GAC_石英砂生物滤池处理微污染原水

ÁÂ ÂÄÈÅÃÉÆÇÁÂ ÂÄÈÅÃÉÆÇ Ｔａｂｌｅ２Ｔｈｅｗａｔｅｒｑｕａｌｉｔｙｐａｒａｍｅｔｅｒｏｆｒａｗｗａｔｅｒ
பைடு நூலகம்
项目
范围
平均值
ＣＯＤＭｎ／ｍｇ·Ｌ－１
４．５６～８．１６
６．０３
ＮＨ３－Ｎ／ｍｇ·Ｌ－１
１．９３～４．６０
２．７９
ＮＯ２－－Ｎ／ｍｇ·Ｌ－１
０．１３～０．５５
０．３２
表 １ 试验测定项目及其方法
Ｔａｂｌｅ １ Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ
测定项目
测定方法
氨氮（ＮＨ３－Ｎ） 亚硝酸盐氮（ＮＯ２－－Ｎ）
ＣＯＤＭｎ 浊度
纳氏试剂分光光度法 Ｎ－（１－ 萘基）－ 乙二胺分光光度法
酸性高锰酸钾法 ＨＡＣＨ ２１００ＣＮ 浊度仪
试验期间原水的浊度在 ２２．３～６８．１ ＮＴＵ 之间， 平 均 值 为 ３６．９ ＮＴＵ。 曝 气 生 物 滤 池 出 水 浊 度 在 ５．４３～２３．１ ＮＴＵ 之间，平均值为 １３．１ ＮＴＵ；待滤水 浊度在 ０．７３～３．２８ ＮＴＵ 之间，平均值为 １．３５ ＮＴＵ； 炭砂滤出水浊度在 ０．０９～０．４２ ＮＴＵ 之间，平均值为 ０．２３ ＮＴＵ。试验系统出水浊度变化如图 ５ 所示。
滤池水力停留时间为 ２０ ｍｉｎ，后续常规处理处理流 量 ２５ ｍ３·ｈ－１，混凝反应时间为 １０ ｍｉｎ，絮凝剂聚合氯 化铝（Ａｌ２Ｏ３ 含量为 ５％）投加量为 １００ ｍｇ·Ｌ－１，斜管 沉淀池表面负荷 ８．０ ｍ·ｈ－１，炭砂滤池采用 ＧＡＣ－ 石 英砂双层滤料，其上层 ＧＡＣ 滤层厚度为 ５０ ｃｍ，有 效粒径为 １ ｍｍ；下层石英砂滤层厚度 ８０ ｃｍ，有效 粒径 ０．５～１．２ ｍｍ。炭砂滤池尺寸 ２ ｍ×１．８ ｍ×５ ｍ， 滤速 ７ ｍ·ｈ－１，炭砂滤池采用单独水反冲洗方式，反 冲洗强度为：１３ Ｌ·ｓ－１·ｍ－２，反冲洗时间为 １０ ｍｉｎ；反 冲水箱兼消毒水箱有效容积 ２６ ｍ３。
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落完善，氨化细菌、亚硝化细菌、硝化细菌都生长稳 定。传统的 ＧＡＣ－ 石英砂滤池虽然对氨氮有着很好 的去除效果，但是滤后水出现亚硝酸盐累积现象。这 是因为生物膜的硝化作用分为氨氧化和亚硝酸盐氧 化两个阶段，滤池中的亚硝化细菌所要去除的 ＮＯ２－－Ｎ 由两部分组成［４］，即进水中原有的 ＮＯ２－－Ｎ 和 由 ＮＨ３－Ｎ 氨氧化而来的 ＮＯ２－－Ｎ。由于进水中 ＮＨ３－Ｎ 的浓度要远大于进水的 ＮＯ２－－Ｎ，所以在受到异氧菌 和溶解氧的抑制下，一部分 ＮＨ３－Ｎ 在转化为 ＮＯ２－－Ｎ 后已经没有足够的溶解氧去进一步氧化生成 ＮＯ３－Ｎ 了，这就导致普通炭砂滤池出水亚硝酸盐浓度大于 进水浓度，出现亚硝酸盐累积。本中试采用“曝气生 物滤池＋ 常规处理”工艺很好的解决了普通炭砂滤 池亚硝酸盐累积的问题。中试系统预处理出水溶解 氧在 ６．５～８ ｍｇ·Ｌ－１ 之间，同时预处理出水含有丰富 的生物群落，保证了后续常规处理有充足的溶解氧， 使硝酸反应顺利进行，炭砂滤池出水没有发现亚硝 酸盐累积，硝化作用明显。 ２．２．３ ＣＯＤＭｎ 的去除效果
比其对氨氮、有机物和浊度的去除率都有很大的提高， 是处理微污染原水的一种新途径。
关键词： ＧＡＣ－ 石英砂双层滤池； 生物滤池； 微污染原水
