微污染水源水强化出水水质技术研究

ENVIRONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENT Vol.37No.8Aug．2012

收稿日期：2012－04－01

作者简介：李宁（1981－），男，助理工程师，主要从事水处理工程设计

及技术研究等工作。

文章编号：1674－6139（2012）08－0106－04

微污染水源水强化出水水质技术研究

李宁1，何志茹1，朱元鑫1，谭超

2

（1．城市水资源开发利用［北方］国家工程研究中心，黑龙江哈尔滨150001；2．盘锦市环境保护监测站，辽宁盘锦124010）

摘要：文章主要阐述了针对目前中国微污染水源水的特点及许多自来水厂普遍存在的水质问题，对生物强化

过滤技术的应用进行了较深入的研究。生物活性滤池由于出水的亚盐氮浓度较低，因而节约了氯耗，减少了消毒副产物的生成，强化了出水水质，具有更高的水质安全性。生物强化过滤工艺既可以起生物过滤作用，又不增加任何新的设施，是一种易为水厂接受、经济实用的解决微污染饮用水源问题的有效途径，对保证水质安全及生产应用都具有非常重要的意义。

关键词：微污染水源水；生物活性滤池；强化出水水质；水质安全性中图分类号：X703．1

文献标识码：A

Study on Application of Bio －enhanced Filtration in Micro －Polluted Raw Water

Li Ning 1，He Zhiru 1，Zhu Yuanxin 1，Tan Chao 2

（1．National Engineering Research Center of Urban Water Resources ，Harbin 150001，China ；2．Panjin Environmental Monitoring Station ，Panjin 124010，China ）

Abstract ：This article mainly elaborated the characteristics of micro －polluted source water and common problems of water quality existing in China's waterworks ，and then made an in －depth research on the application of enhanced biological filtration technique．Due to the low density of nitrite nitrogen in the effluent of biological activity filter tank ，the consumptions of chlorine were saved and the quantities of by －products from the process of disinfection were reduced ，so the quality and security of the wa-ter quality was better．The techniques of biologically enhanced filtration not only have biological filtering function ，but also have no need to add new facilities．It is an economical ，practical and efficient way to treat the slightly polluted drinking water and also easy to be accepted by the waterworks．This is of great significance to ensure the security of water quality and water supply．

Key words ：micro －polluted water source ；biological activity filter tank ；improved effluent quality ；security of water quality

1

研究目的和内容

1．1

研究目的

有效去除水中有机污染物、藻类，提高生物稳定

性，

是水厂普遍面临的技术难题。目前，许多自来水厂虽然都有改进工艺、提高水质的愿望，但由于受占地及资金等方面的制约，预处理及深度处理的工程应用存在一定难度。而生物强化过滤工艺具有投资少、不需另设构筑物的优点，是一种易为水厂接受、经济

实用的解决微污染饮用水源［1］

问题的有效途径，无论从去除效果还是基建费用上都有较明显的优势。

生物活性滤池强化过滤的目的是：

（1）在保证出水水质的前提下提高过滤过程对有机物、氨氮、亚盐氮等指标的去除率；

（2）为生产上的应用确定一些必要的工艺参数。1．2

主要内容

本研究所指生物强化过滤是对普通滤池进行生物强化，将普通石英砂滤料改为生物滤料与石英砂滤料双层滤料，并对工艺运行条件进行适当调整与优化，使滤池既保持原有的除浊性能，又具备较强的生物净水效果。该工艺既可以起生物、过滤作用，又不增加任何新的设施，因而具有非常重要的意义。

2试验概况

为了实现以后生产上应用的目的，试验首先考

虑使用所在水厂的沉后水，通过水泵将其抽送到试

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601·

2．1水厂工艺概况

该厂主要生产工艺都是采用传统方式，因此随着水源水质状况的恶化和饮用水水质标准的提高，现有工艺很难获得高质量的出水。水源水的锰含量全年平均在0.14mg/L，一直保持在超标水平，最高达到0.33mg/L，不过出厂水能够达到饮用水水质标准；氨氮全年均值为0.96mg/L，而1－4月份的均值为1.79mg/L，远远超过国家规定的二类水源水标准，对应的出厂水达到了1.3mg/L。2007年7月1日，由国家标准委和卫生部联合发布的《生活饮用水卫生标准》（GB5749－2006）强制性国家标准和13项生活饮用水卫生检验国家标准正式实施，规定氨氮（以N计）的标准值为0.5mg/L［2］。

