生物陶粒膨脹床處理微污染原水的試驗研究

論文類型	技術與工程	發表日期	2000-11-01
來源	《中國給水排水》2000年第11期
作者	齊兵強,王占生,崔玉川
關鍵詞	微污染原水 CODMn UV254 生物陶粒膨脹床生物陶粒固定床
摘要	齊兵強1，王占生1，崔玉川2 （1.清華大學環境科學與工程系，北京100084；2.太原理工大學環境工程系，山西太原030024）　　摘要：采用了一種新的水處理工藝——生物陶粒膨脹床處理微污染原水，同時對生物陶粒膨脹床和固定床的處理效果作了比較。結果表明，在不同水力負荷及氣水比下，生物陶粒膨脹 ...

標題：

生物陶粒膨脹床處理微污染原水的試驗研究

可見全文

作者：

齊兵強;王占生;崔玉川;

發布時間：

2000-11-17

出自：

《中國給水排水》2000年第11期

關鍵字：

微污染原水;CODMn;UV254;生物陶粒膨脹床;生物陶粒固定床

摘要：

簡介：

齊兵強¹，王占生¹，崔玉川²
（1.清華大學環境科學與工程系，北京100084；2.太原理工大學環境工程系，山西太原030024）

　　摘要：采用了一種新的水處理工藝——生物陶粒膨脹床處理微污染原水，同時對生物陶粒膨脹床和固定床的處理效果作了比較。結果表明，在不同水力負荷及氣水比下，生物陶粒膨脹床對CODMn、UV254等的處理效果均比固定床有一定程度的提高。
　　關鍵詞：微污染原水；CODMn；UV254；生物陶粒膨脹床；生物陶粒固定床
　　中圖分類號：TU991.2
　　文獻標識碼:C
　　文章編號：1000-4602(2000)11-0055-03

　　1 試驗方法

　　整個裝置由生物陶粒膨脹床、生物陶粒固定床、砂濾柱、水泵、連接管道、流量計和閥門等組成。砂濾柱主要用來截留生物陶粒膨脹床出水所帶出的生物膜及濁度物質。試驗裝置見圖1。
　　1.1 流程說明
　　水流程：安徽蚌埠三水廠沉淀池出水經泵加壓后，同時進入膨脹床和固定床。膨脹床出水進入砂濾柱，流出后待測。固定床出水可直接測定，也可再經砂濾柱后再測定。
　　氣流程：空氣由空壓機壓縮后經流量計、閥門從底部進入膨脹床和固定床。

　　1.2 試驗參數
　　生物陶粒膨脹床的載體裝載高度1.7m，膨脹后高度約2.0m，墊層高度40cm，柱直徑100mm，陶粒粒徑0.56mm，水力負荷4～8m³/(m²·h)，氣水比0.5～1.0。砂濾柱的裝砂高度0.7m，墊層高度30cm，砂粒徑0.5～1.2mm，柱直徑100mm。生物陶粒固定床的載體高度1.7m，墊層高度30cm，柱直徑100mm，陶粒粒徑2～5mm，水力負荷4～10m³/(m2·h)，氣水比0.5～1.0。

　　2 試驗結果

　　試驗采用沉淀池出水作為待處理水，并分別采用不同水力負荷［4～10m³/(m²·h)］和氣水比(0.5～1.0)等各種工況，對生物陶粒膨脹床的處理效果進行了考察。同時，在相同條件下(水質、水溫、水力負荷、氣水比等)與生物陶粒固定床作對比研究，考察了兩者去除CODMn、UV254的效果，結果見表1、2。

**表1 生物陶粒膨脹床與固定床對CODMn去除的對比**
水力負荷［m³/(m²·h)］		4		6		8
氣水比		0.5	1.0	0.5	1.0	0.5	1.0
進水(mg/L)		4.90	5.69	3.55	4.88	5.81	4.33
膨脹床系統	出水(mg/L)	3.24	4.21	2.32	3.60	4.25	3.33
膨脹床系統	去除率(%)	35.0	26.4	35.0	24.5	26.7	22.8
固定床系統	出水(mg/L)	3.88	4.82	2.76	4.31	4.88	3.71
固定床系統	去除率(%)	22.2	16.0	22.8	11.8	18.3	14.2
注 ①經試驗測定，砂濾柱對有機物的去除作用很小，可以忽略不計。為了公平比較，試驗中考慮了固定床出水經砂濾柱后的去除率，結果僅有2.9%。　 ②表中數據皆為多次測定的平均值。　 ③試驗時水溫為16.5～20.0℃。

