BAF+常規(guī)工藝+UF工藝在微污染源水處理中的應(yīng)用展望

1、BAF+常規(guī)工藝+UF工藝在微污染源水處理中的應(yīng)用展望摘要：由于各種污染物的排放，我國(guó)飲用水水源水質(zhì)日益惡化，常規(guī)水廠的工藝已顯得力不從心，因此，本文對(duì)微污染水源水的處理技術(shù)作了簡(jiǎn)要介紹。重點(diǎn)分析了作為預(yù)處理技術(shù)的曝氣生物濾池技術(shù)和作為后續(xù)處理的膜別離技術(shù)(特別是超濾技術(shù))。在分別對(duì)這兩項(xiàng)技術(shù)作了介紹的根底上，提出了曝氣生物濾池BAF+常規(guī)工藝+超濾UF的凈水工藝，指出該工藝是進(jìn)步飲用水水質(zhì)的最正確工藝。同時(shí)，用有機(jī)物分子量的觀點(diǎn)對(duì)此工藝進(jìn)展了深化分析。關(guān)鍵詞：BAFUF微污染源水PrspetsfBAF+NralPress+UFTehnlgyBEingUsedInTheTreatentfir-

2、pllutedSureaterAbstrat:Frthedishargefallkindsfpllutants,thesureatertpduedrinkingaterfuruntryisgettingrsedaybyday.Andthisakesthenralpressusedinstaterplantsunabletdtheirjbsellasusual.S,thepaperbrieflyintrduesthetehnlgiestpeiththeir-pllutedsureater.Itgivesephasisnthettehnlgies,bilgialaeratedfilterandth

3、eebranetehnlgy(espeiallytheUF).Basedntheanalysisfthesettehnlgies,thepaperpsesanetehnlgytleanater:BAF+nralpress+UF.Itindiatesthatthisisthebestaytiprvethequalityfthedrinkingater.eanhile,itusestherganisubstaneleulareightviepinttanalysethisnetehnlgy.Keyrds:BAF,UF,ir-pllutedsureater1.前言飲用水的凈化技術(shù)是人們?cè)谂c污染作斗爭(zhēng)

4、的過(guò)程中出現(xiàn)的，并不斷得到開展、進(jìn)步和完善。自第二次世界大戰(zhàn)之后，尤其是60年代以來(lái)，不少地區(qū)飲用水水源水質(zhì)日益惡化；同時(shí)，隨著水質(zhì)分析技術(shù)逐漸改良，水源水和飲用水中可以測(cè)得的微污染物質(zhì)的種類不斷增加，使人們?cè)陲嬘盟乃|(zhì)凈化中碰到了新的問(wèn)題。面對(duì)水源水質(zhì)的變化，常規(guī)飲用水處理工藝已顯得力不從心。國(guó)內(nèi)外的實(shí)驗(yàn)研究和實(shí)際消費(fèi)結(jié)果說(shuō)明，受污染水源水經(jīng)常規(guī)的混凝、沉淀及過(guò)濾工藝只能去除水中有機(jī)物20%-30%，且由于溶解性有機(jī)物存在，不利于破壞膠體的穩(wěn)定性而使常規(guī)工藝對(duì)原水濁度去除效果明顯下降僅為50%-60%。用增加混凝劑投加量的方式來(lái)改善處理效果，不僅使水處理本錢上升，而且可能使水中金屬離子濃度

5、增加，也不利于居民的身體安康。地面水源中普遍存在的氨氮問(wèn)題常規(guī)處理也不能有效解決。目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)水廠都采用折點(diǎn)氯化的方法來(lái)控制出廠水中的氨氮濃度，以獲得必要的活性余氯，但由此產(chǎn)生的大量有機(jī)鹵化物又導(dǎo)致水質(zhì)毒理學(xué)平安性下降。因此，常規(guī)的飲用水處理工藝已不能與現(xiàn)有的水源和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)相適應(yīng)，必須開發(fā)新的水處理技術(shù)。目前已開發(fā)或正在開發(fā)的水處理技術(shù)主要包括兩方面：一是預(yù)處理技術(shù)，包括：活性炭吸附、臭氧氧化、生物活性炭、膜技術(shù)等；二是深度處理技術(shù)，包括氧化法和吸附法，其中氧化法又包括化學(xué)氧化和生物預(yù)處理技術(shù)。其中尤以生物預(yù)處理技術(shù)和膜技術(shù)倍受水處理工作者的關(guān)注。2.生物預(yù)處理技術(shù)生物預(yù)處理是指在常規(guī)的凈水