中图分类号： ＴＵ９９１．２
文献标识码： Ａ
文章编号： １０００－３７７０（２００８）０８－０５９－０４
近年来广州珠江沿岸接纳的城市污水日趋增 加，珠江广州河段江水已受到不同程度的污染，原水 氨氮和高锰酸盐指数严重超标，水质远未达到国家 规定的集中式供水水源一级保护区（地表水环境质 量标准Ⅱ类） 的水质要求。建设部 ２００５ 年颁布的 《城市供水水质标准》（ＣＪ／Ｔ２０６－２００５）全面提高了 生活饮用水水质标准。而水厂依然采用“混凝 － 沉 淀 － 过滤 － 消毒”传统净水工艺，其主要功能是去除 浊度和杀菌，对原水中溶解性有机污染物和氨氮的 去除能力十分有限，随着水源污染的日益严重和生 活饮用水卫生标准的日趋严格，针对常规处理工艺 和深度处理工艺对氨氮去除的不足，微污染源水的 生物预处理技术成为水处理工作者的研究热点。目 前，曝气生物滤池技术已被引入给水领域，并逐渐成 为 微 污 染 源 水 进 行 生 物 预 处 理 的 有 效 手 段 之 一 ［１］。 本试验采用“曝气生物滤池 ＋ 常规处理”组合工艺 来去除污染物，净化水源。
ＧＡＣ－ 石英砂双层滤料复合滤池，是利用原有 的砂滤池在石英砂上添加活性炭滤料来实现的。采 用这种方式，能够同时利用活性炭吸附作用和石英 砂物理拦截作用，去除水中的有机物和胶体颗粒物， 有效改善出水水质［２］。目前在瑞士、美国等国家都有 这种炭砂滤池，但由于国内外水源水质差别较大，炭 砂滤池在我国的应用较少［３］。
从图 ２ 可知，待滤水相对于预处理出水的氨氮 有一定的去除率，但是去除率并不是很大，有时会出
经不是普通意义上的滤池，而是一种具有较强生物 活性的生物滤池。形成生物膜的“生物碳砂滤池”一 方面依靠活性炭的物理吸附和粒状滤料的机械截留 作用，另一方面则是依靠砂粒表面生物膜的接触絮 凝、生物氧化作用达到对水中悬浮物质和胶体颗粒 等污染物质的去除。滤料表面形成生物膜后，在膜与 膜之间会存在着生物絮体，使得滤池内滤料级配更 加密实，从而发挥较好的吸附、接触絮凝作用，达到 更加良好的物理截留作用。因此在活性炭吸附、石英 砂机械截留［２］和生物氧化的三重作用下，炭砂滤池 对氨氮有很高的去除率。 ２．２．２ 亚硝酸盐的去除效果
收稿日期：２００７－１１－２８ 作者简介：范 平（１９８２－），女，硕士研究生，研究方向为水污染控制技术；联系电话：１３２４２８５２０１７；Ｅ－ｍａｉｌ：ｆａｎｐｉｎｇ０７１２＠１６３．ｃｏｍ。
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水处理技术
第 ３４ 卷 第 ８ 期
１．３ 测定指标及方法 试验测定项目及其测定方法见表 １。
现待滤水氨氮值大于预处理出水氨氮值，待滤水相 对预处理氨氮平均去除率为 ３２．２％；炭砂滤池出水
第 ３４ 卷 第 ８ 期 ２００８ 年 ８ 月
水处理技术 ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＯＦ ＷＡＴＥＲ ＴＲＥＡＴＭＥＮＴ
Ｖｏｌ．３４ Ｎｏ．８
Ａｕｇ．，２００８
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ＧＡＣ－石英砂生物滤池处理微污染原水
范 平，吴纯德，陆少鸣，张 帆
（华南理工大学环境科学与工程学院，广东 广州 ５１０００６）
