生物慢滤对污染物的去除效果研究

2012-05-05李文露

化学与生物工程 2012年1期

关键词：滤料浊度生物膜

李丽，王琳，李文露，豆洁

(1.昆明理工大学建筑工程学院,云南昆明 650224；2.昆明市给水工程设计院，云南昆明 650224)

随着经济的快速发展，世界范围内的饮用水水源普遍受到了污染，传统的净水处理工艺已难以有效去除原水中的有机物、氨氮等污染物。因此，微污染原水的处理已成为一项既重要又紧迫的研究课题。

1 实验

实验用水为昆明理工大学用于绿化的中水。

生物慢滤处理微污染原水的实验装置由透明有机玻璃制成，内径为5 cm，整个滤柱的高度为1.5 m。滤柱的最底部填装承托层，用于收集出水及防止滤料流失，承托层总高度为20 cm，分为两层，上层为2～4 mm的砾石，高度为10 cm，下层为4～8 mm的砾石，高度为10 cm。滤层高度为1.0 m，滤料为单层石英砂，粒径为0.3～0.5 mm。慢滤柱的侧壁上，在滤层高度为10 cm、40 cm、70 cm、100 cm处分别设置取样口，在滤柱的另一侧与取样口对应的高度设置取砂口。

本实验滤速为0.2 m·h-1，采用输液器来控制流速。高位水箱也由透明有机玻璃制成，有效容积为18 L(30 cm×20 cm×30 cm)。为避免慢滤柱受到光合作用的影响，用黑色塑料袋包裹滤柱。

2 结果与讨论

2.1 生物慢滤对浊度的去除效果(图1)

图1 生物慢滤对浊度的去除效果

由图1可知，生物慢滤对浊度的去除效果很好，随着运行时间的延长，浊度去除效果总体呈平稳趋势，进水浊度为9.9～15.7 NTU，去除率为89.9%～94.9%，平均去除率达92.3%，出水浊度一直低于1.2 NTU。由于挂膜方式采用自然挂膜法，微生物的生物活性较高[3]，生物膜老化脱落的速率较慢，因此能有效地阻碍絮体和悬浮颗粒穿透滤层，更好地发挥滤柱的传统吸附截留作用和生物吸附作用，使得出水浊度较低。

2.2 生物慢滤对CODMn的去除效果(图2)

图2 生物慢滤对CODMn的去除效果

由图2可知，生物慢滤对CODMn的去除效果较好，CODMn的去除率为32.5%～36.4%，平均去除率达34.5%。

许多研究显示生物法对CODMn的去除效果并不理想，去除率只有10%～25%[4，5]。这是由于CODMn代表易氧化的有机物，而水中的大分子有机物不容易被氧化降解，因此较难去除。本实验慢滤柱对有机物的去除率较高，可能是因为表层生物膜形成了对大分子有机物进行氧化降解和分解的微生物环境；另外，本实验采用的实验用水为学校内用于绿化的中水，已经过简单处理，水中的大分子有机物较少，这也可能是CODMn去除率有所提高的原因。

2.3 生物慢滤对-N的去除效果(图3)

图3 生物慢滤对-N的去除效果

2.4 生物慢滤对TN的去除效果(图4)

图4 生物慢滤对TN的去除效果

由图4可知，生物慢滤对TN的平均去除率为45.2%，进水TN浓度为2.95～3.60 mg·L-1，为劣Ⅴ类水体，经慢滤处理后出水TN浓度低于2.00 mg·L-1，为Ⅴ类水体，出水水质提高了一个等级。

慢滤柱对TN的去除主要是滤柱内石英砂滤料反硝化作用的结果。在运行初期，TN去除率不高，其原因可能是在短期内未形成反硝化的微生物环境，随着运行时间的延长，滤料层生物膜形成了稳定的反硝化微生物环境，TN的去除率逐渐上升并趋于稳定。

2.5 生物慢滤对TP的去除效果(图5)

图5 生物慢滤对TP的去除效果

由图5可知，生物慢滤对TP的平均去除率达到30.6%，进水TP浓度为0.20～0.31 mg·L-1，经慢滤净化后出水TP浓度为0.14～0.20 mg·L-1，出水水质提高了一个等级。这可能是因为，慢滤柱内生物膜形成了稳定的除磷微生物环境，能够很好地满足反硝化除磷菌的生存条件，大量反硝化除磷菌得以生长。对慢滤柱内的微生物生物相进行检测，结果也显示有类似菌属的存在，因此可以认为慢滤柱能够很好地满足反硝化除磷菌的生存条件，有利于反硝化除磷过程的进行。