此外，水源水的耗氧量指标年平均为4．21mg/ L，经过处理虽然大多数时候能够达到饮用水水质标准，但含量还是偏高，且有时处理后的出水水质满足不了要求。

2．2中试工艺概况

装置设计规模4m3/h，由预O3化单元－常规工艺单元（混凝、沉淀、砂滤）－主O3化单元－BAC 过滤单元－消毒单元等工艺构筑物组成，可根据试验需要选择上述工艺单元的单一环节或不同工艺单元进行组合试验。

具体参数如下：

装置设计规模：Q=4m3/h

（1）预O

3

接触柱：完全相同两根并联，单根接触柱设计流量Q1=2m3/h，预O3接触时间T1=5min。

（2）溶药池：位于微涡混凝反应器起端，采用计量泵投加混凝剂等药剂。

（3）微涡混凝反应器：混凝反应器处理水量4 m3/h，混合时间10s，反应时间12min、沉淀清水区上升流速1.6mm/s。

（4）过滤柱：6根并联，按位置分成两组，每组3根，每根设计流量0.667m3/h，设计平均流速V=7 m/h，砂层厚度1.2m。

（5）主O

3

接触柱：完全相同的4根主O3接触柱并联，共分2组，每组2根，单根接触柱设计流量1m3/h，设计控制参数———接触时间10min。

（6）BAC滤柱：完全相同的4根BAC滤柱并联，每组2根，与预O3两组分别对应，单根BAC滤柱设计流量1m3/h，设计平均停留时间10min。

试验中所用为四根过滤柱，均为有机玻璃制作，高250cm，内径340mm。

3生物活性滤池的运行

3．1各滤柱运行效果分析

在大部分滤柱完成挂膜过程后，考虑到双层滤池的滤速一般在10 14m/h，因此将滤速调节至11 m/h，考察在此状态下各滤柱对不同指标的去除效果。

3．1．1对常规指标的去除效果

所考察的常规指标主要包括氨氮、亚盐氮、耗氧量（COD Mn）、浊度等。总体来说，各滤柱对各项常规指标的去除均能满足水质要求，在去除能力上1#、3#滤柱较高。

（1）对氨氮的去除，虽然个别滤柱在亚硝化菌的群体形成上滞后，但一旦挂膜成功，运行就比较稳定，都具有较高的去除率。虽然进水的氨氮浓度不时会有较大波动，但出水的氨氮浓度基本稳定。

（2）对亚盐氮的去除，亚盐氮是含氮化合物分解的中间产物，易氧化为盐，也可被还原为氨，性质极不稳定。1#滤柱的去除效果最好，出水浓度极其稳定，去除率也比较稳定；3#滤柱较1#稍差一些，平均去除率稍低，出水浓度波动也大些；2 #滤柱更差一些，不仅去除率低，而且中间有浓度超过0.1mg/L的时候；4#滤柱的去除效果最差，不仅平均去除率较前几个滤柱低40%以上，而且出水浓度时有起伏，波动较大。

（3）耗氧量，耗氧量也称高锰酸盐指数，是间接反应水样受有机污染的程度。1#、3#滤柱均对COD

Mn

具有较高的去除能力，1#的去除情况稍稍较3

#稳定。2#滤柱在启动初期的COD

Mn

去除率和最后阶段的去除率相比略高一些，变化幅度较大。4#滤柱去除率很低，并且极不稳定。

（4）对浊度的去除，各滤柱对浊度均具有较高的去除率，即使在滤前水的浊度达到3．68NTU时，出水浊度仍然保持稳定。生物滤池由于滤料表面生物膜的絮凝粘附作用，能有效地促进微细颗粒的去除，使出水浊度比普通滤池更低。

3．1．2对其它指标的去除

试验中测定的其它指标主要有Uv254、TOC、AOC等。

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·（1）Uv254的去除效果显著。Uv254是衡量水中有机物指标的一项重要控制参数，在国外经过近二十年的不断研究，已被水处理研究和管理人员普遍接受和使用［3］。

各滤柱对Uv254去除率差别明显，由大到小依次为3#、1#、2#、4#滤柱，其平均去除率依次是30.4%，24.7%，18.0%，9.8%。

（2）对AOC的去除效果。AOC（Assimilable Or-ganic Carbon）为生物可同化的有机碳，是微生物极易利用的基质。其中1#、3#滤柱出水AOC值较低，2 #滤柱稍高，4#滤柱和水厂滤后水均很高，出水的生物稳定性较差。

