空床停留时间对生物活性滤池运行效果的影响研究

吴文静，花日茂，徐 微

（安徽农业大学 资源与环境学院，安徽 合肥 230036）

空床停留时间对生物活性滤池运行效果的影响研究

吴文静，花日茂，徐 微

（安徽农业大学 资源与环境学院，安徽 合肥 230036）

在滤层厚度等条件一定的情况下，研究了空床停留时间（EBCT）对微量有机污染物，氨氮及亚硝酸盐氮去除效果的影响。结果表明随着EBCT的增加污染物质去除率有所提高，但EBCT大于15min以后，去除率增加不显著。实验条件下，最佳EBCT为15min，该EBCT下出水CODMn、UV254、氨氮、亚硝酸盐氮、去除率分别达到32.2%、21.2%、83.2%、97.3%。

空床停留时间；生物活性滤池；有机物；氨氮；亚硝酸盐氮

生物活性滤池将传统过滤和生物处理技术相结合，以达到去除水中悬浮颗粒物和微量有机物的双重目的，且不需要增加任何新的构筑物，只需对滤料进行改进，因此在饮用水处理中具有重要意义和很好的应用前景。空床停留时间（EBCT）是生物滤池运行效果的影响因素之一，指滤层厚度和水力负荷之比，微生物降解水中的污染物需要一定的接触时间，进而完成一系列的生化反应。一般而言，停留时间越长，生化反应越充分，污染物去除率越高，但是停留时间越长，所需要的构筑物的体积越大，投入的资金越多。因此，从实际工程应用考虑，在保证污染物一定去除率的前提下，尽量缩短停留时间。本试验在滤层厚度一定的情况下，研究了活性炭-石英砂双层滤料组合的生物活性滤池在不同的空床停留时间下，对高锰酸盐指数（CODMn），氨氮（NH4+-N），亚硝酸盐氮（NO2--N），UV254的去除效果。

1 试验装置与方法

1.1 试验装置

滤池由有机玻璃材质制成，直径300mm，高2.5m。底部铺设卵石承托层400mm，滤料由上层60cm活性炭层和下层40cm石英砂层构成，其中活性炭粒径为0.05cm，如图1所示。

图1 滤池示意图

1.2 试验原水

根据一般微污染水源水质状况，采取配水的方式模拟常规沉淀处理后的水，配水方案：自来水在水箱中放置过夜以去除余氯后，投加0.5g葡萄糖，1.5g氯化铵，0.1g亚硝酸钠，2.5g牛肉膏，表征污染物质，试验进水水质状况见表1。

表1 实验进水水质参数

1.3 实验方法

在滤层厚度为100cm的情况下，分别研究空床停留时间为 7.5min，10min，15min，30min 时生物活性滤池对CODMn，氨氮，亚硝态氮，UV254的去除效果，实验所测指标及测定方法见表2。4个空床停留时间下分别做6组平行实验，测定各指标的进出水浓度，以求得去除率，并通过比较平均去除率来分析空床停留时间对各污染物质去除效果的影响规律。

表2 实验所测指标及测定方法

2 结果与分析

2.1 空床停留时间对有机物去除效果的影响

试验考察了CODMn和UV254两个指标，表3，表4为不同工况下去除率数值（%），图2反映了不同工况对有机物平均去除率的影响。

表3 各工况CODMn去除率数值

表4 各工况UV254去除率数值

图2 各工况有机物平均去除率比较

试验结果显示，在空床停留时间为7.5min-15min，生物活性滤池对有机物去除率的影响较为显著，随着空床停留时间的增加去除率明显提高，当EBCT增加到一定值后，对有机物的去除率影响程度逐渐减小。生物活性滤池能有效去除的是可生物降解有机物(BDOC)，尤其是生物可同化有机碳(AOC)，LeChevallier等的研究表明，在生物活性滤池内只需2min左右,微生物就能够降解62%-90%的AOC，但是要去除90%的BDOC,却需要10-20min的接触时间。[1]因此,为了保证微生物对有机物的充分降解，停留时间也不宜过短。

表4表明，UV254的去除受EBCT影响较大, 随EBCT的增加一直保持较明显增长趋势。这是因为在紫外区有强吸收的物质一般分子量较大，这部分有机物大部分属于难生物降解的物质,微生物与其作用需要较长的反应时间，生物膜对这些物质的去除主要通过两方面的作用：一方面，微生物胞外酶将大分子有机物分解为小分子有机物，然后被微生物所利用；另一方面，微生物分泌的多聚糖等黏性物质有类似化学絮凝的作用，使部分大分子有机物在生物反应器中被生物膜吸附,反冲洗时被带出反应器。[2]

生物活性滤池对CODMn去除率高于UV254的原因是CODMn包含胶体部分的有机物，经过普通过滤的截留作用也能去除，而UV254所代表的有机物是溶解态的，反映的是水中芳香族化合物和具有共轭双键的化合物的含量，依靠生物降解作用能对其部分去除，但效果有限。

