生物過濾工藝在飲用水處理中的應用
水處理中，生物處理作為對常規(guī)給水處理工藝的強化和補充，能夠有效地去除水中某些溶解性有機物、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮以及鐵和錳等污染物。并且提高出水的生物穩(wěn)定性。生物處理與常規(guī)處理工藝相結(jié)合可以大大提高處理效果。飲用水處理中常用的生物處理技術(shù)包括：生物塔濾、生物接觸氧化、生物流化床以及生物過濾等。
生物過濾的特點
傳統(tǒng)的濾池主要的功能是去除水中的顆粒物，然而隨著原水污染的加劇，有必要考慮在濾池中同步去除部分有機物，生物過濾就是在此基礎上提出來的。生物濾池與傳統(tǒng)濾池的主要區(qū)別在于在濾池的運行過程中，濾料表面形成生物膜。從而改變了濾池的L隙結(jié)構(gòu)。也改變了濾池的處理效果。生物濾池中裝有比表面積較大的填料通過固定生長技術(shù)在濾料表面形成生物膜水體與生物膜不斷接觸過程中使有機物以及氮等營養(yǎng)物質(zhì)被微生物吸收而去除。這種濾池在運行中有時需要補充一定量的空氣，這不僅為生物生長提供足夠的溶解氧，且保證生物膜的高氧化能力。生物過濾工藝的特點是運行費用低處理效果穩(wěn)定。管理方便。污染物去除效率高，污泥產(chǎn)量少，且受外界環(huán)境變化的影響較小。生物過濾的優(yōu)點包括：減少了細菌再生潛勢，減少了二次消毒過程中氯化消毒副產(chǎn)物的生成降低了需氯量。
生物過濾濾池的形式
根據(jù)濾速的大小。生物濾池可以分為生物慢濾池和生物快濾池。生物慢濾池的運行有兩個特點：一個是過濾的水流速度很慢，一般為O。1～O。3m／h之間另一個是過濾的初期存在一個成熟期的時問。成熟期是濾池的濾層頂部幾厘米厚，由原來的松散砂粒變成一個發(fā)粘的濾層所需的時問。這一濾層通常稱為濾膜。濾膜的出現(xiàn)是原生動物藻類和細菌等微生物在濾層頂部大量繁殖的結(jié)果。濾膜形成后，原來的松散砂粒問的孔隙結(jié)構(gòu)起了有利于截留懸浮固體的變化，但更重要的是發(fā)揮了微生物對水質(zhì)的凈化作用。這種凈化作用有兩方面，一方面藻類和細菌分泌的酶可以使膠體脫穩(wěn)，從而粘附在濾料表面，另一方面是微生物的生物氧化作用，可以降解去除一些有機物。但是，由于濾速很慢使慢濾池的處理效率降低。為解決這一問題將生物處理引入普通快濾池即生物活性快濾池取得了較好的處理效果根據(jù)濾料層數(shù)可以分為單層濾池、雙層濾池以及多層濾池。根據(jù)濾料的不同可以分為生物陶粒濾池和生物活性炭濾池等。而根據(jù)濾池中流向的不同．可以分為上向流生物濾池和下向流生物濾池。
此外還有對濾池進行充氧的曝氣生物濾池已經(jīng)在微污染水源水的預處理中應用。曝氣生物濾池的基本原理是在一級強化的基礎上以顆粒狀填料以及附著其上生長的生物膜為主要處理介質(zhì)充分發(fā)揮生物代謝作用、物理過濾作用、生物膜和填料的物理吸附作用以及反應器內(nèi)食物鏈的分級捕食作用。曝氣生物濾池借鑒了生物接觸氧化反應器和深床過濾器的設計原理，省卻了二次沉淀設備。反應器內(nèi)存在不同的好氧缺氧區(qū)域可同步實現(xiàn)硝化和反硝化，在去除有機物的同時達到脫氮的目的。曝氣生物濾池具有處理能力強．處理效果好耐沖擊負荷、工藝流程簡便等優(yōu)點。
生物過濾的處理效果
1除顆粒物效果
現(xiàn)有資料表明在生物濾池和非生物濾池中顆粒的去除、截留和大小分布并不相同。當前對這些現(xiàn)象的理解是有限的尤其是在生物濾池中．細菌細胞數(shù)量比傳統(tǒng)濾池大得多。
2除有機物效果
