微污染水生物陶粒滤池预处理研究（季民,刘卫华,周菁,孙丽）

时间：2022-02-20 15:11:32 浏览量：次

作为天津市主要饮用水水源的引滦水，近年来水质逐渐恶化，尤其在夏季，原水中的有机物和藻类大量增加。以去除水中悬浮物和胶体为主的传统净水工艺难以将水中的有机物有效去除。本试验采用生物陶粒滤池，对引滦原水进行预处理，考察其对原水中各项有机物的去除情况，借助色-质联机分析技术检测生物陶粒预处理去除水中微量有机污染物、改善后续常规工艺进水水质的能力。

1 试验装置和分析方法

1.1 试验装置

小试装置如图1。滤池采用有机玻璃制成；高2.l m，内径为 80 mm，有效容积 6.1 L，填料 1.2m高，下铺 10 cm厚的8－10 mm粒径的卵石作为垫层。粘土陶粒填料粒径为 2－5 mm，孔隙率在70％以上，属于多孔惰性载体。滤池底部设有微孔曝气器，鉴于原水溶解氧浓度较高，平均溶解氧在 5.5 mg／L以上，所以在稳定运行阶段滤池未进行曝气，陶粒滤池出水溶解氧仍然大于 4 mg／L。试验用原水取自天津某自来水厂进厂水渠，由水泵提升至恒位水箱后，进人生物陶粒滤池进行处理。该试验从8月进行到11月。此阶段属滦河水的高温高浊期，水质最差。试验过程中，水力停留时间控制在 15 min，滤速为 5.0 m/h。

1.2 分析项目及方法

浊度（NTU）采用HACHZI00浊度仪测定。

CODMn，NH3－N，NO2- - 均用标准方法测定。

叶绿素（Chl.）选用 90％丙酮为萃取剂，用 722分光光度计进行测定。

色谱质谱联机分析（GC／MS）：原水、水厂常规工艺出水及生物陶粒滤池出水用G.D.X树脂富集，经洗脱、浓缩后用HP5972型质谱仪分析有机物的种类。水样的质谱图与计算机内贮存的美国NBS标准数据质谱库中的标准谱图比较确定具体化合物。

2 试验结果和讨论

2.1 对CODMn 的去除效果

生物陶粒滤池CODMn去除率随运行时间的变化结果（见图2）表明：原水CODMn的质量浓度除有一天曾达到过10.60 mg／L以外，一般都小于8mg／L。运行初期，CODMn去除率小于10％。随着附着在陶粒上的生物膜逐渐成熟，去除率也随之提高CODMn去除率最高达29.3％，平均去除率为15石％，大部分时间都在10％－30％之间。由图2中去除率与时间的关系可以看出，生物陶粒去除污染物的能力，对改善常规工艺的进水水质有很好的作用。

2.2 对藻类（叶绿素）的去除效果

陶粒滤池运行期间正值藻类高发季节，实际运行结果如图3所示。由图3知滤池对以叶绿素表示的藻类平均去除率为 40％，最高可达 63.l％，并且对藻类污染的冲击负荷有很好的适应能力。从图 3还可以看出，不论叶绿素在 5 μg／L的较低水平，还是 30μg／L的高浓度，其去除率都能保持在20％以上。生物陶粒滤池对藻类的去除是生物膜的吸附、附着，微生物的氧化分解，颗粒填料间生物絮凝与机械截留的共同作用。

2.3 对浊度的去除效果

如图4所示，试验期间水源水浊度为6.90－73.7 NTU。生物陶粒滤池对浊度一直保持着较好的去除率，且相对较为稳定。滤池对浊度的去除率一般为 20％－60％，平均去除率为 42.3％，最高去除率为58.4％。生物陶粒滤池依*粒状滤料的机械截留作用和表面生物膜的絮凝作用对水中悬浮物质和胶体颗粒予以去除。

2.4 对氨氮、亚硝酸盐氮的去除效果

图5是生物陶粒对氨氮的净化效果。由图5可知，试验期间进水氨氮浓度过低，平均质量浓度仅为 0.045 mg/L。另外由于高藻期水厂为了除藻对原水加氯，因而对微生物的生长造成抑制作用。上述两方面因素造成生物陶粒滤池对氨氮的去除并未达到一个较高水平，平均去除率为38％，最高去除率为58％。生物陶粒滤池对原水中氨氮的去除可以降低氯耗，解决水厂因折点加氯产生氯胺和大量有机卤化物而导致消毒效果和水质安全性下降的问题。

