沸石滤料代替石英砂、锰砂在净水中的作用

沸石替代石英砂、锰砂在净水中的作用：

摘要：滤料的优化选择对于生物活性滤池(BAF)至关重要。本文通过滤柱模型实验，考察了沸石替代石英砂之后对BAF除污染效能的强化作用。结果表明，采用沸石滤料的BAF-1除有机污染和氨氮能力明显优于采用石英砂滤料的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具有更加优良的除浊性能，滤后水浊度比BAF-2低0．03—0．07NTU。两种滤料的BAF都不会造成滤后水细菌的放大，BAF一1的细菌总数去除率比BAF-2高8．6％。采用沸石滤料的BAF一1是通过生物氧化、吸附、离子交换等作用共同完成对有机物、氨氮等污染物质的去除，因此具有更加优良的饮用水除污染效能。
 
　　关键词：沸石；石英砂：生物活性滤池(BAF)；除污染；
 
　　饮用水面对水源水质的恶化，常规处理工艺已不能保证生活饮用水水质的安全。受污染水源水经常规的混凝、沉淀、及过滤工艺只能去除有机物的20％～30％。地表水源中普遍存在的氨氮问题常规处理也不能有效解决。大量研究表明，生物活性滤池(BAF)工艺是饮用水深度除污染的-4中行之有效的工艺n’2]oBAF工艺不同于常规过滤，其滤料上没有附着生长的生物膜，主要用来除浊；也不同于生物预处理工艺，其采用的滤料较粗，主要用来去除有机物和氨氮。BAF工艺用生物活性滤料来替代传统滤料，从而对传统过滤起到生物强化的作用，可同时满足除浊功能和生物净化功能。该法经济有效，简便易行，适合在我国推广应用。
 
　　在水源水未预加氯或待滤水中有效氯含量较低的情况下，石英砂滤料上也能生长出具有除污染效能的生物膜。但是，由于石英砂滤料表面孔隙少，比表面积和等电点低，通常情况下呈电负性B1，不利于细菌的富集生长。因此，滤料的优化对于BAF至关重要。沸石是一组非常引人注目的无机物，有着巨大的内表面积，具有独特的吸附、离子交换和催化性能，能有效去除有机物、氨氮等多种污染物，表现出优良的水处理效能。
 
　　本文采用以实际沉淀池出水进行配水的方式，通过滤柱模型实验，系统地研究了以沸石滤料替代石英砂之后，进行生物挂膜，生物强化去除CODM。、UV2：钳、氨氮、浊度等污染物质的效能。
 
　　1实验装置与方法
 
　　1．1实验装置
 
　　BAF模型为两套平行装置，有机玻璃加工，尺寸140mmx4000mm。底部采用8—16mm、4—8mm卵石承托层各50mm。BAF一1填充斜发沸石，BAF一2填充石英砂，均选用0．8～1．2mm的均质滤料，滤层厚度均为1200mm。反应器内径大于滤料平均直径50倍时，可消减反应器的边界效应，实验结果可适用于生产实际H1。本实验中两组模型反应器的该比值均为140。
 
　　1．2实验方法
 
　　该实验在南方某水厂进行，水源水质如表1所示。实验用水取自水厂实际沉淀池出水，自2005年6月开始对两组实验滤柱进行自然挂膜。经过3个多月的运行，两组滤柱的除CODM。、NH3-N能力达到稳定状态，标志着滤料上生物膜的成熟。之后装置采用变水头等速过滤方式运行，滤速恒定为8rn／h，过滤周期48h。反冲方式采用单独水反冲洗，反冲用水为收集的实验滤后水，反冲历时15rain，滤层膨胀度控制在40％左右。
 
　　1．3检测项目
 
　　CODM。采用酸性高锰酸钾法，NH。一N采用纳氏试剂分光光度法，细菌总数采用平皿计数法进行测定：uv25。采用CANY752N紫外可见分光光度计，浊度采用HACH2100N台式浊度仪，溶解氧(Do)采用JPBJ一608便携式溶氧仪进行测定。
 
　　2实验结果与分析
 
　　实验期间，水源水质比较稳定，以沉淀池出水进行配水作为实验用水。其中配入NH4CI使氨氮浓度维持在1．60mg／L左右。在配水阶段一，有机负荷采用实际沉淀池出水自身的有机有机负荷：在配水阶段二，沉淀池出水中另配入lmg／L牛肉膏+lmg／L蛋白胨+lmg／L葡萄糖；配水阶段三则另配入2mg／L牛肉膏+2mg／L蛋白胨+2mg／L葡萄糖。各个配水阶段的主要水质指标如表2所示。若处理系统对目标污染物的去除效果稳定5d以上，则认为该系统达到稳定状态b’6。本实验中各个阶段均稳定运行一周以上。
 
　　2．1沸石替代石英砂强化去除co‰效能
 
　　CODM。是反映水质受到污染(特别是有机污染)的综合性指标之一，与水的感官性质、水致肠道疾病、水的致突变性、致癌性等均有正相关关系。由图1可见，在各个运行阶段，采用沸石滤料的BAF一1除CODM。效能均明显优于采用石英砂的BAF-2。在滤前水完全相同的情况下，配水阶段一时，BAF-1的CODM。去除率平均为27．0％，而BAF一2仅有14．O％：阶段二时BAF-1的除CODm效率升至38．0％，BAF一2为22．0％；到了配水阶段三，BAF一1的CODM。平均去除率进一步提高到40．0％，而BAF-2仍保持在22．0％。随着滤前水CODM。的增加，两组滤柱对CODM。的去除量和去除率均随之而增加。在整个实验期间，BAF-1的CODM。去除率始终高于BAF-2约13％一18％。而且由图l还可以看出，BAF-1的CODM。去除情况相对比较稳定，BAF-2则波动性较大。
 
