生物活性炭滤池的工艺参数试验研究

生物活性炭滤池的工艺参数试验研究

前言

随着水源污染的日益严重，为了克服常规处理工艺的不足，满足不断提高的饮用水水质标准，对常规处理工艺出水再进行深度净化将成为自来水厂的选择之一。生物活性炭技术能有效去除水中有机物(尤其是可生物降解部分)和嗅味等，从而提高饮用水化学和微生物安全性，目前它已作为自来水深度净化的一个重要途径而被水工业界重视[1，2]。该技术要点是：以粒状活性炭为载体富集水中的微生物而形成生物膜，通过生物膜的生物降解和活性炭的吸附去除水中污染物，同时生物膜能通过降解活性炭吸附的部分污染物而再生活性炭，从而大大延长活性炭的使用周期。生物活性炭滤池的工艺参数直接影响其处理效果和成本，并且合适的参数值还和滤池边水水质有一定关联，在大规模应用前进行针对性的研究很有必要。

1．试验研究方法

l.1 试验工艺流程及装置

本次试验为中试规模，试验工艺流程为预臭氧化十混凝、沉淀、过滤+臭氧--生物活性炭，试验装置(图1)设于深圳大涌水厂内，包括常规处理、臭氧化和活性炭滤池处理系统。

活性炭滤池横截断面尺寸为500×500mm，高度为4.92m，内部均分两格，采用小阻力配水系统。装填ZJ-15型柱状活性炭（山西新华化工厂产品），该炭碘值和亚甲兰吸附值分别为961和187mg/g，堆积密度460g/L。活性炭在使用之前，先用未加氯的砂滤出水浸泡1周，再用未加氯的砂滤出水反洗清洁，然后装池。生物活性炭滤池采用下向流型式，进水溶解氧含量一般在7.50mg/L左右，能充分保证生物降解对溶解氧的需求。滤池采用两段式气水反冲洗，即首先以空气擦洗、再以未加氯的砂滤出水反冲，反冲洗周期为7天。

臭氧采用Ozonia公司的CFS-1A型臭氧发生器现场制备，以空气为气源、以自来水为冷却介质。预臭氧化的臭氧接触时间和投加量分别为4.5min和1.5mg/L左右，水在塔内流速40m/h左右。主臭氧化的臭氧接触时间和投加量分别采用液态碱铝和氢氧化钠，投加浓度分别为2.5mg/L和6mg/L左右。

1.2 试验设计

在参考现有文献的基础上，本研究首先采用2.0m和2.5m炭床高度，分别进行空床接触时间10、12min 的对比试验。然后选定炭床高度，分别进行空床接触时间7.5、10、12、15、20min的对比试验。

1.3 试验方法

试验期间水温较高（26-31℃，平均29℃），生物活性炭滤池采用自然挂膜，生物膜成熟时间约为15天。进行上述各组条件的试验时间均为7天，其中2天为过渡适应期，5天为稳态试验期。试验期间生物活性炭滤池进水水质如表1所示：

注：表1中实测期间色度＜5的次数约占1/3

2. 试验结果与分析

2.1 炭床高度

当生物活性炭滤池空床接触时间分别为12min和10min时，2.0m和2.5m炭床高度的BAC池进出水浊度、CODMn的历时变化情况见图2--3，图中5/23——6/2、6/2——6/9分别对应12min和10min的试验结果。

由图2——3：虽然二池出水浊度、CODMn的历时变化有所差异，但平均而言差异并不明显。当空床接触时间为12min时，在2.0m和2.5m池进水浊度、CODMn均值分别同为0.327NTU、1.498mg/L的条件下，二池出水浊度、CODMn均值分别为0.293NTUT 0.309NTU、0.995mg/L和1.01mg/L。当空床接触时间为10min 时，在2.0m和2.5m池进水浊度、CODMn均值分别同为0.368NTU、1.596mg/L的条件下，二池出水浊度、CODMn均值分别为0.314和0.314TNU、1.304和1.402mg/L。由此可认为在本试验条件下，如果空床接触时间、进水水质等其它件相同，炭床高度对BAC池出水浊度、CODMn影响较小。虽然图2--3也反映出BAC池出水浊度和CODMn有稍高于进水相应值的情形，但其中的主要原因可能在于进水水质的波动及生物膜脱落及微生物代谢产物，此外低浊度分析也是值得进一步研究的问题。

