劉穎詩(shī)，董浩韜，李振興

（廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司，廣東 廣州 510060）

引言

廣州市石門自來(lái)水廠原取水口—珠江西航道（白云段）水源水，是廣州市應(yīng)急備用水源，該水源受污染程度日益加劇，現(xiàn)已呈現(xiàn)微污染的現(xiàn)狀，主要污染物是氨氮、有機(jī)物、藻類，常規(guī)工藝難以進(jìn)行處理。

超濾具有占地面積小、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)[1]，并可有效去除水中的懸浮物和膠體物質(zhì)[2]；載體生物工藝作為生物膜法的一種[3]，可有效去除氨氮，此外還具有填料比表面積大、微生物附著量多、耐沖擊負(fù)荷、無(wú)剩余污泥、無(wú)需污泥回流的優(yōu)點(diǎn)[4]。本研究建立了處理水量為1 m3/h的載體生物與超濾耦合工藝中試裝置，考察其對(duì)微污染水源水中濁度、有機(jī)物和氨氮的去除效果。

1 試驗(yàn)條件及方法

1.1 原水水質(zhì)

根據(jù)近年來(lái)所測(cè)得的珠江西航道江水水質(zhì)資料顯示，水質(zhì)情況如表1所示。

表1 廣州市珠江西航道河段水質(zhì)

1.2 試驗(yàn)裝置與工藝流程

如圖1所示，載體生物由超濾耦合工藝中試裝置載體生物與超濾膜過濾兩部分組成，中試模型設(shè)計(jì)總處理量為1.0 m3/h。試驗(yàn)過程中，原水經(jīng)取水泵送至載體生物區(qū)再進(jìn)入超濾膜過濾區(qū)，檢測(cè)進(jìn)水、出水水質(zhì)，并判斷處理效果。

圖1 工藝流程圖

1.3 試驗(yàn)方法

以氨氮和有機(jī)物的去除效果為控制目標(biāo)，對(duì)載體生物運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；以超濾膜跨膜壓差的增長(zhǎng)速度為控制目標(biāo)，對(duì)超濾膜反沖洗參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化；以優(yōu)化后的載體生物和超濾膜運(yùn)行參數(shù)耦合應(yīng)用處理受污染的水源水，以氨氮、有機(jī)物和藻類的去除率作為判定工藝效果的指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 載體生物工藝運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化

水力停留時(shí)間、氣水比與氨氮、有機(jī)物CODMn的去除率如表2、表3所示。

表2 水力停留時(shí)間與氨氮、有機(jī)物CODMn的去除率

表3 氣水比與氨氮、有機(jī)物CODMn的去除率

水力停留時(shí)間在0.5～1.5 h、氣水比在1∶1～2.5∶1的范圍內(nèi)時(shí)，出水CODMn和NH4+-N的去除率不斷增加。CODMn和NH4+-N的去除主要依靠生物膜內(nèi)的好氧異養(yǎng)菌，隨著停留時(shí)間和溶解氧的增加，生物膜中的有機(jī)物不斷進(jìn)行氧化分解，當(dāng)停留時(shí)間在1.0 h以上，氣水比為2.5∶1時(shí)，出水CODMn和NH4+-N濃度均滿足標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 超濾膜反沖洗參數(shù)的優(yōu)化

試驗(yàn)采用的反沖洗方式是氣水聯(lián)合沖洗，即在膜組件跨膜壓差達(dá)到0.06 Mpa時(shí)，使用濾后水對(duì)膜組件進(jìn)行清洗，同時(shí)，通過鼓風(fēng)機(jī)曝氣，向水流中加入空氣。通過不同反洗時(shí)的水量、氣量條件考察跨膜壓差的變化，如圖2所示。

圖2 不同反洗水量、氣量對(duì)跨膜壓差的影響

跨膜壓差在過濾周期內(nèi)隨著過濾時(shí)間的增加而不斷上升，經(jīng)過氣水聯(lián)合反洗后，隨著反洗水量、氣量的不同均有不同程度的恢復(fù)，這說(shuō)明在過濾周期內(nèi)隨著過濾時(shí)間的延長(zhǎng)，吸附在膜表面的污染物越來(lái)越多，膜污染越來(lái)越嚴(yán)重，而通過氣水聯(lián)合反沖洗后，膜表面的污染物能夠得到一定程度的清洗，使跨膜壓差得到一定程度的恢復(fù)。經(jīng)綜合比較后認(rèn)為，反洗水量為1.2 m3/h、氣量為6 m3/h時(shí)為理想的運(yùn)行方案?？缒翰钤鲩L(zhǎng)趨勢(shì)比較平緩，膜組件在整個(gè)運(yùn)行期間運(yùn)行穩(wěn)定，而且經(jīng)濟(jì)性較好。

2.3 耦合工藝對(duì)受污染水源水的處理效果

載體生物與超濾耦合工藝運(yùn)行參數(shù)為：停留時(shí)間為1.5 h、氣水比為2.5∶1、反沖洗時(shí)間為5 min，反洗水量為1.2 m3/h，反沖洗氣量為6 m3/h。在此種條件下，耦合工藝對(duì)濁度、氨氮、有機(jī)物的處理效果如圖3所示。

圖3 載體生物-超濾膜耦合工藝對(duì)水中濁度、氨氮、有機(jī)物的去除效果

當(dāng)耦合工藝系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后，取30天的原水進(jìn)行分析。載體生物對(duì)原水濁度的去除率較低，但對(duì)氨氮、有機(jī)物均有很好的去除效果。當(dāng)進(jìn)水濁度較低（低于30 NTU）的情況下，載體生物出水的濁度有所增加，這可能是由于進(jìn)水通過沖刷使得填料上附著的微生物掉落的原因；而經(jīng)過超濾膜過濾后，濁度的去除率基本可以達(dá)到99.50%以上，且出水濁度均低于0.02 NTU。

3 結(jié)論

通過建立載體生物與超濾耦合工藝，從試驗(yàn)得出系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)為：水力停留時(shí)間為1.5 h、氣水比為2.5∶1；浸沒式中空纖維超濾膜反沖洗時(shí)間為5 min、水量為1.2 m3/h、氣量為6 m3/h。工藝穩(wěn)定運(yùn)行后，對(duì)氨氮的去除率可達(dá)到94%，出水氨氮小于0.5 mg/L；對(duì)CODMn的去除率可達(dá)39%，出水CODMn小于3 mg/L；濁度去除率基本可以達(dá)到99.50%以上，出水濁度均低于0.02 NTU，滿足國(guó)家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

由于載體生物工藝中活性污泥的存在，載體工藝生物段的出水濁度有所增加。載體生物工藝可以有效去除水中的氨氮和有機(jī)物。超濾膜工藝可以保證輸水濁度低于0.02NTU，但對(duì)有機(jī)物和氨氮的去除效果不明顯。

相關(guān)技術(shù)人員今后將進(jìn)一步調(diào)試耦合工藝的運(yùn)行參數(shù)，并研究其對(duì)原水的抗沖擊能力，同時(shí)優(yōu)化自動(dòng)控制系統(tǒng)，以最大程度地節(jié)省能耗。