2.2 空床停留时间对氨氮，亚硝态氮去除效果的影响

微污染原水中的氮以有机氮，氨氮，亚硝酸盐氮，硝酸盐氮的形式存在，有机氮通常在氨化菌的作用下转化为氨氮，[3]虽然供水中的氨氮对健康不造成直接影响，但是为自养菌繁殖的电子供体，会对水处理过程产生一定危害。当氨氮浓度达到0.25mg/L就足以使硝化菌生长，而硝化菌和氨释放出来的有机物会产生臭味。在消毒工艺中，氨与氯会形成氯胺,同时消耗大量的氯，降低消毒效果。而亚氮的存在对饮用水的安全不利，人体中亚氮的积累会取代红细胞中氧的位置，最终导致窒息。亚氮在水中与二级胺、酰胺或类似氮氧化物发生反应，形成直接致癌的亚硝基化合物，从而影响人体身体健康。[4]

生物活性滤柱对氨氮的去除是在亚硝化杆菌的作用下先将氨氮氧化成亚硝酸盐氮，然后硝化杆菌将亚硝酸盐氮氧化成硝酸盐氮。就微污染水源而言，水中有机物浓度低，这种水质有利于自养型细菌生长，氨氮硝化过程较容易完成。表5，表6为不同工况下氨氮和亚硝酸盐氮的去除率，图3是平均去除率比较。

表5 各工况氨氮去除率数值

表6 各工况亚硝酸盐氮去除率数值

图3 各工况氨氮，亚硝酸盐氮平均去除率比较

由图3可见，当EBCT为7.5min-10min氨氮的去除率增加较明显，当停留时间过短，水力负荷过大，填料表面的生物膜受到较强的冲刷，有所损失，所以对氨氮的去除率会较低，EBCT由57.5%上升至75.3%，当EBCT大于10min，其去除率随停留时间的增加变化不大，稳定在85%左右，氨氮去除率高的原因是：1.虽然有机氮降解速度大于氨氮降解速度，但是试验进水中有机氮的含量很低；2.本实验是在微生物驯化富集已达到稳定的条件下完成的，硝化杆菌和亚硝化杆菌生长均已成熟，硝化能力较强，能在较短时间将氨氮吸附分解氧化。

而EBCT小于10min时，出现了明显的亚硝酸盐氮积累现象，且EBCT越小积累现象越严重，因为氨氮的硝化过程是分两步进行的，需要一定的接触时间作保证，当细菌与氨氮的接触时间不够时，反应便只能进行到亚硝化阶段，EBCT为10min-15min时，亚硝酸盐氮积累现象逐渐消失，且去除率随EBCT增加明显的上升，到15min时达到97%，因为硝化杆菌已经形成稳定的状态，只要接触时间足够，则很容易将亚硝态氮氧化为硝态氮。而EBCT在30min时，亚硝酸盐氮去除率明显下降，所以最适宜EBCT为 15min。

3结 论

生物活性滤池在滤层厚度一定的条件下，空床停留时间在7.5min-30min范围内，对污染物质的去除率随着空床停留时间的增加均有所提高，到15min以后增长不明显。当停留时间小于15min并继续缩短时，去除率明显降低。虽然空床停留时间的增加有利于生物活性滤池对污染物质的去除，但是会使得工程投资增加，所以在保证污染物质去除效果的前提下，不适宜采取过长的空床停留时间，在本试验研究条件下，最适宜EBCT为15min。

[1]LECHEVALLIERMW,BECKERW C,SCHORR P.Evaluating the performance of biologically active rapid filters[J].Journal of AmericanWaterWorksAssociation,2006,84:136-146．

[2]王占生,刘文君．微污染水源饮用水处理[M]．北京:中国建筑工业出版社,2002:10-11．

[3]孟庆梅，孟庆娟，韩超．生物过滤处理为污染水机理分析[J]．山东理工大学学报（自然科学版），2009，23（3）:69-72．

[4]王华,谭秋，吕锡武，杨开明．空床停留时间对生物活性滤池强化过滤效果研究[J]．安徽农业科学，2009，37(16):7634-7635，7641．

The Effect of EBCT on Biologically Enhanced Activated Filter

Wu Wenjing,Hua Rimao,Xu Wei
(School of Resources and Environment,Anhui Agricultural University,Hefei 230036,China)

The thesis analyzes the effect of EBCT on the removal of organic compounds,ammonianitrogen and nitrite-nitrogen based on the same thickness of filter layer.The results show that the average removal rates of pollutant grow with the increase of EBCT,however,the affect trails off when EBCT exceeds 15mins.Under the optimal EBCT of 15min,the removal rates of CODMn,UV254,ammonia-nitrogen and nitrite-nitrogen are 32.2%,21.2%,83.2%and 97.3%separately.

EBCT;biologically enhanced activated filter;organic matter;ammonia-nitrogen;nitritenitrogen

TU991.2

A

1672-447X（2011）03-0058-003

2010-11-28

吴文静（1986-）,安徽屯溪人，安徽农业大学硕士研究生,研究方向为水污染控制与给水净化。

胡德明