6、工藝之前增設(shè)生物處理工藝，借助于微生物群體的新陳代謝活動(dòng)，對(duì)水中的有機(jī)污染物、氨氮、亞硝酸鹽及鐵、錳等無(wú)機(jī)污染物進(jìn)展初步去除，這樣既改善了水的混凝沉淀性能，也減輕了常規(guī)處理和后續(xù)處理過(guò)程的負(fù)荷。另外，通過(guò)可生物降解的有機(jī)物的去除，不僅減少了水中“三致物前體物的含量，也減少了細(xì)菌在配水管網(wǎng)中重新滋生的可能性。用生物預(yù)處理代替常規(guī)的預(yù)氯化工藝，不僅起到了預(yù)氯化作用一樣的效果，而且防止了由預(yù)氯化引起的鹵代有機(jī)物的生成，這對(duì)降低水的致突變活性，控制三鹵甲烷物質(zhì)的生成是非常有利的。2.1曝氣生物濾池BAF預(yù)處理技術(shù)曝氣生物濾池BAF預(yù)處理技術(shù)在飲用水處理中具有以下特點(diǎn)：水處理過(guò)程中的物理、化學(xué)和生物化學(xué)

7、性質(zhì)存在較大差異，并且與其去除性存在一定的關(guān)系。從分子量上來(lái)說(shuō)，生物可降解有機(jī)物主要是低分子量的有機(jī)物分子量1500。常規(guī)的給水處理工藝，即混凝、沉淀和過(guò)濾，主要是去除分子量10000以上的有機(jī)物，對(duì)低分子量有機(jī)物去除率低，特別是對(duì)分子量500的有機(jī)物，幾乎沒(méi)有去除才能，甚至有所增加。而這局部有機(jī)物可能是行成消毒副產(chǎn)物鹵乙酸的主要前體，也是飲用水管網(wǎng)中細(xì)菌生長(zhǎng)的主要營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)，而生物預(yù)處理能有效去除這局部有機(jī)物，對(duì)進(jìn)步整個(gè)給水處理工藝對(duì)有機(jī)物的去除效果有重要意義。對(duì)低濃度有機(jī)物有較好的去除效果。在BAF中，微生物利用水中營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)進(jìn)展生長(zhǎng)繁殖，在載體外表形成薄層構(gòu)造的微生物聚合體，產(chǎn)生生物膜，有利

8、于世代期較長(zhǎng)的微生物生長(zhǎng)。飲用水中微量污染物濃度g/L數(shù)量級(jí)有利于貧營(yíng)養(yǎng)微生物的繁殖，如土壤桿菌、假單胞菌、嗜水氣單胞菌、黃桿菌、芽孢桿菌和纖毛菌等。這些貧營(yíng)養(yǎng)微生物具有較大的比外表積，對(duì)可利用基質(zhì)有較大的親合力，且呼吸速率低，有較小的最大比增殖速度和nd飽和常數(shù)Ks約為1-10g/L左右，所以在天然水體條件下，其對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的競(jìng)爭(zhēng)具有較大的優(yōu)勢(shì)。Nakung和Rittann的研究指出，幾種微量基質(zhì)生物降解的同時(shí)進(jìn)展，與同樣濃度的單個(gè)基質(zhì)生物降解相比，能導(dǎo)致更多的生物量積累和有更快的去除速率，這說(shuō)明多種微量污染物的混合，可增加生物膜系統(tǒng)處理效果的穩(wěn)定性，而受污染水源水中往往含有多種微量有機(jī)物。另外

9、貧營(yíng)養(yǎng)菌通過(guò)二級(jí)基質(zhì)的利用能去除濃度極低的微量污染物，例如：貧營(yíng)養(yǎng)菌在分解利用濃度為1.1g/L的富里酸時(shí)，對(duì)濃度為100g/L得酚和萘的去除率分別為90%-92%，對(duì)土臭素和2-IB(2-甲基異莰醇)的去除率分別為55%和44%，這說(shuō)明利用水中天然有機(jī)物形成的生物膜處理系統(tǒng)可較好的去除微量污染物、嗅味及色度物質(zhì)。能去除氨氮、鐵、錳等污染物。BAF中，生物膜固定生長(zhǎng)的特點(diǎn)使生物具有較長(zhǎng)的停留時(shí)間，一些生長(zhǎng)較慢的微生物如硝化菌等自養(yǎng)菌可在反響器內(nèi)不斷積累。反響器內(nèi)載體應(yīng)具有足夠的溶解氧，這樣就能促進(jìn)生物膜上好氧硝化菌的生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)。對(duì)硝化反響動(dòng)力學(xué)的分析說(shuō)明，即使在低溫下，生物膜去除氨氮的作用

