活性滤池去除微污染水源水中有机物和氨氮的研究

龙小庆 　　王占生
清华大学环境科学与工程系

　　摘　要：本文主要研究活性滤池对水厂沉淀出水中有机物和氨氮的去除规律，并与水厂砂滤池进行比较。结果表明：(1)无论活性滤池进水(水厂沉淀出水)中是否有余氯，它对有机物(以总有机碳TOC表示)、氨氮、亚氮均有去除作用。如果滤前加氯(余氯为0.5mg/L)，TOC和氨氮沿程均有去除，去除率分别为37.5％和82.1％，亚氮在活性滤料40cm以上有所上升，经过余下滤层后得以去除，总去除率为72.8%；如果滤前不加氯，氨氮和亚氮沿程均有去除，去除率均有90％左右；(2)水厂砂滤对氨氮去除不明显(去除率仅为3.1％)，TOC去除率为12.5％，亚氮反而略有上升。
　　关键词：微污染水源水；活性滤池：砂滤：TOC：氨氮；亚氮

　　有机物和氨氮是目前微污染水源水中较为普遍的两种污染物，而常规水处理工艺对它们的去除能力有限，导致饮用水生物稳定差、输配水管道中易滋长细菌、后加氯量增加、消毒副产物增多、致癌风险提高等问题[1]，另外，饮用水中氨氮浓度较高，在消毒时会产生令人厌恶的嗅和味[2]。因此，研究对它们的去除是目前给水处理工作者关心的主要课题之一。而最经济可行的方法是在现有工艺基础上进行改造。　　
　　本文以中国南方某市水厂的沉淀池出水为研究对象(该水厂采用混凝、沉淀、过滤(滤前加氯)和氯消毒水处理工艺)。在普通砂滤池上填放活性滤料，改造为活性滤池，并研究其去除特性和机理，为水厂改造提供有益的指导。

1　试验装置、材料及运行条件

　　试验装置如图1所示。装置由有机玻璃制成圆柱形，内径为10cm。活性滤料层高60cm，砂层高30cm(粒径分布为0.5—1.2mm)，承托层高30cm。反冲洗排水管在滤料上方80cm处，沿程设有取样口。过滤时滤料表面上水深150cm，表面曝气(气水比维持在0.5—1：1)，滤速取8m/h，工作周期为48h，反冲时控制整个滤料层膨胀率为20—30％，反冲时间5—6min。

2　测试方法　　

　　TOC：岛律—5000TOC仪；氨氮：钠氏试剂分光光度法(721：分光光度计)；亚硝酸盐氮：重氮化偶合分光光度法(721分光光度计)；余氯：袖珍比色计。

3 结果及讨论

3.1　TOC的去除效果

　　活性滤池对TOC沿程的去除效果见图2。

　　由图2可见，活性滤池由上至下的TOC值逐渐降低，其中活性滤料层(O—60cm)的去除率为32.1％，总去除率为37.5％。说明有机物的去除大都由活性滤层承担，是活性滤料吸附和其上生物膜生物降解共同作用结果。
3.2　NH₄⁺-N、NO₂^--N的去除
　　活性滤池对NH₄⁺-N、NO₂^--N沿程的去除效果如图3、图4所示。图中进水未加氯是指，将沉淀出水未加氯就进入一个尺寸、配置等与前一活性滤池均相同的另一活性滤池，运行条件也都一样。
　　一般认为，由于亚硝酸细菌的比增长速度(μ_NS)小于硝酸细菌的比增长速度(μ_NR)，且硝化反应常数KN很小，所以在稳态条件下，亚硝酸盐的积累量是很少的^[3]。但由图3、图4可见，当在进水(水厂沉淀出水)中
加氯(防止滤池中藻类繁殖)时，NH4+-N在活性滤池中的去除规律与NO₂^--N的去除规律有所不同，NH4+-N浓度是沿程逐渐降低，经过活性滤料层去除串已达70％左右，总去除率为80％左右：而N0₂^--N浓度在活性滤料层40cm以上是逐渐上升的，经过余下滤层后，才得以去除，总去除串为70%左右。当进水中无余氯时，NH4+-N及N0O₂^--N的浓度均是沿程逐渐降低，去除率均在90％左右。分析其原因主要可能是，上层活性滤料可去除水中余氯，有利于微生物在余下滤层中生长繁殖。另一方面，亚硝酸茵可能比硝酸茵耐氯些(图3、图4表明，尽管在活性滤科40cm之上还有余氯，但NH4+-N仍有一定的去除率，而NO₂^--N出现累积)。当然这还有持更多的试验加以证实。

3.3 与普通砂滤池去除效果的对比
　　表1是活性滤池与普通砂滤池去除效果的对比。

水样 NH₄⁺-N(mg/L) NO₂^--N(mg/L) TOC(mg/L) 加氯沉淀水 2.29 0.081 5.6 活性滤池出水 0.41(82.1%) 0.022(72.8%) 3.5(37.5%) 水厂砂滤出水 2.22(3.1%) 0.117(/) 4.9(12.5%)

　　表1表明，活性滤池对TOC的去除率比水厂砂滤池高25.0％，对氨氮的去除率高79.0％，水厂砂滤出水的亚硝酸盐氮略微升高。这主要是由于活性滤料能为微生物的生长繁殖提供良好的条件，如较大的比表面积、表面较粗糙，能富积有机物和溶解氧、脱氯等。而且一旦挂上膜后，由于生物膜上微生物的长期固定培养，它们对各种不利环境因素有较强的适应性，比单体细胞对消毒剂具有更强的抵抗能力[1]。而砂粒较平整、光滑、无孔、无吸附作用，也不能去除水中余氯，因此，当进水中有氯时，挂膜较为困难。

4　结论

　　(1)无论活性滤池进水中是否有余氯，它对TOC、氨氮、亚氮均有去除作用。如果滤前加氯(余氯为0.5mg/L)，TOC和氨氮沿程均有去除，去除率分别为37.5％和82.1％，亚氮在 活性滤料40cm以上有所上升，经过余下滤层后得以去除，总去除率为72.8%；如果滤前不加 氯，氨氯和亚氮沿程均有去除，去除率均有90％左右；
　　(2)水厂砂滤对氨氮去除不明显(去除率仅为3.1％)，TOC去除率为12.5％，亚氮反而略有上升。

参考文献：

　　1.王占生，刘文君。微污染水源饮用水处理。北京：中国建筑工业出版社，1999，10。
　　2.叶辉，许建华。饮用水中的氨氮问题。中国给水排水，2000，(11)：31-34。
　　3.顾夏声。废水生物处理数学模式(第二版)。北京：清华大学出版社，1997，12。