仲麗娟¹，朱明章¹，李偉¹，古玉兵1，姚雨霖²，趙友石²
(1.成都市自來(lái)水總公司，四川成都610072；2.重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶400045)

　　摘　要：采用由惰性和活性濾料(由極性和非極性濾料復(fù)合而成)復(fù)合構(gòu)成的新型生物活性濾料濾池進(jìn)行過(guò)濾試驗(yàn)。結(jié)果表明，該濾池對(duì)氨氮的去除率＞90%，對(duì)CODMn的去除率＞40%，使Ames試驗(yàn)致突變性降低約1/3左右，其出水水質(zhì)滿足國(guó)家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—85)，具有較好的處理效果。
　　關(guān)鍵詞：復(fù)合生物活性濾料；生物濾池；給水處理
　　中圖分類(lèi)號(hào)：TU991.24文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：1000-4602(2001)12-0001-05

Study on the Characteristics of Biofilter with Composite Active Medium
ZHONG Li-juan1，ZHU Ming-zhang1，LI Wei1，GU Yu-bing1，YAO Yu-lin2，ZHAO You-shi2

(1.Chengdu City General Water Supply Co.,Chengdu 610072,China; 2.School of Urban Construction and Environmental Engineering,Chongqing University,Chongqing 400045,China)

　　Abstract：Test was made for the new type biofilter composed of inactive and active medium (polar and non-polar medium).Test results show that in the filter,removal rate of NH3-N and CODMn is＞90% and 40% respectively,so that the mutation rate arising from Ames test is decreased by about 1/3.The effluent quality can meet the national standard 《Sanitary Standard for Drinking Water》(GB 5749—85),with better treatment efficiency being achieved.
　　Keywords:composite bioactive medium;biofilter;water treatment

　　以沙河為水源的水廠，其制水能力約占成都市自來(lái)水公司總制水能力的40%，但隨著城市的發(fā)展，沙河原水受生活污水、工業(yè)廢水、農(nóng)田排灌廢水及垃圾等污染的程度呈加重趨勢(shì)，若遇暴雨則污染更為明顯。根據(jù)1997年—2000年的監(jiān)測(cè)結(jié)果，原水色度一般為12～45 倍(少數(shù)時(shí)間超過(guò)40 倍)，CODMn最高為10.28 mg/L，BOD最高達(dá)27.35 mg/L，NH₃-N一般為0.5 mg/L(暴雨時(shí)曾高達(dá)2.56 mg/L，在短時(shí)間內(nèi)給水廠生產(chǎn)造成了一定困難)。
　　復(fù)合生物活性濾料濾池是由活性和惰性濾料復(fù)合構(gòu)成濾床，在保持濾池去除懸浮物功能的基礎(chǔ)上強(qiáng)化濾池去除有機(jī)物的能力，其中的活性濾料由極性和非極性濾料復(fù)合構(gòu)成，用以提高濾池吸附、去除有機(jī)物的能力［1］。該濾池還采用空氣充氧，是一種生物濾池。

1　試驗(yàn)內(nèi)容

　　該試驗(yàn)主要研究復(fù)合生物活性濾料濾池的掛膜情況和在正常運(yùn)行下對(duì)COD和NH₃-N等污染物的去除情況以及濾后水消毒后的水質(zhì)是否能夠滿足國(guó)家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》、Ames試驗(yàn)結(jié)果是否比現(xiàn)有工藝有明顯改善。
　　試驗(yàn)在五水廠進(jìn)行，復(fù)合生物活性濾料濾池的待濾水來(lái)自該廠的機(jī)械加速澄清池，濾后水則進(jìn)入移動(dòng)罩濾池的清水渠，其整體流程如下：

　　

　　水廠生產(chǎn)中采用預(yù)氯化以抑制藻類(lèi)的生長(zhǎng)，因預(yù)氯投加量很低(約0.3 mg/L)，所以試驗(yàn)濾池進(jìn)水的余氯一般為零，不會(huì)影響濾池的微生物作用。
　　復(fù)合生物活性濾料濾池是一座過(guò)濾面積為1.44m²的小型氣水反沖洗濾池，采用V 1/2長(zhǎng)柄濾頭配水、配氣(氣源是一臺(tái)SL 80羅茨鼓風(fēng)機(jī))。濾池內(nèi)裝3種濾料，分別是ZJ—15型顆粒活性炭(GAC，d=1.0～2.0 mm)、活性氧化鋁(AA，d=1.5～2.0 mm)和石英砂(d10=0.81,k80=1.18)。為保持生物活性濾料濾池中生物的活性，充分發(fā)揮生物氧化作用對(duì)有機(jī)物的去除能力，宜盡量提高水中溶解氧的含量，為此采用空壓機(jī)通過(guò)分布在濾床上的布?xì)忸^向待濾水中充氧。
　　該濾池采用三段式氣水反沖洗，其強(qiáng)度及時(shí)間如下：
　　第一階段為氣沖洗，q氣=8L/(m²·s) ，t=5 min；第二階段為氣水同時(shí)沖洗，q氣=8L/(m²·s)，q水=8L/(m²·s)，t=8 min；第三階段為水沖洗，q水=8L/(m²·s)，t=5 min。

