齊兵強(qiáng)¹，王占生¹，崔玉川²
（1.清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，北京100084；2.太原理工大學(xué)環(huán)境工程系，山西太原030024）

　　摘要：采用了一種新的水處理工藝——生物陶粒膨脹床處理微污染原水，同時(shí)對(duì)生物陶粒膨脹床和固定床的處理效果作了比較。結(jié)果表明，在不同水力負(fù)荷及氣水比下，生物陶粒膨脹床對(duì)CODMn、UV254等的處理效果均比固定床有一定程度的提高。
　　關(guān)鍵詞：微污染原水；CODMn；UV254；生物陶粒膨脹床；生物陶粒固定床
　　中圖分類(lèi)號(hào)：TU991.2
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:C
　　文章編號(hào)：1000-4602(2000)11-0055-03

　　1 試驗(yàn)方法

　　整個(gè)裝置由生物陶粒膨脹床、生物陶粒固定床、砂濾柱、水泵、連接管道、流量計(jì)和閥門(mén)等組成。砂濾柱主要用來(lái)截留生物陶粒膨脹床出水所帶出的生物膜及濁度物質(zhì)。試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1。
　　1.1 流程說(shuō)明
　　水流程：安徽蚌埠三水廠(chǎng)沉淀池出水經(jīng)泵加壓后，同時(shí)進(jìn)入膨脹床和固定床。膨脹床出水進(jìn)入砂濾柱，流出后待測(cè)。固定床出水可直接測(cè)定，也可再經(jīng)砂濾柱后再測(cè)定。
　　氣流程：空氣由空壓機(jī)壓縮后經(jīng)流量計(jì)、閥門(mén)從底部進(jìn)入膨脹床和固定床。

　　1.2 試驗(yàn)參數(shù)
　　生物陶粒膨脹床的載體裝載高度1.7m，膨脹后高度約2.0m，墊層高度40cm，柱直徑100mm，陶粒粒徑0.56mm，水力負(fù)荷4～8m³/(m²·h)，氣水比0.5～1.0。砂濾柱的裝砂高度0.7m，墊層高度30cm，砂粒徑0.5～1.2mm，柱直徑100mm。生物陶粒固定床的載體高度1.7m，墊層高度30cm，柱直徑100mm，陶粒粒徑2～5mm，水力負(fù)荷4～10m³/(m2·h)，氣水比0.5～1.0。

　　2 試驗(yàn)結(jié)果

　　試驗(yàn)采用沉淀池出水作為待處理水，并分別采用不同水力負(fù)荷［4～10m³/(m²·h)］和氣水比(0.5～1.0)等各種工況，對(duì)生物陶粒膨脹床的處理效果進(jìn)行了考察。同時(shí)，在相同條件下(水質(zhì)、水溫、水力負(fù)荷、氣水比等)與生物陶粒固定床作對(duì)比研究，考察了兩者去除CODMn、UV254的效果，結(jié)果見(jiàn)表1、2。

