生物活性炭濾池的工藝參數(shù)試驗(yàn)

生物活性炭濾池的工藝參數(shù)試驗(yàn)研究摘要：生物活性炭濾池的工藝參數(shù)直接影響其處理效果和成本。本文分析探討了炭床高度和空床接觸時間對生物活性炭濾池凈水效果的影響，認(rèn)為空床接觸時間是決定性因素，合理確立了生物活性炭濾池的相關(guān)人藝參數(shù)。關(guān)鍵字：生物活性炭濾池空床接觸時間炭床高度前言隨著水源污污染的日益嚴(yán)嚴(yán)重，為了克克服常規(guī)處理理工藝的不足足，滿足不斷斷提高的飲用用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)，對常規(guī)處處理工藝出水水再進(jìn)行深度度凈化將成為為自來水廠的的選擇之一。生生物活性炭技技術(shù)能有效去去除水中有機(jī)機(jī)物(尤其是可生生物降解部分分)和嗅味等，從從而提高飲用用水化學(xué)和微微生物安全性性，目前它已已作為自來水水深度凈化的的一個重要途途徑而被水工工業(yè)界重視[1，2]。該技術(shù)要要點(diǎn)是：以粒粒狀活性炭為為載體富集水水中的微生物物而形成生物物膜，通過生生物膜的生物物降解和活性性炭的吸附去去除水中污染染物，同時生生物膜能通過過降解活性炭炭吸附的部分分污染物而再再生活性炭，從從而大大延長長活性炭的使使用周期。生生物活性炭濾濾池的工藝參參數(shù)直接影響響其處理效果果和成本，并并且合適的參參數(shù)值還和濾濾池邊水水質(zhì)質(zhì)有一定關(guān)聯(lián)聯(lián)，在大規(guī)模模應(yīng)用前進(jìn)行行針對性的研研究很有必要要。1．試驗(yàn)研究究方法l.1試試驗(yàn)工藝流程程及裝置本次試驗(yàn)為為中試規(guī)模，試試驗(yàn)工藝流程程為預(yù)臭氧化化十混凝、沉沉淀、過濾+臭氧--生物活性炭炭，試驗(yàn)裝置置(圖1)設(shè)于深圳大大涌水廠內(nèi)，包包括常規(guī)處理理、臭氧化和和活性炭濾池池處理系統(tǒng)。活性炭濾池池橫截斷面尺尺寸為500×5500mm，高度為4.92m，內(nèi)部均分分兩格，采用用小阻力配水水系統(tǒng)。裝填填ZJ-15型柱狀活性性炭（山西新新華化工廠產(chǎn)產(chǎn)品），該炭炭碘值和亞甲甲蘭吸附值分分別為961和187mgg/g，堆積密度460g//L?；钚蕴吭谠谑褂弥?，先先用未加氯的的砂濾出水浸浸泡1周，再用未未加氯的砂濾濾出水反洗清清潔，然后裝裝池。生物活活性炭濾池采采用下向流型型式，進(jìn)水溶溶解氧含量一一般在7.50mmg/L左右，能充充分保證生物物降解對溶解解氧的需求。濾濾池采用兩段段式氣水反沖沖洗，即首先先以空氣擦洗洗、再以未加加氯的砂濾出出水反沖，反反沖洗周期為為7天。臭臭氧采用Ozoniia公司的CFS-11A型臭氧發(fā)生生器現(xiàn)場制備備，以空氣為為氣源、以自自來水為冷卻卻介質(zhì)。預(yù)臭臭氧化的臭氧氧接觸時間和和投加量分別別為4.5miin和1.5mgg/L左右，水在在塔內(nèi)流速40m/h左右。主臭臭氧化的臭氧氧接觸時間和和投加量分別別采用液態(tài)堿堿鋁和氫氧化化鈉，投加濃濃度分別為2.5mgg/L和6mg/L左右。1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)在參考現(xiàn)現(xiàn)有文獻(xiàn)的基基礎(chǔ)上，本研研究首先采用用2.0m和2.5m炭床高度，分分別進(jìn)行空床床接觸時間10、12min的對比試驗(yàn)驗(yàn)。然后選定定炭床高度，分分別進(jìn)行空床床接觸時間7.5、10、12、15、20min的對比試驗(yàn)驗(yàn)。1.3試驗(yàn)方法試驗(yàn)期間間水溫較高（26-31℃，平均29℃），生物活活性炭濾池采采用自然掛膜膜，生物膜成成熟時間約為為15天。進(jìn)行上上述各組條件件的試驗(yàn)時間間均為7天，其中2天為過渡適適應(yīng)期，5天為穩(wěn)態(tài)試試驗(yàn)期。