图6为亚硝酸盐氮去除率随运行时间的变化。由图 6可见，亚硝酸盐氮去除率最高为 85.7％，平均去除率为50％，大部分时间去除率都在40％－80％之间。

2.5 对水中微量有机物的去除

采用GC／MS对引滦原水、水厂常规工艺出水和生物陶粒滤池出水中有机污物成分进行了定性分析。测得的总离子流图分别为图7、图8、图9所示〔1〕。

由于在质谱分析中，某种物质在总离子流图上所出峰的丰度与这种物质的含量成正比。故通过丰度的比较，可以大致了解物质的相对含量。比较原水（图7）和生物陶粒滤池出水总离子流图（图9）可以看出，陶粒出水总离子流图中，各种物质的丰度仅为原水的一半或更小，故陶粒出水中各种物质的浓度比原水减小了一半，从而可以大致反映出生物陶粒滤池对原水中各项有机物的处理效果。另外，对比总离子流图中出峰时间还可发现，原水中各物质在总离子流图上的保留时间基本都大于 14 mn，在 10 min以内几乎没有出峰。而陶粒出水总离子流图则在 3 min左右即有出峰。一般来说，相对分子质量小的物质保留时间也比较短，相对分子质量大的物质保留时间则相对较长。所以检测结果说明，陶粒出水中相对分子质量小的物质要多于原水，即生物陶粒滤池能够将部分大分子的物质分解为小分子的物质。

色一质联机分析结果表明，原水中检测出66萘种有机物，其中包括苯、甲苯、乙苯、二甲苯、二甲基萘、蒽7种优先控制污染物及21种饱和烃类和芳香烃类物质。生物陶粒出水中检测出59种有机物，其中，原水中的29种物质在出水中未检出，但出水中新增了26种物质。这些新增物质中只发现了一种邻苯二甲酸脂类物质和一种烃类，未发现任何优先控制污染物。这说明生物陶粒滤池对水中微量有机污染物有着一定的去除效果。陶粒滤池出水中有新增物质，可能是由以下原因造成：①微生物的代谢作用将原水中一些原有的大分子物质分解为新的小分子物质；②水中各种物质之间可能发生一系列生化反应，从而合成新的物质；③水中存在脱落的生物膜和细胞残渣；④取水过程中不慎引人的误差。

在水厂常规处理后的出水中，可以被明确定性的有机物多达71种，其中包括多种对人体有害的消毒副产物，如二氯甲烷、三澳甲烷、澳二氯甲烷、二澳氯甲烷、氯苯、l-氯代十六烷和 1-氯代十八烷等，还包括萘和1，2，4一三甲苯等黑名单上的有机污染物和一些饱和烃类物质等。这些有机污染物都是在同期的原水检测中没有被发现的。说明用传统的净水工艺处理微污染原水有可能会新生成一些有毒有害的微量有机物。

3 结论

①在水力停留时间 15 min，滤速 5.0 m／h时，生物陶粒滤池能稳定、有效地净化原水。在原水CODMn 的质量浓度为 3.20－10.6 mg／L，浊度为6.90－73.7 NTU，叶绿素的质量浓度为 1.96－27.0μg／L，氨氮的质量浓度为0.016－0刀76 mg／L，亚硝酸盐氮的质量浓度为 0.07－0.032 mg／L的条件下，陶粒滤池对以上污染物的平均去除率分别为15.6%，42.3%，38%，50%。

②色一质联机分析结果表明，生物陶粒滤池出水中检测出59种有机物质，去除了原水中的29种物质，新增加了26种物质（但无优先控制有机污染物）。生物陶粒预处理对原水中的优先控制污染物有较好的去除能力，且促进了原水中大分子有机物分解为小分子有机物，利于后续常规工艺的处理。

参考文献：

[1]周菁.引滦水生物预处理工艺及有机物降解机理研究[D].天津：天津大学硕士论文，2002.

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