　　3 討論與分析

　　在膨脹床中，影響COD_Mn去除效果的因素有如下幾點(diǎn)：膨脹率、停留時(shí)間、生物量、原水COD_Mn值及其組成、水溫、溶解氧、水力負(fù)荷、氣水比、pH值等。在載體一定的條件下，膨脹率主要由水力負(fù)荷決定，停留時(shí)間由水力負(fù)荷和氣水比決定，生物量由原水COD_Mn值及其組成、膨脹率、水力負(fù)荷及氣水比等決定。試驗(yàn)中，原水水溫、DO、pH值、有機(jī)物組成可視為基本不變，進(jìn)水COD_Mn值變化很小，因此主要有四個(gè)影響因素：膨脹率、停留時(shí)間、水力負(fù)荷與氣水比。
　?、?膨脹率。在膨脹床中，由于氣泡的不斷攪拌，載體緩慢流動(dòng)，這可加強(qiáng)傳質(zhì)過(guò)程和老化生物膜的脫落。在合適的范圍內(nèi)提高水力負(fù)荷和氣水比，進(jìn)而提高膨脹率，可提高對(duì)CODMn的去除率。
　?、?停留時(shí)間。對(duì)有機(jī)物的生物氧化需要一定的時(shí)間，短時(shí)間內(nèi)微生物只能將水中某些大分子有機(jī)物部分氧化為小分子，而不能徹底氧化為水和二氧化碳。而某些有機(jī)物，短時(shí)間內(nèi)僅能將其吸附在生物膜表面，不能被氧化。因而延長(zhǎng)停留時(shí)間可在一定程度上提高CODMn的去除率。表1中，在水力負(fù)荷為4m³/(m²·h)、氣水比為0.5時(shí)，COD_Mn的去除率較高，認(rèn)為主要是停留時(shí)間較長(zhǎng)的緣故。
　?、?水力負(fù)荷。增加水力負(fù)荷一方面會(huì)提高膨脹率，有利于提高COD_Mn的去除率；另一方面又會(huì)縮短停留時(shí)間，降低了COD_Mn的去除率。因此，在水力負(fù)荷的變化中，會(huì)存在一個(gè)平衡點(diǎn)，此處COD_Mn的去除率相對(duì)最高。從表1可看出，在水力負(fù)荷為6m³/（m²·h）、氣水比為0.5時(shí)，去除率相對(duì)另外兩個(gè)狀態(tài)較高。
　　④ 氣水比。適當(dāng)?shù)臍饬靠杀ＷC好氧生物正常生長(zhǎng)、繁殖；過(guò)量的氣量會(huì)在床體中搶占水的空間，縮短水與生物膜的接觸時(shí)間，降低COD_Mn的去除率。從表1可見(jiàn)，隨著氣水比的增加，COD_Mn的去除率有所下降。試驗(yàn)中出水溶解氧均超過(guò)4.5mg/L。
　　從試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看，膨脹床對(duì)COD_Mn的去除率在各種工況下均比固定床高10%左右。主要有兩方面原因：一是膨脹床的陶粒載體顆粒粒徑比固定床的小得多(膨脹床0.3～0.56mm，固定床2～5mm)，小的粒徑具有大的比表面積，在相同載體體積情況下，可因比表面積的增大而獲得更多的生物量，采用灼燒減重法測(cè)定的結(jié)果顯示了膨脹床中單位重量載體的生物量比固定床提高了17.4%(固定床3.8mg生物量/g陶粒，膨脹床4.6mg生物量/g陶粒)，這樣在相同空床停留時(shí)間內(nèi)，膨脹床比固定床可氧化分解更多的有機(jī)物；二是膨脹床比固定床更有效地更新了生物膜，強(qiáng)化了生物膜的活性及有機(jī)物的傳質(zhì)過(guò)程。膨脹床在氣、水的共同作用下，載體處于膨脹狀態(tài)，陶粒顆粒一方面會(huì)發(fā)生自旋，另一方面會(huì)有速度較慢的位置移動(dòng)，在此過(guò)程中，陶粒之間的摩擦、碰撞作用使得表面的生物膜總處于更新?tīng)顟B(tài)。而固定床在運(yùn)行一段時(shí)間后，內(nèi)部存積了許多形成濁度的物質(zhì)，且覆蓋在生物膜表面，降低了生物膜的活性，膨脹床則很少截留濁度物質(zhì)，故可保持生物膜的高活性。
　　近年來(lái)，隨著水質(zhì)檢測(cè)手段和公眾健康意識(shí)的提高，人們?cè)絹?lái)越意識(shí)到水中“三致物”(如三鹵甲烷等)的危害。一般水中均存在一定量的三鹵甲烷前驅(qū)物，加氯消毒會(huì)直接將其大部分轉(zhuǎn)化為三鹵甲烷。因UV254與水中三鹵甲烷前驅(qū)物有很好的相關(guān)性，故其相對(duì)值可間接反應(yīng)水中三鹵甲烷前驅(qū)物的相對(duì)含量。在紫外波長(zhǎng)254nm下存在吸光度的物質(zhì)主要為大分子芳香族化合物，其分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大部分為難生物降解的物質(zhì)，主要依靠微生物的吸附作用來(lái)去除它們。從表2可看出，在不同水力負(fù)荷和氣水比條件下，生物陶粒膨脹床對(duì)UV₂₅₄的去除率均比固定床高10%左右。由此也可看出，對(duì)某些難生物降解有機(jī)物的去除，膨脹床在生物絮凝、吸附方面比固定床有一定的優(yōu)越性。

　　參考文獻(xiàn)：
　?。?］王占生，等.顆粒填料生物接觸氧化法處理微污染水源水研究［A］.錢(qián)易，等.水工業(yè)與可持續(xù)發(fā)展［C］.北京：清華大學(xué)出版社，1998.
　　［2］許保玖，等.給水處理理論與設(shè)計(jì)［M］.北京：建筑工業(yè)出版社.1992.