試驗(yàn)驗(yàn)期間生物活活性炭濾池進(jìn)進(jìn)水水質(zhì)如表表1所示：表1生物活性性炭濾池進(jìn)水水水質(zhì)數(shù)值指標(biāo)水溫（℃）PH值濁度（NTU）色度CODMn（mmg/L)含藻量（萬個體體數(shù)/L）最小267.380.13＜50.695.0最大317.970.3852.0824平均297.7680.237--1.39311.3注：表1中中實(shí)測期間色色度＜5的次數(shù)約占1/32.試驗(yàn)結(jié)果果與分析2.1炭炭床高度當(dāng)生物活性性炭濾池空床床接觸時間分分別為12min和10min時，2.0m和2.5m炭床高度的BAC池進(jìn)出水濁濁度、CODMn的歷時變化化情況見圖2--3，圖中5/23——6/2、6/2——6/9分別對應(yīng)12min和10min的試驗(yàn)結(jié)果果。由圖2——3：雖然二池池出水濁度、CODMn的歷時變化化有所差異，但但平均而言差差異并不明顯顯。當(dāng)空床接接觸時間為12min時，在2.0m和2.5m池進(jìn)水濁度度、CODMn均值分別同同為0.3277NTU、1.4988mg/L的條件下，二二池出水濁度度、CODMn均值分別為0.2933NTUT0.3099NTU、0.9955mg/L和1.01mmg/L。當(dāng)空床接接觸時間為10min時，在2.0m和2.5m池進(jìn)水濁度度、CODMn均值分別同同為0.3688NTU、1.5966mg/L的條件下，二二池出水濁度度、CODMn均值分別為0.314和0.3144TNU、1.304和1.4022mg/L。由此可認(rèn)認(rèn)為在本試驗(yàn)驗(yàn)條件下，如如果空床接觸觸時間、進(jìn)水水水質(zhì)等其它它件相同，炭炭床高度對BAC池出水濁度度、CODMn影響較小。雖雖然圖2--3也反映出BAC池出水濁度度和CODMn有稍高于進(jìn)進(jìn)水相應(yīng)值的的情形，但其其中的主要原原因可能在于于進(jìn)水水質(zhì)的的波動及生物物膜脫落及微微生物代謝產(chǎn)產(chǎn)物，此外低低濁度分析也也是值得進(jìn)一一步研究的問問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果（表2）還表明，在空床接觸時間等其它試驗(yàn)條件相同時，炭床高度對BAC池出水色度、PH值的影響不大；但對嗅閾值卻有一定影響，在空床接觸時間同為10min時，炭床高度2.5m池的出水嗅閾值超過深水集團(tuán)管道直飲水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（Q/ZLS001-1998）3的上限標(biāo)準(zhǔn)，這表明較高的濾速不利于除臭。表2炭床高度度對嗅閾值、色色度、PH值的影響指標(biāo)接觸時間12min10min進(jìn)水2.0m出水2.5m出水進(jìn)水2.0m出水2.5m出水嗅閾值18222024色度10-20(115)≤5≤525-40(331)≤5≤5PH值7.727.437.507.437.377.44注：表2中中嗅閾值、PH值欄數(shù)值為為均值。綜合12mmin和10min的試驗(yàn)結(jié)果果，可以看出出，在空床接接觸時間、進(jìn)進(jìn)水水質(zhì)等主主要試驗(yàn)條件件相同的前提提下，炭床高高度對BAC池的凈水效效果總體相同同；但較大的的炭床高度不不利于嗅閾值值的控制。事事實(shí)上的BAC池去除污染染物主要靠生生物吸附降解解和物化吸附附，而這些過過程都需要一一定的時間，在在進(jìn)水水質(zhì)和和污染物與生生物顆粒接觸觸時間相同時時，污染物的的降解程度理理應(yīng)相同。當(dāng)當(dāng)然生物活性性炭顆粒的機(jī)機(jī)械截留也有有一定作用，較較大炭床高度度的BAC池的出水水水質(zhì)略差，其其原因可能就就在于較大濾濾速不利于機(jī)機(jī)械截留作用用的發(fā)揮。此此外，炭床高高度的增大還還將會對BAC池的反沖洗洗提出更高的的要求，有基基于此，建議議生產(chǎn)中BAC池的適宜炭炭床高度可取取2.0m。