郝兆亮，劉建廣

（山東建筑大學(xué) 市政與環(huán)境工程學(xué)院，濟(jì)南 250101）

隨著飲用水處理技術(shù)的不斷發(fā)展，微污染源水的生物預(yù)處理技術(shù)成為水處理工作者的研究熱點(diǎn)。其中，曝氣生物濾池（BAF）技術(shù)已被成功引入到水處理領(lǐng)域，逐漸成為對(duì)微污染源水進(jìn)行生物預(yù)處理的有效手段之一。研究表明，曝氣生物濾池能有效去除微污染源水中有機(jī)物、氨氮等污染物，其中對(duì)氨氮的去除率達(dá)80%以上，對(duì)耗氧量、濁度、色度、鐵、錳等污染物的去除效果也相當(dāng)有效［1～2］。本實(shí)驗(yàn)研究采用上向流曝氣生物濾池（UBAF）對(duì)模擬微污染水進(jìn)行預(yù)處理實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析探討。

1 實(shí)驗(yàn)裝置與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。UBAF濾柱用有機(jī)玻璃制作，規(guī)格為Φ100mm×1500mm，內(nèi)裝陶粒濾料，粒徑2～5mm，外表為褐色，堆積 密 度 1.06g/cm3， 運(yùn) 行 方 式 為氣、水同向流（下進(jìn)水上出水），填料層高度為0.9m，在濾料層與濾板之間設(shè)卵石層。以濾板為零點(diǎn)，在濾柱壁上每隔30cm設(shè)置一個(gè)取樣口，取樣管內(nèi)徑15mm，以利于取水樣與填料樣品。

圖1 UBAF實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

1.2 原水水質(zhì)

本實(shí)驗(yàn)原水采用實(shí)驗(yàn)室配水方式，水質(zhì)變化范圍見(jiàn)表1。

表1 原水水質(zhì)

1.3 主要檢測(cè)項(xiàng)目與方法

水質(zhì)指標(biāo)CODMn、氨氮、NO－2－N、NO－3－N均按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法，DO采用便攜式溶氧儀（HANNA HI－9143），濁度采用（SZD－2）。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

試驗(yàn)裝置從2009年6月底開(kāi)始進(jìn)水運(yùn)行，連續(xù)運(yùn)行到2009年8月底，水溫變化范圍為22～35℃，曝氣量按氣水比為1∶1，分別進(jìn)行了不同進(jìn)水濾速的試驗(yàn)。

2.1 UBAF對(duì)氨氮的去除

2.1.1 掛膜期

本實(shí)驗(yàn)采用某高校中水站的原水進(jìn)行接種掛膜，并且在原水中投加一定量的回流污泥。實(shí)驗(yàn)自2009年6月20日開(kāi)始，水溫為25～30℃之間，掛膜期間流量為25L/h，氣水比為1∶1，水力停留時(shí)間為0.28h。經(jīng)過(guò)14d掛膜運(yùn)行，用肉眼可以看到填料之間有灰色粘稠物質(zhì)，氨氮的去除率達(dá)到了80%左右，可以認(rèn)為掛膜成功。

UBAF掛膜期的進(jìn)出水氨氮見(jiàn)圖2。

由圖2可知，在水溫為28～29℃的條件下，在投入運(yùn)行的前幾天，UBAF對(duì)氨氮的去除率一直很低，說(shuō)明細(xì)菌在陶粒載體上的附著量較少，正處在附著狀態(tài)。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，UBAF對(duì)氨氮的去除率有所增加，說(shuō)明附著在填料上的細(xì)菌已經(jīng)開(kāi)始生長(zhǎng)繁殖。運(yùn)行10d以后，氨氮的去除率已經(jīng)達(dá)到75%～85%，并且在填料上可以用肉眼觀察到有灰色粘稠物質(zhì)，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)掛膜已經(jīng)成功，實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行兩周后，氨氮的去除率已經(jīng)達(dá)到穩(wěn)定，可以用原水進(jìn)行試驗(yàn)。

2.1.2 穩(wěn)定運(yùn)行期

進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行期后，UBAF對(duì)氨氮的去除效果見(jiàn)圖3。

