生物活性炭—砂滤处理微污染原水研究

摘要：试验研究表明，在滤前未预氯化或预氧化的条件下，生物活性炭—砂滤对有机物和氨氮的去除效果是显著的，CODCr和UV254的平均去除率分别为40.4%和48.9%。当进水氨氮浓度在2 mg/L以下时，其平均去除率为82.5%；浊度的平均去除率约82.4%，出水浊度的平均值为0.51 NTU；CHCl3和CCl4的去除率为38.9%。

关键词：微污染原水 生物活性炭 砂滤 氨氮 消毒副产物

1 试验流程及原水水质

1.1 试验流程

采用混凝沉淀生物活性炭—砂滤工艺处理微污染原水，试验装置如图1。

该工艺的特点是取消了预氯化或其他预氧化过程(如臭氧氧化)，利用生物活性炭提供的巨大比表面积和吸附性能，为微生物氧化降解水中的有机物创造了良好的条件，并能部分去除水中卤代烃类消毒副产物(DBPs)。

1.2 原水水质

过滤的原水采用两种水配制而成，其一为武汉大学校园内的河水(含生活污水)，并先经混凝沉淀处理(加入混凝剂量为50mg/L，静置沉淀2h)；其二为自来水，在使用前先放置2h以去除余氯。滤前水由这两种水以1∶3的比例配制而成，各种水的具体水质情况见表1。

表1 原水水质分类表

水样名称 数据范围 浊度(NTU) 臭味 pH值 CODCr(mg/L) NH3-N(mg/L) UV254 混凝沉淀后的河水 最大值 11.21 微臭

8.11 41.85 6.85 0.135 最小值 9.85 6.85 29.48 2.40 0.099 平均值 10.56 7.50 31.26 3.73 0.112 自来水 最大值 2.67 无 7.80 12.82 0.89 0.086 最小值 1.24 6.95 7.84 0.12 0.060 平均值 1.87 7.20 10.77 0.57 0.074 配制的滤前水 最大值 9.62 无 7.60 26.52 2.16 0.116 最小值 0.60 6.70 7.77 1.08 0.063 平均值 2.90 7.19 12.70 1.54 0.094

2 试验装置及设计参数

2.1 试验装置

生物活性炭—砂滤柱采用双层滤料，上层为颗粒活性炭，下层为石英砂。滤柱直径为45mm，高度为3.0m；活性炭层厚1.0m，粒径为1.5 mm(柱状)；石英砂层厚0.5m，粒径为0.5～1.0mm；砾石(承托层)厚0.2m，粒径为6～8mm。

2.2 主要试验运行参数

试验采用连续流恒速过滤方式，滤速范围为4～7m/h。采用气水反冲洗，气冲洗1.5min，冲洗强度为5～15L/(s·m2)；然后水冲洗5～6 min，冲洗强度为5～10L/(s·m2)。冲洗频率视试验中水头损失情况而定，用本试验的滤后水作反冲洗水。

3 试验运行情况及结果分析

3.1 挂膜和生物相观测

1999年7月24日自然开始挂膜，水温为24～27℃，进水流速为5m/h。7月24日—8月2日的原水为处理后的河水，8月3日后的原水为人工配制的滤前水。至9月6日，氨氮的硝化率即达到60%，这标志挂膜基本完成(历时一个半月左右)，观察到的生物膜呈黄褐色，上层生物膜较厚，并随滤层深度的增加渐渐变薄。

3.2 活性炭吸附阶段

活性炭吸附阶段试验数据统计结果见表2。

表2 活性炭吸附阶段试验数据统计结果

项目 水样 统计天数

(d)

最大值 最小值 平均值 去除率(%) 浊度(NTU) ① 9 3.20 1.00 2.10 82.9 ② 0.80 0.10 0.36 CODCr(mg/L) ① 10 14.30 6.70 10.02 60.9 ② 7.09 1.12 3.92 UV254 ① 11 0.107 0.081 0.095 57.9 ② 0.072 0.025 0.040 NH3-N(mg/L) ① 9 1.52 0.89 1.24 9.7 ② 1.43 0.83 1.12 pH值 ① 9 7.60 6.70 7.19 　 ② 7.77 6.85 7.25 注 ①表示滤前水，②表示滤后水，以下表同。

从各水质指标的变化可知，NH3-N的去除率极低，滤后水和滤前水的pH值差别不大，说明该阶段的生物活性较弱。活性炭在吸附了25～33d之后(8月17日—8月25日)被穿透，但穿透后仍有一定的吸附能力，而且活性炭上已长有微生物(这可从NH3-N含量的降低看出)。在第39d(8月31日)CODCr的去除率突然下降，说明活性炭的吸附容量已趋饱和，吸附去除有机物的能力变得很弱。

3.3 生物活性炭阶段

生物活性炭阶段试验数据统计结果见表3。

表3 生物活性炭阶段试验数据统计结果

项目水中的NH3-N浓度比较低(＜2mg/L)，因而对硝化效果影响不大。但随着进水的NH3-N浓度接近2 mg/L，出水NH3-N浓度有明显上升的趋势，且NH3-N的去除率也相应下降。

3.6 影响生物活性炭去除浊度的因素

① 滤层深度的影响。各取样口的浊度去除率见表6。

表6 各取样口的浊度去除率%

取样口