增加進(jìn)水溶解氧含量以改善污染水源生物處理效果的試驗(yàn)

增加進(jìn)水溶解氧含量以改善污染水源生物處理效果的試驗(yàn)研究摘要：本試驗(yàn)研究了通過(guò)預(yù)曝氣增加進(jìn)水DO含量，而取消在飲用水處理裝置內(nèi)部的曝氣后，生物處理裝置的實(shí)際運(yùn)行效果。試驗(yàn)中采用常用的陶粒濾池工藝，安裝兩套相同的反應(yīng)器，一套反應(yīng)器采用傳統(tǒng)的曝氣方法供氧，原水直接進(jìn)入反應(yīng)器，另一套反應(yīng)器的進(jìn)水首先進(jìn)行純氧預(yù)曝氣，把進(jìn)水DO提高到超飽和狀態(tài)，反應(yīng)器內(nèi)不再進(jìn)行曝氣。試驗(yàn)結(jié)果表明，原水預(yù)先充氧達(dá)到超飽和狀態(tài)后進(jìn)行生物處理，原水中的DO可以滿足微生物的需求，各項(xiàng)污染物的去除效果優(yōu)于采用傳統(tǒng)曝氣方法供氧的生物處理裝置。該試驗(yàn)結(jié)果從生物處理裝置運(yùn)行效果的角度說(shuō)明了開(kāi)發(fā)適用于飲用水生物處理的無(wú)泡供氧裝置的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞：生物預(yù)處理；供氧；無(wú)泡曝氣；水源水；生物陶粒；亞硝酸鹽氮ImprovingthePerformanceofBiologicalTreatmentforPollutedRawWaterbyIncreasingDissolvedOxygenofInflluentAbstract:Thepurposeofthisstudywastoinvestigatetheperformanceofabiofilterinwhichaerationprocesswasnotperformedwhileadequatepureoxygenwasdissolvedintotheinfluentbeforeitwaspumpedtothebiofilter.Twobio-ceramicfilterswereusedintheexperiment.Theconventionalaerationmeanswasusedinonebio-ceramicfilter(BF-A)andrawwaterwaspumpeddirectlytothefilter.Atthesametime,rawwaterwasoversaturatedbypureoxygenbeforeitwaspumpedtoanotherbio-ceramicfilter(BF-B)andaerationwasnotperformedinthefilter.ItwasshownthatdissolvedoxygenintheinfluentofBF-BmetthedemandofmicroorganisminBF-BandthecapabilityofBF-BtoremovepollutantsinrawwaterwassuperiortoBF-A.Thisresultindicatedthesignificanceofdevelopingappropriatebubblelessaerationdevicefittingforoxygenationinbiologicaltreatmentprocessofdrinkingwaterfromthepointofviewofthebiologicaltreatmentperformance.Keywords:biologicalpretreatment;oxygenation;bubblelessaeration;rawwater;bio-ceramic;nitrite飲用水的生物處理是目前飲用水處理界的一個(gè)研究熱點(diǎn)[1，2]。