2　結(jié)果與分析

2.1　掛膜
　　掛膜從2000年6月19日開(kāi)始，掛膜條件是：過(guò)濾的空床接觸時(shí)間(EBCT)為22.5 min，水溫t為19～21 ℃，充氣量約為1.6 L/(m2·s)。掛膜期間的濾池進(jìn)水濁度為1.72～7.12 NTU，出水濁度為0.13～0.73 NTU，除濁率為79.7%～96.4%；進(jìn)水色度為6～22倍，出水色度≤8倍。
　　掛膜開(kāi)始時(shí)濾池雖裝填了大量活性濾料，但對(duì)NH3-N的去除率只有20%左右，9 d后濾池對(duì)NH₃-N的去除則有了較明顯的提高(逐漸上升到50%以上)，說(shuō)明在此過(guò)程中濾料上逐漸生長(zhǎng)形成生物膜。17 d后濾池的CODMn的去除率穩(wěn)定在20%以上，NH₃-N的去除率達(dá)50%以上，此時(shí)可以認(rèn)為掛膜已經(jīng)完成，濾池進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段(見(jiàn)圖1)。

2.2穩(wěn)定運(yùn)行期的過(guò)濾效果
　　穩(wěn)定運(yùn)行期為2000年7月5日—9月4日，其間進(jìn)行了不同濾速下的過(guò)濾效果試驗(yàn)。
2.2.1對(duì)氨氮的去除
　　試驗(yàn)期間沙河原水中氨氮含量為0.32～1.19 mg/L，濾池進(jìn)水氨氮為0.11～0.74 mg/L。在不同的EBCT下(分別為18、12、9 min)復(fù)合生物活性濾料濾池對(duì)NH3-N的去除率＞50%。隨著EBCT的縮短，濾池對(duì)NH₃-N的去除率略呈下降趨勢(shì)。EBCT=18 min時(shí)，NH₃-N平均去除率為96%；EBCT=12 min時(shí)，其平均去除率為95%；EBCT=9 min時(shí)，其去除率降至89%，但總體上該濾池對(duì)NH₃-N的去除效率很高。
2.2.2對(duì)CODMn的去除
　　當(dāng)濾池進(jìn)水CODMn含量為1.07～2.66 mg/L,在不同EBCT值時(shí)復(fù)合生物活性濾料濾池對(duì)CODMn的去除率有所不同(見(jiàn)圖2)。

　　由圖2可見(jiàn)，EBCT值越高，其CODMn的去除率也越高。在EBCT=9、12、18 min時(shí)，復(fù)合生物活性濾料濾池對(duì)CODMn的平均去除率分別為42%、44%、47.8%。該結(jié)果比在內(nèi)江所做的試驗(yàn)結(jié)果略有提高，這是復(fù)合生物活性濾料濾池中活性濾料所占比例較大的緣故。
2.2.3對(duì)色度的去除
　　試驗(yàn)期間沙河原水色度最高達(dá)45倍，最低為零，平均為12.5倍，而經(jīng)機(jī)械加速澄清池處理后進(jìn)入復(fù)合生物活性濾料濾池后其色度一般為0～22倍，平均為7.3倍，濾池平均出水色度＜1倍。復(fù)合生物活性濾料濾池的進(jìn)、出水色度的變化如圖3所示。

2.2.4　出水水質(zhì)分析
　　對(duì)新型復(fù)合生物活性濾料濾池處理出水模擬消毒后進(jìn)行全分析，結(jié)果表明完全滿足GB 5749—85所規(guī)定的水質(zhì)要求。
2.2.5　Ames試驗(yàn)
　　委托華西醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院對(duì)沙河原水(1#)、澄清池出水(2#)、水廠出水(3#)、復(fù)合生物活性濾料濾池出水(4#)及其出水的模擬消毒水(5#)、取消預(yù)氯化的復(fù)合生物活性濾料濾池出水模擬消毒水(6#)共6個(gè)水樣各富集150 L、采用平板摻入法進(jìn)行了Ames致突變?cè)囼?yàn)。6組水樣對(duì)TA98、TA100兩種菌株在不同劑量下的致突變率見(jiàn)圖4、5。

