氣水比對曝氣生物濾池處理微污染水的影響

羅國榮，孫小斐

(1.中國市政工程西北設計研究院有限公司，廣東 東莞 523070;2.東莞市環境科學學會，廣東 東莞 523009)

氣水比對曝氣生物濾池處理微污染水的影響

羅國榮1，孫小斐2

(1.中國市政工程西北設計研究院有限公司，廣東 東莞 523070;2.東莞市環境科學學會，廣東 東莞 523009)

以廣州某水廠微污染源水為處理對象，考察了氣水比對曝氣生物濾池去除水中污染物效果的影響。試驗結果表明:隨著氣水比的增大，濾池水中溶解氧含量逐漸上升，但增加幅度越來越小，在本試驗溫度條件下，濾池水中溶解氧飽和溶解度大概在4.5～6.0 mg/L范圍之間;氣水比對氨氮和CODMn去除率影響較大，隨著氣水比的增大，氨氮和CODMn去除率逐漸上升，但去除率增加幅度越來越小;氣水比對亞硝酸鹽氮去除率影響不大，隨著氣水比的增大，亞硝酸鹽氮去除率緩慢升高。本試驗能給水廠工藝改造的可行性和有效性提供依據。

曝氣生物濾池;氣水比;溶解氧;氨氮;亞硝酸鹽氮;CODMn

隨著城市需水量的增長，微污染水源的處理問題日趨突出。然而，傳統的水處理工藝難以有效地去除水中的某些污染物質。近年來，微污染原水的生物預處理技術是解決飲用水中氨氮和有機物問題最有效、最經濟的方法之一。生物預處理工藝不僅能去除60%～90%的原水氨氮，而且對水中有機物(UV254和CODMn)均有一定的去除效果，對減輕后續工藝的處理負荷，保障飲用水安全起著重要作用［1］。氣水比作為曝氣生物濾池一個重要的工藝參數，對曝氣生物濾池運行效果有很大影響。筆者采用曝氣生物濾池中試裝置處理微污染原水，考察了在不同氣水比下曝氣生物濾池對污染物的去除效果，從而能根據原水特點確定濾池運行中的最優氣水比，以達到對污染物的高去除率和節能減耗的目的，從而給廣州市某水廠凈水工藝進一步改造提供依據。

1 中試概況

1.1 原水水質

本中試以廣州市某水廠水源水作為試驗用原水，試驗期間原水水質見表1。

表1 原水水質

1.2 中試裝置

中試濾池結構簡圖見圖1。

本試驗曝氣生物濾池采用普通鋼制作，尺寸為長×寬×高 =1.5m×1.5m ×8.5m，濾層厚度 4 m，濾料粒徑?4～6 mm。

試驗采用上向流進水，氣水同向，分別進行12 m/h濾速和16 m/h濾速試驗。濾速為12 m/h時，對應水流流量為27 m3/h，則氣水比 0.1、0.3、0.5 對應曝氣量為 2.7 m3/h、8.1 m3/h、13.5 m3/h;濾速為 16 m/h 時，對應流量為 36 m3/h，氣水比 0.1、0.3、0.5 對應曝氣量為 3.6 m3/h、10.8 m3/h、18.0 m3/h。

反沖洗方式為氣水聯合反沖洗，氣洗5 min，氣沖洗強度為 19.6 L/(m2·s)，氣水共洗 20 min，水沖洗強度為 4.7 L/(m2·s)。反沖洗周期為24 h。

圖1 中試濾池結構簡圖

1.3 檢測項目

各項水質指標均按國家標準分析方法測定，檢測項目及檢測方法［2］見表 2。

表2 實驗所測指標及實驗方法

2 結果與討論

取2011年9月1日～9月30日試驗數據進行分析，分別進行了12 m/h濾速和16 m/h濾速試驗。9月1日～9月15 日濾速為 12 m/h，15 d 試驗氣水比依次為 0.1，0.3，0.5，一種氣水比試驗五天，每天取三組水樣檢測;9月16日～9月30日濾速為16 m/h，試驗過程與12 m/h濾速的一樣。每一種氣水比取五天試驗數據的平均值進行數據分析。

2.1 氣水比對溶解氧含量的影響

不同氣水比下進出水溶解氧含量變化見圖2。

圖2 氣水比對溶解氧含量的影響

12 m/h 濾速時，氣水比 0.1、0.3、0.5 對應進水溶解氧含量平均值為 0.337 mg/L，0.330 mg/L，0.180 mg/L，出水溶解氧含量平均值為 2.843 mg/L，4.467 mg/L，4.867 mg/L;16 m/h 濾速時，氣水比 0.1、0.3、0.5 對應進水溶解氧含量平均值為 0.107 mg/L，0.100 mg/L，0.083 mg/L，出水溶解氧含量平均值為 2.303 mg/L，4.157 mg/L，4.710 mg/L。

