气水比对曝气生物滤池处理微污染水的影响

罗国荣，孙小斐

(1.中国市政工程西北设计研究院有限公司，广东 东莞 523070;2.东莞市环境科学学会，广东 东莞 523009)

气水比对曝气生物滤池处理微污染水的影响

罗国荣1，孙小斐2

(1.中国市政工程西北设计研究院有限公司，广东 东莞 523070;2.东莞市环境科学学会，广东 东莞 523009)

以广州某水厂微污染源水为处理对象，考察了气水比对曝气生物滤池去除水中污染物效果的影响。试验结果表明:随着气水比的增大，滤池水中溶解氧含量逐渐上升，但增加幅度越来越小，在本试验温度条件下，滤池水中溶解氧饱和溶解度大概在4.5～6.0 mg/L范围之间;气水比对氨氮和CODMn去除率影响较大，随着气水比的增大，氨氮和CODMn去除率逐渐上升，但去除率增加幅度越来越小;气水比对亚硝酸盐氮去除率影响不大，随着气水比的增大，亚硝酸盐氮去除率缓慢升高。本试验能给水厂工艺改造的可行性和有效性提供依据。

曝气生物滤池;气水比;溶解氧;氨氮;亚硝酸盐氮;CODMn

随着城市需水量的增长，微污染水源的处理问题日趋突出。然而，传统的水处理工艺难以有效地去除水中的某些污染物质。近年来，微污染原水的生物预处理技术是解决饮用水中氨氮和有机物问题最有效、最经济的方法之一。生物预处理工艺不仅能去除60%～90%的原水氨氮，而且对水中有机物(UV254和CODMn)均有一定的去除效果，对减轻后续工艺的处理负荷，保障饮用水安全起着重要作用［1］。气水比作为曝气生物滤池一个重要的工艺参数，对曝气生物滤池运行效果有很大影响。笔者采用曝气生物滤池中试装置处理微污染原水，考察了在不同气水比下曝气生物滤池对污染物的去除效果，从而能根据原水特点确定滤池运行中的最优气水比，以达到对污染物的高去除率和节能减耗的目的，从而给广州市某水厂净水工艺进一步改造提供依据。

1 中试概况

1.1 原水水质

本中试以广州市某水厂水源水作为试验用原水，试验期间原水水质见表1。

表1 原水水质

1.2 中试装置

中试滤池结构简图见图1。

本试验曝气生物滤池采用普通钢制作，尺寸为长×宽×高 =1.5m×1.5m ×8.5m，滤层厚度 4 m，滤料粒径⊄4～6 mm。

试验采用上向流进水，气水同向，分别进行12 m/h滤速和16 m/h滤速试验。滤速为12 m/h时，对应水流流量为27 m3/h，则气水比 0.1、0.3、0.5 对应曝气量为 2.7 m3/h、8.1 m3/h、13.5 m3/h;滤速为 16 m/h 时，对应流量为 36 m3/h，气水比 0.1、0.3、0.5 对应曝气量为 3.6 m3/h、10.8 m3/h、18.0 m3/h。

反冲洗方式为气水联合反冲洗，气洗5 min，气冲洗强度为 19.6 L/(m2·s)，气水共洗 20 min，水冲洗强度为 4.7 L/(m2·s)。反冲洗周期为24 h。

图1 中试滤池结构简图

1.3 检测项目

各项水质指标均按国家标准分析方法测定，检测项目及检测方法［2］见表 2。

表2 实验所测指标及实验方法

2 结果与讨论

取2011年9月1日～9月30日试验数据进行分析，分别进行了12 m/h滤速和16 m/h滤速试验。9月1日～9月15 日滤速为 12 m/h，15 d 试验气水比依次为 0.1，0.3，0.5，一种气水比试验五天，每天取三组水样检测;9月16日～9月30日滤速为16 m/h，试验过程与12 m/h滤速的一样。每一种气水比取五天试验数据的平均值进行数据分析。

2.1 气水比对溶解氧含量的影响

不同气水比下进出水溶解氧含量变化见图2。

图2 气水比对溶解氧含量的影响

12 m/h 滤速时，气水比 0.1、0.3、0.5 对应进水溶解氧含量平均值为 0.337 mg/L，0.330 mg/L，0.180 mg/L，出水溶解氧含量平均值为 2.843 mg/L，4.467 mg/L，4.867 mg/L;16 m/h 滤速时，气水比 0.1、0.3、0.5 对应进水溶解氧含量平均值为 0.107 mg/L，0.100 mg/L，0.083 mg/L，出水溶解氧含量平均值为 2.303 mg/L，4.157 mg/L，4.710 mg/L。

