生物活性滤池处理有机微污染源水的与发展浅析

生物活性滤池处理有机微污染源水的研究与发展浅析摘要：阐述了生物活性滤池的净化机理，对预氧化、滤料介质、EBCT、反冲洗以及颗粒和絮体等影响生物活性滤池的因素进行了重点讨论。介绍了生物活性滤池的优势和国内外研究与发展的现状，并提出有待进一步研究的问题。关键字：有机微污染饮用水处理生物活性滤池1988年年，Babloon[3]等人提提出通过使用用活性炭—石英砂双层层滤料替代传传统滤池中的的单层石英砂砂滤料，并在在双层滤料中中培养微生物物，可将常规规滤池改造成成生物活性滤滤池，美国、加加拿大等国随随即开展了一一系列研究。本本文将对生物物活性滤池进进行综合讨论论。1生物活活性滤池净化化机理常规过滤以以去除水中的的悬浮物、胶胶体颗粒物为为主，对受污污染源水中溶溶解性有机物物则无法有效效去除。生物过滤是是一种将常规规过滤、颗粒粒活性炭吸附附与生物膜氧氧化技术结合合在一起的新新型过滤工艺艺[4]。采用用生物活性滤滤池代替常规规滤池，不需需要增加多少少投资，只需需对现有的常常规过滤适当当加以改进(如更换滤料料、培养生物物膜、改变预预消毒方法和和用不含氯水水进行反冲洗洗等)即可达到去去除水中悬浮浮颗粒和微量量有机物的双双重目的。生物活性滤滤池的处理过过程包含了物物理化学、生生物化学和水水力学等诸多多过程。这种种处理技术是是利用生物滤滤料巨大的比比表面积和大大量微孔的吸吸附截污作用用，以及滤料料表面形成的的一层生物膜膜的生物降解解作用来完成成去除污染物物的功能。生生物膜上的微微生物主要是是一些好氧贫贫营养性微生生物，这些微微生物的特点点是能利用各各种化合物，产产生对代谢产产物具有高亲亲和力的转移移酶，呼吸速速率低，能在在有机物浓度度极低的环境境下快速生长长繁殖[5]]。源水在与与生物膜接触触时，通过微微生物的新陈陈代谢活动和和生物絮凝、吸吸附等综合作作用，使源水水中的氨氮、有有机物、铁和和锰等逐渐被被氧化和转化化，达到净化化水质的目的的。Stratttion[[6]等人对对贫养微生物物利用痕量有有机物机理做做了研究，提提出了第二级级利用理论，认认为如果有一一种基质能够够提供维持细细胞生长的碳碳源和能源，即即使浓度低于于Smin[77](最小基质浓浓度)的化合物也也能被微生物物氧化和利用用。第二级利利用理论为生生物活性滤池池对水中微量量甚至是痕量量有机物的去去除提供了坚坚实的理论基基础。2影响生生物活性滤池池的因素影响生物活活性滤池的主主要因素有：：预氧化、滤滤料介质、EBCT、反冲洗以以及絮体和颗颗粒的性质等等。2.1预预氧化预氧化对控控制源水中的的病原微生物物、细菌总数数起到关键的的作用，还能能使不易生物物降解的有机机物氧化分解解为微生物易易降解的有机机物。因此，对对微污染源水水进行预氧化化处理是有益益的。预氧化化剂的选择和和投加量的多多少要根据源源水受污染情情况、生物滤滤池的运行情情况及实际需需要而定。目目前国内外常常用的预氧化化剂有Cl2、O3及KMnO4等。①Cl2

加Cl2预氧化主要要目的是破坏坏水中胶体、氧氧化有机物为为无机物或小小分子有机物物以改善混凝凝效果，杀死死源水中大部部分细菌，从从而达到净化化源水的目的的。但是，现有有的预氯化工工艺使处理后后的出水有色色、味。此外外，水中的部部分有机物(如腐殖酸和和富里酸)能在加氯时时产生三氯甲甲烷和卤乙酸酸，这些物质质被确认为致致癌物质[11]。水中余余氯的存在还还易使后续生生物活性炭吸吸附容量过早早地出现饱和和[9]。因此此，若源水中中THMs及HAAs的前体物(如腐殖酸和和富里酸)含量较高，就就不宜在混凝凝沉淀之前预预氯化，应对对现有的预加加氯工艺进行行改进或选用用其他的预氧氧化剂。②O3