向水中提供充足的溶解氧（DO）是飲用水生物處理保持良好運(yùn)行效果的重要因素，實(shí)際運(yùn)行中如果DO不足，好氧微生物的生命活動(dòng)受到抑制，最終會(huì)造成處理效果的下降。另外水廠的濾池中也存在好氧微生物的活動(dòng)，而由于進(jìn)水DO不足，往往造成濾池出水中的NO2--N含量升高，成為困擾國(guó)內(nèi)很多水廠的一個(gè)問(wèn)題[3]。近十幾年來(lái)廢水生物處理領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)一種被稱為無(wú)泡曝氣(BubblelessAeration，也稱為無(wú)泡供氧，BubblelessOxygenation)的新穎供氧方式[4-6]。該技術(shù)利用膜材料在不產(chǎn)生肉眼可見(jiàn)氣泡的情況下把氧氣溶解到水中，在使用純氧的情況下，能夠得到近于100%的氧利用率。由于相對(duì)于廢水好氧生物處理而言，飲用水生物處理過(guò)程對(duì)DO的需求量要小得多，即便考慮到氨氮濃度很高的情況（4mg·L-1左右），整個(gè)生物處理過(guò)程對(duì)DO的需求一般也不會(huì)超過(guò)30mg·L-1。因此該技術(shù)在飲用水生物處理領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)發(fā)不應(yīng)該被忽視。用于飲用水生物處理的無(wú)泡供氧裝置的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)需較大的工作投入，本試驗(yàn)繞開(kāi)這一問(wèn)題，采用了國(guó)內(nèi)常用的陶粒濾池生物處理技術(shù)，通過(guò)純氧預(yù)曝氣把其進(jìn)水DO提高到20~30mg·L-1的超飽和水平，研究了進(jìn)水DO提高對(duì)飲用水生物處理性能的改善作用，從而從生物處理裝置運(yùn)行效果的角度說(shuō)明了開(kāi)發(fā)適用于飲用水生物處理過(guò)程的無(wú)泡供氧裝置的現(xiàn)實(shí)意義。1試驗(yàn)裝置與方法1.12套相同的生物預(yù)處理反應(yīng)器試驗(yàn)裝置試驗(yàn)裝置以小試規(guī)模的生物陶粒反應(yīng)器為主體，試驗(yàn)裝置圖參見(jiàn)圖1。反應(yīng)器柱體總高度1.5m，反應(yīng)器內(nèi)載體填充高度為800mm。試驗(yàn)中采用下向流方式，水源水從反應(yīng)器上部進(jìn)入，從底部排出，由于濾層較薄，采用了4m·h-1的較低濾速。為了進(jìn)行比較試驗(yàn)，同時(shí)安裝了兩個(gè)相同的反應(yīng)器，分別采用了不同的供氧方法，反應(yīng)器A采用傳統(tǒng)曝氣方法，同時(shí)底部提供曝氣，由于原水污染較重，采用1:1的高氣水比；反應(yīng)器B不進(jìn)行曝氣，而是在原水進(jìn)入反應(yīng)器B前，首先利用純氧對(duì)原水進(jìn)行預(yù)曝氣，使原水的DO達(dá)到20mg·L-1左右的超飽和狀態(tài)，以滿足反應(yīng)器B中微生物去除水中污染物時(shí)對(duì)DO的需求。圖1試驗(yàn)裝置示意圖Fig.1Schematicdiagramofthetwobio-reactorsfortesting1.2水質(zhì)分析項(xiàng)目與測(cè)定方法試驗(yàn)過(guò)程測(cè)定的主要水質(zhì)項(xiàng)目為CODMn、NH4+-N、NO2--N、濁度以及DO等。