（3）对TOC的去除效果。TOC（Total Organic Carbon）是重要的控制指标，它几乎代表了水中所有有机物的含量。1#至4#滤柱对TOC的去除率分别是12.8%，16.4%，14.1%，6.8%，而水厂滤池的去除率为负值。由此可见，由活性炭组成的生物活性滤池对有机物的去除效果远远好于无烟煤组成的生物滤池和普通砂滤池。

3．2与水厂滤后水的对比

在试验的中期，进行了同水厂滤后水对比的试验，主要考察了对常规指标的去除效果。中试各滤柱对氨氮的去除效果均好于水厂滤池，1#和3#滤柱更是高于水厂滤池20多个百分点。此时由于生物活性滤池尚未完全挂好膜，因此对亚盐氮的去除不是很理想，但各个活性炭———石英砂滤柱均好于水厂滤池的去除效果，只是4#滤柱较水厂的差；对COD Mn的去除效果情况同对亚氮的差不多。只是在浊度的去除上水厂滤池的效果好于生物活性滤池，有5个百分点左右的优势。

3．3水质安全性分析

水质是指水中所含各类物质的物理、化学和生物性质。饮水的水质直接影响到人类的身心健康。如果水质良好，水就能正常地参与人体的一切新陈代谢活动，人就会产生应有的一切生理生化效应；反之，被污染的水会引起如结石、中风、高血压、痛风病、各种传染病以及由有机致癌物引起的各类癌症。根据世界卫生组织的统计，80%的疾病是由饮水不洁造成的。

根据有关资料［4］，影响城镇供水水质安全存在的主要水质问题归纳如下：

（1）有机污染物质———有机污染物种类繁多，其毒性远比无机化合物复杂。对于有机污染物质，由活性炭一石英砂组成的生物活性滤池比单一的石英砂滤料组成的普通滤池具有更高的去除效果。

（2）有害消毒副产物———从可以作为三卤甲烷（THMs）的前驱物（THMFP）替代参数的指标Uv254的对比情况可以看出，生物活性滤池产生消毒副产物的危害性远小于水厂滤池；同时由于现在绝大部分水厂都是采用加氯消毒，这样当滤后水的亚盐氮的浓度较高时，就会增大氯耗，更增加了形成消毒副产物的可能性。

（3）病原微生物———城市饮用水的生物安全性，是安全饮用水的首要目标责任制。由于生物滤池的本身特性，决定了其较常规快滤池有更多数量的微生物，因此生物安全性对生物活性滤池来说具有更为重要的意义。本试验中，在不同时期各生物滤池的细菌总数都不是很高，经过消毒后都可以达到10OCFU/mL的生活饮用水卫生标准。

一般来讲，生物滤池出水的细菌数都较高，本试验的生物滤池具有较低的出水细菌数应该是由下面原因所造成：

①滤前水和反冲洗水中含有的高浓度余氯使得生物活性滤池中的微生物数量受到一定，及时的、含有高浓度余氯的反冲洗使游离在滤池内的微生物受到灭活作用，大部分随着反冲洗水流出，使得滤池内主要剩下附着在活性炭滤料上的微生物，这部分微生物流动性较差。

②活性炭层下面的石英砂滤层起到了截留、吸附细菌的作用，因为细菌多是以附着在水中悬浮颗粒上的状态存在，经过混凝作用，悬浮颗粒形成絮体，过滤时穿透上面GAC滤层的絮体可以被下面的砂层去除［5］，所以出水的细菌数得到控制。

（4）氨氮污染物———凡是受到污染的水源普遍含有氨氮。在中国不论是水源还是饮用水中氨氮都是影响供水水质安全的问题之一。活性炭———石英砂组成的生物活性滤池对氨氮的去除率高过水厂使用的石英砂滤池20%左右。

综上所述，生物活性滤池在保证饮用水水质安全性上较普通砂滤池有更好的效果。

4结论

本文针对目前中国微污染饮用水源的特点，对生物强化过滤技术的应用进行了较深入的研究。主

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·要结论如下：

（1）在自然进水条件下，三种活性炭滤料组成的生物活性滤池均能完成挂膜启动过程。而无烟煤———石英砂组成的滤池不能完成自然条件下的挂膜，需要采取人工措施保证其营养基质浓度的连续性，在营养基质浓度得到保障的情况下，可以顺利完成启动过程。