10、也是非常有效的。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)BAF對(duì)氨氮和有機(jī)物的去除效果進(jìn)展了研究，表1和表2是國(guó)內(nèi)外資料中所報(bào)道的曝氣生物濾池對(duì)氨氮和有機(jī)物的去除效果。表1BAF對(duì)氨氮的處理效果處理工藝填料地點(diǎn)進(jìn)水氨氮g/L氨氮去除率%曝氣生物濾池中試細(xì)卵石法國(guó)2.5100曝氣生物濾池消費(fèi)性細(xì)卵石法國(guó)AnnetSurarne410.3-0.597.579.578.3曝氣生物濾池中試細(xì)卵石英國(guó)edenha3.082.5曝氣生物濾池細(xì)卵石20-40細(xì)卵石20-50細(xì)卵石10-20法國(guó)Grissy法國(guó)Verukle法國(guó)Anbergen3.22.31.899.493.568.7曝氣生物濾池中試消費(fèi)性消費(fèi)性消費(fèi)性砂+煤砂+

11、煤砂+煤砂+煤法國(guó)hisy法國(guó)hisy法國(guó)ery德國(guó)iilhei0.08-0.680.50.341.066%(平均)100100100曝氣生物濾池小試碎石2.7-4.8韓國(guó)0.2-0.590-100曝氣生物濾池小試碎石武漢0.41-1.1681.0-98.8曝氣生物濾池小試陶粒2-5北京1.4-2.099曝氣生物濾池小試海蠣子殼上海-21表2BAF對(duì)有機(jī)物的處理效果工藝填料括號(hào)內(nèi)為填料尺寸試驗(yàn)地點(diǎn)進(jìn)水有機(jī)物濃度有機(jī)物去除濾臭氧-曝氣生物濾池消費(fèi)性細(xì)卵石+活性炭23法國(guó)AnnetSurane3.2gT/L38%曝氣生物濾池小試碎石0.6-1.2南朝鮮BD53.2-59g/LDn14-20g/L3

12、5-60%27-30%曝氣生物濾池小試碎石武漢Dn3.7-5.6g/L10.4-27.5%曝氣生物濾池小試海蠣子殼上海(Dn)7.1-9.8%曝氣生物濾池小試陶粒2-4北京20-30gDr/L43.1%自80年代以來(lái)，清華大學(xué)環(huán)境工程系對(duì)以陶粒作填料的曝氣生物濾池進(jìn)展了廣泛深化的研究。研究結(jié)果說(shuō)明以陶粒作為填料的曝氣生物濾池其處理效果明顯優(yōu)于其它類型的生物預(yù)處理技術(shù)，見表3和表4。表3各生物池工藝參數(shù)范圍以及對(duì)幾個(gè)常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)的凈化效果統(tǒng)計(jì)情況生物池類型型型型水力負(fù)荷4-6/h0.91-1.673/(3h)0.78-1.123/(3h)氣水比范圍0.77-1.2:11-1.5:10.7-1.2

13、:1Dn2.12-5.98/3.11g/L24.6%14.6%11.9%氨氮0.16-3.94/2.22g/L94%82.6%84.7%亞硝酸鹽氮0.023-0.79/0.231g/L98%79.9%76.3%T2.1-5.3/3.5g/L28.1%8.7%11.9%藻類68-688/251萬(wàn)個(gè)/L61.5%58.9%51.1%濁度3.1-43.3/7.56NTU64.6%56.3%51.7%TN8.0-40.0/15稀釋倍數(shù)47.9%47.9%47.1%錳0.09-0.68/0.28g/L73.8%64.5%62.5%色度23-73/34度41.8%37.3%31.8%注：試驗(yàn)溫度范圍13.