在飲用水源中普遍含有各種天然有機物或人工合成有機污染物。生物過濾對水中的TOC特別是BDOC、AoC有較好的去除效果。研究表明生物濾池對TOC的去除率為5％～75％對DOC的去除率為13％～41％，對BDOC、AOC的去除率達9O％以上，對三鹵甲烷THMs、鹵乙酸HAAs的先質(zhì)一一THMsFP、HAAsFP的去除率分別達4O％和75％。生物過濾出水中的ToC濃度可降至2mg，L以下、AOC濃度可降至10“g／L以下即使不加氯消毒也可使管網(wǎng)水中的細菌總數(shù)<10O個。
3除氮效果
生物過濾對飲用水源中的氨氮有很好的氧化(硝化)去除效果去除率可達9O％以上，同時亞硝酸鹽氮的去除率也在9O％以上。當進水氨氮為1。2～2．0mg／L、亞硝酸鹽氮為O。5～14mg／L、水溫為8～32¨C時，出水氨氮始終在0。5mg，L以下，亞硝酸鹽氨在O。05mg／L以下。
影響生物過濾效果的因素
臭氧化的影響。臭氧化可以很好地增加水中天然有機物的可生物降解組分。臭氧化對NoM的影響包括羥基、碳酰基和羧基的形成，增加極性和親水性，失去雙健和芳香性以及分子量向小分子有機物分布。
許多實例中，臭氧化后水中天然有機物的大量增加會導致細菌在分配系中的再生．尤其是其后不加生物過濾。在大多數(shù)飲用水處理中，細菌生長的限制物質(zhì)是碳而不是氮和磷，雖然這種限制通常是由于碳作為電子供體而不是碳質(zhì)本身。因此，臭氧化后NOM的增加通常會提高濾池中的生物活性。
濾料的影響：采用生物濾池時濾料的選擇是中心問題。其重要性在于它是成本的主要因素。試驗研究已經(jīng)檢驗了吸附媒介(GAC)和非吸附媒介(無煙煤和石英砂)對生物BOM的去除。
GAC中很少產(chǎn)生生物生長因為GAC的微孔小直徑(1～1OOnm)不允許細菌的穿透，其直徑通常>200nm。因此，石英砂濾池比GAC濾池可以提供更高的可供生物量粘附的表面位因為石英砂的有效尺寸通常比GAC小。然而GAC的宏觀多L結(jié)構(gòu)和不規(guī)則的表面可以為細菌提供適當?shù)奈轿唬岣邔羟辛Φ谋Ｗo。此外，GAC可以吸附去除潛在的禁止化學物質(zhì)，吸附和阻留可被粘附的寶田菌生物降解的可生物降解的組分，致使GAC可以連續(xù)的生物再生。
接觸時間的影響：許多研究者已經(jīng)表明接觸時間在很大程度上影響生物濾池中BOM的去除。接觸時間，經(jīng)常表示為EBCT．因而是設計和運行的關鍵變量。在給定的EB(：T條件下生物BOM去除的關鍵參數(shù)是接觸時間而不是水力負荷，在快濾池通常采用的水力負荷范圍內(nèi)，BOM的去除與其無關。
反沖洗的影響：生物過濾的成功運行要求小心的管理濾池運行中的生物量控制反；中洗時生物的損失量。因為生物濾池積累了生物和非生物的顆粒這些顆粒基團在反沖洗過程中截留的不同會影響生物濾池反；中洗策略的優(yōu)化。
氧化劑的影響：在許多實例中氧化劑如臭氧、雙氧水、氯氣等等會出現(xiàn)在生物濾池進水中，它們對BOM去除的潛在影響值得注意。關于這點，濾料是重要的GAc表面通過氧化還原反應可以分解氯氣和其他氧化劑因此即使濾池進水被氯化生物活性也可以建立。然而，氯氣會導致GAC結(jié)構(gòu)的破壞。此外氯氣與GAC和被吸附的有機物即酚類有機物和苯胺發(fā)生反應形成液相中不會形成的氯化有機物。能分解水中殘留氧化劑的能力可能就是GAC能較大的提高生物過濾效果的部分原因。
示范工程應用
濟南市的玉清湖水廠、南郊水廠、南康水廠以及浙江嘉興的石臼漾水廠、海寧水廠等均采用了不同規(guī)模的生物過濾工藝水質(zhì)處理效果良好。
生物過濾可同時有效去除飲用水源中的濁度可生物降解有機物、氨氮等污染物質(zhì)，改善和提高飲用水的生物穩(wěn)定性和安全性管理簡便、運行可靠、投資省、運行費用低。是一項經(jīng)濟實用的飲用水處理工藝。
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