CODMn、NH4+-N、NO2--N的測(cè)定按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分析方法進(jìn)行測(cè)定，濁度的測(cè)定使用HACH公司的2100P型濁度計(jì)，DO的測(cè)定使用德國(guó)WTW公司的Oxi340i型溶氧儀。2試驗(yàn)結(jié)果與分析試驗(yàn)所用原水CODMn在6~12mg·L-1之間，NH4+-N在2~4mg·L-1之間，屬于污染較嚴(yán)重的原水，另外濁度在3~9NTU之間。根據(jù)原水水質(zhì)和文獻(xiàn)中對(duì)陶粒濾池的研究結(jié)果［2］，可以計(jì)算出對(duì)該試驗(yàn)原水進(jìn)行生物處理時(shí)所需的氧氣消耗量大約在10~20mg·L-1左右。2.12反應(yīng)器進(jìn)水和出水中的DO變化情況虜本試驗(yàn)的主要堆目的是在兩種穴不同供氧方式鄙都向微生物提口供足渡夠翅D夕O蜘的情況下，對(duì)皂比在兩種供氧左方式下生物處仰理過(guò)程的實(shí)際鼓運(yùn)行效果，因橡此首先要保證得兩種供氧方式階都可以提供充旨足溜的咸D殺O壩。旗圖粒2豈為試驗(yàn)過(guò)程中錄反應(yīng)拿器嗚A國(guó)和每B穗進(jìn)水和出水慧的躁D律O素變化情況。叫圖渴2棄2深反應(yīng)器進(jìn)水和槍出水蘋的毫DO外Fig.3餅DOin手the衡influe虎nt怪and侍efflue它nt攻of伍the彎twob剝io全-react價(jià)ors趟由懷圖變2程可見(jiàn)，反應(yīng)柏器機(jī)B授進(jìn)水間的右D萬(wàn)O生在版18.0~2軌7.0mg爪·拔L惹-1通之間，水禾中崇D嫂O砍經(jīng)過(guò)濾層中的擇微生物消耗后腹下降，出凝水流D膛O耀在既4.5~9.畫0mg昂·哲L物-1緩之間，仍然處支于較高的水平納。同時(shí)還可以置看到，反應(yīng)娛器叼A收的進(jìn)宏水洽D躬O槳含量很低，基饑本不超覽過(guò)寺2.0mg誦·液L擔(dān)-1逗，這說(shuō)明由于折原水的水質(zhì)較巧差，水體接近怖于厭氧狀態(tài)，臂由于采用馬了告1殺:扒1數(shù)的高氣水比進(jìn)潤(rùn)行曝氣，出詳水扮D障O距有所提高，基它本怠在種3.5~4.控0mg雄·座L敗-1解之間。這一組舌測(cè)定數(shù)據(jù)表明鞏，采用這兩種慌不同的供氧方哪式都不存在明桂顯的供氧不足引問(wèn)題，可以滿從足反應(yīng)器中微晝生物在降解消倡耗水中污染物宜的過(guò)程中趨對(duì)圍D末O描的需求，從而穩(wěn)滿足了對(duì)比試刺驗(yàn)所需的基本銀條件。插2.2吵2蓄反應(yīng)器對(duì)進(jìn)秒水反COD貞Mn攀的去除情況暈試驗(yàn)表明，反校應(yīng)屬器盆B碌對(duì)原碑水認(rèn)COD燦Mn捕的去除效果要這優(yōu)于反應(yīng)趴器像A徹。絡(luò)圖滿3泥為試驗(yàn)過(guò)程中訊反應(yīng)晉器掘A優(yōu)和妖B撫對(duì)原牲水殘COD株Mn悼的去除情況。墾圖煉3傅2桌反應(yīng)器被對(duì)啦COD省Mn受的去除鬧Fig.3軟Remova退lofC躁OD掃M(jìn)n超in晶the桌twob疊io架-react補(bǔ)ors休由躺圖疼3拆可見(jiàn)，試驗(yàn)過(guò)掠程中反應(yīng)攜器順B陶出速水鷹COD悶Mn擺一直低于反應(yīng)柔器和A切出水旺的竄COD廣Mn嫩。反應(yīng)垃器墳A族中集COD慶Mn磁去除率耗在貝4.4%~1但6.3尺%回之間，平均去甲除率匆為揉9.3崖%籠，反應(yīng)芒器鋤B溉中槳COD尸Mn幫的去除率強(qiáng)在汗7.3%~2菌4.0汪%思之間，平均去怖除率畜為松13.6旱%陶。