生物活性濾池處理有機微污染源水的與發(fā)展淺析

生物活性濾池處理有機微污染源水的研究與發(fā)展淺析摘要：闡述了生物活性濾池的凈化機理，對預氧化、濾料介質(zhì)、EBCT、反沖洗以及顆粒和絮體等影響生物活性濾池的因素進行了重點討論。介紹了生物活性濾池的優(yōu)勢和國內(nèi)外研究與發(fā)展的現(xiàn)狀，并提出有待進一步研究的問題。關(guān)鍵字：有機微污染飲用水處理生物活性濾池1988年年，Babloon[3]等人提提出通過使用用活性炭—石英砂雙層層濾料替代傳傳統(tǒng)濾池中的的單層石英砂砂濾料，并在在雙層濾料中中培養(yǎng)微生物物，可將常規(guī)規(guī)濾池改造成成生物活性濾濾池，美國、加加拿大等國隨隨即開展了一一系列研究。本本文將對生物物活性濾池進進行綜合討論論。1生物活活性濾池凈化化機理常規(guī)過濾以以去除水中的的懸浮物、膠膠體顆粒物為為主，對受污污染源水中溶溶解性有機物物則無法有效效去除。生物過濾是是一種將常規(guī)規(guī)過濾、顆粒粒活性炭吸附附與生物膜氧氧化技術(shù)結(jié)合合在一起的新新型過濾工藝藝[4]。采用用生物活性濾濾池代替常規(guī)規(guī)濾池，不需需要增加多少少投資，只需需對現(xiàn)有的常常規(guī)過濾適當當加以改進(如更換濾料料、培養(yǎng)生物物膜、改變預預消毒方法和和用不含氯水水進行反沖洗洗等)即可達到去去除水中懸浮浮顆粒和微量量有機物的雙雙重目的。生物活性濾濾池的處理過過程包含了物物理化學、生生物化學和水水力學等諸多多過程。這種種處理技術(shù)是是利用生物濾濾料巨大的比比表面積和大大量微孔的吸吸附截污作用用，以及濾料料表面形成的的一層生物膜膜的生物降解解作用來完成成去除污染物物的功能。生生物膜上的微微生物主要是是一些好氧貧貧營養(yǎng)性微生生物，這些微微生物的特點點是能利用各各種化合物，產(chǎn)產(chǎn)生對代謝產(chǎn)產(chǎn)物具有高親親和力的轉(zhuǎn)移移酶，呼吸速速率低，能在在有機物濃度度極低的環(huán)境境下快速生長長繁殖[5]]。源水在與與生物膜接觸觸時，通過微微生物的新陳陳代謝活動和和生物絮凝、吸吸附等綜合作作用，使源水水中的氨氮、有有機物、鐵和和錳等逐漸被被氧化和轉(zhuǎn)化化，達到凈化化水質(zhì)的目的的。Stratttion[[6]等人對對貧養(yǎng)微生物物利用痕量有有機物機理做做了研究，提提出了第二級級利用理論，認認為如果有一一種基質(zhì)能夠夠提供維持細細胞生長的碳碳源和能源，即即使?jié)舛鹊陀谟赟min[77](最小基質(zhì)濃濃度)的化合物也也能被微生物物氧化和利用用。第二級利利用理論為生生物活性濾池池對水中微量量甚至是痕量量有機物的去去除提供了堅堅實的理論基基礎。2影響生生物活性濾池池的因素影響生物活活性濾池的主主要因素有：：預氧化、濾濾料介質(zhì)、EBCT、反沖洗以以及絮體和顆顆粒的性質(zhì)等等。2.1預預氧化預氧化對控控制源水中的的病原微生物物、細菌總數(shù)數(shù)起到關(guān)鍵的的作用，還能能使不易生物物降解的有機機物氧化分解解為微生物易易降解的有機機物。因此，對對微污染源水水進行預氧化化處理是有益益的。預氧化化劑的選擇和和投加量的多多少要根據(jù)源源水受污染情情況、生物濾濾池的運行情情況及實際需需要而定。目目前國內(nèi)外常常用的預氧化化劑有Cl2、O3及KMnO4等。①Cl2

