龍小慶¹ 王占生¹ 顧玉其² 富良²
（1.清華大學環境科學與工程系 100084 2.浙江平湖自來水公司 314200）

　　提　要：本文以南方某市水廠的沉淀池出水為對象，研究在原水預加氯情況下，生物活性濾池的去除特性和機理，并成功地將水廠砂濾地改造為生物活性濾池。結果表明：（1）生物活性濾地出水無異味，濁度低于1NTU，當進水中溶解氧在6－8mg／L以上時，氨氮、亞硝酸鹽氮去除率均達80％以上，耗氧量最終去除率穩定在20％左右；（2）運行初期，活性濾料對有機物的去除以物理吸附為主，正常運行后，隨著吸附的逐漸飽和與活性濾料上微生物的增長，是活性濾料的吸附與其上生物膜的降解、粘附絮凝等共同作用（以生物膜降解作用為主），使耗氧量去除維持在一個穩定的水平；（3）當進水有余氯時，生物活性濾池仍有凈化作用，氨氮、耗氧量等是沿程逐步降低，亞硝酸鹽氮則是先升高后降低；（4）反沖洗強度適當對生物活性濾池有利無害；（5）將水廠現有普通砂濾池改造為生物活性濾池，技術和經濟上都是可行的。尤其對于資金短缺的水廠，更具經濟意義。
　　關鍵詞 微污染水源水 生物活性濾池 強化過濾 預加氯 水廠改造

　　目前很多自來水廠的水源已遭受生活污水和工業廢水的污染，而常規水處理上藝對水中有機物、氨氮等污染物的去除能力有限，使得水廠出水有機物濃度高（導致飲用水生物不穩定，易使輸配水管道中細菌滋長）、氨氮濃度高（使后加氯量增加，并使消毒副產物增多，提高致癌風險人嗅味大等[1]。另一方面，水質標準在不斷提高，我國衛生部最近頒布了《生活飲用水水質衛生規范》，自今年九月一日起施行。因此，水廠改造已成為廣大水處理工作者面臨的緊迫任務，而目前最經濟可行的方法是在現有工藝基礎上進行改造。
　　生物活性濾池由原有砂濾池改造而成，目的是讓濾料既能去除濁度，又能降解有機物。氨氮、亞硝酸鹽氮等。本文以中國南方某市水廠的沉淀池出水為對象，研究在原水預加氯情況下（余氯為0.3-0.7mg/L)生物活性濾池的去除特性和機理，并將之應用于生產，為其它水廠的改造提供有益的借鑒。

1 研究對象

　　本文以南方某市水廠的沉淀池出水為研究對象。該水廠的水源水取自貫穿該市的一條河流，已受到一定程度的污染。主要表現在濁度高、散發土腥味。氨氮和耗氧量較高。經預加氯、混凝、沉淀。再加氯、過濾、消毒等常規工藝處理后，除濁度外，嗅味、氨氮及CODMn等都不盡如人意。具體水質指標如表1所示。

2 試驗裝置及運行條件

　　試驗裝置如圖1所示。其中圓柱由有機玻璃制成，內徑為10cm，活性濾料層高60cm，砂層高30cm（粒徑分布為0.5-1.2mm），承托層高30cm，反沖出水門在濾料上方80cm處，并沿程設有取樣口。運行時濾速取6－8m／h，工作周期為48－72h，反沖時控制整個濾料層膨脹率為25-35％，反沖時間5－6min。

3 試驗結果與分析

3.1 對常規水質指標的去除

　　生物活性濾池對水廠沉淀出水的處理效果見表2。對比表1和表2可見：（1）出水濁度低于1NTU。這主要是由于濾料上生物膜的絮凝粘附作用可有效地促進微細顆粒的去除，所以盡管活性濾料空隙率大于石英砂，但濾后水濁度仍較低；（2）運行初期，生物活性濾池和普通砂濾池對氨氮的去除率相差不大，出水亞硝酸鹽氮濃度反而略有增加。但當掛膜成功后，氨氮和亞硝酸鹽氮的去除率達80％以上，這是普通砂濾池無法達到的；（3）CODMn的去除率在運行初期是較高的（約為50％），隨著時間的推移，去除率逐漸降低，最后穩定在20％左右。這是由于活性濾料吸附能力下降和其上生物膜逐漸成熟的結果。
　　為進一步弄清生物活性濾池的凈水規律，沿程取樣測試，結果見圖2。

　　由圖2可見，余氯沿程迅速被去除，這為微生物的生長繁殖創造了良好的外部環境，氨氮和耗氧量濃度沿程逐步降低，亞硝酸鹽氮濃度則是先升高后降低。為了解釋這個規律，測定了不同濾料層中的亞硝化菌和硝化菌數量，結果見表3。