由图2可以看出，滤速不变，气水比越大，水中溶解氧绝对增加量越大;而在气水比相同的情况下，滤速越高，水中溶解氧增加量也越大。然而，由于氧在水中有一定的饱和度，因此水中溶解氧是有限度的，低温时饱和溶解度大，温度高时饱和溶解度小。根据相关文献［3］，在2℃ ～4℃的水温条件下，生物滤池水中溶解氧可达11～12.1 mg/L;8℃ ～10℃时，可达 10 ～11.5 mg/L;12℃ ～16℃时，可达 8.5 ～10.0 mg/L。本试验试验期间平均水温在28℃左右，由此可推断本试验曝气生物滤池水中溶解氧饱和溶解度大概在4.5～6.0 mg/L范围之间，试验检测结果与此相符。以16 m/h为例，气水比0.1、0.3、0.5 对应水中溶解氧绝对增加量为 2.196 mg/L，4.057 mg/L，4.627 mg/L，绝对增加量差值分别为 1.861 和0.570。由此可见，随着气水比增大，水中溶解氧含量越来越大，但增加幅度则越来越小，溶解氧趋于饱和。

2.2 气水比对氨氮去除率的影响

不同气水比下曝气生物滤池对氨氮的去除效果见图3。

图3 气水比对氨氮去除效果的影响

12 m/h 滤速时，气水比 0.1、0.3、0.5 对应进水氨氮含量平均值为 0.667 mg/L，0.837 mg/L，1.430 mg/L，出水氨氮含量平均值为 0.210 mg/L，0.217 mg/L，0.363 mg/L;16 m/h滤速时，气水比 0.1、0.3、0.5对应进水氨氮含量平均值为1.127 mg/L，1.410 mg/L，1.467 mg/L，出水氨氮含量平均值为 0.483 mg/L，0.393 mg/L，0.377 mg/L。

由图3可以看出，气水比对氨氮去除率的影响较大，随着气水比的增大，氨氮去除率也逐步升高。12 m/h滤速时，气水比0.1、0.3、0.5 对应氨氮绝对去除量和去除率分别为0.457 mg/L、0.620mg/L、1.067mg/L 和 68.52%、74.07% 、74.62%;16 m/h 滤速时，气水比 0.1、0.3、0.5 对应氨氮绝对去除量和去除率分别为0.644 mg/L、1.017 mg/L、1.090 mg/L 和 57.14% 、72.13% 、74.30% 。

增大气水比主要在三方面有助于滤池生化作用的进行:①提高了水中溶解氧的质量浓度，也就增大了氧在生物膜内的传递和渗透速率，从而加速生物氧化的进程;②增大了混合液的湍动程度，使生物膜表面的基质更新加快，促进了基质的传递，提高了基质的降解速率;③加强了空气的鼓泡作用，加大对填料表面的生物膜冲刷作用，促使生物膜加速剥落更新，提高了生物膜的活性。所以，随着气水比的增大，氨氮去除率也越来越高;但去除率增加幅度越来越小，主要原因是水中溶解氧含量接近饱和。而气水比不变，滤速从12 m/h增大到16 m/h，曝气强度同样得到加大，但由于进行16 m/h滤速试验时，原水氨氮含量比12 m/h滤速时高得多，所以气水比相同的情况下，16 m/h滤速的氨氮去除率比12 m/h滤速的低，但从对氨氮的绝对去除量相比，16 m/h滤速的明显优于12 m/h滤速的。

2.3 气水比对亚硝酸盐氮去除率的影响

不同气水比下曝气生物滤池对亚硝酸盐氮的去除效果见图4。

图4 气水比对亚硝酸盐氮去除效果的影响

12 m/h 滤速时，气水比 0.1、0.3、0.5 对应进水亚硝酸盐氮含量平均值为 0.152 mg/L，0.216 mg/L，0.282 mg/L，出水亚硝酸盐氮含量平均值为 0.011 mg/L，0.013 mg/L，0.015 mg/L;16 m/h 滤速时，气水比 0.1、0.3、0.5 对应进水亚硝酸盐氮含量平均值为 0.203 mg/L，0.215 mg/L，0.217 mg/L，出水亚硝酸盐氮含量平均值为 0.023 mg/L，0.023 mg/L，0.021 mg/L。