由圖4、5可知：
　　①1#沙河原水、2#澄清池出水和4#新型復(fù)合生物活性濾料濾池過(guò)濾出水(未加氯消毒時(shí))不具有致突變性?！　?br> 　?、?個(gè)消毒后的水樣在一定的劑量范圍內(nèi)，其致突變率MR＞2，具有劑量反應(yīng)關(guān)系和重現(xiàn)性，具有致突變性。

　?、坌滦蛷?fù)合生物活性濾料濾池的消毒出水對(duì)TA98和TA100的最低致突變劑量為3.0 L/皿，該劑量較水廠現(xiàn)有工藝降低約1/3左右，可以認(rèn)為該過(guò)濾工藝對(duì)Ames試驗(yàn)具有較明顯的改善效果。
　?、鼙M管預(yù)氯化的投氯量非常小，但仍可以看出預(yù)氯化的(6#)比未預(yù)氯化的(5#)在相同劑量下的MR值略高，這證明預(yù)氯化使水中的致突變物有所增加。因此，若從水質(zhì)安全角度考慮，應(yīng)該選用其他更加安全的殺藻方式。
　?、萆|(zhì)聯(lián)機(jī)(GC/MS/DS)分析委托中國(guó)科學(xué)院成都分院的化學(xué)分析檢測(cè)中心對(duì)沙河原水(1#)、澄清池出水(2#)、復(fù)合生物活性濾料濾池出水(3#)及其消毒水(4#)進(jìn)行了色質(zhì)聯(lián)機(jī)分析。對(duì)4組水樣中檢出的有機(jī)物進(jìn)行分類(lèi)，結(jié)果見(jiàn)表1。
由表1可知：
　　a.原水中共檢出84種有機(jī)物，其中主要是芳香烴、直鏈烷烴、雜環(huán)化合物和酯類(lèi)；原水中強(qiáng)極性的有機(jī)物11種，中強(qiáng)極性的14種，共占原水中有機(jī)物總數(shù)的30%左右，這證明試驗(yàn)時(shí)的復(fù)合生物活性濾料濾池選用非極性的GAC和極性的AA兩種濾料有其合理性。

表1　水樣中的有機(jī)物分類(lèi) 序號(hào) 類(lèi)別 極性 飽和性 種類(lèi)數(shù) 1# 2# 3# 4# 1 直鏈烷烴 無(wú)或弱極性 飽和 16 22 11 20 2 酮類(lèi) 強(qiáng) 主要為不飽和 2 4 1 0 3 環(huán)烷烴 無(wú) 飽和 4 0 0 1 4 烯類(lèi) 無(wú)或弱極性 不飽和 3 1 1 1 5 酯類(lèi) 中 飽和、不飽和各為1/2 12 2 4 4 6 醇類(lèi) 強(qiáng) 主要為飽和 6 0 1 5 7 芳香烴 弱 不飽和 22 3 2 6 8 雜環(huán)化合物 弱 主要為飽和 12 2 5 5 9 胺類(lèi) 中 不飽和 1 1 4 3 10 酚類(lèi) 弱 不飽和 0 1 0 0 11 酸類(lèi) 強(qiáng) 不飽和 3 8 5 10 12 炔類(lèi) 弱 不飽和 1 0 0 1 13 醚 中 飽和 1 1 1 1 14 醛類(lèi) 中 不飽和 0 0 4 0 15 其他 1 3 4 3 16 總計(jì) 84 48 43 60

　　由原水檢出的84種有機(jī)物中，有9種是屬于美國(guó)129種優(yōu)先控制污染物之列，5種屬于中國(guó)的68種水中優(yōu)先控制污染物(如表2)，其中主要是苯類(lèi)、酯類(lèi)和多環(huán)芳烴，還有一種鹵代烴。這些重點(diǎn)污染物主要來(lái)自一些塑料、化工工業(yè)的污染。

表2　原水中的有害有機(jī)物

序號(hào) 屬于USEPA的129種優(yōu)先控制的有機(jī)物 屬于中國(guó)68種水中優(yōu)先控制污染物的有機(jī)物 1 四氯乙烯 四氯乙烯 2 二乙基鄰苯二甲酸酯 甲苯 3 蒽 乙苯 4 二丁基鄰苯二甲酸酯 對(duì)二甲苯 5 甲苯 熒蒽 6 乙苯 　 7 二甲基鄰苯二甲酸酯 　 8 熒蒽 　 9 芘 　