加Cl2預氧化主要要目的是破壞壞水中膠體、氧氧化有機物為為無機物或小小分子有機物物以改善混凝凝效果，殺死死源水中大部部分細菌，從從而達到凈化化源水的目的的。但是，現(xiàn)有有的預氯化工工藝使處理后后的出水有色色、味。此外外，水中的部部分有機物(如腐殖酸和和富里酸)能在加氯時時產(chǎn)生三氯甲甲烷和鹵乙酸酸，這些物質(zhì)質(zhì)被確認為致致癌物質(zhì)[11]。水中余余氯的存在還還易使后續(xù)生生物活性炭吸吸附容量過早早地出現(xiàn)飽和和[9]。因此此，若源水中中THMs及HAAs的前體物(如腐殖酸和和富里酸)含量較高，就就不宜在混凝凝沉淀之前預預氯化，應對對現(xiàn)有的預加加氯工藝進行行改進或選用用其他的預氧氧化劑。②O3

O3是一種強氧氧化劑，具有有很好的氧化化消毒能力。國國外許多發(fā)達達國家已采取取O3氧化代替氯氯氧化，O3能有效地去去除色、嗅，O3本身無殘留留、無毒害，還還可以通過O3的投加補充充水中溶解氧氧。此外，預預加O3可有效去除除原水中含有有的THMs類有機母體體，在致突變變活性方面Ames試驗通常為為陰性[100]。O3預氧化化使水中AOC(可同化有機機碳)增加，導致致水的生物穩(wěn)穩(wěn)定性變差。但但是其后續(xù)的的生物活性濾濾池可解決此此問題，能有有效地降低AOC值，嗅、味味、濁度全面面降低，使出出水生物穩(wěn)定定性大為提高高。③KMnO4

KMnOO4用于去除水水中的臭味和和色度，對抑抑制藻類的生生長有特效。KMnO4能較好地去去除污染水源源中有機污染染物和致突變變物質(zhì)[111]，KMnO4預氧化還有有很好的助凝凝作用，可以以取代預氯化化，有效地控控制三鹵甲烷烷生成量。高錳酸鉀的的投加，可使使得水中Mn2+增加，增增加出水的色色度，在操作作中應根據(jù)實實際情況加以以控制。2.2濾濾料介質(zhì)濾料的選擇擇是生物活性性濾池的一個個中心問題。近近年來，國內(nèi)內(nèi)外研究得最最多的幾種單單層濾料有顆顆粒活性炭(GAC)、石英砂、無無煙煤和陶粒粒等，雙層濾濾料有GAC—石英砂和無無煙煤—石英砂等。顆?；钚蕴刻績?nèi)部具有發(fā)發(fā)達的空隙結(jié)結(jié)構(gòu)和巨大的的比表面積，具具有強大的吸吸附性能，同同時也為微生生物提供了理理想的棲息地地。顆?；钚孕蕴可细街牡纳锬ち渴鞘菬o煙煤、石石英砂濾料的的4-8倍[12]。Kurossawa[113]等人的的研究表明，低低溫下GAC濾池對氨氮氮的去除率幾幾乎不受影響響，并對AOC能保持80％以上的去去除率。石英砂與無無煙煤均為常常規(guī)濾料，曾曾廣泛應用于于常規(guī)濾池，它它們也可作為為生物活性濾濾池濾料，作作為生物膜載載體，以石英英砂和無煙煤煤為濾料的生生物活性濾池池在適宜溫度度條件下去除除有機物、氨氨氮效果較好好。陶粒也可作作為生物活性性濾池濾料，陶陶粒生物活性性濾池去除濁濁度、氨氮效效果很好，井井能較好地去去除鐵、SS、細菌等，對對色度也有一一定的去除效效果[14]]?；钚蕴坑糜谟谏锘钚詾V濾池效果雖好好，但由于其其價格偏高，因因此國外許多多研究者嘗試試對GAC—石英砂雙層層濾料的研究究，并取得了了理想的效果果。