O3是一种强氧氧化剂，具有有很好的氧化化消毒能力。国国外许多发达达国家已采取取O3氧化代替氯氯氧化，O3能有效地去去除色、嗅，O3本身无残留留、无毒害，还还可以通过O3的投加补充充水中溶解氧氧。此外，预预加O3可有效去除除原水中含有有的THMs类有机母体体，在致突变变活性方面Ames试验通常为为阴性[100]。O3预氧化化使水中AOC(可同化有机机碳)增加，导致致水的生物稳稳定性变差。但但是其后续的的生物活性滤滤池可解决此此问题，能有有效地降低AOC值，嗅、味味、浊度全面面降低，使出出水生物稳定定性大为提高高。③KMnO4

KMnOO4用于去除水水中的臭味和和色度，对抑抑制藻类的生生长有特效。KMnO4能较好地去去除污染水源源中有机污染染物和致突变变物质[111]，KMnO4预氧化还有有很好的助凝凝作用，可以以取代预氯化化，有效地控控制三卤甲烷烷生成量。高锰酸钾的的投加，可使使得水中Mn2+增加，增增加出水的色色度，在操作作中应根据实实际情况加以以控制。2.2滤滤料介质滤料的选择择是生物活性性滤池的一个个中心问题。近近年来，国内内外研究得最最多的几种单单层滤料有颗颗粒活性炭(GAC)、石英砂、无无烟煤和陶粒粒等，双层滤滤料有GAC—石英砂和无无烟煤—石英砂等。颗粒活性炭炭内部具有发发达的空隙结结构和巨大的的比表面积，具具有强大的吸吸附性能，同同时也为微生生物提供了理理想的栖息地地。颗粒活性性炭上附着的的生物膜量是是无烟煤、石石英砂滤料的的4-8倍[12]。Kurossawa[113]等人的的研究表明，低低温下GAC滤池对氨氮氮的去除率几几乎不受影响响，并对AOC能保持80％以上的去去除率。石英砂与无无烟煤均为常常规滤料，曾曾广泛应用于于常规滤池，它它们也可作为为生物活性滤滤池滤料，作作为生物膜载载体，以石英英砂和无烟煤煤为滤料的生生物活性滤池池在适宜温度度条件下去除除有机物、氨氨氮效果较好好。陶粒也可作作为生物活性性滤池滤料，陶陶粒生物活性性滤池去除浊浊度、氨氮效效果很好，井井能较好地去去除铁、SS、细菌等，对对色度也有一一定的去除效效果[14]]。活性炭用于于生物活性滤滤池效果虽好好，但由于其其价格偏高，因因此国外许多多研究者尝试试对GAC—石英砂双层层滤料的研究究，并取得了了理想的效果果。据报道，GAC—石英砂滤池池对AOC和TOC(总有机碳)的去除串只只略小于GAC深床滤池，出出水浊度可达达0.1nntu[155]。而运用GAC—石英砂双层层滤料更经济济、实用，也也便于在现有有的传统砂滤滤池的基础上上进行改进。Mark[116]等人的的研究发现GAC—石英砂滤池池比无烟煤—石英砂滤池池在去除有机机物方面更具具优势，两种种滤池对AOC、TOC的去除率前前者分别为86％和15％，后者分分别为75％和26％。2.3空空床接触时间间(EBCT))EBCT同同滤速、水力力负荷、水头头损失呈负相相关关系，是是影响生物活活性滤池去除除率的一个很很重要的因素素。在适宜的的EBCT内，生物滤滤池对有机物物的去除效率率是随着EBCT的增加而提提高的，Sonthheimerr[17]等人人研究表明，EBCT是影响DOC(溶解性有机机碳)去除串的很很重要因素：：当EBCT从5min增加至20min，相应的DOC去除率从21％增加至41％。不同有机物物的去除对EBCT的要求也不不同，易生物物降解的有机机物的去除受受EBCT的影响较小(如臭氧氧化化副产物OBPs)，慢速降解解有机物的去去除受EBCT的影响较大(如加氯消毒毒副产物前体体物)。Prevoost[188]等人的研研究表明，生生物活性滤池池2rain内可去除62％—90％的AOC，90％以上的BDOC(可生物降解解溶解性有机机碳)则须在10—20min之内去除。过大的EBBCT会使微生物物的营养供给给不足，导致致微生物进行行内源呼吸，生生物膜更易于于老化剥落。运运行较好的生生物活性滤池池EBCT的设计标准准一般为15minn-20miin。2.4反反冲洗滤池中吸附附截留的颗粒粒物和絮体会会对滤池去除除效率产生影影响，积泥易易使滤池堵塞塞，所以生物物活性滤池要要定期进行反反冲洗。反冲洗对生生物滤池的影影响主要是指指对生物膜的的影响。用不不加氯水反冲冲洗对生物膜膜量有无影响响目前存在争争议[19]]。根据笔者者的试验研究究，不加氯水水反冲洗对生生物膜总量是是有一定影响响的(通过磷脂分分析法测定)。可能是老老化的生物膜膜剥落所致，由由此可见，反反冲洗可以促促使生物膜更更新。因此，应应该控制反冲冲洗的强度和和频率，使其其既能冲去积积泥，又能让让生物膜保持持良好的活性性，还必须保保证有一定数数量的硝化菌菌以维持滤池池对氨氮的去去除作用。气气—水反冲洗通通常可以达到到较好的冲洗洗效果。加氯反冲洗洗对生物膜量量的减少是明明显的，氯对对微生物有氧氧化致死作用用，会导致滤滤池对BOM(可生物降解解有机物)去除率下降降[19]。运行良好的的生物滤池需需要良好的管管理，因此由由于反冲洗而而引起生物膜膜的损失应该该受到控制，才才能保证生物物滤池的处理理效率。生物物活性滤池适适合用不加氯氯水进行反冲冲洗。2.5絮絮体和颗粒对源水进行行混凝处理后后产生的絮体体和颗粒进入入滤池会占去去相当一部分分的滤料表面面积，使微生生物同可吸收收利用有机物物之间的实际际接触面积大大大减少，另另外，由于混混凝剂的投加加带来的铝盐盐、铁盐也会会抑制微生物物的活性[220]。因此此絮体和颗粒粒会阻碍滤池池对有机物的的去除。絮体和颗粒粒过多易使滤滤池发生堵塞塞，也使得水水头损失增长长加快，直接接影响到滤池池的过滤周期期和出水浊度度。通过改善善混凝沉淀效效果可以控制制滤前水中的的絮体和颗粒粒物。2.6其其他的影响因因素除以上的影影响因素外，源源水水质、溶溶解氧、重金金属等因素对对生物活性滤滤池也有一定定的影响。源水水质主主要是指水的的可生化程度度。可生化程程度越高，相相应的有机物物去除率也就就越高。硝化反应必必须有足够的的溶解氧，由由此看来溶解解是去除氨氮氮的一个重要要条件，实际际操作中应当当保证滤池内内溶解氧充足足。重金属过多多会对微生物物起到抑制甚甚至致死作用用[21]，因因此对重金属属含量较高的的源水必须进进行预处理。3

