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03一战楠`工艺处理微污染地表水的试验研究廖日红`刘操`马宁`申颖洁`刘树才北京市水利科学研究所,北京北京市通州区城镇水务所,北京黄赞芳`摘要采用预臭氧一曝气生物活性炭滤池一工艺处理低碳源的北运河通州段原水,探讨了该系统的主要工艺参数与各项污染物去除效果的相关性。研究结果表明,臭氧的投加对提高和一的去除效果均有促进作用,且在投加量、接触时间而时臭氧利用效率最高在此投加量和接触时间、回流比时,田飞和凤一的去除率分别可达和,均高于回流比为时,而去除率为,有所降低,投加外破源和降低好氧单元气水比可使之升高系统对去除率达到,其中臭氧接触单元去除率为,由臭氧氧化特性推断,原水中大分子有机物以芳香族化合物为主。关键词臭氧曝气生物活性炭滤池反稍化滤池回流比一仇一,凡,,冶,吧`,咱`,,少,,斤风艺血,,一。元一一,劝联,一,`,一一,,川目前,臭氧一生物活性炭一组合工艺作为饮用水深度净化新技术,在我国得到了广泛国家水体污染控制与治理科技重大专项澎刃乙叨北京市重大科技专项北京市科技新星计划项目。的研究和应用,并取得了较好成果。该工艺是在传统水处理工艺的基础上,以预臭氧化代替预氯化,在快滤池后设置生物活性炭滤池,将活性炭物理化学吸附、臭氧化学氧化、生物氧化降解及臭氧灭菌消毒种技术合为一体的工艺比〕,对去除存在于水源中的微量有机污染物闭具有显著的效果。尽管在给水给水排水增刊DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2010.s1.067~.~~栩丫犷净化的实际应用中,该技术具有处理效率高、运行费用低、占地面积小等特点,但在污水处理和微污染水净化的应用领域,却少见相关研究与报道。北运河是北京地区最主要的排水河道,随着社会经济的发展和工业生产的扩大,污水排放量日益增加,北运河水质已很难满足北京市严格的水环境功能要求。由于北运河有机污染物、氨氮等污染物含量低、碳氮比低的水质特点,一方面,导致河水水质可生化性低,使得常规的生化法对污染物的去除效率较低另一方面,当前常用的膜生物反应器、电化学仿生滤池等高效技术存在运行费用偏高的实际问题。为此,寻求新型高效经济的微污染地表水深度净化技术是水资源可持续利用和社会发展的迫切需要。为改善北京市水环境质量,提供解决微污染水处理技术难题的有效方法,本文开展预臭氧曝气生物活性炭滤池工艺处理北运河受污染地表水的试验研究,考察其对碳源偏低的微污染水处理的技术可行性,并优化该工艺系统,使其在净化河流水体中发挥其最佳效能,达到最佳处理效果。试验装置与方法进水水质本试验选取一月北运河通州段河水作为试验用水,该段河水具有有机污染物、氨氮等污染物含量低、碳氮比低等水质特点,试验期间进水水质指标如表所示。表北运河通州段原水水质汽汽谊牛贯几几`日日日日蓄水池反硝化滤池臭氧接触柱生物活性炭滤池清水池进水泵流量计加药箱加药泵管道混合器臭氧发生器曝气头鼓风机气体流量计阀门回流泵图场一小试系统流程水水质指标标一氏引〕吨吨浓浓度范围围试验装置本试验装置主要由蓄水池、反硝化滤柱、臭氧接触柱、生物活性炭滤柱和清水池组成,系统装置图如图所示。其中,反硝化滤柱尺寸为必,采用直径为一的聚氨醋软泡沫海绵新型生物载体作为填料臭氧接触柱为直径曰的有机玻璃柱生物活性炭滤柱尺寸为必,填料层高度,采用直径为一的柱状炭,承托层为粒径一的砾石层,活性炭滤柱底部设穿孔管,通过鼓风机进行曝气充氧。预臭氧曝气生物活性炭滤池系统运行时,原水首先由蠕动泵送人反硝化滤柱,之后依次流经臭氧接触柱和生物活性炭滤柱,生物活性炭滤柱出水自流进人清水池,并按一定回流比回流至反硝化滤柱。小试系统设计进水水量为,反硝化滤柱和活性炭滤柱空床停留时间分别为和而,臭氧接触柱底部设有曝气头,反冲洗采用气水联合反冲洗,用本试验系统出水作为反冲洗水,冲洗频率视出水水质情况而定,基本控制在一。