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沸石濾料代替石英砂、錳砂在凈水中的作用

發布時間:2017/12/19 點擊量:0

沸石替代石英砂、錳砂在凈水中的作用:

摘要:濾料的優化選擇對于生物活性濾池(BAF)至關重要。本文通過濾柱模型實驗,考察了沸石替代石英砂之后對BAF除污染效能的強化作用。結果表明,采用沸石濾料的BAF-1除有機污染和氨氮能力明顯優于采用石英砂濾料的BAF-2。BAF-1的CODM。去除率比BAF一2高13%.18%,uv2s4去除率高6.8~8.4%,氨氮去除率高8.8~16.5%。
 
  BAF-1具有更加優良的除濁性能,濾后水濁度比BAF-2低0.03—0.07NTU。兩種濾料的BAF都不會造成濾后水細菌的放大,BAF一1的細菌總數去除率比BAF-2高8.6%。采用沸石濾料的BAF一1是通過生物氧化、吸附、離子交換等作用共同完成對有機物、氨氮等污染物質的去除,因此具有更加優良的飲用水除污染效能。
 
  關鍵詞:沸石;石英砂:生物活性濾池(BAF);除污染;
 
  飲用水面對水源水質的惡化,常規處理工藝已不能保證生活飲用水水質的安全。受污染水源水經常規的混凝、沉淀、及過濾工藝只能去除有機物的20%~30%。地表水源中普遍存在的氨氮問題常規處理也不能有效解決。大量研究表明,生物活性濾池(BAF)工藝是飲用水深度除污染的-4中行之有效的工藝n’2]oBAF工藝不同于常規過濾,其濾料上沒有附著生長的生物膜,主要用來除濁;也不同于生物預處理工藝,其采用的濾料較粗,主要用來去除有機物和氨氮。BAF工藝用生物活性濾料來替代傳統濾料,從而對傳統過濾起到生物強化的作用,可同時滿足除濁功能和生物凈化功能。該法經濟有效,簡便易行,適合在我國推廣應用。
 
  在水源水未預加氯或待濾水中有效氯含量較低的情況下,石英砂濾料上也能生長出具有除污染效能的生物膜。但是,由于石英砂濾料表面孔隙少,比表面積和等電點低,通常情況下呈電負性B1,不利于細菌的富集生長。因此,濾料的優化對于BAF至關重要。沸石是一組非常引人注目的無機物,有著巨大的內表面積,具有獨特的吸附、離子交換和催化性能,能有效去除有機物、氨氮等多種污染物,表現出優良的水處理效能。
 
  本文采用以實際沉淀池出水進行配水的方式,通過濾柱模型實驗,系統地研究了以沸石濾料替代石英砂之后,進行生物掛膜,生物強化去除CODM。、UV2:鉗、氨氮、濁度等污染物質的效能。
 
  1實驗裝置與方法
 
  1.1實驗裝置
 
  BAF模型為兩套平行裝置,有機玻璃加工,尺寸140mmx4000mm。底部采用8—16mm、4—8mm卵石承托層各50mm。BAF一1填充斜發沸石,BAF一2填充石英砂,均選用0.8~1.2mm的均質濾料,濾層厚度均為1200mm。反應器內徑大于濾料平均直徑50倍時,可消減反應器的邊界效應,實驗結果可適用于生產實際H1。本實驗中兩組模型反應器的該比值均為140。
 
  1.2實驗方法
 
  該實驗在南方某水廠進行,水源水質如表1所示。實驗用水取自水廠實際沉淀池出水,自2005年6月開始對兩組實驗濾柱進行自然掛膜。經過3個多月的運行,兩組濾柱的除CODM。、NH3-N能力達到穩定狀態,標志著濾料上生物膜的成熟。之后裝置采用變水頭等速過濾方式運行,濾速恒定為8rn/h,過濾周期48h。反沖方式采用單獨水反沖洗,反沖用水為收集的實驗濾后水,反沖歷時15rain,濾層膨脹度控制在40%左右。
 
