曝氣生物濾池在入庫(kù)水處理中的應(yīng)用
在低溫情況下，對(duì)官?gòu)d水庫(kù)入庫(kù)水進(jìn)行了曝氣生物濾池的生物預(yù)處理可行性研究，結(jié)果表明，水溫低于5e，該工藝對(duì)有機(jī)物和氨氮的去除率較常溫有所下降，在015~5e時(shí)，COD平均去除率為3311%，氨氮平均去除率為4311%。
官?gòu)d水庫(kù)是我國(guó)20世紀(jì)50年代修建的大型水庫(kù)，在80年代之前曾作為北京市一個(gè)重要的地表水源地。80年代后期，由于水庫(kù)上游工業(yè)發(fā)展，入庫(kù)水質(zhì)污染嚴(yán)重，加之來(lái)水量減少，庫(kù)水已不能達(dá)到飲用水源的標(biāo)準(zhǔn)，只能滿足于工農(nóng)業(yè)和景觀用水的要求。90年代水質(zhì)繼續(xù)惡化，導(dǎo)致京西部分工廠機(jī)器不能正常工作，不能再作為工業(yè)水源。
通過(guò)工程治理和管理手段，恢復(fù)官?gòu)d水庫(kù)作為飲用水水源功能的任務(wù)已迫在眉睫。削減上游進(jìn)入水庫(kù)的污染物負(fù)荷能很大程度地改善入庫(kù)水質(zhì)，生物預(yù)處理是廣泛使用的一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。由于官?gòu)d水庫(kù)冬季持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，溫度是影響生物預(yù)處理的重要因子，因此筆者重點(diǎn)考查了生物預(yù)處理工藝在低溫下的運(yùn)行特性。
曝氣生物濾池(BiologicalAeratedFilter，BAF)也叫淹沒(méi)式曝氣生物濾池(SubmergedBiologicalAeratedFilter)，是20世紀(jì)80年代末在歐美發(fā)展起來(lái)的一種新型污水處理技術(shù)。該工藝主要是占地面積。换ê瓦\(yùn)行費(fèi)用低；不需設(shè)二沉池和污泥回流泵房；管理方便；處理效率高；出水水質(zhì)好；無(wú)氣味和噪音；抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)；模塊化結(jié)構(gòu)便于改!擴(kuò)建及與其他處理工藝易結(jié)合等特點(diǎn)。
有關(guān)低溫曝氣生物濾池研究的報(bào)道很少，國(guó)外幾乎沒(méi)有資料報(bào)道，清華大學(xué)的王占生教授等人于1992~1993年在邯鄲滏陽(yáng)做過(guò)河水生物處理中試研究，于1993~1994年在大同冊(cè)田水庫(kù)做過(guò)相關(guān)試驗(yàn)研究。作者就低溫條件下曝氣生物濾池對(duì)COD和NH3-N的去除效果進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明:水溫低于5e時(shí)對(duì)有機(jī)物和NH3-N的去除率較常溫有所下降，在0.5~5e時(shí)，CODMn!NH3-N的平均去除率分別為33.1%!43.1%。
1 試驗(yàn)概況
試驗(yàn)采用兩級(jí)淹沒(méi)式生物濾池，在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)官?gòu)d水庫(kù)入庫(kù)水進(jìn)行預(yù)處理可行性試驗(yàn)，流程如圖1所示。濾柱為有機(jī)玻璃圓柱，高為3m，內(nèi)徑20cm。濾柱底部約為30cm承托層(鵝卵石)，填料層濾柱I為112m，濾柱為115m，填料均為陶粒，粒徑2~5mm。濾柱不曝氣，濾柱曝氣。
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去除率為1810%~4714%，平均3311%。這一試驗(yàn)結(jié)果表明，低溫下絕大多數(shù)微生物的生化活性受到強(qiáng)烈抑制，從而影響了生物陶粒工藝降解有機(jī)物的能力，工藝性能有所降低。但生物陶粒濾池此時(shí)仍保持一定的去除污染物的能力，原因可能為:(1)有資料表明，水溫從20e降至5e以下，生物活性一般降低35%。雖然低溫時(shí)大多數(shù)微生物的活性受到抑制，但濾池中仍有某些屬的微生物適應(yīng)了低溫環(huán)境而保持了一定的活性。(2)本試驗(yàn)中的生物陶粒裝置從8月份掛膜起，到11~12月，經(jīng)歷了從高溫(25e)至低溫(015~5e)的漸變過(guò)程，因而濾池內(nèi)的微生物對(duì)于低溫有了較強(qiáng)的適應(yīng)性。(3)低溫下生物陶粒濾池中仍有生物量較高的試驗(yàn)從2001年8月開(kāi)始自然掛膜，約4周后掛膜成功。運(yùn)行數(shù)日，系統(tǒng)穩(wěn)定，可認(rèn)為生物膜基本成熟。經(jīng)數(shù)月運(yùn)行后可得出:水溫在10e以上時(shí)，該工藝對(duì)有機(jī)物和氨氮均有良好的去除效果。試驗(yàn)是在低溫條件下，以濾速為4m3/(m2#h)進(jìn)行。下面分析運(yùn)行效果和有機(jī)物及氨氮的去除情況。