（2）在长期运行时，1#至4#滤柱对氨氮的平均去除率分别为67.3%、63.4%、67.0%、54.1%；对亚盐氮的平均去除率分别为94.1%、.9%、92.5%、49.1%；对COD

Mn

的平均去除率分别为27.4%、21.0%、28.1%、15.8%；对浊度的去除率均在80%以上。综合看来，各滤柱对各项常规指标的去除率总体效果明显好于水厂使用的均一粒径的石英砂滤池。其中，以1#滤柱对各项常规指标的去除率最佳，3#稍差一点，此两种滤料较适于应用。

（3）滤前水的余氯浓度平均在1.01mg/L、反冲水平均余氯浓度0.98mg/L的条件对生物膜的形成起到了一定的延缓作用，但最终并不能影响生物膜的形成；通过与其他人所作的使用不含余氯进水和反冲洗水的试验对比，使用含有余氯的滤前水和反冲洗水会使生物活性滤池对氨氮的去除率下降一些，对其它指标的影响不是很大。

（4）由活性炭———石英砂组成的生物活性滤池对有机物的去除效果远远好于无烟煤———石英砂组成的生物滤池和水厂的普通石英砂滤池，滤后水AOC值较低，生物稳定性好，因此降低了出厂水在管网中形成二次污染的可能性：同时由于滤后水中的氮类物质含量远远低于普通石英砂滤池出水，因而节约了消毒剂的用量，减少了消毒副产物的生成。

（5）生物活性滤池滤柱内微生物的活性由上向下逐渐降低，溶解氧消耗都集中在滤柱上部活性炭部分，表明生物量集中在上部，说明上部活性炭滤料上的生物膜是决定滤柱整体去除效果的主要因素；水中的余氯与活性炭会发生反应，因此会对活性炭造成一定量的消耗：综合考虑水质和经济因素，泰兴炭较适合作为旧水厂改造用的首选炭种。

参考文献：

［1］肖羽堂，等．我国水资源污染与饮用水安全性研究［J］．长江流域资源与环境，2001，10（1）：51－58．

［2］金银龙，等．生活饮用水卫生标准［S］．2007．

［3］FATON A D，Measuring UV－Absorbing Organics：A Standard Method［J］．Jour．AWWA，1995，87（2）：86－90．［4］傅金祥，李彤岩．我国城镇供水水质安全面临的问题与保障对策［J］．给水排水，29（1）：35－39．

［5］Mc Guire M．J．Advances in Treatment Processes to Solve Off－flavor Problems in Drinking Water．Wat．Sci［J］．Technol，1999，40（6）：

櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗

153－163．

（上接第74页）

微生物的生长［1］，衣物洗完后马上就晾晒；洗衣机受污染的概率是100%，要定期三个月对洗衣机内外筒壁进行清洗，一般情况下可使用洗衣机专用清洁剂，污染严重的进行拆洗，购买便于拆卸内筒的洗衣机是治本的方法之一，也比较环保，希望厂家生产易于拆卸内筒的洗衣机；并建议买单缸全自动洗衣机，以尽量减少洗衣机内外筒壁可被污染的面积；每次洗衣完毕后用毛巾擦洗内筒壁以减少其吸附的细菌也很重要；洗衣物要分类洗，把干净和不干净分开洗，内衣和外衣分开洗，上衣和裤子分开洗，内衣裤一定要用手洗，不要放在洗衣机内洗，这对自己和别人的健康都有好处，避免交叉感染。

4结论

通过对家用洗衣机中微生物的检测，得出以下结论：

（1）各种样品的细菌总数结果很相近，并且远远超出了公共用品中其它公共用品卫生的标准，即细菌总数评价指标不大于300cfu/25cm2。

（2）检测结果说明，洗衣机内外筒看起来干净和不干净区别不是很明显，它们细菌总数结果相近，因为它们生存的环境和营养相似。

（3）洗衣机内外筒壁上会吸附许多细菌，衣服漂洗的最后一遍水（肉眼看起来水很清）的细菌总数为4.5ˑ103（个/ml），可以看出洗衣机内外筒壁上的细菌会融入到洗衣水中。

参考文献：

［1］许慧慧，苏瑾，阮素云，等．上海市家用洗衣机微生物污染状况调查［J］．上海预防医学杂志，2005，17（5）：225－226．

［2］李鸿林，单宁．上海市闸北区家用洗衣机细菌污染情况调查［J］．上海预防医学杂志，2005，17（5）：227．

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