  1.3檢測項目
 
  CODM。采用酸性高錳酸鉀法,NH。一N采用納氏試劑分光光度法,細菌總數采用平皿計數法進行測定:uv25。采用CANY752N紫外可見分光光度計,濁度采用HACH2100N臺式濁度儀,溶解氧(Do)采用JPBJ一608便攜式溶氧儀進行測定。
 
  2實驗結果與分析
 
  實驗期間,水源水質比較穩定,以沉淀池出水進行配水作為實驗用水。其中配入NH4CI使氨氮濃度維持在1.60mg/L左右。在配水階段一,有機負荷采用實際沉淀池出水自身的有機有機負荷:在配水階段二,沉淀池出水中另配入lmg/L牛肉膏+lmg/L蛋白胨+lmg/L葡萄糖;配水階段三則另配入2mg/L牛肉膏+2mg/L蛋白胨+2mg/L葡萄糖。各個配水階段的主要水質指標如表2所示。若處理系統對目標污染物的去除效果穩定5d以上,則認為該系統達到穩定狀態b’6。本實驗中各個階段均穩定運行一周以上。
 
  2.1沸石替代石英砂強化去除co‰效能
 
  CODM。是反映水質受到污染(特別是有機污染)的綜合性指標之一,與水的感官性質、水致腸道疾病、水的致突變性、致癌性等均有正相關關系。由圖1可見,在各個運行階段,采用沸石濾料的BAF一1除CODM。效能均明顯優于采用石英砂的BAF-2。在濾前水完全相同的情況下,配水階段一時,BAF-1的CODM。去除率平均為27.0%,而BAF一2僅有14.O%:階段二時BAF-1的除CODm效率升至38.0%,BAF一2為22.0%;到了配水階段三,BAF一1的CODM。平均去除率進一步提高到40.0%,而BAF-2仍保持在22.0%。隨著濾前水CODM。的增加,兩組濾柱對CODM。的去除量和去除率均隨之而增加。在整個實驗期間,BAF-1的CODM。去除率始終高于BAF-2約13%一18%。而且由圖l還可以看出,BAF-1的CODM。去除情況相對比較穩定,BAF-2則波動性較大。
 
  天然斜發沸石表面極性強,內部孔隙較小,能有效吸附水中極性較強的小分子量溶解性有機物Ⅲ。而這些有機物又易于生物降解,為微生物的富集生長提供了充足的營養物質。因此沸石濾料上能培養出大量活性較高的生物膜。這些生物膜又能對沸石的選擇吸附性起到再生的作用,從而使生物沸石反應器始終保持較高的有機物去除率。同時由于沸石表面粗糙,存在大量孔隙,能有效避免反沖洗時生物膜的脫落、丟失。而石英砂表面光滑,比表面積小,既不利于微生物的生長,也不能在反沖洗時為微生物提供保護。因此其除有機物效果不如沸石。
 
  2.2沸石替代石英砂強化去除uv。效能uv:鉗與水中TOC、DOC以及三鹵甲烷前體物THMFP等均有較好的相關性,可作為其替代參數。平均為33.6%,而采用石英砂濾料的BAF一2則為26.8%,低于BAF-1約7%;階段二時BAF一1的平均UV2。去除率達到46..9%,BAF一2也升至38.5%,但仍低于BAF-1約8%;配水階段三時兩組BAF的除uv:,。情況基本和階段二保持一致。整個實驗期間,
 