测试指标及方法试验过程中对化学需氧量重铬酸钾法,、五日生化需氧量、总氮、氨氮一、紫外吸光度、溶解氧浓度以〕、等指标进行监测,分析项目采用的方法及仪器如表所示。表试验测定方法及仪器测定指标方法及仪器以氏压马一落以〕重铬酸钾法稀释与接种法纳氏试剂比色法碱性过硫酸钾一消解紫外分光光度法紫外分光光度法便携式溶氧仪便携式计给水排水`增刊2结果与讨论臭氧接触时间与主要污染物去除的关系臭氧对污染物的氧化作用和去除效果与其接触时间紧密相关,为考察不同臭氧接触时间对污染物去除效果的影响,本研究设小试模拟试验,取原水直接投加臭氧,控投加量为明不变,分别在接触时间为、、、而时取样并检测民、一和出水中臭氧浓度,如表所示。表奥权接触时间对污染物指标去除效果的影响〕投加臭氧亡二】刀未投加臭翱。旅无那咖臭翱享」一投加臭氧戒未投加臭氧僻淡报娜探贬芝蔷缉缉缉矍矍矍矍矍矍馨馨馨馨馨馨馨馨馨馨币币币币币币币币币币币币撇鑫鑫粗粗粗粗粗澎澎澎澎澎澎澎澎匕匕匕匕匕娜娜娜黔黔黔黔黔盛卜凡︸戈易。,气︺内︸咤︸八“咤」飞︺,乙︸曰谕日︸臭臭氧投加加接触时间间氏氨氮氮出水臭氧氧浓浓度而八刀名,原水单元单元单元系统各单元僻继报芝由表可见,出水浓度差别明显出水一浓度变化不大,只有接触时间时一浓度去除率可达到出水中臭氧浓度基本稳定。由于在仇一系统中,氨氮的去除主要在后续的好氧单元进行,因此选用浓度指标确定最佳臭氧接触时间,即为最佳接触时间。进一步开展臭氧投加与一系统对主要有机物去除效果的影响。在低有机负荷,即原水为一、进水流量、好氧单元曝气量、回流比,时,分别进行投加臭氧和无臭氧两种条件下,对各单元中溶解氧浓度和污染物去除效果进行对比,如图所示。可以看出臭氧投加几乎不改变对反硝化单元和活性炭单元溶解氧浓度,而对臭氧接触单元溶解氧浓度影响较大,即臭氧投加浓度由改变为无臭氧投加时,单元内溶解氧由降低至,可见臭氧的分子结构不稳定,极易分解,可在含有杂质的水溶液中迅速还原为氧气并释放一定热量,使臭氧接触单元内溶解氧含量增高,有利于后续生物活性炭上好氧微生物的生长。当臭氧接触单元溶解氧为时,以兀飞和一去除率分别达到和,浓度分别由进水的和降低至图一系统内溶解氧变化和污染物去除效果和而臭氧接触单元溶解氧为时,系统进水现和一的浓度分别为和,出水浓度分别为和,即当不投加臭氧时,系统对氏和一的去除率也下降至和。由此可见臭氧在处理过程中因分解而起到充氧的作用,为臭氧单元提供了一定的好氧条件,利于对有机污染物的去除。回流比与污染物去除的关系在固定臭氧投加量和接触时间、活性炭单元气水比,的条件下,考察试验系统在回流比为,和,时对各项污染物的去除效果。图所示为回流比对去除效果的影响,回流比为,即回流量时,系统进水为一,稳定后平均出水为,对残的平均去除率为回流比为,即回流量时,飞进水为一哩,系统稳定后平均出水,对扮的平均去除率为,满足地表水类水体标准要求。一进水一单元一伪单元一单元去除率时间图回流比对氏去除效果的影响给水排水一增刊~.~一丫犷将回流比由,增加到,时,系统对的去除率有所提高,去除率的升高主要体现在生物活性炭单元反硝化单元在增大回流比后对有机物也有部分去除,由于回流液对试验进水具有一定稀释作用,同时也有研究认为圈,当回流比增大时,回流到反硝化单元的硝态氮和亚硝态氮量相应提高,反硝化反应的进行需要利用更多的有机物作为碳源,由此促进了在此阶段对的去除而臭氧接触单元出水玖浓度基本与反硝化滤柱单元出水保持平衡,去除效果不明显,可见臭氧的强氧化性主要表现为将大分子难降解有机物氧化分解为小分子易降解的形式存在,促进了后续生物活性炭单元对有机物的吸附和生物降解作用。回流比与一去除效果的关系如图所示,回流比为,即回流量时,系统进水践一平均浓度为哩,稳定后系统出水平均浓度为哩回流比为,即回流量时,进水践一平均为哩,出水平均浓度,系统对一的平均去除率由提高至,其变化趋势与飞相似。一进水一单元伍单元单元一去除率时间于时。可能的原因是本试验原水水质的低碳高氮、可生化性较差的特点,系统进水中可用于反硝化作用的碳源较少。另一方面,回流比的增大改变了回流至反硝化单元了和一的比例关系。