组合填料对富营养化河水的净化效果研究

郏菁菁　武涛

摘 要：该研究选取了多孔玻璃陶瓷环、机制颗粒活性炭、和火山石3种填料及其组合填料，分别从CODMn、NH4+-N、TP等方面对各种填料处理富营养化河水进行了比较分析研究。结果表明：处理系统稳定运行状态下，多孔玻璃陶瓷环对富营养河水处理后，CODMn、NH4+-N、TP去除率分别为70.91%、59.38%和46.51%；机制颗粒活性炭对富营养河水处理后，CODMn、NH4+-N、TP去除率分别为74.55%、70.00%、69.77%；火山石对富营养河水处理后，CODMn、NH4+-N、TP去除率分别为41.82%、78.75%、58.14%；组合填料对富营养河水处理后，CODMn、NH4+-N、TP去除率分别为81.82%、82.50%、76.74%。分析可知，采用上述复合填料能有效去除富营养化水体中CODMn、NH4+-N、TP等特征污染物；且该模式运行简单、操作方便，能耗低，是一种富营养化河水较好的净化方式。

关键词：富营养化 组合填料 净化河水

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）09（a）-0095-02

近年来，随着我国人口的增长和经济的迅速发展，排入江河、湖泊的废水量不断增加[1]，引起地表水环境的严重污染，富营养化水域日益增多。水体富营养化不仅使水质产生严重恶化，而且影响周边水环境和人文景观，甚至通过给水系统危害到公众的健康[2-3]。因此，对富营养化水体的治理是现在人们面临的一项重大课题。水体富营养化是我国面临的一大棘手的环境问题，目前我国80%以上河流湖泊都存在不同程度的富营养化现象，并且有范围扩大、程度加深的趋势。国内外对控制湖泊水体富营养化问题进行了很多研究[4-5]， 但很难找到经济有效的办法。近年来，生物填料不仅在污水处理方面有了较大的进步，在微污染水源水处理领域也有了一定的应用[6-8]。本研究选取粒径不同的几种填料，对富营养化河水开展实验，研究不同粒径的生物填料对富营养化河水水质净化的效果。

1 实验材料和方法

1.1 实验材料

1.1.1 实验原水

实验原水取自某受污染河水下游，水质分析情况如表1所示。

1.1.2 填料及反应装置

实验装置及实验过程示意图如图1所示。

本实验选取了3种填料及其组合填料进行实验，分别是：多孔玻璃陶瓷环、机制颗粒活性炭、火山石及组合填料。实验装置采用了4个圆柱形玻璃罐作为填料容器，玻璃罐均采用内径28 cm的玻璃广口瓶，高度均为50 cm。实验装置中填放填料，填料高度为30 cm。复合填料实验装置中，自上而下依次为多孔玻璃陶瓷环（10 cm）、机制颗粒活性炭（10 cm）、火山石（10 cm）。各种填料粒径如下：多孔玻璃陶瓷环为环形中空结构，外径1.5 cm，长1.5 cm，壁厚1.6 mm；火山石直径2～4 cm；机制颗粒活性炭为圆柱体结构，高度为3 cm，直径5mm。

实验装置主要参数为：1#玻璃陶瓷：进水量Q1=2.75 L/min，填料过滤断面积0.049m2，单位面积水力负荷为：0.056 m3/m2·min；2#木炭：进水量Q1=4 L/min，填料过滤断面：0.0615 m2，单位面积水力负荷为：0.065 m3/m2·min；容器体积为24 L，单次进水时间15 min；3#火山石：进水量Q1=4 L/min，填料过滤断面：0.0615 m2，单位面积水力负荷为：0.065 m3/m2·min；4#复合填料：进水量Q1=2.75 L/min，填料过滤断面：0.049 m2，单位面积水力负荷为：0.056 m3/m2·min；容器体积17.1 L，单次进水时间为15 min。

1.2 实验方法

本实验采用接种底泥、连续进水、闷曝方式启动，初期进行底泥驯化，系统调试直至稳定运行。稳定正常运行状态下，每天连续运行8 h，水力停留时间约为2 h。经连续运行20 d后，取出水水样进行水质分析。水样取反应装置底部出水自静置后的上清液进行监测分析。分析项目为：CODMn、NH4+-N、TP。

