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生物沸石在微污染水源水处理中的应用

发布时间:2019-09-03     浏览次数:1278

随着工业和城市的迅速发展,相当多的饮用水源地受到了较严重污染,传统的净水工艺难以适应微污染水源处理,不能有效去除原水中的氨氮、色度和藻类等。与此同时,人们对饮用水水质的要求却不断提高。因此,微污染水源水处理成为近10年来我国水处理研究热点之一,而在微污染水源水的处理中引入生物处理技术,已经成为一个技术发展方向和有效手段。例如通过生物膜法进行预处理,借助于微生物群体的新陈代谢活动,对水中的有机污染物、氨氮、亚硝酸盐以及铁、锰等无机污染物进行初步去除,既改善了水的混凝沉淀性能,也减轻了常规处理和后续处理过程的负荷。


沸石滤料生物滤池处理微污染水源水中低浓度氨氮的挂膜启动性能进行了研究。试验结果表明,挂膜过程可以根据氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮浓度的变化分为3个阶段:初期沸石以本身对铵离子的吸附交换为主,氨氮去除率达88%以上;中期开始出现生物硝化作用,亚硝酸盐积累明显,硝酸盐出水浓度不稳定,氨氮去除率稳定,但下降至65%左右;后期硝化反应稳定进行,亚硝酸盐迅速转化为硝酸盐,氨氮去除率稳定在60%以上。

由于微污染水源水中污染物含量较低,使生物沸石法处理源水具有不同于污水处理的一些特性。为了掌握低污染条件下的生物沸石反应器的运行原理和工况条件,以更好地控制运行效果,在工程实践中取得应用,采用曝气生物沸石滤柱为反应器形式,通过长期连续的动态运行,重点研究了低含量氨氮在生物沸石反应器运行不同阶段的去除和转化以及影响因素。结果表明,水力停留时间越长,对氨氮的去除效果越好,水力停留时间为24min时,较为经济合理;随着进水氨氮浓度的降低,氨氮去除率下降,进水氨氮的质量浓度低于2mg/L时,生物沸石柱出现氨氮解吸现象;采用间歇曝气方式,既不影响硝化作用又节约能耗;反应最佳pH值为7.2~7.4。较早利用生物沸石反应器去除微污染水源水中的氨氮、亚硝酸盐氮、锰、有机物、色度、浊度等。经长期运行测试,生物沸石预处理器对氨氮、亚硝酸盐氮、有机污染物等均有较高的去除效果。其中对氨氮、亚硝酸盐氮和有机物的平均去除率分别为93%,90%和32%。并提出了反应器的最佳过滤速度为8~10m/h,最佳填料填充高度为600~800mm。生物沸石反应器具有和生物活性炭、生物陶粒一样的性能,该技术为微污染水源水质净化提供了一种新材料,新途径。

利用自行研制的生物沸石滤池处理污染水源水,探讨了挂膜期间对CODMn和氨氮的去除效果;水力负荷对CODMn、氨氮、铁、锰、浊度去除效果的影响以及温度、水力停留时间对氨氮去除的影响等。结果表明:挂膜初期对氨氮的去除以离子交换和吸附作用为主,末期以硝化作用为主。氨氮的去除率呈现先下降再上升最后达到稳定的现象;提高水力负荷对氨氮、CODMn、铁、锰和浊度都有不同程度的影响,最佳水力负荷3.18m3/(m2·h)时,氨氮、CODMn、浊度、铁和锰的去除率分别为75.2%,31.8%,27.8%,31.6%和48.2%,温度和水力负荷对氨氮的去除率有较大影响,温度较低时,降低水力负荷,提高水力停留时间,可以提高氨氮的去除率。利用臭氧的氧化性和生物沸石的生物、吸附和离子交换共同作用处理微污染模拟水源水,研究了臭氧氧化、生物过滤、沸石吸附对微污染水中有机物的不同处理效果和组合工艺的竞争、协同效果。结果表明:对于ρ(CODMn)为6.30-7.20mg/L的原水,在臭氧投加量为2.1mg/L,接触时间为15min时,CODMn的去除率可达10.8%;沸石吸附对CODMn的平均去除率为11.5%,生物沸石对CODMn的平均去除率为32.3%。臭氧-沸石工艺的CODMn平均去除率为15.6%,小于工艺组成单元的单独去除率的加和,各单元在有机物处理上存在竞争关系。

臭氧-生物沸石工艺的CODMn平均去除率为45.5%,大于臭氧氧化和生物过滤独立单元去除率的加和,各单元之间为协同作用关系,因此宜采用臭氧-生物沸石工艺处理有机微污染水体。该课题组的研究结果还表明,生物沸石柱采用接种挂膜法,在水温17~19℃,经过17d挂膜成熟。挂膜期间COD和氨氮的去除率在到达最低点和稳定值的时间上具有同步性,挂膜成熟后COD的去除率稳定在40%左右,氨氮的去除率稳定在70%左右。在臭氧存在的条件下,微生物仍能生存,微生物经过2~3d的驯化,在臭氧投加量为2.1mg/L、接触时间10min时,COD和氨氮的去除率均较高。

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