沈笑風(fēng) 徐安安

(1.吳江經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)建設(shè)管理服務(wù)所，江蘇 蘇州 215200;2.蘇州科技學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215011)

隨著鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的蓬勃發(fā)展和人民生活水平的快速提高，蘇南農(nóng)村的生活和生產(chǎn)用水日趨緊張，特別是那些離城市供水管網(wǎng)較遠(yuǎn)的農(nóng)村。這些地區(qū)通常是靠抽取地下水來滿足生活和生產(chǎn)所需用水，但是國家對(duì)地下水開采采取了越來越嚴(yán)格的限制措施。與此同時(shí)，蘇南農(nóng)村以江南水鄉(xiāng)聞名，有著極為豐富的地表水資源，如果解決了受富營養(yǎng)化影響的水源處理問題，就能夠?yàn)檗r(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高提供足夠的生產(chǎn)生活用水。

近年來，對(duì)微污染水源采用生物接觸氧化工藝預(yù)處理取得了很大的進(jìn)展［1-3］。本研究采用彈性填料可變孔曝氣軟管曝氣生物接觸氧化法對(duì)蘇南某村受富營養(yǎng)化影響的水塘水進(jìn)行預(yù)處理，獲得成功，在有效去除藻類的同時(shí)全面改善了水質(zhì)，為后續(xù)的常規(guī)處理提供了有利條件。

1 試驗(yàn)材料與裝置

1.1 生物接觸氧化池

試驗(yàn)用接觸氧化池采用A3鋼板制作，池高1.8 m，平面尺寸為1.0 m×0.5 m，填料層高度0.6 m(見圖1)。原水由泵提升通過進(jìn)水堰進(jìn)入接觸氧化池;空氣壓縮機(jī)通過曝氣管向原水曝氣。

圖1 生物接觸氧化池

1.2 生物填料

生物接觸氧化池的核心組成是生物填料，它對(duì)微污染水源處理的效果起著舉足輕重的作用。試驗(yàn)中采用TL-120型彈性立體填料，由于其在制作過程中采用特殊工藝在彈性絲條上形成波紋并帶有毛刺，從而提高了比表面積及有利于微生物的附著。同時(shí)該種填料的絲條以中心繩為軸，呈螺旋形輻射狀排列，在水中充分伸展，故立體分布均勻。具有一定剛性的彈性絲條可對(duì)充氧氣泡進(jìn)行多層次的碰撞切割，提高氧的轉(zhuǎn)移效率與沖氧的動(dòng)力效率，同時(shí)絲條受氣、水流的沖擊，產(chǎn)生輕微的顫動(dòng)而引起紊流，增加了基質(zhì)、水、氣與微生物的接觸，提高了傳質(zhì)效率，促進(jìn)微生物的新陳代謝，從而強(qiáng)化了原水的處理效率。

1.3 曝氣管

曝氣器是影響生物預(yù)處理工藝處理效果、充氧利用率、使用壽命、基建投資和運(yùn)行費(fèi)用的關(guān)鍵設(shè)備。經(jīng)過比較，試驗(yàn)采用HA65-5.0型可變孔曝氣軟管。該種曝氣管利用可變孔、薄壁、直通道和狹縫原理，能在水中產(chǎn)生1 mm～5 mm的氣泡，相對(duì)大氣泡曝氣器而言能在很大程度上提高氧的轉(zhuǎn)移率，同時(shí)因其氣孔可隨氣量的增減而變化大小，從而使曝氣變得更加均勻，同時(shí)也防止了堵塞，是一種高效節(jié)能型的曝氣設(shè)備。

2 試驗(yàn)原水水質(zhì)與分析測(cè)定方法

2.1 原水水質(zhì)

試驗(yàn)原水取自蘇南農(nóng)村常見的水塘，該水塘通過小河浜與外河相通，但進(jìn)外河的閘門通常只有在汛期才打開，故其流動(dòng)性很差，主要靠雨水補(bǔ)給。同時(shí)村民的生活污水也排入其中。試驗(yàn)期間原水水質(zhì)見表1。