摘 要： 试验研究 ＧＡＣ－ 石英砂滤池在增加生物预处理工艺并取消预加氯时对珠江微污染原水的处理特性。研究了
试验期间原水的 ＣＯＤＭｎ 值在 ４．５６～８．１６ ｍｇ·Ｌ－１ 之间，平均值为 ６．０３ ｍｇ·Ｌ－１。曝气生物滤池出水 ＣＯＤＭｎ 值在 ２．６１～５．７１ ｍｇ·Ｌ－１ 之间，平均值为 ３．８２ ｍｇ·Ｌ－１；待滤水 ＣＯＤＭｎ 值在 １．１４～４．３５ ｍｇ·Ｌ－１ 之 间，平均值为 ２．４５ ｍｇ·Ｌ－１，相对 ＢＡＦ 出水去除率为 ３６．０％；炭砂滤出水 ＣＯＤＭｎ 值在 ０．８２～２．６１ ｍｇ·Ｌ－１ 之间，平均值为 １．５６ ｍｇ·Ｌ－１，相对沉淀池出水去除率 为 ３５．５％，相对预处理出水去除率为 ６０．１％，去除效 果显著。试验系统出水 ＣＯＤＭｎ 值变化如图 ４ 所示。
70 60 50 40 30 20 10
0 0 5 10 15 20 25 30 35
图 ５ 浊度随时间的变化 Ｆｉｇ．５ Ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｔｕｒｂｉｄｉｔｙ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｒｕｎｎｉｎｇ ｔｉｍｅ
由图 ５ 可知，ＧＡＣ－ 石英砂滤池对浊度去除效 果显著。试验期间待滤水平均浊度 １．３５ ＮＴＵ，炭砂 滤出水浊度平均值为 ０．２３ ＮＴＵ，炭砂滤池出水相对 待滤水浊度平均去除率为 ８２．６％。在生物炭砂滤池 内，浊度的去除一方面是通过被生物膜覆盖的滤料
ＧＡＣ－石英砂生物滤池对 ＮＨ３－Ｎ、ＮＯ２－－Ｎ、ＣＯＤＭｎ 和浊度的去除效果， 试验期间 ＧＡＣ－ 石英砂生物滤池 出 水 ＮＨ３－Ｎ、 ＣＯＤＭｎ、浊度平均值分别为 ０．１ ｍｇ·Ｌ－１、１．５６ ｍｇ·Ｌ－１、０．２３ ＮＴＵ， 其相对于沉淀池出水的 ＮＨ３－Ｎ、ＣＯＤＭｎ、浊度的平均去 除率分别为 ７９．２％、３５．５％、８２．６％， 碳砂滤池出水 ＮＯ２－－Ｎ 几乎检测不出来。ＧＡＣ－ 石英砂生物滤池与普通碳砂滤池相
试验期间原水的亚硝酸盐值在 ０．１３～０．５５ ｍｇ·Ｌ－１ 之间，平均值为 ０．３２ ｍｇ·Ｌ－１。曝气生物滤池出水亚硝 酸盐值在 ０．００８～０．１５ ｍｇ·Ｌ－１ 之间，平均值为 ０．０５４ ｍｇ·Ｌ－１；待滤水亚硝酸盐值在 ０．００１～０．１２６ ｍｇ·Ｌ－１ 之 间，平均值为 ０．０４１ ｍｇ·Ｌ－１；炭砂滤出水亚硝酸盐值在 ０～０．００９ ｍｇ·Ｌ－１ 之间，平均值为 ０．００２ ｍｇ·Ｌ－１。试验系 统出水亚硝酸盐值变化如图 ３ 所示。
浊度 ／ＮＴＵ
２２．３～６８．１
３６．９
由表 ２ 中的原水可知，珠江原水即使在丰水期， 水质仍然很差，远远达不到国家规定的生活饮用水水 源水质的要求。因此本中试采用“曝气生物滤池＋ 常 规处理工艺”净化水质，处理珠江原水。 ２．２ 试验数据分析 ２．２．１ 氨氮的去除效果
试验期间原水的氨氮值在 １．９３～４．６０ ｍｇ·Ｌ－１ 之 间，平均值为 ２．７９ ｍｇ·Ｌ－１。曝气生物滤池出水氨氮值在 ０．３４～１．２３ ｍｇ·Ｌ－１ 之间，平均值为 ０．７１ ｍｇ·Ｌ－１；待滤水 氨氮值在 ０．１６～１．０１ ｍｇ·Ｌ－１ 之间，平均值为 ０．４９ ｍｇ·Ｌ－１； 碳砂滤出水氨氮值在 ０．０２～０．２３ ｍｇ·Ｌ－１ 之间，平均值 为 ０．１０ ｍｇ·Ｌ－１；出水达到建设部城市供水水质标准 （ＣＪ／Ｔ２０６－２００５） 规定的氨氮小于 ０．５ ｍｇ·Ｌ－１ 的标准。 试验系统出水氨氮值变化如图 ２ 所示。
