着和悬浮的微生物数量是很高的。此外，从各取样口Dr去除率的最大值和最小值来看，去除率并不稳定。这一方面是受试验条件的影响，如原水水质的配制不够稳定，滤柱直径偏小，边壁影响较大等；另一方面是因为Dr的去除和微生物的降解作用受许多条件限制。由4取样口的数据可知，砂层对Dr的去除有一定的作用。因此，水流经过生物活性炭处理后，再进展砂层过滤是非常必需的。3.5影响生物活性炭去除NH3-N的因素溶解氧的影响。氨氮的硝化作用和有机物的氧化作用分别由自养

10、型和异养型好氧微生物进展。从理论上讲，硝化1g氮需氧4.57g，这个需氧量称为“硝化需氧量(ND)。当水温为0时，饱和溶解氧完全用于硝化水中的NH3-N，至多只能硝化3g/L，因此生物活性炭砂滤柱硝化去除NH3-N的才能是有限的，应控制进水NH3-N浓度2g/L。经测定，出水中的溶解氧范围为2.360.29g/L，这说明硝化反响所消耗的溶解氧较大，所以水中的溶解氧几乎耗荆进水NH3-N浓度的影响。本试验进水中的NH3-N浓度比拟低(2g/L)，因此对硝化效果影响不大。但随着进水的NH3-N浓度接近2g/L，出水NH3-N浓度有明显上升的趋势，且NH3-N的去除率也相应下降。3.6影响生物活性炭

11、去除浊度的因素滤层深度的影响。各取样口的浊度去除率见表6。表6各取样口的浊度去除率%取样口1#2#3#4#最大值43.165.367.884.1最小值87.187.593.897.3平均值62.581.383.891.5从表6可看出：去除的大局部浊度发生在生物活性炭滤柱上部。由于滤柱上部附着和悬浮着大量微生物，生物絮凝和生物降解对浊度的去除起了重要作用。砂滤层有精滤作用，通过颗粒的粘附作用使浊度进一步降低。此外，从各取样口浊度去除率的最大值和最小值来看，其去除率并不稳定，这是因为在过滤后期，游离在水中的菌胶团增多，容易在取样时随水流溢出，从而也影响了出水中浊度的准确测定。在过滤后期，生物活性炭

12、柱上部对浊度的去除率下降，而在反冲洗前后，整个生物活性炭砂滤柱对浊度的去除率无太大的变化。这说明在过滤后期，上层滤料的截污量逐渐到达饱和，对浊度的去除率降低，下层滤料充分发挥作用，弥补了上层滤料对浊度去除量的缺乏，从而使滤柱对浊度的去除在反冲洗前后根本无差异。进水浊度的影响。在进水浊度较低时，出水浊度几乎保持不变，且0.5NTU，这说明生物活性炭砂滤柱对浊度的去除不随进水浊度的变化而波动，其处理效果稳定。但当进水浊度3NTU时，出水浊度波动较大，有时1NTU。3.7生物活性炭对消毒副产物的去除情况试验以Hl3和l4作为主要消毒副产物，通过比拟滤前水和滤后水加氯消毒后水中Hl3和l4的含量，确定生物活性炭对消毒副产物的去除率。在生物活性炭阶段，对Hl3和l4的去除情况做过一次检测(1999年10月24日)，其结果如表7，滤后水为加氯后的检测结果。表7加氯消毒后水中Hl3和l4的检测结果滤前水(g/L)滤后水(g/L)去除率(%)68.341.738.9由表7可看出，生物活性炭砂过