14、8-31。原水濃度范圍/均值；平均去除率。型為吞沒(méi)式曝氣生物濾池，型為中心導(dǎo)流筒曝氣循環(huán)式生物濾池，型為直接微孔曝氣器生物接觸氧化池。表4各生物池對(duì)幾種特殊水質(zhì)指標(biāo)的凈化效果水質(zhì)工程原水濃度范圍/均值生物池類型去除率%范圍/均值型型型T2.3-5.3g/L3.7-57.9/29.50-48.6/14.30-36.8/11.9T-THFP0.078-0.125/0.087g/L10.4-24.8/18.38.7-14.3/11.26.8-13.3/9.6Dn2.49-3.86/2.63g/L13.2-27.3/22.34.3-20.1/12.45.2-14.4/9.8D-Dn2.21-2.92/

15、2.46g/L8.6-35.6/20.45.0-22.8/14.35.4-29.7/12.1UV2540.047-0.070/0.055-16.4-21.4/14.32.2-11.8/7.85.1-16.7/8.22.2曝氣生物濾池對(duì)后續(xù)常規(guī)處理藥耗和氯耗的影響2.2.1對(duì)藥耗的影響水中有機(jī)物的存在將增加膠粒的Zeta電位值，使膠體更趨于穩(wěn)定，增加水處理混凝時(shí)藥劑投加量。經(jīng)BAF生物預(yù)處理后，膠粒Zeta電位值降低，易于脫穩(wěn)，因此可以減少后續(xù)混凝單元的藥劑投加量，實(shí)際的燒杯實(shí)驗(yàn)及消費(fèi)性實(shí)驗(yàn)均驗(yàn)證了這一點(diǎn)。2.2.2對(duì)氯耗的影響水的氯耗與水中有機(jī)物和氨氮的含量親密相關(guān)。曝氣生物濾池對(duì)有機(jī)物和氨氮

16、均有較好去除，因此也將影響氯耗量，有試驗(yàn)說(shuō)明曝氣生物濾池與常規(guī)工藝的組合其耗氯量比單一常規(guī)工藝氯耗節(jié)約10%-15%常規(guī)工藝加氯量為2.5-2.7g/L。氯耗的減少既可以節(jié)約水廠運(yùn)行本錢，又能降低氯代有機(jī)消毒副產(chǎn)物的生成量，改善出水水質(zhì)，保障飲用者身體安康。3.膜別離技術(shù)以壓力為推動(dòng)力的膜別離技術(shù)有反浸透R、納濾NF、超濾UF、以及微孔過(guò)濾F。膜別離技術(shù)的特點(diǎn)是能提供穩(wěn)定可靠的水質(zhì)，這是由于膜別離水中雜質(zhì)的主要原理是機(jī)械篩分，因此出水水質(zhì)僅僅根據(jù)膜孔徑的大小，與原水水質(zhì)以及運(yùn)行條件無(wú)關(guān)。此外，膜別離還會(huì)使水廠用地大大減少，運(yùn)行操作自動(dòng)化，使水廠成為真正意義上的“造水工廠。R運(yùn)行壓力高，為1-1

17、0pa，能耗大，而且由于良好的截留性能將大多數(shù)無(wú)機(jī)離子包括對(duì)人體有益的從水中去除。長(zhǎng)期飲用這種水，會(huì)影響人體安康，因此不適宜作為水廠處理工藝。NF膜具有松散的外表層構(gòu)造。其進(jìn)水要求幾乎不含濁度，故僅適用于地下水處理，且由于NF去除了大局部的硬度，故其出水會(huì)對(duì)管網(wǎng)產(chǎn)生腐蝕。UF和F運(yùn)行壓力低且可截留水中絕大局部懸涪膠體和細(xì)菌，其作用相當(dāng)于以除濁為目的的傳統(tǒng)處理工藝。因此是一種合適于水廠的水處理工藝。3.1超率UF在凈水處理中的應(yīng)用前景超濾所別離的組分直徑為0.005-10，一般相對(duì)分子質(zhì)量大于500的分子量和膠體，這種液體的浸透壓很小，可以忽略。因此采用的操作壓力較小，一般為0.1-0.5pa，所以膜常用非對(duì)稱膜，膜的水透過(guò)率為0.5-5.03/(2d)。超濾在小孔徑范圍與反浸透相重疊，在大孔徑范圍內(nèi)與微孔過(guò)濾相重疊。因此它可以別離溶液中的大分子、膠體、蛋白質(zhì)、微粒等。由于它使用的壓力低、產(chǎn)水量大，因此更便于操作，應(yīng)用范圍非常廣泛，開展速度很快，前景是美妙的。3.2超濾的研究與應(yīng)用中存在的問(wèn)題日本從1992年開場(chǎng)，由厚生省牽頭，以國(guó)立公眾衛(wèi)生院和水道凈水協(xié)會(huì)為主，組成“膜應(yīng)用新型凈水系統(tǒng)委員