據(jù)報道，GAC—石英砂濾池池對AOC和TOC(總有機碳)的去除串只只略小于GAC深床濾池，出出水濁度可達達0.1nntu[155]。而運用GAC—石英砂雙層層濾料更經(jīng)濟濟、實用，也也便于在現(xiàn)有有的傳統(tǒng)砂濾濾池的基礎上上進行改進。Mark[116]等人的的研究發(fā)現(xiàn)GAC—石英砂濾池池比無煙煤—石英砂濾池池在去除有機機物方面更具具優(yōu)勢，兩種種濾池對AOC、TOC的去除率前前者分別為86％和15％，后者分分別為75％和26％。2.3空空床接觸時間間(EBCT))EBCT同同濾速、水力力負荷、水頭頭損失呈負相相關(guān)關(guān)系，是是影響生物活活性濾池去除除率的一個很很重要的因素素。在適宜的的EBCT內(nèi)，生物濾濾池對有機物物的去除效率率是隨著EBCT的增加而提提高的，Sonthheimerr[17]等人人研究表明，EBCT是影響DOC(溶解性有機機碳)去除串的很很重要因素：：當EBCT從5min增加至20min，相應的DOC去除率從21％增加至41％。不同有機物物的去除對EBCT的要求也不不同，易生物物降解的有機機物的去除受受EBCT的影響較小(如臭氧氧化化副產(chǎn)物OBPs)，慢速降解解有機物的去去除受EBCT的影響較大(如加氯消毒毒副產(chǎn)物前體體物)。Prevoost[188]等人的研研究表明，生生物活性濾池池2rain內(nèi)可去除62％—90％的AOC，90％以上的BDOC(可生物降解解溶解性有機機碳)則須在10—20min之內(nèi)去除。過大的EBBCT會使微生物物的營養(yǎng)供給給不足，導致致微生物進行行內(nèi)源呼吸，生生物膜更易于于老化剝落。運運行較好的生生物活性濾池池EBCT的設計標準準一般為15minn-20miin。2.4反反沖洗濾池中吸附附截留的顆粒粒物和絮體會會對濾池去除除效率產(chǎn)生影影響，積泥易易使濾池堵塞塞，所以生物物活性濾池要要定期進行反反沖洗。反沖洗對生生物濾池的影影響主要是指指對生物膜的的影響。用不不加氯水反沖沖洗對生物膜膜量有無影響響目前存在爭爭議[19]]。根據(jù)筆者者的試驗研究究，不加氯水水反沖洗對生生物膜總量是是有一定影響響的(通過磷脂分分析法測定)。可能是老老化的生物膜膜剝落所致，由由此可見，反反沖洗可以促促使生物膜更更新。因此，應應該控制反沖沖洗的強度和和頻率，使其其既能沖去積積泥，又能讓讓生物膜保持持良好的活性性，還必須保保證有一定數(shù)數(shù)量的硝化菌菌以維持濾池池對氨氮的去去除作用。氣氣—水反沖洗通通?？梢赃_到到較好的沖洗洗效果。加氯反沖洗洗對生物膜量量的減少是明明顯的，氯對對微生物有氧氧化致死作用用，會導致濾濾池對BOM(可生物降解解有機物)去除率下降降[19]。運行良好的的生物濾池需需要良好的管管理，因此由由于反沖洗而而引起生物膜膜的損失應該該受到控制，才才能保證生物物濾池的處理理效率。生物物活性濾池適適合用不加氯氯水進行反沖沖洗。2.5絮絮體和顆粒對源水進行行混凝處理后后產(chǎn)生的絮體體和顆粒進入入濾池會占去去相當一部分分的濾料表面面積，使微生生物同可吸收收利用有機物物之間的實際際接觸面積大大大減少，另另外，由于混混凝劑的投加加帶來的鋁鹽鹽、鐵鹽也會會抑制微生物物的活性[220]。