生物接触氧化法在湖南给水预处理中应用的可行性研究

　　摘要：采用生物接触氧化法预处理给水厂微污染原水是保证自来水水质达标的一种比较经济的方法之一。在研究中采用生物接触氧化法工艺，考察了停留时间、曝气器、填料品种、原水PH值和温度对微生物净化微污染原水的影响。结果表明，随着停留时间的延长，微生物对各类污染物的去除率增大，根据湘江的水质现状及实际工程的运行状况，有效水力停留时间控制在1.5h左右为最经济实用；采用拱形微孔曝气器和弹性丝填料可保证微生物对各类污染物的去除满足要求；在PH值为5-7的中性和弱酸性环境中微生物对各类污染物去除率较高；水温在15-35℃之间，水温对接触氧化池处理效果影响不大。但当水温低于10℃时，水温对处理效果有一定影响。
　　关键词：给水预处理、微污染原水、生物接触氧化
　　湖南省境内主要包含湘、资、沅、澧四大水系，各水系水质情况不甚理想，均受到不同程度的污染。据省环境监测站及各地州市环境监测站近两年数据显示，目前湘江总体污染特征是以有机污染为主的重金属、微生物复合污染，主要污染物为石油类（5.6mg/L）、氨氮（6.1mg/L）、总磷（3.2mg/L）、挥发酚（0.50mg/L）、镉（0.03mg/L）、汞（0.0020mg/L）、砷（0.23mg/L），其中，石油类、氨氮、总磷污染范围广、污染程度较深，超过国家地表水环境五类标准近5倍；重金属金属镉、汞、砷污染也不容忽视，超过国家地表水环境五类标准近2倍，
　　我省大多数自来水厂处理工艺一般是絮凝沉淀、过滤和加氯消毒，比较简单，且少数处理厂面临着设备老化的现象，在水源水质恶化的条件下，经过处理的水很难保证达到国家生活饮用水水质的标准，会给人们的日常生活带来巨大的困难。为了解决日益突出的给水问题，提高出水水质：一是对自来水厂的处理工艺进行技术改造，但是改造费用庞大且改造周期较长，成效不大；二是在给水厂取水口用生物接触氧化法进行预处理、可以大量降解水中高分子有机污染物，同时吸附水中各种重金属及有毒有害物，且这种方法投资省、占地小、操作运行管理方便。显然，后种方案是最适合我省省情的一种方法。本实验采用生物接触氧化法工艺研究微生物对给水厂微污染原水中各类污染物的净化性能，并分析了相关影响因素及经济可行性，为下一步设计应用生物接触氧化法工艺预处理给水厂微污染原水提供理论基础。
　　1、材料与方法
　　1．1实验仪器、试剂和微污染原水
　　分光光度计（UV-2550，日本）、PH计（厦门中村仪器有限公司）、温度计（武汉天虹仪器有限公司）、电化学探头（武汉天虹仪器有限公司）、恒温培养箱（宁波江南仪器厂）；盐酸、烧碱、重铬酸钾、水扬酸均为分析纯；实验用废水取自长沙市第八给水厂取水段的微污染原水。
　　1.2实验装置
　　实验所用生物接触氧化反应器如图1所示。反应器主体由聚氯乙烯塑料加工而成，长40厘米，宽25厘米，深50厘米，体积50升，有效体积40升，深度方向设两层10厘米高的弹性丝状填料，下进水，上排水，反应器底部开一个污泥排放口。曝气空气由罗茨鼓风机提供，气流量用浮子流量计控制在40L/min.