１ 试验部分
１．１ 试验工艺流程 试验工艺流程如图 １ 所示。







图 １ 中试系统工艺流程 Ｆｉｇ．１ Ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ ｏｆ ｐｉｌｏｔ－ｓｃａｌｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｐｒｏｃｅｓｓ
１．２ 试验工艺运行参数 试验系统生物预处理流量 ６５ ｍ３·ｈ－１，曝气生物
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除部分 ＣＯＤＭｎ；另一种形式是依靠活性炭的物理吸 附和粒状滤料的机械截留作用截留浊度的形式去除 部分有机物。资料表明一般只采用混凝沉淀、砂滤和 加氯消毒的常规处理工艺的水厂，一般只能去除 ＣＯＤＭｎ ２０％～３０％［５］。双层生物滤料滤池能够有效地 去除有机物、氨氮等污染物质，可以延长滤池反冲洗 周期，并能在短时间内恢复到正常处理能力，适合于 传统滤池的改造［６］。 ２．２．４ 浊度的去除效果
相对于预处理出水、沉淀池出水 ＮＨ３－Ｎ 有明显的下 降，炭砂滤出水相对于沉淀池出水的 ＮＨ３－Ｎ 平均去 除 率 为 ７９．２％ ， 炭 砂 滤 出 水 相 对 于 预 处 理 出 水 ＮＨ３－Ｎ 平均去除率为 ８５．９％，去除效果显著。
在含有生物预处理工艺的系统中，原水经过曝 气生物滤池生物预处理后，出水中氨化细菌、硝化菌
图 ２ 氨氮随时间的变化 Ｆｉｇ．２ Ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ＮＨ３－Ｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｒｕｎｎｉｎｇ ｔｉｍｅ
图 ３ 亚硝酸盐随时间的变化 Ｆｉｇ．３ Ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ＮＯ２－－Ｎ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｒｕｎｎｉｎｇ ｔｉｍｅ
ÃÄÁÂÂÆÇÃÈÉÁÄÅÃÉÁÂÄÈÅÃÉÆÇ 范平等，ＧＡＣ－石英砂生物滤池处理微污染原水
由图 ３ 可见炭砂滤池出水没有出现亚硝酸盐累 积现象，炭砂滤池中各种微生物都生长完全，生物群
5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0
0 5 10 15 20 25 30 35
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0
0 5 10 15 20 25 30 35
２ 结果与讨论
的含量比未经生物预处理的单元增多，这些微生物
２．１ 试验方法 试验进行 ３０ ｄ，试验期间水温 ２２～２６℃。试验
期间原水水质如表 ２。
表 ２ 试验期间原水水质参数
在后续常规处理单元的载体上附着，同时由于经过 曝气生物滤池预处理提高了水中溶解氧含量，保证 后续常规工艺微生物有充足的溶解氧，继续发挥生 物氧化降解有机物的作用。附着了微生物的滤池已