生物物活性滤池的的发展与展望望自19世纪纪60年代，国外外开始运用生生物过滤工艺艺；80年代初期，美美国人对生物物过滤基础理理论的研究已已经取得了阶阶段性的成果果。如提出了了贫养微生物物理论[5]]、最小基质质浓度理论[[7]、第二二级利用理论论[6]等；到90年代末，他他们对影响生生物活性滤池池的各种因素素的考察已经经比较全面，并并从AOC、DOC、BDOC等先进检测测指标角度对对处理水中有有机物的效果果进行评价，至至今已取得了了较大进展，研研究表明：生生物活性滤池池对TOC的去除率在5％—75％之间，对DOC的去除率在13％—41％之间，对AOC的去除率几几乎可达100％[3,155,17,118]。最近几年，国国内有李德生生等人对生物物活性滤池进进行了研究，其其结果表明：：生物活性滤滤池对氨氮、亚亚硝酸盐氮均均有较高的去去除效果，其其中氨氮的去去除率为76％—87％，亚硝酸酸盐的去除率率为76.9％—90.6%%[22]。杨杨开等人对颗颗粒活性炭(GAC)—石英砂双层层滤料的生物物活性滤池的的研究也表明明在未氯化或或预氧化的条条件下，此种种滤池对有机机物和氨氮的的去除率也是是显著的[223]。此外外，李亚新[[24]等人人也做了与之之内容类似的的研究。生物活性滤滤池比传统滤滤池具有优越越性，又不增增加任何新的的设施，便于于在传统的滤滤池基础上进进行改造，运运行费用也很很低。生物活活性滤池对于于我国经济实实力还比较薄薄弱、许多供供水企业既无无资金也无扩扩建场地的现现状来说有着着可观的应用用前景。生物活性滤滤池要在实践践中大规模推推广应用应在在今后的工作作中对以下问问题做更深入入的研究：①出水最大大BOM浓度和滤池池反冲洗标准准对生物活性性滤池的设计计与操作非常常重要。②慢速生物物降解有机物物的去除机理理与条件，因因为这些物质质可能与配水水管网细菌的的再生长有关关。③源水中的的多种污染物物(如氨氮、铁铁、锰)共存对有机机物去除率的的影响。④滤池内微微生物生长因因素(如基质浓度度、营养条件件)和微生物产产物的形成条条件及因素。参考文献1

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