從表1可以看出，原水中氨氮、有機(jī)物和藻類含量均很高，是屬于富營養(yǎng)化的微污染水。

2.2 分析測(cè)定方法

表1 原水水質(zhì)

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 接觸氧化池的啟動(dòng)

由于原水中的營養(yǎng)物及微生物較為豐富，接觸氧化池的掛膜培菌，采用動(dòng)態(tài)培養(yǎng)的自然掛膜方法。啟動(dòng)初期以小流量進(jìn)水，當(dāng)接觸氧化池內(nèi)進(jìn)滿水，淹沒生物填料后，就開啟空氣壓縮機(jī)進(jìn)行曝氣，一邊進(jìn)水一邊曝氣。為了防止新生成的生物膜被氣水強(qiáng)烈的攪拌沖走，在啟動(dòng)期間采用了較小的氣水比，約為0.4∶1。在啟動(dòng)期間，主要檢測(cè)進(jìn)出水的氨氮、CODMn濃度，在經(jīng)過28 d左右的掛膜啟動(dòng)后，生物填料表面附著的生物膜厚度約為0.1 mm，氨氮的去除率達(dá)到了40%左右，CODMn的去除率達(dá)到了25%左右，這時(shí)認(rèn)為掛膜成功，進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。

3.2 最佳運(yùn)行參數(shù)的確定

水力停留時(shí)間和氣水比是決定接觸氧化池造價(jià)和日常運(yùn)行費(fèi)用的關(guān)鍵參數(shù)，故在水力停留時(shí)間為 0.8 h，1.1 h，1.4 h，1.7 h，2.0 h 的條件下，分別測(cè)定氣水比為 0.4∶1，0.8∶1，1.2∶1，1.4∶1 時(shí)氨氮和CODMn的去除率，一共有20種工況，每種工況穩(wěn)定運(yùn)行5 d。試驗(yàn)結(jié)果如圖2～圖6所示。

圖2 水力停留時(shí)間0.8 h，不同氣水比條件下主要污染物的去除率

圖3 水力停留時(shí)間1.1 h，不同氣水比條件下主要污染物的去除率

圖4 水力停留時(shí)間1.4 h，不同氣水比條件下主要污染物的去除率

圖5 水力停留時(shí)間1.7 h，不同氣水比條件下主要污染物的去除率

圖6 水力停留時(shí)間2.0 h，不同氣水比條件下主要污染物的去除率

從圖2～圖6可以看出，在相同水力停留時(shí)間下，隨著氣水比的提高，原水中NH3-N和CODMn去除率也隨之逐漸提高。但提高的幅度與水力停留時(shí)間有關(guān)，在水力停留時(shí)間為0.8 h時(shí)，去除率隨氣水比提高而增長的幅度較快，水力停留時(shí)間在0.8 h以上時(shí)，去除率在氣水比從0.4∶1提高到0.8∶1時(shí)有一個(gè)顯著的增長，而后氣水比的提高對(duì)去除率的增長貢獻(xiàn)很小。另一方面，在相同的氣水比條件下，水力停留時(shí)間的增加，大幅度提高了NH3-N和CODMn去除率，特別是水力停留時(shí)間從0.8 h提高到1.7 h，去除率提高的幅度很大;水力停留時(shí)間從1.7 h提高到2.0 h，去除率提高的幅度很有限。