部分理论研究川表明,对于前置反硝化工艺,电子供体来自原水中的有机底物,丁作为最终电子受体,一般情况下,反硝化速率取决于底物的利用速率,但在原水中可生物降解的有机物含量较低时,了浓度将成为底物降解动力学的控制因素,当反硝化单元出水的衡浓度为零时此时的回流比为其临界值,反应器的反硝化能力达到最大,当回流比大于该临界值时,回流液中的衡总量超出了缺氧单元的反硝化负荷,增加缺氧单元内了所占氮化合物的比例对系统去除无促进作用。此外,回流比的提高使反硝化滤柱内溶解氧浓度增加,有可能破坏其缺氧环境,抑制反硝化反应。为改善系统脱氮效果,本研究中同时增加外碳源、控制反硝化单元衡和溶解氧浓度,考察各种污染物去除率,如表所示。可以看出投加外碳源后,系统对去除率由增至,脱氮效果明显提高,对比碳源投加前后仪肤和玩一的去除效果,发现碳源投加后和一的去除率略有降低,但变化不大。在此基础上将活性炭滤池气水比降至,,可是反硝化单元溶解氧降至,确保其缺氧环境,系统脱氮率升高至,氏和一的去除效果稳定。表外碳源投加和气水比对污染物去除效果的影响求︸并涯稍图回流比对一去除效果的影响不同回流比对系统去除效果有直接影响,图所示为两种回流比条件下系统的脱氮效果,可见回流比为时系统对的去除效果略好一进水一单元一伪单元单元一去除率单元元单元元平均均〔氏一单单单元元以〕〕丁去除率率平均去去平均去去气气气水比比八飞一除率除率不不投加加并炎报芝时间图回流比对去除效果的影响系统对的去除紫外吸光度从`是世纪年代提出的评价水中有机污染物的指标图,从是指波长为处的单位比色皿光程下的紫外吸光度,各种含有芳香烃和双键或经基的共扼体系的有机化合物〕,其分子结构复杂,生物降解性差,通常在波长处出现吸收峰,因此通常用来作给水排水`增刊................................................................目用曰二脚刀翻口曰翻心谬犷为此类有机物在水中含量的替代参数。有分析表明有机物的相对分子质量越大,水体中的从、越高,相对分子质量大于的有机物是水中紫外吸收的主体〕。图反映了试验系统各单元出水从的变化情况和去除效果,活性炭滤柱出水从,为一`,系统对去除率达到。其中反硝化单元去除率为,臭氧接触单元“,此结果与相关研究结论表明〕的预臭氧化对去除率约为存在一定差异。由于臭氧在水溶液中与有机物的反应极其复杂,与烯烃类、芳香族化合物和核蛋白氨基酸系、有机氨均发生反应,最终产物可能是单体、聚合物或交错的臭氧化物的混合体,在混合物质中臭氧氧化顺序为链烯烃胺酚多环芳香烃醇醛链烷烃,且与芳香族化合物的反应较慢。由此推断原水中大分子有机物主要为芳香族化合物,在有效反应时间内,臭氧的氧化作用导致不饱和键断裂,从而破坏分子的环状结构,形成链状大分子结构,却不能完全将其氧化为小分子有机物,而链状分子与环状结构相比,更易被活性炭吸附,使活性炭单元对的去除有较好的效果。二口,'去除率用效率最高。回流比为,时,试验系统对联和一的去除率均高于回流比为,时的去除率,且主要体现在生物活性炭单元去除率提高向缺氧单元投加一定量外碳源和降低活性炭滤柱气水比后,系统对的去除率明显升高,而对及和一的去除效果影响不大。利用一工艺处理北运河通州城区段受污染地表水,对去除率达到,其中臭氧接触单元去除率为“,由臭氧氧化特性推断出,原水中大分子有机物以芳香族化合物为主。参考文献,「门,。卜月。一尹峥……不甲「录月,羞多“「厂杰欣竖一。扮叮摹八`月右产,”`“一一原水早兀早兀早兀系统各单元图场一系统各单元对的去除效果结论本研究通过采用一工艺处理北运河通州段低碳源的地表水,探讨了该系统的主要工艺参数与各项污染指标去除效果的相关性,主要得到以下结论臭氧的投加仅对臭氧接触单元溶解氧浓度变化影响较大,此外,投加臭氧对提高和一的去除效果均有促进作用。试验表明在臭氧投加量、接触时间时,臭氧的利孟建斌,杨立臭氧一生物活性炭工艺处理微污染源水的试验研究工业用水与废水,,一左社强,唐志坚,张平臭氧一生物活性炭饮用水处