　　原水中直鏈烷烴的大量存在主要是因?yàn)樗瓷嫌渭爸車(chē)性S多加油站和洗車(chē)場(chǎng)，其廢水直接排入沙河。大量雜環(huán)化合物之所以存在，一方面可能是天然動(dòng)植物代謝的產(chǎn)物，另一方面也可能是因?yàn)榇嬖谝欢ǖ娜藶槲廴尽＝?jīng)綜合分析可知，沙河原水的主要污染是油類(lèi)、工業(yè)污染，所以應(yīng)對(duì)該類(lèi)主要污染源加以重點(diǎn)治理。
　　b.澄清池出水中共檢出有機(jī)物48種，其中直鏈烷烴約占1/2，其次是酸類(lèi)、酮類(lèi)等。與原水相比，澄清池出水中的芳香烴、雜環(huán)化合物、酯類(lèi)明顯減少，而直鏈烷烴種數(shù)占有更明顯的優(yōu)勢(shì)，這說(shuō)明機(jī)械攪拌澄清池對(duì)去除芳香烴、雜環(huán)化合物等具有明顯的作用，而對(duì)直鏈烷烴作用效果較差。
　　c.復(fù)合生物活性濾料濾池出水中共檢出有機(jī)物43種，仍以直鏈烷烴為主，但其數(shù)量較原水和澄清池出水已有了較大幅度的減少，而酸類(lèi)、雜環(huán)化合物、醛類(lèi)、胺類(lèi)、酯類(lèi)所占的比例較澄清池出水(即試驗(yàn)濾池進(jìn)水)有較大提高，這應(yīng)是濾池中微生物新陳代謝作用的反映。
　　d.復(fù)合生物活性濾料濾池出水的消毒水中檢出有機(jī)物60種，其中的醇類(lèi)、酸類(lèi)、芳香烴種類(lèi)有所增加，直鏈烷烴所占的比例明顯增大。該水中只檢出了3種鹵代烴，可能是生成的各種鹵代烴含量非常少(氯仿為11 μg/L,四氯化碳＜0.2 μg/L)，以致在色譜圖上出現(xiàn)的峰值非常低的緣故。

3　經(jīng)濟(jì)分析

　?、倥c傳統(tǒng)工藝相比。以新建的某10×10⁴m³/d的現(xiàn)代化供水工程為例(該水廠的主要構(gòu)筑物為取水泵站、斜管預(yù)沉池、格網(wǎng)反應(yīng)斜管沉淀池、V型濾池、清水池、二泵站)，經(jīng)計(jì)算其中V型濾池采用新型復(fù)合生物活性濾料比采用均質(zhì)石英砂增加投資約22.3%，水廠總體投資增加約2.3%。
　?、谂c采用臭氧活性炭工藝的水廠相比。經(jīng)計(jì)算使用新型生物活性復(fù)合濾料濾池比采用臭氧—活性炭法的可降低水廠基建投資15%，節(jié)約電耗為574.5×10⁴(kW·h)/a，其價(jià)值為219萬(wàn)元。

4　結(jié)論

　?、傩滦蛷?fù)合生物活性濾料濾池可去除氨氮90%以上、CODMn40%以上，降低致突變性約1/3左右，出水水質(zhì)滿足國(guó)家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》，具有較好的處理效果。
　　②實(shí)際工程中，適用于新建濾池或改建V型濾池，用以降低水中有機(jī)物和飲用水的致突性，對(duì)保障人民身體健康等具有重要的社會(huì)意義。
　?、坌陆ɑ蚋慕〞r(shí)，新型生物活性濾料濾池簡(jiǎn)單易行，且比其他方法節(jié)省能源，但由于需換部分濾料(活性炭和活性氧化鋁)，將使其建設(shè)總投資約增加20%。

參考文獻(xiàn)：

　　［1］姚雨霖，仲麗娟,等.新型充氧復(fù)合多層濾料濾床過(guò)濾技術(shù)的研究［A］.給水委員會(huì).中國(guó)給水五十年回顧.第七屆年會(huì)論文集［C］.重慶：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.253-258.

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　　作者簡(jiǎn)介：仲麗娟(1975-)，女，山東樂(lè)陵人，碩士，主要研究方向?yàn)榻o水處理。
　　電　　話：(028)7775463
　　E-mail:lijuanzhong@263.net
　　收稿日期：2001-05-31