**表2 生物陶粒膨脹床與固定床對UV254去除的對比**
水力負荷［m³/(m²·h)］		4		6		8
氣水比		0.5	1.0	0.5	1.0	0.5	1.0
進水(cm^-1)		0.057	0.077	0.060	0.069	0.059	0.050
膨脹床系統	出水(cm^-1)	0.041	0.056	0.046	0.055	0.043	0.038
膨脹床系統	去除率(%)	28.3	26.7	23.3	19.8	25.8	26.7
固定床系統	出水(cm^-1)	0.048	0.066	0.053	0.062	0.049	0.041
固定床系統	去除率(%)	15.9	14.0	11.6	9.7	12.8	19.1
注 UV₂₅₄為水中有機物在紫外線波長254nm下的吸光度(單位為cm-1)。其余同表1注。

　　3 討論與分析

　　在膨脹床中，影響COD_Mn去除效果的因素有如下幾點：膨脹率、停留時間、生物量、原水COD_Mn值及其組成、水溫、溶解氧、水力負荷、氣水比、pH值等。在載體一定的條件下，膨脹率主要由水力負荷決定，停留時間由水力負荷和氣水比決定，生物量由原水COD_Mn值及其組成、膨脹率、水力負荷及氣水比等決定。試驗中，原水水溫、DO、pH值、有機物組成可視為基本不變，進水COD_Mn值變化很小，因此主要有四個影響因素：膨脹率、停留時間、水力負荷與氣水比。
　　① 膨脹率。在膨脹床中，由于氣泡的不斷攪拌，載體緩慢流動，這可加強傳質過程和老化生物膜的脫落。在合適的范圍內提高水力負荷和氣水比，進而提高膨脹率，可提高對CODMn的去除率。
　　② 停留時間。對有機物的生物氧化需要一定的時間，短時間內微生物只能將水中某些大分子有機物部分氧化為小分子，而不能徹底氧化為水和二氧化碳。而某些有機物，短時間內僅能將其吸附在生物膜表面，不能被氧化。因而延長停留時間可在一定程度上提高CODMn的去除率。表1中，在水力負荷為4m³/(m²·h)、氣水比為0.5時，COD_Mn的去除率較高，認為主要是停留時間較長的緣故。
　　③ 水力負荷。增加水力負荷一方面會提高膨脹率，有利于提高COD_Mn的去除率；另一方面又會縮短停留時間，降低了COD_Mn的去除率。因此，在水力負荷的變化中，會存在一個平衡點，此處COD_Mn的去除率相對最高。從表1可看出，在水力負荷為6m³/（m²·h）、氣水比為0.5時，去除率相對另外兩個狀態較高。
　　④ 氣水比。適當的氣量可保證好氧生物正常生長、繁殖；過量的氣量會在床體中搶占水的空間，縮短水與生物膜的接觸時間，降低COD_Mn的去除率。從表1可見，隨著氣水比的增加，COD_Mn的去除率有所下降。試驗中出水溶解氧均超過4.5mg/L。
　　從試驗數據來看，膨脹床對COD_Mn的去除率在各種工況下均比固定床高10%左右。主要有兩方面原因：一是膨脹床的陶粒載體顆粒粒徑比固定床的小得多(膨脹床0.3～0.56mm，固定床2～5mm)，小的粒徑具有大的比表面積，在相同載體體積情況下，可因比表面積的增大而獲得更多的生物量，采用灼燒減重法測定的結果顯示了膨脹床中單位重量載體的生物量比固定床提高了17.4%(固定床3.8mg生物量/g陶粒，膨脹床4.6mg生物量/g陶粒)，這樣在相同空床停留時間內，膨脹床比固定床可氧化分解更多的有機物；二是膨脹床比固定床更有效地更新了生物膜，強化了生物膜的活性及有機物的傳質過程。膨脹床在氣、水的共同作用下，載體處于膨脹狀態，陶粒顆粒一方面會發生自旋，另一方面會有速度較慢的位置移動，在此過程中，陶粒之間的摩擦、碰撞作用使得表面的生物膜總處于更新狀態。而固定床在運行一段時間后，內部存積了許多形成濁度的物質，且覆蓋在生物膜表面，降低了生物膜的活性，膨脹床則很少截留濁度物質，故可保持生物膜的高活性。
　　近年來，隨著水質檢測手段和公眾健康意識的提高，人們越來越意識到水中“三致物”(如三鹵甲烷等)的危害。一般水中均存在一定量的三鹵甲烷前驅物，加氯消毒會直接將其大部分轉化為三鹵甲烷。因UV254與水中三鹵甲烷前驅物有很好的相關性，故其相對值可間接反應水中三鹵甲烷前驅物的相對含量。在紫外波長254nm下存在吸光度的物質主要為大分子芳香族化合物，其分子結構復雜，大部分為難生物降解的物質，主要依靠微生物的吸附作用來去除它們。從表2可看出，在不同水力負荷和氣水比條件下，生物陶粒膨脹床對UV₂₅₄的去除率均比固定床高10%左右。由此也可看出，對某些難生物降解有機物的去除，膨脹床在生物絮凝、吸附方面比固定床有一定的優越性。