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活性滤池去除微污染水源水中有机物和氨氮的研究

论文类型 技术与工程 发表日期 2001-04-01
作者 龙小庆,王占生
关键词 微污染水源水 活性滤池:砂滤:TOC:氨氮 亚氮
摘要 本文主要研究活性滤池对水厂沉淀出水中有机物和氨氮的去除规律,并与水厂砂滤池进行比较。结果表明:(1)无论活性滤池进水(水厂沉淀出水)中是否有余氯,它对有机物(以总有机碳TOC表示)、氨氮、亚氮均有去除作用。如果滤前加氯(余氯为0.5mg/L),TOC和氨氮沿程均有去除,去除率分别为37.5%和82.1%,亚氮在活性滤料40cm以上有所上升,经过余下滤层后得以去除,总去除率为72.8%;如果滤前不加氯,氨氮和亚氮沿程均有去除,去除率均有90%左右;(2)水厂砂滤对氨氮去除不明显(去除率仅为3.1%),TOC

龙小庆   王占生
清华大学环境科学与工程系

  摘 要:本文主要研究活性滤池对水厂沉淀出水中有机物和氨氮的去除规律,并与水厂砂滤池进行比较。结果表明:(1)无论活性滤池进水(水厂沉淀出水)中是否有余氯,它对有机物(以总有机碳TOC表示)、氨氮、亚氮均有去除作用。如果滤前加氯(余氯为0.5mg/L),TOC和氨氮沿程均有去除,去除率分别为37.5%和82.1%,亚氮在活性滤料40cm以上有所上升,经过余下滤层后得以去除,总去除率为72.8%;如果滤前不加氯,氨氮和亚氮沿程均有去除,去除率均有90%左右;(2)水厂砂滤对氨氮去除不明显(去除率仅为3.1%),TOC去除率为12.5%,亚氮反而略有上升。
  关键词:微污染水源水;活性滤池:砂滤:TOC:氨氮;亚氮

  有机物和氨氮是目前微污染水源水中较为普遍的两种污染物,而常规水处理工艺对它们的去除能力有限,导致饮用水生物稳定差、输配水管道中易滋长细菌、后加氯量增加、消毒副产物增多、致癌风险提高等问题[1],另外,饮用水中氨氮浓度较高,在消毒时会产生令人厌恶的嗅和味[2]。因此,研究对它们的去除是目前给水处理工作者关心的主要课题之一。而最经济可行的方法是在现有工艺基础上进行改造。  
  本文以中国南方某市水厂的沉淀池出水为研究对象(该水厂采用混凝、沉淀、过滤(滤前加氯)和氯消毒水处理工艺)。在普通砂滤池上填放活性滤料,改造为活性滤池,并研究其去除特性和机理,为水厂改造提供有益的指导。

1 试验装置、材料及运行条件

  试验装置如图1所示。装置由有机玻璃制成圆柱形,内径为10cm。活性滤料层高60cm,砂层高30cm(粒径分布为0.5—1.2mm),承托层高30cm。反冲洗排水管在滤料上方80cm处,沿程设有取样口。过滤时滤料表面上水深150cm,表面曝气(气水比维持在0.5—1:1),滤速取8m/h,工作周期为48h,反冲时控制整个滤料层膨胀率为20—30%,反冲时间5—6min。

2 测试方法  

  TOC:岛律—5000TOC仪;氨氮:钠氏试剂分光光度法(721:分光光度计);亚硝酸盐氮:重氮化偶合分光光度法(721分光光度计);余氯:袖珍比色计。

3 结果及讨论

3.1 TOC的去除效果

  活性滤池对TOC沿程的去除效果见图2。

  由图2可见,活性滤池由上至下的TOC值逐渐降低,其中活性滤料层(O—60cm)的去除率为32.1%,总去除率为37.5%。说明有机物的去除大都由活性滤层承担,是活性滤料吸附和其上生物膜生物降解共同作用结果。
3.2 NH4+-N、NO2--N的去除
  活性滤池对NH4+-N、NO2--N沿程的去除效果如图3、图4所示。图中进水未加氯是指,将沉淀出水未加氯就进入一个尺寸、配置等与前一活性滤池均相同的另一活性滤池,运行条件也都一样。
  一般认为,由于亚硝酸细菌的比增长速度(μNS)小于硝酸细菌的比增长速度(μNR),且硝化反应常数KN很小,所以在稳态条件下,亚硝酸盐的积累量是很少的[3]。但由图3、图4可见,当在进水(水厂沉淀出水)中
加氯(防止滤池中藻类繁殖)时,NH4+-N在活性滤池中的去除规律与NO2--N的去除规律有所不同,NH4+-N浓度是沿程逐渐降低,经过活性滤料层去除串已达70%左右,总去除率为80%左右:而N02--N浓度在活性滤料层40cm以上是逐渐上升的,经过余下滤层后,才得以去除,总去除串为70%左右。当进水中无余氯时,NH4+-N及N0O2--N的浓度均是沿程逐渐降低,去除率均在90%左右。分析其原因主要可能是,上层活性滤料可去除水中余氯,有利于微生物在余下滤层中生长繁殖。另一方面,亚硝酸茵可能比硝酸茵耐氯些(图3、图4表明,尽管在活性滤科40cm之上还有余氯,但NH4+-N仍有一定的去除率,而NO2--N出现累积)。当然这还有持更多的试验加以证实。

3.3 与普通砂滤池去除效果的对比
  表1是活性滤池与普通砂滤池去除效果的对比。

水样 NH4+-N(mg/L) NO2--N(mg/L) TOC(mg/L) 加氯沉淀水 2.29 0.081 5.6 活性滤池出水 0.41(82.1%) 0.022(72.8%) 3.5(37.5%) 水厂砂滤出水 2.22(3.1%) 0.117(/) 4.9(12.5%)

  表1表明,活性滤池对TOC的去除率比水厂砂滤池高25.0%,对氨氮的去除率高79.0%,水厂砂滤出水的亚硝酸盐氮略微升高。这主要是由于活性滤料能为微生物的生长繁殖提供良好的条件,如较大的比表面积、表面较粗糙,能富积有机物和溶解氧、脱氯等。而且一旦挂上膜后,由于生物膜上微生物的长期固定培养,它们对各种不利环境因素有较强的适应性,比单体细胞对消毒剂具有更强的抵抗能力[1]。而砂粒较平整、光滑、无孔、无吸附作用,也不能去除水中余氯,因此,当进水中有氯时,挂膜较为困难。

4 结论

  (1)无论活性滤池进水中是否有余氯,它对TOC、氨氮、亚氮均有去除作用。如果滤前加氯(余氯为0.5mg/L),TOC和氨氮沿程均有去除,去除率分别为37.5%和82.1%,亚氮在 活性滤料40cm以上有所上升,经过余下滤层后得以去除,总去除率为72.8%;如果滤前不加 氯,氨氯和亚氮沿程均有去除,去除率均有90%左右;
  (2)水厂砂滤对氨氮去除不明显(去除率仅为3.1%),TOC去除率为12.5%,亚氮反而略有上升。

参考文献:

  1.王占生,刘文君。微污染水源饮用水处理。北京:中国建筑工业出版社,1999,10。
  2.叶辉,许建华。饮用水中的氨氮问题。中国给水排水,2000,(11):31-34。
  3.顾夏声。废水生物处理数学模式(第二版)。北京:清华大学出版社,1997,12。

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