2.2空床接觸時時間·空床接觸時時間與出水濁濁度當(dāng)BAC池的空床接接觸時間在7.5-22.0minn之間變化時時，BAC池進(jìn)出水濁濁度變化情況況如表3所示。觀察察表3中的試驗(yàn)數(shù)數(shù)據(jù)，不難發(fā)發(fā)現(xiàn)BAC池的出水濁濁度比較穩(wěn)定定，平均在0.22NNTU以下；此均均值和BAC池的進(jìn)水濁濁度均值（0.25NNTU以下）較為為接近，也限限BAC池能稍微降降低水的濁度度，但空床接接觸時間對濁濁度的去除沒沒有明顯影響響。由此可見見，BAC池的訂功效效不在于除濁濁。表3BAC池池空床接觸時時間與出水濁濁度接觸時間（miin）進(jìn)水濁度（NTTU）出水濁度（NTTU）平均去除率（%%）最大值最小值平均值最大值最小值平均值30.1456-9.90100.320.160.241810.70120.320.160.2440.320.170.2229.02960.270.150.1903.064364.23·空床接觸時間間與出水CODMnn當(dāng)BAC池的空床接接觸時間在7.5---20minn之間變化時時，BAC池進(jìn)出水CODMn變化情況不不及濁度值穩(wěn)穩(wěn)定（表4）。由表4可見，在空空床接觸時間間相同、進(jìn)水水水質(zhì)相近的的情況下，增增大BAC池的空床接接觸時間，BAC池對CODMn的去除效果果隨之改善，表表現(xiàn)為CODMn平均去除率率的提高。在在生物膜工藝藝中，延長空空床接觸時間間意味著延長長基質(zhì)和生物物膜的接觸時時間，有利于于基質(zhì)的生物物降解；從生生物膜降解機(jī)機(jī)理上來看，接接觸時間縮短短意味著進(jìn)入入BAC池的基質(zhì)量量增加，導(dǎo)致致生物膜在單單位時間內(nèi)接接觸的基質(zhì)增增加，而進(jìn)水水水質(zhì)一定使使得生物膜對對基質(zhì)的降解解速率相對穩(wěn)穩(wěn)定，最終導(dǎo)導(dǎo)致出水CODMn濃度增加，處處理效果下降降。此外，接接觸時間的延延長也有利于于污染物的物物化吸附去除除。表4達(dá)式BAAC池進(jìn)出水的CODMn變化接觸時間（miin）進(jìn)水CODMnn（mg/L))出水CODMnn（mg/L))平均去除率（%%）最大值最小值平均值最大值最小值平均值7.51.680.911.271.600.711.1013.1102.081.41.7261.670.961.25427.35122.081.41.7261.670.331.2129.90151.590.691.2921.110.650.75441.64201.680.911.270.960.440.7838.6從表4還可可以看出，BAC池空床接觸觸時間的增加加幅度影響B(tài)AC池對CODMn去除率的提提高程度，空空床接觸時間間的增幅大對對CODMn去除效果的的改善程度較較為明顯反之之收效一般，但但接觸時間增增大到一定程程度時，CODMn去除率的提提高有限，這這主要是由于于進(jìn)水中可生生物降解及吸吸附的物質(zhì)所所占的比例一一定。此外，對對比接觸時間間15min和20min的CODMn平均去除率率，發(fā)現(xiàn)前者者稍高于后者者，筆者認(rèn)為為主要原因可可能在于BAC池運(yùn)行前的的成熟條件不不同。進(jìn)行接接觸時間20min的試驗(yàn)前，采采用的氣沖強(qiáng)強(qiáng)度較大（14L/mm2.S），生物膜膜脫落明顯，又又限于當(dāng)時條條件、只經(jīng)12h即取樣化驗(yàn)驗(yàn)；而進(jìn)行其其余接觸時間間的試驗(yàn)之前前，采用的氣氣沖強(qiáng)度小于于14L/mm2.s，生物膜脫脫落程度較輕輕，且經(jīng)48h成熟期后再再取樣化驗(yàn)。這這說明BAC池的反沖洗洗及其充分成成熟對保證其其成功運(yùn)行極極為重要，在在實(shí)際生產(chǎn)中中需對氣水聯(lián)聯(lián)合反沖洗后后的初始處理理水量作必要要的小幅減小小。·空床接觸時時間與出水含含藻量深深度處理作為為改善飲用水水水質(zhì)的有效效途徑，除藻藻也是其重要要任務(wù)之一，尤尤其是對于原原水取自富營營養(yǎng)化水源的的自來水廠。