由圖2可以看出，濾速不變，氣水比越大，水中溶解氧絕對增加量越大;而在氣水比相同的情況下，濾速越高，水中溶解氧增加量也越大。然而，由于氧在水中有一定的飽和度，因此水中溶解氧是有限度的，低溫時飽和溶解度大，溫度高時飽和溶解度小。根據相關文獻［3］，在2℃ ～4℃的水溫條件下，生物濾池水中溶解氧可達11～12.1 mg/L;8℃ ～10℃時，可達 10 ～11.5 mg/L;12℃ ～16℃時，可達 8.5 ～10.0 mg/L。本試驗試驗期間平均水溫在28℃左右，由此可推斷本試驗曝氣生物濾池水中溶解氧飽和溶解度大概在4.5～6.0 mg/L范圍之間，試驗檢測結果與此相符。以16 m/h為例，氣水比0.1、0.3、0.5 對應水中溶解氧絕對增加量為 2.196 mg/L，4.057 mg/L，4.627 mg/L，絕對增加量差值分別為 1.861 和0.570。由此可見，隨著氣水比增大，水中溶解氧含量越來越大，但增加幅度則越來越小，溶解氧趨于飽和。

2.2 氣水比對氨氮去除率的影響

不同氣水比下曝氣生物濾池對氨氮的去除效果見圖3。

圖3 氣水比對氨氮去除效果的影響

12 m/h 濾速時，氣水比 0.1、0.3、0.5 對應進水氨氮含量平均值為 0.667 mg/L，0.837 mg/L，1.430 mg/L，出水氨氮含量平均值為 0.210 mg/L，0.217 mg/L，0.363 mg/L;16 m/h濾速時，氣水比 0.1、0.3、0.5對應進水氨氮含量平均值為1.127 mg/L，1.410 mg/L，1.467 mg/L，出水氨氮含量平均值為 0.483 mg/L，0.393 mg/L，0.377 mg/L。

由圖3可以看出，氣水比對氨氮去除率的影響較大，隨著氣水比的增大，氨氮去除率也逐步升高。12 m/h濾速時，氣水比0.1、0.3、0.5 對應氨氮絕對去除量和去除率分別為0.457 mg/L、0.620mg/L、1.067mg/L 和 68.52%、74.07% 、74.62%;16 m/h 濾速時，氣水比 0.1、0.3、0.5 對應氨氮絕對去除量和去除率分別為0.644 mg/L、1.017 mg/L、1.090 mg/L 和 57.14% 、72.13% 、74.30% 。

增大氣水比主要在三方面有助于濾池生化作用的進行:①提高了水中溶解氧的質量濃度，也就增大了氧在生物膜內的傳遞和滲透速率，從而加速生物氧化的進程;②增大了混合液的湍動程度，使生物膜表面的基質更新加快，促進了基質的傳遞，提高了基質的降解速率;③加強了空氣的鼓泡作用，加大對填料表面的生物膜沖刷作用，促使生物膜加速剝落更新，提高了生物膜的活性。所以，隨著氣水比的增大，氨氮去除率也越來越高;但去除率增加幅度越來越小，主要原因是水中溶解氧含量接近飽和。而氣水比不變，濾速從12 m/h增大到16 m/h，曝氣強度同樣得到加大，但由于進行16 m/h濾速試驗時，原水氨氮含量比12 m/h濾速時高得多，所以氣水比相同的情況下，16 m/h濾速的氨氮去除率比12 m/h濾速的低，但從對氨氮的絕對去除量相比，16 m/h濾速的明顯優于12 m/h濾速的。

2.3 氣水比對亞硝酸鹽氮去除率的影響

不同氣水比下曝氣生物濾池對亞硝酸鹽氮的去除效果見圖4。

圖4 氣水比對亞硝酸鹽氮去除效果的影響

12 m/h 濾速時，氣水比 0.1、0.3、0.5 對應進水亞硝酸鹽氮含量平均值為 0.152 mg/L，0.216 mg/L，0.282 mg/L，出水亞硝酸鹽氮含量平均值為 0.011 mg/L，0.013 mg/L，0.015 mg/L;16 m/h 濾速時，氣水比 0.1、0.3、0.5 對應進水亞硝酸鹽氮含量平均值為 0.203 mg/L，0.215 mg/L，0.217 mg/L，出水亞硝酸鹽氮含量平均值為 0.023 mg/L，0.023 mg/L，0.021 mg/L。