這表明反應(yīng)粱器仁B敗生物膜中異養(yǎng)匙菌的活性高于暖反應(yīng)付器拾A伍生物膜中的異坦養(yǎng)菌。同時(shí)由雹圖腐3度也可以看到握，授2振反應(yīng)器對(duì)水范中薯COD亡Mn稈的去除率都偏較低，原因可能急是由于原水水蔑質(zhì)較差，水中懶的藻類、原生著動(dòng)物等懸浮物蜘質(zhì)含量較高，特濾層上部較快嫌堵塞，造成反臭應(yīng)器的水頭損北失增加很快，鋸反沖洗頻率很群高，使得反應(yīng)論器中異養(yǎng)細(xì)菌撿的生長(zhǎng)受到了鍛影響，生物量款偏低，進(jìn)而影袍響討了描COD猜Mn倆的去除。石2.3民2般反應(yīng)器對(duì)進(jìn)甚水歇NH訓(xùn)4繪+騙-鉛N業(yè)和羊NO聞2番-縮-夏N鷹的去除情況舉圖桌4罪為試驗(yàn)過(guò)程中充反應(yīng)綢器膚A耕和生B篩對(duì)進(jìn)裳水網(wǎng)NH歐4叢+荒-耀N健的去除情況。累圖繩4踏2創(chuàng)反應(yīng)器揀對(duì)論NH魔4庸+芹-莫N搬的去除等Fig.4霧Remova污lofN幸H示4棒+肢-Nin公the軌twob刑io壯-react良o(jì)rs產(chǎn)由檢圖垂4據(jù)可見(jiàn)，試驗(yàn)過(guò)遷程中反應(yīng)霧器匹B診出啄水吹NH促4墻+坦-薪N麥低于反應(yīng)紡器凡A閃出水瓦的走NH營(yíng)4喬+支-漏N歪，反應(yīng)染器搭B香對(duì)進(jìn)仍水底NH芬4猛+殿-燒N衰的去除效果優(yōu)啦于反應(yīng)個(gè)器浙A岔。反應(yīng)包器鈴A苦中望NH林4涼+例-忠N柱的去除率零在未70.7%~朋83.0超%螺之間，平均去尚除率腸為傲78.7鄭%的，反應(yīng)槍器承B額中病NH愛(ài)4挑+桃-軌N棄的去除率繼在參73.8%~軋90.9的%廢之間，平均去督除率叉為栽84.7艘%薪。這表明反應(yīng)妹器責(zé)B遺中硝化菌的活靠性高于反應(yīng)廊器臣A剝中硝化菌的活窩性。方由虛于叨NH安4章+逆-辱N棟轉(zhuǎn)化柳為再NO剃3住-姐-乳N狡的過(guò)程個(gè)中令NO跡2摩-袍-楚N勿為中間產(chǎn)物，罵因此生物處理需過(guò)程去除之的偷NO露2寄-驢-葡N柿包括由原水頁(yè)中灘NH臉4狗+印-就N叫轉(zhuǎn)化來(lái)班的岡NO幫2嚷-游-腫N祥和進(jìn)水中已經(jīng)油存在俯的圓NO宋2頌-蠶-鉗N衡。如果能夠提再供列的墊D喊O摔不足，在好氧系生物處理過(guò)程局中會(huì)產(chǎn)絞生藝NO故2災(zāi)-亭-陣N誼積累現(xiàn)象乏［贏7喉］脊，導(dǎo)致出宴水掃NO熊2遇-魔-復(fù)N畝高于進(jìn)水。由湖于完2鄉(xiāng)反應(yīng)器不存在絞明顯的供氧不葬足的問(wèn)題，試越驗(yàn)中沒(méi)有出術(shù)現(xiàn)贊NO苗2埋-斯-徑N煤積累現(xiàn)象。不厚同之處主要表淡現(xiàn)萌在雕2杜反應(yīng)器出爆水取NO諸2侮-票-唐N全含量的差異。扒圖飼5脊為試驗(yàn)過(guò)程中桂反應(yīng)驅(qū)器堂A截和猴B械出佩水開(kāi)NO鞭2覺(jué)-秀-甚N躬的變化情況。滲圖飽5滾2圓反應(yīng)器出惱水青NO雁2因-褲-嚴(yán)N泥含量離Fig.5層NO乞2校-焦-Nin覆efflue乏ntof古the插twob奪io惑-react障ors徒由母圖少5蜘可見(jiàn)，試驗(yàn)過(guò)御程中反應(yīng)第器寶B街出述水傲NO俊2同-餅-凡N獄低于反應(yīng)鋼器準(zhǔn)A矮出水鳥的霧NO局2氧-粉-斃N兩，反應(yīng)割器費(fèi)B鼠出緩水臥NO橡2諸-泰-航N補(bǔ)在弓20礦g洲·煩L匯-1禽以下，反應(yīng)揪器摟A克出水稱的老NO掏2驗(yàn)-播-直N掠則暫在場(chǎng)16~130暮g捕·釀L在-1迫之間。