本本研究以含藻藻量作為優(yōu)選選BAC池空床接觸觸時間的另一一重要分析指指標(biāo)，臭氧——生物活性炭炭作為一個整整體，因臭氧氧化條件固定定，故不影響響對試驗(yàn)結(jié)果果的分析。BAC池進(jìn)出水含含藻量的檢測測結(jié)果（表5）表明，在在進(jìn)水含藻量量為10萬個體數(shù)/L左右、BAC池空床接觸觸時間從75min增加到15min時，BAC池出水含藻藻量從8.5萬個體數(shù)/L逐漸降低到2.43萬個體數(shù)/L,對應(yīng)除藻率率從23%逐漸增加到73.5%，但增加程程度逐漸降低低。試驗(yàn)期間間，發(fā)現(xiàn)活性性炭表面并未未完全長有生生物膜，因此此生物處理和和活性炭處理理是生物活性性炭的兩大除除藻途徑。生生物除藻的可可能機(jī)理有以以下幾種：生生物膜的吸附附、附著，生生物載體之間間的生物絮凝凝和機(jī)械截留留，微生物的的氧化分解，原原、后生動物物的捕食等。最最近的研究又又表明，在短短短（0--100nm）范圍內(nèi)，細(xì)細(xì)菌等微生物物的疏水性產(chǎn)產(chǎn)生的微觀疏疏水引力遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大范德華引引力，藻類向向炭粒的遷移移和粘附將是是影響生物活活性炭除藻的的一個重要環(huán)環(huán)節(jié)。在一定范圍圍內(nèi)延長BAC池空床接觸觸時間，將會會增加藻類和和生物活性炭炭的接觸機(jī)會會，利于藻類類尋求合適的的附著點(diǎn)，促促使上述各機(jī)機(jī)理作用的發(fā)發(fā)揮，從而加加強(qiáng)該系統(tǒng)對對藻類的去除除效果；而接接觸時間15min和20min的除污染效效果對比（表表4和表5）又表明此此結(jié)論須以BAC池充分成熟熟為前提條件件。另一方面面，過高地延延長BAC池接觸時間間，會降低BAC池的水力負(fù)負(fù)荷，明顯增增加包括活性性炭在內(nèi)的基基建投資，不不足為取。結(jié)結(jié)合中試結(jié)果果，建議生產(chǎn)產(chǎn)上用于除藻藻的空床接觸觸時間不宜高高于15min。表5空床接觸觸時間與O3——BAC單元出水的的含藻量接觸時間(miin）進(jìn)水（104個個體數(shù)/L）出水（104個個體數(shù)/L）均去除率（%）最大值最小值平均值最大值最小值平均值7.514.95.911.04231013.26.810.3755.91213.26.810.3366.915242.4373.52014.95.911.0863.9.空床接觸時間間與其它出水水水質(zhì)參數(shù)在7.5——20min的范圍內(nèi)變變化BAC池空床接觸觸時間的試驗(yàn)驗(yàn)結(jié)果表明，BAC池出水的嗅嗅閾值、色度度、PH值相對變化化不大，也即即空床接觸時時間對嗅閾值值、色度、PH值的影響相相對微小。一一般BAC池出水的臭臭閾值在2--3甚至更小，色色度在5或5以下，BAC池出水的PH值在7.60左右。綜合炭床高高度和空床接接觸時間的試試驗(yàn)結(jié)果，可可以看出空床床接觸時間是是影響B(tài)AC池凈水效果果的決定性因因素，這和大大多數(shù)研究成成果一致，但但具體數(shù)值取取決于BAC池進(jìn)水水質(zhì)質(zhì)情況和出水水水質(zhì)要求。基基于目前深圳圳水源泉水低低濁高藻、有有機(jī)物和氮磷磷含量較高的的水質(zhì)特征，結(jié)結(jié)合不同空床床接觸時間的的試驗(yàn)結(jié)果，若BAC池出水水質(zhì)以CODMn達(dá)到深水集團(tuán)管道直飲水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（Q/ZLS001--1998）1mg/L的上限標(biāo)準(zhǔn)，BAC池的空床接觸時間以12-15min為宜，原水水質(zhì)差時取相應(yīng)高值。3結(jié)語（1）在本本試驗(yàn)條件下下，生物活性性炭濾池的空空床接觸時間間是影響其凈凈水