2 結(jié)果與討論
2.1 有機(jī)物運(yùn)行試驗(yàn)效果
官?gòu)d水庫(kù)因地處我國(guó)北方，入庫(kù)水長(zhǎng)時(shí)間處于低溫狀態(tài)。試驗(yàn)期間，最低水溫達(dá)015e，在冬季，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)濾池進(jìn)水平均為2e，低于10e的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月之多。據(jù)研究表明，在接近0e的環(huán)境中，微生物很難維持其基本的生命運(yùn)動(dòng)；而對(duì)于生物工藝，在低溫狀態(tài)下的研究資料十分少。本試驗(yàn)著重考察了015~5e狀態(tài)下工藝運(yùn)行情況，圖2示出了曝氣生物濾池去除有機(jī)物的效果。
由圖看出，水溫在6e以上時(shí)，生物濾池CODMn平均出水質(zhì)量為514mg/L，對(duì)有機(jī)物具有較好的去除效果。015~5e低溫情況下，該工藝對(duì)有機(jī)物的固定生物膜，以及活性較強(qiáng)的存在于陶粒間隙間的生物絮體，能發(fā)揮一定的吸附!凝聚作用，達(dá)到良好的截留懸浮物的效果，有利于有機(jī)物的部分去除。
2.2 氨氮運(yùn)行試驗(yàn)效果
生物濾池對(duì)氨氮的去除效果示于圖3，由圖可知，水溫在15e以上，溫度對(duì)氨氮的去除效果影響不大，去除率維持在80%~100%。研究資料表明，硝化反應(yīng)的適宜溫度為30~35e，在5~35e的范圍內(nèi)，反應(yīng)速度隨溫度升高而加快，當(dāng)溫度低于5e時(shí)，硝化細(xì)菌的生命活動(dòng)幾乎停止。對(duì)于同時(shí)去除有機(jī)物和進(jìn)行硝化反應(yīng)的系統(tǒng)，溫度低于15e即發(fā)現(xiàn)硝化速率迅速降低，低溫對(duì)硝化細(xì)菌的抑制更為強(qiáng)烈。陳漢輝的研究表明，水溫是影響生物生長(zhǎng)和生命代謝活性的主要因素，水溫越低，活性越小。硝化細(xì)菌的繁殖速率較碳化菌低幾個(gè)數(shù)量級(jí)，在低溫下，繁殖速率更低，5~10e時(shí)，氨氮的硝化率大約僅為20~30e時(shí)的一半
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由于常溫下氨氮的去除效果較好，而低溫時(shí)去除效果較差，可見(jiàn)對(duì)于曝氣生物濾池來(lái)說(shuō)，吸附作用不是去除氨氮的主要原因。王占生等人對(duì)飲用水低溫微生物預(yù)處理機(jī)理研究表明，在陶粒生物膜中分離出6個(gè)優(yōu)勢(shì)菌屬，其中假單胞菌屬占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。假單胞菌屬中有幾種適合在4e以下生存的菌種，這可能是反應(yīng)器在低溫下仍能去除部分氨氮的主要菌種，也許是生物陶粒反應(yīng)器在低溫下仍然保持一定去除率的原因。
由圖3看出，在12月初水溫急劇下降時(shí)，氨氮的去除率也急劇下降，但大約經(jīng)15d后，去除率又有所上升？赡苁请S著水溫的下降，生物膜的活性下降，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的適應(yīng)，生物膜的活性又有所恢復(fù)。大約1月15日，試驗(yàn)地受寒流影響，氣溫再度下降，河面冰層厚達(dá)20cm，反應(yīng)器進(jìn)水溫度長(zhǎng)時(shí)間維持在0~015e，導(dǎo)致生物膜活性受到強(qiáng)烈抑制，致使去除率再度下降。
3 結(jié) 論
考察了曝氣生物濾池系統(tǒng)在低溫情況下，對(duì)北方官?gòu)d水庫(kù)入庫(kù)水生物預(yù)處理作了探索性的研究。結(jié)果表明:(1)在生物陶粒反應(yīng)器中，低溫對(duì)有機(jī)物和氨氮的去除影響較大；(2)在冬季，當(dāng)水溫在5e以下時(shí)，氨氮和CODMn的去除效果較常溫(15e以上)有所降低，去除率平均為4311%和3311%；(3)在極端低溫的情況下，該工藝仍有較好的去除效果；(4)由于官?gòu)d水庫(kù)入庫(kù)水在冬季時(shí)的水質(zhì)與一般城市相似，故證明該試驗(yàn)填補(bǔ)了兩級(jí)曝氣生物濾池在低溫下處理城市污水的空白，為其用于寒冷地區(qū)的城市污水處理提供了第一手資料。
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