由圖4可以看出，氣水比對亞硝酸鹽氮去除率的影響不大，隨著氣水比的增大，亞硝酸鹽氮去除率緩慢上升。12 m/h濾速時，氣水比 0.1、0.3、0.5 對應亞硝酸鹽氮的絕對去除量和去除率分別為 0.141 mg/L、0.203 mg/L、0.267 mg/L 和92.76%、93.98%、94.68%;16 m/h 濾速時，氣水比 0.1、0.3、0.5對應亞硝酸鹽氮的去除量和去除率分別為 0.180 mg/L、0.192 mg/L、0.196 mg/L 和 88.67%、89.30%、90.32%。然而，濾速從12 m/h上升到16 m/h，則停留接觸時間縮短，所以本試驗亞硝酸鹽氮去除率在16 m/h濾速時要比12 m/h濾速時稍低。

2.4 氣水比對CODMn去除率的影響

不同氣水比下曝氣生物濾池對CODMn的去除效果見圖5。

12 m/h 濾速時，氣水比 0.1、0.3、0.5 對應進水 CODMn含量平均值為 2.303 mg/L，2.760 mg/L，3.703 mg/L，出水 CODMn含量平均值為 2.033 mg/L，2.180 mg/L，2.790 mg/L;16 m/h 濾速時，氣水比 0.1、0.3、0.5 對應進水 CODMn含量平均值為 3.180 mg/L，2.837 mg/L，2.910 mg/L，出水 CODMn含量平均值為2.377 mg/L，2.187 mg/L，2.413 mg/L。

圖5 氣水比對CODMn去除效果的影響

由圖5可以看出，氣水比對CODMn去除率的影響較大，隨著氣水比的增大，CODMn去除率逐步上升。12 m/h濾速時，氣水比 0.1、0.3、0.5 對應 CODMn的絕對去除量和去除率分別為 0.270 mg/L、0.580 mg/L、0.913 mg/L 和 11.72%、21.01% 、24.66%;16 m/h 濾速時，氣水比 0.1、0.3、0.5 對應CODMn的絕對去除量和去除率分別為0.497 mg/L、0.650 mg/L、0.803 mg/L 和 17.08% 、22.91% 、25.25% 。

在同時發生硝化反應和異氧菌降解CODMn的過程中，在氧的利用上，硝化菌和異氧菌存在相互競爭關系［4］。低氣水比時，水中溶解氧含量較低，溶解氧同時供應給硝化菌硝化氨氮和異氧菌降解CODMn，所以相應CODMn去除率較低;隨著氣水比的增大，水中溶解氧含量充足，CODMn去除率也隨之升高。但隨著氣水比的升高，水中溶解氧逐漸達到飽和，CODMn去除率升高幅度也逐漸變小。

3 結語

1)隨著氣水比的增大，曝氣生物濾池池中水體溶解氧含量逐漸升高。但由試驗數據可得，氣水比不能太大，因為氧在濾池水中的溶解度有限，隨著氣水比的增大，水中溶解氧增加幅度會越來越小，過大的曝氣量并不能持續提高溶解氧的質量濃度，浪費能源。另外曝氣量過大，加劇了對生物膜的沖刷，不利于污染物的截留和微生物的增殖。

2)氣水比對氨氮去除率影響較大，隨著氣水比的增大，氨氮去除率也逐漸增大，但隨著氣水比增大至水中溶解氧接近飽和時，氨氮去除率增加幅度越來越小;而氣水比對亞硝酸鹽氮去除率影響不大，隨著氣水比的增大，亞硝酸鹽氮去除率緩慢增大。

3)氣水比對CODMn去除率影響較大，隨著氣水比增大，CODMn去除率逐漸增大，但與氨氮一樣，氣水比并不是越大越好，隨著氣水比的增大，CODMn去除率增加幅度也越來越小。

［1］葉輝，許建華.飲用水中的氨氮問題［J］.中國給水排水.2000，16(11):31～34.

［2］生活飲用水標準檢測方法［S］.GB/T 5750.13－2006:407～408.

［3］劉建廣，張曉健，王占生.溫度對生物炭濾池處理高氨氮原水硝化的影響［J］.中國環境科學.2004，24(2):233 ～236.

［4］李思敏，張建昆，宿程遠，等.生物砂濾池去除微污染源水中有機物的試驗研究［J］.中國給水排水.2006，22(17):57 ～59，63.

TU991.2

B

1004－1184(2012)03－0110－02

2012－03－15

羅國榮(1983－)，男，廣東東莞人，助理工程師，主要從事給排水設計。