試驗(yàn)結(jié)柱果表明，反應(yīng)背器御A辰中翅NO民2父-對(duì)-鄰N奸的去除率著在柏15.5%~御97.6拖%陵之間，平均去把除率椒為督68.8前%敬，而反應(yīng)融器梅B忍中和NO圾2型-繭-N耀的去除率辜在渴73.8%~猾90.9戴%哄之間，平均去華除率攤為拐89.2抬%圓。奇2.4寒2磚反應(yīng)器對(duì)進(jìn)水叔濁度的去除情縮況暴圖臨6偽為試驗(yàn)過(guò)程中桃反應(yīng)刃器催A疏和芝B以出水濁度的變峽化情況。律圖塘6溜2搭反應(yīng)器出水濁丈度玩Fig.6習(xí)Turbid滑ityof嘗efflu友entof工夸the價(jià)twob襯io尼-react灶ors瑞由索圖潔6貞可見(jiàn)，試驗(yàn)過(guò)平程中反應(yīng)棄器槐B雜出水濁度低于荷反應(yīng)欺器彎A蛙出水的濁度。艦各次測(cè)定結(jié)果聯(lián)表明，反應(yīng)忽器滴B繪中濁度的去除拌率高于反應(yīng)性器茄A奇中濁度的去除木率，反應(yīng)還器嚷A多中濁度的去除不率掘在褲4.9%~5配1.4楚%墾之間，平均去蔬除率臥為板29.0核%姜，而反應(yīng)烤器蔑B受中濁度的去除牢率膛在托39.1%~勺59.2堵%童之間，平均去殿除率絹為乓49.7趙%券。生物濾池對(duì)六于濁度的去除塌源于濾層的截氧留和微生物的銜生物絮凝兩方牧面的作用幫[出8慶]戶。由于反應(yīng)查器捐B痛中不存在氣泡啟引起的擾動(dòng)作辱用，水力剪切藥作用自然小于賣反應(yīng)睜器局A腐，有利于濾料溫對(duì)水中懸浮物枕的吸附截留；稱另外由于水劉中夫D斗O銅充足，反應(yīng)歪器非B多濾層中微生物桿的活性也會(huì)高峽于反應(yīng)伯器諒A辭的微生物，有草利于生物絮凝才作用的發(fā)揮，宏因此反應(yīng)斤器癥B庭對(duì)濁度的去除昂效果好于反應(yīng)蹈器煉A絡(luò)。宵2.5命牙討論王本試驗(yàn)通過(guò)把密生物預(yù)處理裝醋置的進(jìn)奉水爭(zhēng)D涉O鴉提高到可以滿止足微生物需求震的程度，從而河取消在處理裝糕置內(nèi)部的曝氣誠(chéng)過(guò)程，試驗(yàn)結(jié)冶果表明，該方攪法不但可以向經(jīng)微生物提供足宮夠銀的程D存O唯，而且提高了果反應(yīng)器中微生心物的活性，使置生物處理的效逢果優(yōu)于采用傳葡統(tǒng)曝氣方法的藏生物處理裝置赴。該試驗(yàn)結(jié)果道從生物處理裝猛置運(yùn)行效果的濤角度說(shuō)明了這豎種預(yù)先充氧的鴨供氧方式用于策飲用水生物處論理供氧過(guò)程的附可行性。凍除生物預(yù)處理呈工藝以外，可朵以由普通快濾貓池直接改造而柿成的生物活性拜濾池也是當(dāng)前首引起頗多關(guān)注民的一項(xiàng)飲用水瓣生物處理技術(shù)夸［陰1料］噸，由于該工藝歉過(guò)程即要利用才微生物作用去懼除水中可生物無(wú)降解去除的污探染物，又要保垮證水中濁度的懼有效去除，因哄此該過(guò)程需要著消耗一定敘的賣D格O瞧同時(shí)又要盡量水避免水流的擾揚(yáng)動(dòng)。因此由該域試驗(yàn)的結(jié)果也耐可以推斷，如剩果把生物活性雅濾池進(jìn)水的嶺D救O票適當(dāng)提高，不示但有利于生物俯活性濾池中的廟微生物發(fā)揮作撇用，而且可以澆提高濁度的去劫除效果。另外窩，對(duì)于水廠的擔(dān)普通濾池，如仁果適當(dāng)提高進(jìn)榮水舒D硬O也，也可以消除炊由于濾池中不蘇完全的生物硝京化作用而引起斃的出茅水掠NO甘2贈(zèng)-妖-紫N地含量升高的現(xiàn)刮象。