实验结果（表2）还表明，在空床接触时间等其它试验条件相同时，炭床高度对BAC池出水色度、PH 值的影响不大；但对嗅阈值却有一定影响，在空床接触时间同为10min时，炭床高度2.5m池的出水嗅阈值超过深水集团管道直饮水水质标准（Q/ZLS001-1998）3的上限标准，这表明较高的滤速不利于除臭。

注：表2中嗅阈值、PH值栏数值为均值。

综合12min和10min的试验结果，可以看出，在空床接触时间、进水水质等主要试验条件相同的前提下，炭床高度对BAC池的净水效果总体相同；但较大的炭床高度不利于嗅阈值的控制。事实上的BAC池去除污染物主要靠生物吸附降解和物化吸附，而这些过程都需要一定的时间，在进水水质和污染物与生物颗粒接触时间相同时，污染物的降解程度理应相同。当然生物活性炭颗粒的机械截留也有一定作用，较大炭床高度的BAC池的出水水质略差，其原因可能就在于较大滤速不利于机械截留作用的发挥。此外，炭床高度的增大还将会对BAC池的反冲洗提出更高的要求，有基于此，建议生产中BAC池的适宜炭床高度可取2.0m。

2.2 空床接触时间

·空床接触时间与出水浊度

当BAC池的空床接触时间在7.5-2.0min之间变化时，BAC池进出水浊度变化情况如表3所示。观察表3中

的试验数据，不难发现BAC池的出水浊度比较稳定，平均在0.22NTU以下；此均值和BAC池的进水浊度均值（0.25NTU以下）较为接近，也限BAC池能稍微降低水的浊度，但空床接触时间对浊度的去除没有明显影响。由此可见，BAC池的订功效不在于除浊。

·空床接触时间与出水CODMn

当BAC池的空床接触时间在7.5--20min之间变化时，BAC池进出水CODMn变化情况不及浊度值稳定（表4）。由表4可见，在空床接触时间相同、进水水质相近的情况下，增大BAC池的空床接触时间，BAC池对CODMn的去除效果随之改善，表现为CODMn平均去除率的提高。在生物膜工艺中，延长空床接触时间意味着延长基质和生物膜的接触时间，有利于基质的生物降解；从生物膜降解机理上来看，接触时间缩短意味着进入BAC池的基质量增加，导致生物膜在单位时间内接触的基质增加，而进水水质一定使得生物膜对基质的降解速率相对稳定，最终导致出水CODMn浓度增加，处理效果下降。此外，接触时间的延长也有利于污染物的物化吸附去除。

从表4还可以看出，BAC池空床接触时间的增加幅度影响BAC池对CODMn去除率的提高程度，空床接触时间的增幅大对CODMn去除效果的改善程度较为明显反之收效一般，但接触时间增大到一定程度时，CODMn去除率的提高有限，这主要是由于进水中可生物降解及吸附的物质所占的比例一定。此外，对比接触时间15min和20min的CODMn平均去除率，发现前者稍高于后者，笔者认为主要原因可能在于BAC池运行前的成熟条件不同。进行接触时间20min的试验前，采用的气冲强度较大（14L/m2.S），生物膜脱落明显，又限于当时条件、只经12h即取样化验；而进行其余接触时间的试验之前，采用的气冲强度小于

14L/m2.s，生物膜脱落程度较轻，且经48h成熟期后再取样化验。这说明BAC池的反冲洗及其充分成熟对保证其成功运行极为重要，在实际生产中需对气水联合反冲洗后的初始处理水量作必要的小幅减小。

·空床接触时间与出水含藻量