　　由表3可見，原水預加氯對亞硝化菌的沿程分布影響不大，硝化菌則受到較大的影響，它主要分布在下層濾料，尤其是在砂層中。
　　以上數據表明，即使生物活性濾池進水中有氯，它仍有較強的生物作用。這主要是由于一方面活性濾料能脫氯，大大減弱了余氯對下層濾料中微生物的殺傷，同時它具有較大的比表面積，表面較粗糙，能富集有機物和溶解氧等，這些都為微生物的生長繁殖提供了良好的條件。另一方面，一旦掛上膜后，由于生物膜上微生物的長期固定培養，它們對各種不利環境因素有較強的適應性，比單體細胞對消毒劑具有更強的抵抗能力[1]，其中亞硝化菌膠團比硝化菌膠團更耐氯一些。而砂粒是惰性材料，不能去除水中余氯，因此，當進水中有氯時，掛膜較為困難。
　　另外，試驗中發現，當活性濾池進水中溶解氧低于6mg/L時，對氨氮、亞硝酸鹽氮和耗氧量等去除效果不理想，此時需增加曝氣設備。
3.2 對TOC、DOC、BDOC、NBDOC及UV₂₅₄的去除
　　圖3為生物活性濾池與砂濾對這些指標的去除率。

　　圖3表明，運行初期，生物活性濾池對有機物有較好的去除作用。三個月左右，除BDOC以外，其它有機物指標的去除率均有所下降，尤其是NBDOC的去除率不到10％。數據說明，運行初期，是活性濾料的物理吸附作用占主導地位，而穩定運行后，則是吸附和生物膜的降解、粘附絮凝等共同發揮作用，其中以生物膜降解作用為主。
3.3 反沖洗的影響
　　反沖洗是濾池運行的關鍵，也是生物活性濾池工藝的技術難點之一，要求既能去除積泥，又保持一定的生物膜。表4為不同膨脹率反沖出水濁度隨時間的變化。
　　表4表明，控制膨脹率在30％左右、反沖5－6分鐘是可以將生物活性濾池中的積泥沖掉。

　　表5為反沖前后生物活性濾池的出水水質。

　　從表5可見，在上述操作條件下，反沖洗對生物活性濾池無不利影響。這說明適當的反沖洗不僅可沖去濾料間積泥，還可沖掉老化的生物膜，有利于生物膜保持較高的活性。有研究已證明[1]，當生物膜厚大于最佳膜厚時（對應于最大處理效率），盡管膜的總量在增加，但活性卻降低很快，造成處理效率下降。
　　另外試驗中發現，反沖時活性濾料層與砂層分層良好，僅在交界面處有輕度混雜現象。
3.4 工程改造
　　根據上述試驗得出的設計參數，水廠將一個砂濾池改造為生物活性濾池，改造投資約為20元／m³／d。原水經過水廠預曝氣池，進入生物活性濾池前，水中溶解氧有6-8mg／L。

　　表中單列出了砂濾進水時的數值。后兩列括號中為該處理單元的去除率。
　　由表6可見，除亞硝酸鹽氮外，其它水質指標的去除情況與試驗基本一致。生物活性濾池出水亞硝酸鹽氮濃度增加的原因是，將水廠砂濾出水與生物活性濾池出水的混合水（余氯為1-2mg/L）作為生物活性濾池的反沖水，由于硝化菌受余氯影響較大，它難以在下層砂濾料生長繁殖，而運行時進水又有余氯，這樣硝化菌在整個濾料層都難以生長繁殖，從而無法轉化水中亞硝酸鹽氮，而氨氮又不斷被氧化成亞硝酸鹽氮，最終導致出水的亞硝酸鹽氮濃度升高（試驗中發現，這影響了耗氧量的測定，使結果偏大）。與此同時運行的試驗柱對亞硝酸鹽氮的去除率卻在80％以上（用無氯水反沖）。

3 結論

　　（1）生物活性濾池出水無異味，濁度低于1NTU，當進水中溶解氧在6－8mg/L以上時，氨氮、亞硝酸鹽氮去除率均達8O％以上，耗氧量最終去除率穩定在20%左右；
　　（2）運行初期，活性濾料對有機物的去除以物理吸附為主。正常運行后，隨著吸附的逐漸飽和與活件濾料上微牛物的增長，是活性濾料的吸附與其上生物膜的降解、粘附絮凝等共同作用（以生物膜降解作用為主），使耗氧量去除維持在一個穩定的水平； 　　　（3）當進水有余氯時，生物活性濾池仍有凈化作用，氨氮、耗氧量等是沿程逐步降低，亞硝酸鹽氮則是先升高后降低；
　　（4）反沖洗強度適當對生物活性濾池有利無害；
　　（5）將水廠現有普通砂濾池改造為生物活性濾池，技術和經濟上都是可行的。尤其對于資金短缺的水廠，更具經濟意義。

參考文獻

　　1 王占生，劉文君。微污染水源飲用水處理北京：中國建筑工業出版社，1999