臭氧/复合滤料生物滤池深度处理饮用水试验研究

李梅等

摘要：根据水污染的特点以及深度处理引用水的规定，以污染物极性视角出发，将活性炭与多孔性软陶粒为新型复合滤料。活性炭可对非极性分子进行吸附，因比陶粒空隙大，对分子直径无特别要求；陶粒具有很强的极性吸附，对不饱和与极性分子的亲和力较强，可选择吸附极化率大的非极性分子。对于CHCl3与氨氮等有机物，陶粒吸附力大于活性炭。本文将生物降解技术、滤料化学与物理吸附、臭氧吸附相结合，分析符合滤料生物滤池深度处理饮用水的能力。

关键词：臭氧/复合滤料 生物滤池深度处理 饮用水试验

1 实验材料和办法

1.1 实验水质

本实验选用的水为经常规处理后的某水库水，水质情况是：8.26-8.38为pH值，2.53-5.03NTU为浊度，0.156-

0.199cm-1为UV254，氯化物、CODMn、铁、NO2--N、NH4+-N、硫酸盐等分别是（11.0-12.5）、（3.13-5.35）、（0.06-0.11）、（0.15-0.20）、（0.52-0.73）、（24.2-35.1）mg/L。在对水质分析发现，水库中NH4+-N与CODMn含量超标，需做进一步的深度处理，以实现人类安全卫生饮用。

1.2 实验工艺参数

臭氧发生器的型号为CF-G-3-2.5kg/h，2-4mg/L为浓度；不锈钢材料为接触臭氧柱，高90cm，内径10cm；有机玻璃为滤柱材料，1.5m滤料层高，均匀混合的陶粒与活性炭为填充料。实验主要研究挂膜与去除污染物情况，另外考虑处理效果与参数的关系。

2 结果与分析

2.1 挂膜

滤柱在挂膜期连续一天进出水，为快速形成生物膜，直接过滤原水，不接臭氧，以20-30分钟为接触时间，另外，逐渐抬高气温也可快速生成生物膜。经14d，实现30%以上的CODMn除去率，实现60%以上的NH4+-N去除率，那么可断定完成挂膜，进入稳定运行环节。

2.2 运行稳定环节除去污染物特性

①净水成效受EBCT的影响。以3mg/L为臭氧固定投加量，以进水量硬性EBCT，在EBCT差异情况下，分析NO2--N、NH4+-N、浊度、CODMn的除去情况。结果发现，当空床接触时间增加，指标除去率有升高态势。若EBCT变化时间为5-15min，NO2--N与NH4+-N去除率分别为提高47%与13%；再做EBCT延长，对二者的去除率有所提高但幅度小；延长为24min时，仅高出12min的2%与6%。这是因为NH4+-N的浓度在原水中比较低，滤料上的菌种为营养贫瘠型微生物，其表面积大，基质亲和力强，Monod保护常数与最快繁殖速度较小。同时硝化菌硝化能力强，可分解NH4+-N。在这一过程中，CODMn的除去率提高值为9%→11%，浊度除去率提高了11%→16%，增长明显。综合经济、水量与效果，15min的EBCT为最佳。

②高度差异的出水水质。a浊度变化，2.34NTU与0.5NTU分别为实验期间进出水的浊度，69.1%为平均除去率。我们得知，浊度为沿程下降态势，在高于50cm的滤柱处集中，且在50cm处已有62%去除率。b氮化物浓度变化，顺水流向的NH4+-N浓度降低，在滤层上部的40cm为除去集中，往下则呈现逐渐减小趋势。这是因为在滤床上层DO与营养物质充足，生物活性佳，微生物多；低于40cm则因降低了溶解氧浓度，硝化除去能力被制约。此外，厌氧菌种、需氧菌种可能影响氨氮去除率，比如反硝化菌、亚硝化菌、氨化菌等，其数量与分布对NH4+-N有影响。

总体上说，NH4+-N在生物活性滤床去除下，实现91.2%的平均去除率，高出03/BAC。单独活性炭的去除效果没复合滤料效果佳，可能是陶粒具很强极性，可亲和氨氮。NH4+-N在滤料上层受微生物影响，而下层则受到吸附影响。因臭氧原因，滤料层中有充足的氧，可实现2mg/L的出水溶解氧浓度，硝化菌与亚硝化菌生长一致，作用彻底，平均实现75.8%的NO2--N去除率。

2.3 净水效果受污染负荷的影响

①进水CODMn浓度影响。a影响CODMn的去除率。进水CODMn的值与去除CODMn的效果成正比。比如若将CODMn的进水浓度从3mg/L提升9mg/L再提升6mg/L，那么可实现16%→79%→85%的CODMn去除率，相关性拟合为对数关联，0.8为相关系数。之所以会出现此种情况，在于若提高CODMn的进水浓度，有更多的营养物质供异养菌生长，生物作用佳，提升去除率。b影响NH4+-N的去除率。CODMn进水浓度减少则NH4+-N去除率增加，也是0.8的对数关系。比如，若CODMn的进水浓度从3mg/L提升9mg/L再提升7mg/L，那么可实现93%→60%→50%的NH4+-N去除率。浓度增加却抑制了去除率，主要是由于DO受到异养菌与自养菌的竞争，异养菌生长茂盛，借助水中氧加上丰富的营养繁殖迅速，另外，因为氧受到生物膜的阻碍，硝化菌被限制生长，硝化反应减弱，降低去除率。

②进水NH4+-N浓度影响。下表为NH4+-N与NO2--N的进水浓度变化值，总共实验30次，每三次得出亚硝酸盐氮与氨氮的去除率。（见下表）

由表得知，NO2--N与NH4+-N的滤柱去除率和NH4+-N关联，若NH4+-N进水值较低，那么二者的去除效果也差，并有积累现象。第一，若NH4+-N的进水浓度小，那么滤料表面和液相本体的浓度就小，滤料无法迁移以及无法吸附NH4+-N，再因其他离子浓度在增加，氨离子和其竞争降低了NH4+-N的去除率；第二，若NH4+-N的进水浓度小，因硝化菌与亚硝化菌无营养物质，生物量不多，NO2--N与NH4+-N受滤柱影响小。若NH4+-N进水浓度加大，那么NO2--N与NH4+-N的去除效果也更好，若提升至1.7mg/L的NH4+-N进水的浓度，那么可实现88%的去除率，再提高1mg/L浓度，那么则为80%的去除稳定。若提高至0.6mg/L的氨氮进水浓度，可实现90%的NO2--N去除，之后再提升NH4+-N浓度，NO2--N去除效果减弱，若提升至1.5mg/L的氨氮进水浓度，那么NO2--N进出水平均浓度是0.116与0.075mg/L，下降到35.8%的去除率。若提升至2mg/L的NH4+-N浓度，那么去除NO2--N效率为9.48%。再不断提升氨氮浓度，NO2--N发生积累。这主要由于硝化作用不完全。所以，进水溶解氧浓度适度提高或1.5mg/L>NH4+-N进水浓度，可实现水库水饮用。

3 结语

我国为淡水资源贫乏的国家，有效利用水资源，变废为宝是国家发展大计，人民生存之本。水是生命的源泉，保护水资源，人人有责。将不可饮用水经复合生物滤池处理，可满足日常饮用。

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作者简介：

李梅（1968-），女，河南南阳人，副科长，工程师，研究方向：给排水方向。