  2.3沸石替代石英砂強化去除氨氮效能
 
  在配水階段一時,采用沸石濾料的BAF一1氨氮平均去除率為96.7%,采用石英砂濾料的BAF-2為87.9%,低于BAF-1約9%;階段二時BAF-1氨氮去除率降至75.4%,BAF-2降至62.4%,低于BAF一1約13%:到了配水階段三,BAF-1的除氨氮效率進一步降至63.1%,而BAF-2更降至46.6%,低于BAF一1約16%。由圖3可見,隨著濾前水有機物濃度的增加,兩種濾料的BAF除氨氮能力均呈下降趨勢。這是因為降解有機物的異養菌處于對溶解氧和生存空間競爭的優勢地位,對硝化菌的生長繁殖產生了不利的影響。在整個實驗期間,BAF-I的除氨氮效率始終比BAF-2高8.8—16.5%。天然斜發沸石對氨氮有較強的選擇交換能力,采用沸石濾料的BAF-1對氨氮的去除是生物氧化、吸附以及離子交換共同作用的結果。生物氧化對沸石的吸附、離子交換又能起到再生作用,因此BAF一1能始終保持較高的氨氮去除率[83o而石英砂濾料比表面積小,表面光滑,不利于硝化菌的生長。因此其除氨氮效果較差。
 
  2.4沸石替代石英砂強化除濁效能
 
  作為傳統過濾的強化工藝,BAF首先要滿足除濁功能。在配水階段一時,濾前水平均濁度為2.12NTU,采用石英砂濾料的BAF-2出水平均濁度為0.18NTU,采用沸石濾料的BAF-I為0.15NTU,比BAF一2降低了約17%;在階段二,濾前水濁度平均為2.27NTU,BAF一2出水平均為0.24NTU,BAF-1為0.20NTU,同樣比BAF-2降低了約17%:在階段三,濾前水濁度平均為2.25NTU,BAF-2出水平均為0.34NTU,BAF—I則為0.27NTU,比BAF一2降低約21%。實驗結果表明,兩組濾柱的出水濁度均隨著濾前水有機物濃度的提高而逐漸增大。這是因為水中有機物的存在能增加無機膠粒的Zeta電位值,使得無機膠粒更趨于穩定∽1。而整個實驗期間,BAF-1的濾后水濁度始終比BAF一2低0.03—0.07NTU,具有更加優良的除濁性能。
 
  兩組濾柱均能產生低濁水。在BAF中,有兩種作用參與除濁:一是傳統濾池的黏附截留作用:二是濾料上生物膜借助較大的比表面積及胞外粘性分泌物產生的生物吸附作用。沸石濾料上能生長出比石英砂更多的、活性更高的生物膜,因此,采用濾料的BAF一1除濁性能優于采用石英砂的BAF-2。
 
  2.5沸石替代石英砂降低濾后水細菌總數
 
  作為傳統過濾的強化工藝,BAF的出水將進入清水池,并送入用水管網中。因此其出水的細菌問題一直為人們所關注。實驗結果表明,在濾前水細菌總數212~1050,平均455cfu/mL的情況下,BAF一1出水細菌總數為43。243,平均127cfu/mL,平均去除率69.9%;而采用石英砂濾料的BAF一2則為67—274,平均166cfu/mL,平均去除率61.3%。兩種濾料的BAF均能有效去除濾前水中的細菌,采用沸石濾料的BAF-1細菌總數去除率比采用石英砂的BAF-2高8.6%。
 
  3.結論
 
  采用天然斜發沸石替代石英砂濾料,能明顯提高濾池除污染性能:(1)在整個實驗期間,采用沸石濾料的BAF-I比采用石英砂的BAF-2CODM。去除率高13.0~18.0%,UV25。去除率提高6.8-8.4%,并且BAF-1的CODM。去除情況更加穩定,而BAF一2波動性較大;(2)BAF-1的NH3一N去除率比BAF一2高8.8.16.5%,并且BAF-I抗有機負荷沖擊能力明顯優于BAF一2;(3)兩組BAF的濾后水濁度均隨著濾前水有機物濃度的提高而逐漸增大,在整個實驗期間,BAF一1的濾后水濁度比BAF-2低O.03—0.07NTU,具有更加優良的除濁性能:(4)兩種濾料的BAF都不會造成濾后水細菌的放大,BAF-1細菌總數去除率比BAF~2高8.6%。沸石濾料的BAF通過生物氧化、吸附、離子交換等作用共同完成對有機物、氨氮等污染物質的去除,因此具有更加優良的飲用水除污染效能。
 
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