由图4可以看出，气水比对亚硝酸盐氮去除率的影响不大，随着气水比的增大，亚硝酸盐氮去除率缓慢上升。12 m/h滤速时，气水比 0.1、0.3、0.5 对应亚硝酸盐氮的绝对去除量和去除率分别为 0.141 mg/L、0.203 mg/L、0.267 mg/L 和92.76%、93.98%、94.68%;16 m/h 滤速时，气水比 0.1、0.3、0.5对应亚硝酸盐氮的去除量和去除率分别为 0.180 mg/L、0.192 mg/L、0.196 mg/L 和 88.67%、89.30%、90.32%。然而，滤速从12 m/h上升到16 m/h，则停留接触时间缩短，所以本试验亚硝酸盐氮去除率在16 m/h滤速时要比12 m/h滤速时稍低。

2.4 气水比对CODMn去除率的影响

不同气水比下曝气生物滤池对CODMn的去除效果见图5。

12 m/h 滤速时，气水比 0.1、0.3、0.5 对应进水 CODMn含量平均值为 2.303 mg/L，2.760 mg/L，3.703 mg/L，出水 CODMn含量平均值为 2.033 mg/L，2.180 mg/L，2.790 mg/L;16 m/h 滤速时，气水比 0.1、0.3、0.5 对应进水 CODMn含量平均值为 3.180 mg/L，2.837 mg/L，2.910 mg/L，出水 CODMn含量平均值为2.377 mg/L，2.187 mg/L，2.413 mg/L。

图5 气水比对CODMn去除效果的影响

由图5可以看出，气水比对CODMn去除率的影响较大，随着气水比的增大，CODMn去除率逐步上升。12 m/h滤速时，气水比 0.1、0.3、0.5 对应 CODMn的绝对去除量和去除率分别为 0.270 mg/L、0.580 mg/L、0.913 mg/L 和 11.72%、21.01% 、24.66%;16 m/h 滤速时，气水比 0.1、0.3、0.5 对应CODMn的绝对去除量和去除率分别为0.497 mg/L、0.650 mg/L、0.803 mg/L 和 17.08% 、22.91% 、25.25% 。

在同时发生硝化反应和异氧菌降解CODMn的过程中，在氧的利用上，硝化菌和异氧菌存在相互竞争关系［4］。低气水比时，水中溶解氧含量较低，溶解氧同时供应给硝化菌硝化氨氮和异氧菌降解CODMn，所以相应CODMn去除率较低;随着气水比的增大，水中溶解氧含量充足，CODMn去除率也随之升高。但随着气水比的升高，水中溶解氧逐渐达到饱和，CODMn去除率升高幅度也逐渐变小。

3 结语

1)随着气水比的增大，曝气生物滤池池中水体溶解氧含量逐渐升高。但由试验数据可得，气水比不能太大，因为氧在滤池水中的溶解度有限，随着气水比的增大，水中溶解氧增加幅度会越来越小，过大的曝气量并不能持续提高溶解氧的质量浓度，浪费能源。另外曝气量过大，加剧了对生物膜的冲刷，不利于污染物的截留和微生物的增殖。

2)气水比对氨氮去除率影响较大，随着气水比的增大，氨氮去除率也逐渐增大，但随着气水比增大至水中溶解氧接近饱和时，氨氮去除率增加幅度越来越小;而气水比对亚硝酸盐氮去除率影响不大，随着气水比的增大，亚硝酸盐氮去除率缓慢增大。

3)气水比对CODMn去除率影响较大，随着气水比增大，CODMn去除率逐渐增大，但与氨氮一样，气水比并不是越大越好，随着气水比的增大，CODMn去除率增加幅度也越来越小。

［1］叶辉，许建华.饮用水中的氨氮问题［J］.中国给水排水.2000，16(11):31～34.

［2］生活饮用水标准检测方法［S］.GB/T 5750.13－2006:407～408.

［3］刘建广，张晓健，王占生.温度对生物炭滤池处理高氨氮原水硝化的影响［J］.中国环境科学.2004，24(2):233 ～236.

［4］李思敏，张建昆，宿程远，等.生物砂滤池去除微污染源水中有机物的试验研究［J］.中国给水排水.2006，22(17):57 ～59，63.

TU991.2

B

1004－1184(2012)03－0110－02

2012－03－15

罗国荣(1983－)，男，广东东莞人，助理工程师，主要从事给排水设计。