由圖3可知，穩(wěn)定運(yùn)行期間，進(jìn)水氨氮的最大值12mg/L，最小值5.5mg/L，進(jìn)水平均氨氮值為6.5mg/L。 出水氨氮最大值為6.9mg/L，出水氨氮最小值為0.17mg/L，出水平均氨氮值為1.05mg/L。UBAF對(duì)氨氮的去除率平均為85%。因此，UBAF在穩(wěn)定運(yùn)行中，對(duì)氨氮的去除率能保持在85%左右，具有很好的去除效果。但當(dāng)進(jìn)水的氨氮值有很大變化時(shí)，如圖3中進(jìn)水的氨氮濃度為13mg/L時(shí)，氨氮的去除率只有55%左右，UBAF對(duì)氨氮的去除率降低，只是由于進(jìn)水氨氮濃度高時(shí)，亞硝化細(xì)菌對(duì)氨氮的轉(zhuǎn)化能力遠(yuǎn)低于進(jìn)水的氨氮濃度［3］。

2.2 UBAF中－N的轉(zhuǎn)化

由圖4可知，進(jìn)水NO－2－N最大濃度為0.4mg/L，最小濃度為0.075mg/L，平均值為0.25mg/L；經(jīng)過(guò)UBAF轉(zhuǎn)化后，出水NO－2－N最大濃度為0.2mg/L，最小值為0.01mg/L，平均值為0.046mg/L；平均去除率為80%。由此可見(jiàn)，UBAF在穩(wěn)定運(yùn)行期間，對(duì)NO－2－N的轉(zhuǎn)化效率是相當(dāng)高的。在運(yùn)行期間出現(xiàn)NO－2－N出水值較高時(shí)，是因?yàn)閬喯趸鷮?duì)氨氮的轉(zhuǎn)化能力大于硝化菌對(duì)NO－2－N的轉(zhuǎn)化能力，從而造成NO－2－N的累積［4］。 隨硝化細(xì)菌的不斷增殖，兩類群細(xì)菌達(dá)到平衡，硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)化－N能力增大穩(wěn)定后，－N的出水濃度就降低了。

2.3 UBAF對(duì)CODMn的去除

由圖5可知，進(jìn)水CODMn的最大值為13.4mg/L，最小值為4.53mg/L，平均值為8.1mg/L；出水CODMn的最大值為10.5mg/L，最小值為2.18mg/L，平均值為4.9mg/L；經(jīng)過(guò)UBAF后去除率平均為40.6%。由此可知，UBAF穩(wěn)定運(yùn)行期間，對(duì)高錳酸鹽指數(shù)的去除相對(duì)穩(wěn)定，去除率能夠達(dá)到40%以上。

2.4 不同水力條件對(duì)UBAF運(yùn)行效果的影響

試驗(yàn)出了在水力停留時(shí)間30min運(yùn)行外，還采用了不同的水力停留時(shí)間運(yùn)行（20，50，80min）。對(duì)氨氮的去除效果影響如圖6。試驗(yàn)條件為：進(jìn)水氨氮平均值為6.5～8.4mg/L，曝氣量按氣水比為1∶1，各種水力條件下試驗(yàn)運(yùn)行一周期7d。

由圖6可知，水力停留時(shí)間從20min提高到80min，對(duì)氨氮的去除效果有一定影響。在水力停留時(shí)間為20min提高到30min時(shí)，UBAF對(duì)氨氮的去除率從79.5%升高到87.7%；而當(dāng)水力停留時(shí)間繼續(xù)提高時(shí)，氨氮的去除率降低，這是由于水力停留時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)流速較低，生物膜在填料上的厚度會(huì)比較大，水頭損失較大，使生物膜上的生物更新較慢，對(duì)氨氮的轉(zhuǎn)化能力下降。因而，將水力停留時(shí)間為30min，氣水比為1∶1時(shí)，可以保持UBAF出水的穩(wěn)定性。

3 結(jié)語(yǔ)

上向流曝氣生物濾池在預(yù)處理微污染水時(shí)，可以有效地去除氨氮和有機(jī)物，當(dāng)水力停留時(shí)間為30min，曝氣量按氣水比為1∶1運(yùn)行時(shí)，氨氮的去除率可以達(dá)到85%，N的轉(zhuǎn)化率達(dá)到80%以上，CODMn的去除率可以達(dá)到40%以上。

[1］王占生，劉文君.微污染水源飲用水處理[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1999.

[2］桑軍強(qiáng)，王占生.BAF在微污染源水生物預(yù)處理中的應(yīng)用[J].中國(guó)給水排水，2003，19（2）：21－23.

[3］劉建廣，張曉健，王占生.瓷珠曝氣生物濾池去除源水中氨氮研究[J].中國(guó)給水排水，2005，21（5）：32－36.

[4］劉建廣，張曉健，王占生.UBAF處理高氨氮微污染水的特性[J].水處理技術(shù)，2005，31（11）：30－33.