载体生物工艺去除珠江备用水源中有机物和氨氮的中试研究

载体生物工艺去除珠江备用水源中有机物和氨氮的中试研究

刘颖诗

广州市市政工程设计研究总院有限公司，广东省广州市，510000

摘要：珠江西航道水源水，是广州的应急备用水源，水体受轻度污染，水中的有机物、氨、三致物和铁锰等物质超标。载体生物工艺，通过生物净化作用，可有效去除水中的氨氮和有机物。本研究针对有机物、氨氮等常规给水工艺难以去除的污染物建立了处理水量为1m3/h 的载体生物工艺中试装置，比选出性能较优的生物填料，并考察了不同运行工况下的载体生物工艺去除微污染水源水中有机物和氨氮效果的影响。试验结果表明：①组合填料的挂膜性能优于立体弹性填料。②载体生物工艺反应装置的停留时间 1.0h，气水比 2.5:1 时，出水 CODMn浓度＜3mg/L，NH4+-N浓度＜0.5mg/L，满足《国家生活饮用水相关卫生标准（GB5749-2006）要求。

珠江西航道水源水，是广州的应急备用水源，水体受轻度污染，属于Ⅳ类水[1]，水中的有机物、氨、三致物和铁锰等物质超标，对水生生物和人体健康构成巨大危害。在普遍采用的常规水处理工艺中，通过增加混凝剂投加量、折点氯化等方式提高微污染水的处理效果[2]，存在金属离子浓度增加、处理成本提高、毒理学安全下降等问题。

载体生物工艺，以水下的填料作为生物载体，通过曝气或充氧的水流经过填料后使填料布满生物膜[3]，生物膜上生物相丰富，水中的氨氮和有机物在与生物膜的接触中，通过生物净化作用被去除[4]。

为解决上述问题，本研究针对有机物、氨氮等常规给水工艺难以去除的污染物建立了处理水量为1m3/h 的载体生物工艺中试装置，考察不同运行工况下的载体生物工艺去除微污染水源水中有机物和氨氮效果的影响。

1. 试验条件与方法
   1. 试验用水与填料

（1）原水水质

原水水源为广州市珠江流域西航道[5]备用水源。其中CODMn范围为

3~8mg/L、NH4+-N范围为2~7mg/L。

（2）填料的主要性能参数

本试验选取组合填料和立体弹性填料[6]作为载体生物工艺的填料进行对比。

1.2试验装置与方法

（1）试验装置

试验装置的处理规模为1m3/h。工艺流程为原水→载体生物工艺（曝气）→出水。

（2）挂膜启动试验

    试验采用自然挂膜法，在反应装置内安装两种填料，接引原水至试验装置内，鼓风曝气运行。以原水的NH4+-N和CODMn的去除率作为挂膜成功的指示性参数，当NH4+-N的去除率稳定且超过80%，CODMn去除率稳定且超过40%时，认为反应装置挂膜启动完成。

（3）运行工况研究试验

调节反应装置运行参数，调节停留时间为1h、0.75h和0.5h；气水比为1:1、2:1、2.5:1；通过检测出水的NH4+-N和CODMn去除率，判断载体生物反应装置的最佳运行工况。

2. 结果与分析

2.1 不同填料反应装置的挂膜启动时间比较

在挂膜启动后第17d和25d，CODMn去除率高于40%、NH4+-N去除率高于80%且趋于稳定，可认为挂膜成功；立体弹性填料在挂膜启动后的第23d， CODMn去除率高于40%且趋于稳定，而直至第31d，NH4+-N去除率仍未高于80%，认为挂膜不成功。出现如此较大差异的原因是组合填料上的纤维束更容易让微生物附着，为微生物提供适宜其生长和繁殖的环境，加速反应装置的挂膜启动，而立体弹性填料比表面积较小，不利于微生物的附着，填料表面形成生物膜的速度较慢。另外，通过观察填料表面可以发现，组合填料表面生物膜的厚度大于立体弹性填料表面生物膜（组合填料表面生物膜厚度大约为3～5mm，立体弹性填料大约为1～3mm），因此通过生物膜成熟速度以及CODMn和NH4+-N的去除率可知组合填料的挂膜性能优于立体弹性填料。基于挂膜启动试验结果，下述运行工况试验研究采用组合填料。

2.2 载体生物工艺的停留时间对去除有机物和氨氮效果的影响

调节停留时间为1h、0.75h和0.5h，试验结果表明，载体生物工艺CODMn和NH4+-N去除率，随着反应装置停留时间的升高而升高。停留时间为1.0h时较为适合载体生物膜工艺去除珠江备用水源水中的CODMn和NH4+-N，而且工艺出水CODMn浓度均＜ 3mg/L，NH4-N浓度＜ 0.5mg/L，满足《国家生活饮用水相关卫生标准》（GB5749-2006）要求。

2.3 载体生物工艺的气水比对去除有机物和氨氮效果的影响

调节试验装置气水比为1:1、2:1、2.5:1，试验结果表明，载体生物工艺CODMn和NH4+-N去除率，随着反应装置气水比升高而升高。气水比为2.5:1时较为适合载体生物膜工艺去除珠江备用水源水中的CODMn和NH4+-N，而且工艺出水CODMn浓度＜3mg/L，NH4+-N浓度＜0.5mg/L，满足《国家生活饮用水相关卫生标准》（GB5749-2006）要求。

3. 结论

（1）通过生物膜成熟速度、CODMn和NH4+-N的去除率判断可知组合填料的挂膜性能优于立体弹性填料。

（2）提高载体生物工艺反应装置的停留时间和气水比，可有效提升CODMn和NH4-N的去除效果。

（3）载体生物工艺反应装置的最佳运行工况为停留时间1.0h，气水比2.5:1，在此运行工况下，出水CODMn浓度＜3mg/L，NH4-N浓度＜0.5mg/L，满足《国家生活饮用水相关卫生标准》（GB5749-2006）要求。

参考文献：

[1][1] 广州市生态环境局:2019年广州市环境质量状况公,2020.

[2] 靳鑫伟,李梅,谢培梁,刘鹤鸣,微污染水源水处理技术进展[J].环境科学与管理,2019,1(1):44.

[3]吴智仁； 彭娇； 吴春笃； 蒋素英；张波；新型生物接触氧化载体及其实验研究，[J].水处理技术,2016,(01):

[4] 韩梅; 赵志伟; 高伟; 曾志清; 崔福义,齿轮型流化载体生物接触氧化池预处理微污染水源水研究[J].给水排水，2013,03

[5] 中华人民共和国水利部.2016年中国水资源公报,2017.

[6] 徐明建,生物接触氧化强化脱氮净化微污染水源水的工艺优化实验与中试设计. [D].2018.11

[7] 张菊萍,陆少鸣,夏莉,罗少凡,付斌.步同挂膜方式启动中置曝气生物滤池的对比研究，水处理技术,2015,(06):