　　                 
　　
　　
　　
　　
　1.3实验方法
　　活性污泥直接利用生活污水添加营养液曝气培养7天后挂膜成功，经培养后活性污泥性状稳定，SVI值基本维持在80mL/g，在实验室内25℃下，每个运行周期快速加入微污染原水20L后按曝气-沉淀-排水-闲置工序运行，曝气120min,沉淀30min，排水和闲置共30min，在曝气过程中每10min采集100mL水样，1000r/min离心2min，取上清液，采用水扬酸分光光度法测定微污染原水氨氮浓度，采用电化学探头法测定微污染原水溶解氧浓度，采用重铬酸盐法测定微污染原水COD浓度,采用比色法测定微污染原水浊度及色度。曝气结束时测定废水中污泥含量（MLSS）。
　　测定曝气时间对微生物净化微污染原水的影响时，在25℃下，采用同一批污泥，同一批原水，完成各循环处理周期。
　　测定曝气器和填料品种对微生物净化微污染原水的影响时，采用同一批微污染原水，选择穿孔曝气器组合半软性纤维填料及拱形微孔曝气器组合弹性丝填料两种方式，按相同工艺条件依次完成各循环处理周期。
　　测定PH对微生物净化微污染原水的影响时，用盐酸和烧碱调节出PH值为4、5、6、7、8、9的进水，在25℃下，依次完成各循环处理周期。由于PH值改变可能对微生物产生毒害作用，每个运行周期均更换污泥。
　　测定温度对微生物净化微污染原水的影响时，采用同一批微污染原水，按5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃依次升高温度完成各自循环处理周期。
　　2、结果与讨论
　　2．1曝气时间对微生物净化微污染原水的影响
　　曝气时间是生物接触氧化法处理微污染原水的重要工艺参数。在最短曝气时间内使微污染原水中各主要污染物得到最大程度削减，可节省废水处理运行费用和充分利用工艺处理能力。图2显示了微污染原水中各主要污染物去除率随曝气时间的变化。从图中可以看出，随着曝气时间的延长，石油类、氨氮、COD、色度、亚硝酸盐、总磷的去除率增大，其中石油类、氨氮、亚硝酸盐的去除率在曝气90min时，均越过85%；色度、总磷去除率越过50%；COD去除率越过30%;当曝气时间在90min以上时，各种污染物的去除率提高幅度不大。上述分析表明，采用生物接触氧化法处理微污染原水时，曝气时间控制在90min左右就可达到预处理要求。
　　               
　　
　　
　　
　　
　　图2微污染原水中各种污染物随曝气时间的变化
　　2．2曝气器及填料品种对微生物净化微污染原水的影响
　　图3为采用不同曝气器及填料品种在相同条件下处理微污染原水时各种污染物的去除率高低的比较。从图中可以看出，采用拱形微孔曝气器组合弹性丝填料方式时，各种污染物的去除率均比选择穿孔曝气器组合半软性纤维填料方式时高出10%以上。
　　                   
　　
　　
　　                            图3微污染原水中各种污染物随曝气器及填料的不同的变化
　　
　　
　　2．3PH对微生物净化微污染原水的影响
　　活性污泥泥徵生物种类复杂，其活性取决于其中的优势微生物。不同的微生物对酸碱的耐受性差异较大。在实验中，考察了PH在4-9范围内活性污泥对微污染原水中各种污染物去除率的变化情况（图4）。从图4中可以看出，污泥对石油类、氨氮、亚硝酸盐等主要污染物的去除率随PH呈抛物线变化趋势。PH在5-7范围内，污泥对污染物的去除率较高，均在85%左右；PH<5或>8时，污泥对污染物的去除率均快速下降。当PH=4和9时，污泥对污染物的去除率分别下降到约60%和45%。实验说明，降解污染物的微生物适于PH在5-7的中性和弱酸性环境生长。
　　            
　　
　　
　　
　　
　　
　                                  　图4不同PH进水经90min曝气后污染物的去除率
　　2．4温度对微生物净化微污染原水的影响
　　温度是影响微生物活性的重要因素之一，活性污泥中的微生物适宜的温度范围为10-45℃，本实验考察了在5-35℃范围内水温改变对活性污泥降解微污染原水中主要污染物氨氮能力的影响（图5）。从图5中可以看出，温度为15℃、20℃、25℃、30℃和35℃时，经90min曝气后，氨氮的去除率分别为75%、78%、、82%、91%和95%，表明随着温度升高，活性污泥对污染物的去除率增大。
　　
　　                 
　　
　　
　　
　　
　　
　　                                       图5不同水温下经90min曝气后氨氮的去除率
　　3、结论
　　（1） 生物接触氧化池内活性污泥对微污染原水中各种污染物的去除率随曝气时间的延长而增大,当曝气时间在90min以上时，各种污染物的去除率提高幅度不大。
　　（2） 采用拱形微孔曝气器及弹性丝填料可提高活性污泥对微污染原水中各种污染物的去除率，具有操作简单、维修方便、动力消耗相对较低的优点；
　　（3） 本研究中发现，活性污泥中的微生物在PH为5-7时活性较强，对氨氮和有机物的去除率较高；PH<5或>8时，活性污泥对氨氮和有机物的去除率均快速下降。
　　参考文献
　　[1]缪应祺.水污染控制工程.南京:东南大学出版社,2000
　　[2]吴剑.MB（A2/O）工艺及其除磷特性.南京:东南大学硕士学位论文,2007
　　[3]谭慧杰.微生物在城市污水处理系统中的应用前景.科技情报开发与经济，2007