1.3 分析方法

化学需氧量CODMn、NH4+-N、TP均采用标准分析法。[9]

2 结果与讨论

2.1 对CODMn的去除效果

从图2可看出，3种填料及其组合填料对CODMn均有较好的去除效果，其中多空玻璃陶瓷环和机制颗粒活性炭对CODMn去除率均可超过70%，组合填料去除率更可达81.82%。

分析可知，所选填料主要起生物膜载体的作用，具有生物附着力强、比表面积大、孔隙率高等优点；而组合式填料通过不同粒径材料的组合搭配，同时可起到过滤拦截悬浮物的作用，从而对CODMn有更好地去除效果。

2.2 对NH4+-N的去除效果

从图3可看出，3种填料及其组合填料对NH4+-N均有较好的去除效果，其中多空玻璃陶瓷环和机制颗粒活性炭对NH4+-N去除率均可达60%，组合填料去除率更可达82.50%。

分析可知，富营养化河水中的氮以多种形式存在，主要由有机氮、铵态氮、硝酸态和亚硝酸态氮等。组合填料处理过程中，填料和微生物的吸收，硝态氮在随渗水向下迁移时，可通过反硝化作用最终而变为氮气。反硝化作用、挥发和填料吸收是系统除氮的主要途径。系统对有机物和氨氮的去除可以不断地进行下去，填料含水层相当于一个由好氧、缺氧、厌氧组合的生物反应器。

2.3 对TP的去除效果

从图4可看出，机制颗粒活性炭和组合填料对TP的去除率较多空玻璃陶瓷环和火山石更明显，去除率可达70%。

一方面，这是因为机制颗粒活性炭孔隙率大，本身还有一定的吸附性；另一方面，从生物除磷的机理出发，积磷菌在厌氧状态下释放磷，在好氧状态下过量地摄取磷，通过厌氧和好氧状态的交替运行而得以去除。本实验处置系统含水层一方面存在过滤拦截的作用；另一方面，不同粒径的错落搭配，相当于一个由好氧、缺氧、厌氧组合的生物反应器。从而为TP的去除提供了较好的反应环境。

3 结语

通过选取的三种填料及其组合填料搭配的方式，对富营养化河水进行反应，对出水水质进行化验分析，可知，组合填料对富营养河水处理后，CODMn、NH4+-N、TP去除率分别为81.82%、82.50%、76.74%。不同粒径的填料错落搭配，一方面可起到较好的过滤拦截悬浮物的作用；另一方面，填料含水层也相当于一个由好氧、缺氧、厌氧组合的生物反应器，为生物脱氮、生物除磷提供了较好的反应平台。因此，采用生物填料对富营养化河水进行处理，通过不同粒径的合理搭配，可对河水水质起到较好的净化效果。

参考文献

[1] 司友斌，包军杰，曹德菊，等.香根草对富营养化水体净化效果研究[J].应用生态学报，2003，14（2）：277-279.

[2] 唐静杰，周青.生态浮床在富营养化水体修复中的应用[J].环境与可持续发展，2009（2）：24-27.

[3] 夏章菊，高殿森，谢有奎.富营养化水体修复技术的研究现状[J].后勤工程学院学报，2006（3）：69-72.

[4] 黄田，周振兴，张劲，等.富营养化水体的水芹菜浮床栽培试验[J].污染防治技术，2007，20（3）：17-19.

[5] 李佐荣.微生物在湖泊富营养化治理中的应用[J].安徽农学通报，2007，13（9）：63.

[6] 许建华，万英，汤丽华，等.微污染原水的生物接触氧化预处理技术研究[J].同济大学，1995，23（4）：376-381.

[7] 季民，刘卫华，周普，等.微污染水生物陶粒滤池预处理研究[J].工业用水与废水，2003，34（3）：22-25.

[8] 何君.水处理生物填料发展现状与趋势[J].北方环境，2013，29（5）：88-91.

[9] 国家环境保护总局.水和废水监测分析方法[M].4版.北京：中国环境科学出版社，2002.