從試驗(yàn)結(jié)果我們可以看出:水力停留時(shí)間為1.7 h，氣水比控制在(0.8～1.2)∶1，微污染的水塘水就能得到較好的處理。

3.3 對(duì)藻類的去除

原水富營養(yǎng)化所導(dǎo)致的高濃度藻類，一方面使常規(guī)處理工藝的加藥量增加;另一方面，使過濾池堵塞，過濾周期縮短，沖洗水量增加;此外被藍(lán)藻污染的水可對(duì)人和動(dòng)物造成不良的影響，流行病學(xué)研究也表明飲用藍(lán)藻污染的溝塘水可引發(fā)肝腫瘤［4］。通常，常規(guī)工藝處理含藻類的原水會(huì)采用很高的預(yù)加氯，使水中產(chǎn)生很多三致物質(zhì)［5，6］。為此，在7月份原水中藻類濃度最高的時(shí)候，對(duì)在最佳工況下穩(wěn)定運(yùn)行的生物接觸氧化池的除藻能力進(jìn)行考察。藻類的去除見表2。從表2可以看出，在原水藻類濃度很高的情況下，采用接觸氧化工藝對(duì)原水進(jìn)行生物預(yù)處理也能夠有效去除藻類，并且處理能力很穩(wěn)定。

表2 原水中藻類的去除

3.4 對(duì)混凝性能的影響

為了考察生物接觸氧化預(yù)處理對(duì)水塘水混凝性能的影響，做了原水和接觸氧化池出水最佳混凝劑投量的燒杯試驗(yàn)。試驗(yàn)在DBJ-621型六聯(lián)定時(shí)攪拌器上進(jìn)行，選用硫酸鋁［Al2(SO4)3·18H2O］作為混凝劑，將水樣加入500 mL燒杯中，分別投加一定量的硫酸鋁溶液，以250 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌5 min，再以50 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌15 min，靜置20 min后取上清液測(cè)濁度。原水濁度為86 NTU，試驗(yàn)結(jié)果見表3及表4。

表3 原水最佳混凝劑投量試驗(yàn)

表4 接觸氧化池出水最佳混凝劑投量試驗(yàn)

對(duì)比表3和表4，可以看出原水直接混凝沉淀處理效果很差，濁度去除率很低;經(jīng)接觸氧化預(yù)處理后，硫酸鋁投量在15 mg/L時(shí)，出水濁度可達(dá)8 NTU。由于原水中含有高濃度的藻類，其新陳代謝過程產(chǎn)生了一些含有羧基和酚基的有機(jī)物破壞了混凝過程［7］;而生物預(yù)處理通過去除這類有機(jī)物大大提高了原水的可處理性。

4 結(jié)語

1)彈性填料可變孔曝氣管曝氣的接觸氧化工藝能夠有效的處理受富營養(yǎng)化影響的微污染水塘水，該工藝具有投資費(fèi)用省、運(yùn)行費(fèi)用低、操作管理簡單方便、不會(huì)堵塞、不需反沖洗等優(yōu)點(diǎn)，在蘇南農(nóng)村推廣具有很好的運(yùn)用前景。2)生物接觸氧化工藝處理微污染水塘水的最佳運(yùn)行參數(shù)為水力停留時(shí)間為1.7 h，氣水比為(0.8～1.2)∶1，可取得最佳的處理效果。3)生物接觸氧化工藝在進(jìn)水藻類濃度很高的情況下也取得了很高的藻類去除率。4)生物接觸氧化工藝對(duì)水塘水進(jìn)行預(yù)處理，在有效去除藻類的同時(shí)改善了水質(zhì)，為后續(xù)的常規(guī)處理提供了有利條件。燒杯混凝試驗(yàn)表明，經(jīng)接觸氧化預(yù)處理后，硫酸鋁投量在15 mg/L時(shí)，出水濁度可達(dá)8 NTU。

［1］李家就，錢望新.富營養(yǎng)化湖泊水源生物預(yù)處理研究［J］.中國給水排水，1992，8(6):4-7.

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［4］國家環(huán)保局《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》編委會(huì).水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法［M］.第4版.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

［5］吳 靜.某市供水藻類污染及其毒性研究［J］.中國環(huán)境科學(xué)，2001，21(2):137-139.

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［7］王占生，劉文君.微污染水源飲用水處理理論及工程應(yīng)用［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2011.