裝由于本試驗(yàn)主憶要研究進(jìn)石水律D驅(qū)O萬(wàn)提高后對(duì)生物智處理效果的影杯響，因此只是屑采取了簡(jiǎn)單化應(yīng)的普通曝氣預(yù)抵充氧方式把進(jìn)陽(yáng)水氏D坐O絲提高到足夠的免濃度。實(shí)際應(yīng)賽用中則需要選金擇一種經(jīng)濟(jì)高迎效的預(yù)充氧方貫法。純氧捧無(wú)泡曝氣技術(shù)澡具有樹設(shè)備體積小、奶能耗低，曝氣霉效率高，氧氣罷的利用率可以蜻達(dá)到餅近充100遲%暢的優(yōu)點(diǎn)，豆目前在廢水生郊物處理領(lǐng)域已丹經(jīng)有較多的應(yīng)漸用研究報(bào)道。學(xué)因此，可以考晌慮把這一新興生的技術(shù)引入到泳飲用水的生物墊處理領(lǐng)域，作暴為飲用水生物腳處理過(guò)程的供奸氧方法乎。由于無(wú)泡供滾氧技術(shù)在廢水?dāng)?shù)處理領(lǐng)域多同姐活性污泥法相饑結(jié)合，而飲用研水生物處理多身采用生物過(guò)濾肌的形式搞［前5誘］曬，而且相對(duì)于載廢水而言，飲豎用水及其原水娛中污染物的含原量要低得多，袋生物處理過(guò)程帶所需提供綢的允D睛O版比廢水生物處扭理過(guò)程少得多他，因此，能夠貴用于飲用水生牧物處理的無(wú)泡獲供氧裝置所要染采用的膜材料民及運(yùn)行方式會(huì)兩同用于廢水的喉無(wú)泡供氧裝置激有所差別，所畝以研究開(kāi)發(fā)適費(fèi)用于疑飲用水生物處逼理過(guò)程的無(wú)泡語(yǔ)供氧裝置頂值得引起人們使必要的關(guān)注。宏3歲墾結(jié)論與建議征本試驗(yàn)研究了槽通過(guò)預(yù)曝氣增誤加進(jìn)到DO嬸，混而取消在暢飲用水庫(kù)處理裝置內(nèi)部滋的曝氣后，沉生物處理裝置沈的實(shí)際運(yùn)行效榮果。試驗(yàn)結(jié)果粉表明，原水預(yù)洽先充氧使我DO卻達(dá)到超飽和狀禾態(tài)后進(jìn)行生物肌處理，原水中守的古DO鋸可以滿足生物擦處理過(guò)程微生燦物的需求西，遷COD沫Mn氣，甚NH訴4榨+晚-隙N胳，業(yè)NO聚2婦-虧-貴N訴及濁度等取各項(xiàng)污染物的吃去除效果均優(yōu)尤于采用傳統(tǒng)曝傘氣方法進(jìn)行供疤氧的生物處理兇裝置。該試驗(yàn)孝結(jié)果槳從生物處理裝殖置運(yùn)行效果的凳角度魯說(shuō)明了這齊種預(yù)先充氧的增供氧方式號(hào)用于飲用水生鑒物處理供氧的侮可行性。帥實(shí)際應(yīng)用中同需要選擇一種池經(jīng)濟(jì)高效的預(yù)更充氧方法，因模此建議把廢水玉生物處理領(lǐng)域蘆的無(wú)泡供氧技惕術(shù)引入到飲用重水生物處理領(lǐng)首域，并進(jìn)行相位關(guān)的研究，盯開(kāi)發(fā)出適用于兩飲用水生物處盯理過(guò)程的無(wú)泡錄供氧裝置。參考文獻(xiàn)瞞余鍵，曾光明羨，施威周賊.枝格飲用水生物過(guò)鍋濾處理工藝述料評(píng)補(bǔ).他女中國(guó)給水排水申，誠(chéng)200壘2壯，駛1爬8趣（散3服）揚(yáng)：畢37~39.猾桑軍強(qiáng)，王占繼生擊.BA翼F霸在微污染源水與生物預(yù)處理中煮的應(yīng)箭用槳.唉床中國(guó)給水排水厭，燒200火3偵，魚1房9棕（騎2爽）：裝21~23疑.么黃曉東，譚為菜民，曹天洪答等毀.終嶺自來(lái)水廠亞硝米酸鹽問(wèn)題及處廚理方法的試驗(yàn)尸研較究米.業(yè)絞給水排水導(dǎo)，池199吩8接，真2溜4若（每1株2藥）卷：狹23~25閉.法Pierre艇C?té,械Jean-放LucBe封rsillo房nand歷Alain