因此此絮體和顆粒粒會阻礙濾池池對有機物的的去除。絮體和顆粒粒過多易使濾濾池發(fā)生堵塞塞，也使得水水頭損失增長長加快，直接接影響到濾池池的過濾周期期和出水濁度度。通過改善善混凝沉淀效效果可以控制制濾前水中的的絮體和顆粒粒物。2.6其其他的影響因因素除以上的影影響因素外，源源水水質(zhì)、溶溶解氧、重金金屬等因素對對生物活性濾濾池也有一定定的影響。源水水質(zhì)主主要是指水的的可生化程度度?？缮坛潭仍礁撸嘞鄳挠袡C物物去除率也就就越高。硝化反應必必須有足夠的的溶解氧，由由此看來溶解解是去除氨氮氮的一個重要要條件，實際際操作中應當當保證濾池內(nèi)內(nèi)溶解氧充足足。重金屬過多多會對微生物物起到抑制甚甚至致死作用用[21]，因因此對重金屬屬含量較高的的源水必須進進行預處理。3

生物物活性濾池的的發(fā)展與展望望自19世紀紀60年代，國外外開始運用生生物過濾工藝藝；80年代初期，美美國人對生物物過濾基礎理理論的研究已已經(jīng)取得了階階段性的成果果。如提出了了貧養(yǎng)微生物物理論[5]]、最小基質(zhì)質(zhì)濃度理論[[7]、第二二級利用理論論[6]等；到90年代末，他他們對影響生生物活性濾池池的各種因素素的考察已經(jīng)經(jīng)比較全面，并并從AOC、DOC、BDOC等先進檢測測指標角度對對處理水中有有機物的效果果進行評價，至至今已取得了了較大進展，研研究表明：生生物活性濾池池對TOC的去除率在5％—75％之間，對DOC的去除率在13％—41％之間，對AOC的去除率幾幾乎可達100％[3,155,17,118]。最近幾年，國國內(nèi)有李德生生等人對生物物活性濾池進進行了研究，其其結(jié)果表明：：生物活性濾濾池對氨氮、亞亞硝酸鹽氮均均有較高的去去除效果，其其中氨氮的去去除率為76％—87％，亞硝酸酸鹽的去除率率為76.9％—90.6%%[22]。楊楊開等人對顆顆?；钚蕴?GAC)—石英砂雙層層濾料的生物物活性濾池的的研究也表明明在未氯化或或預氧化的條條件下，此種種濾池對有機機物和氨氮的的去除率也是是顯著的[223]。此外外，李亞新[[24]等人人也做了與之之內(nèi)容類似的的研究。生物活性濾濾池比傳統(tǒng)濾濾池具有優(yōu)越越性，又不增增加任何新的的設施，便于于在傳統(tǒng)的濾濾池基礎上進進行改造，運運行費用也很很低。生物活活性濾池對于于我國經(jīng)濟實實力還比較薄薄弱、許多供供水企業(yè)既無無資金也無擴擴建場地的現(xiàn)現(xiàn)狀來說有著著可觀的應用用前景。生物活性濾濾池要在實踐踐中大規(guī)模推推廣應用應在在今后的工作作中對以下問問題做更深入入的研究：①出水最大大BOM濃度和濾池池反沖洗標準準對生物活性性濾池的設計計與操作非常常重要。②慢速生物物降解有機物物的去除機理理與條件，因因為這些物質(zhì)質(zhì)可能與配水水管網(wǎng)細菌的的再生長有關(guān)關(guān)。③源水中的的多種污染物物(如氨氮、鐵鐵、錳)共存對有機機物去除率的的影響。④濾池內(nèi)微微生物生長因因素(如基質(zhì)濃度度、營養(yǎng)條件件)和微生物產(chǎn)產(chǎn)物的形成條條件及因素。參考文獻1

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