　　天然斜发沸石表面极性强，内部孔隙较小，能有效吸附水中极性较强的小分子量溶解性有机物Ⅲ。而这些有机物又易于生物降解，为微生物的富集生长提供了充足的营养物质。因此沸石滤料上能培养出大量活性较高的生物膜。这些生物膜又能对沸石的选择吸附性起到再生的作用，从而使生物沸石反应器始终保持较高的有机物去除率。同时由于沸石表面粗糙，存在大量孔隙，能有效避免反冲洗时生物膜的脱落、丢失。而石英砂表面光滑，比表面积小，既不利于微生物的生长，也不能在反冲洗时为微生物提供?；?。因此其除有机物效果不如沸石。
 
　　2．2沸石替代石英砂强化去除uv。效能uv：钳与水中TOC、DOC以及三卤甲烷前体物THMFP等均有较好的相关性，可作为其替代参数。平均为33．6％，而采用石英砂滤料的BAF一2则为26．8％，低于BAF-1约7％；阶段二时BAF一1的平均UV2。去除率达到46．．9％，BAF一2也升至38．5％，但仍低于BAF-1约8％；配水阶段三时两组BAF的除uv：，。情况基本和阶段二保持一致。整个实验期间，
 
　　2．3沸石替代石英砂强化去除氨氮效能
 
　　在配水阶段一时，采用沸石滤料的BAF一1氨氮平均去除率为96．7％，采用石英砂滤料的BAF-2为87．9％，低于BAF-1约9％；阶段二时BAF-1氨氮去除率降至75．4％，BAF-2降至62．4％，低于BAF一1约13％：到了配水阶段三，BAF-1的除氨氮效率进一步降至63．1％，而BAF-2更降至46．6％，低于BAF一1约16％。由图3可见，随着滤前水有机物浓度的增加，两种滤料的BAF除氨氮能力均呈下降趋势。这是因为降解有机物的异养菌处于对溶解氧和生存空间竞争的优势地位，对硝化菌的生长繁殖产生了不利的影响。在整个实验期间，BAF-I的除氨氮效率始终比BAF-2高8．8—16．5％。天然斜发沸石对氨氮有较强的选择交换能力，采用沸石滤料的BAF-1对氨氮的去除是生物氧化、吸附以及离子交换共同作用的结果。生物氧化对沸石的吸附、离子交换又能起到再生作用，因此BAF一1能始终保持较高的氨氮去除率[83o而石英砂滤料比表面积小，表面光滑，不利于硝化菌的生长。因此其除氨氮效果较差。
 
　　2．4沸石替代石英砂强化除浊效能
 
　　作为传统过滤的强化工艺，BAF首先要满足除浊功能。在配水阶段一时，滤前水平均浊度为2．12NTU，采用石英砂滤料的BAF-2出水平均浊度为0．18NTU，采用沸石滤料的BAF-I为0．15NTU，比BAF一2降低了约17％；在阶段二，滤前水浊度平均为2．27NTU，BAF一2出水平均为0．24NTU，BAF-1为0．20NTU，同样比BAF-2降低了约17％：在阶段三，滤前水浊度平均为2．25NTU，BAF-2出水平均为0．34NTU，BAF—I则为0．27NTU，比BAF一2降低约21％。实验结果表明，两组滤柱的出水浊度均随着滤前水有机物浓度的提高而逐渐增大。这是因为水中有机物的存在能增加无机胶粒的Zeta电位值，使得无机胶粒更趋于稳定∽1。而整个实验期间，BAF-1的滤后水浊度始终比BAF一2低0．03—0．07NTU，具有更加优良的除浊性能。
 
　　两组滤柱均能产生低浊水。在BAF中，有两种作用参与除浊：一是传统滤池的黏附截留作用：二是滤料上生物膜借助较大的比表面积及胞外粘性分泌物产生的生物吸附作用。沸石滤料上能生长出比石英砂更多的、活性更高的生物膜，因此，采用滤料的BAF一1除浊性能优于采用石英砂的BAF-2。
 
　　2．5沸石替代石英砂降低滤后水细菌总数
 
　　作为传统过滤的强化工艺，BAF的出水将进入清水池，并送入用水管网中。因此其出水的细菌问题一直为人们所关注。实验结果表明，在滤前水细菌总数212～1050，平均455cfu／mL的情况下，BAF一1出水细菌总数为43。243，平均127cfu／mL，平均去除率69．9％；而采用石英砂滤料的BAF一2则为67—274，平均166cfu／mL，平均去除率61．3％。两种滤料的BAF均能有效去除滤前水中的细菌，采用沸石滤料的BAF-1细菌总数去除率比采用石英砂的BAF-2高8．6％。
 
　　3.结论
 
　　采用天然斜发沸石替代石英砂滤料，能明显提高滤池除污染性能：(1)在整个实验期间，采用沸石滤料的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。去除情况更加稳定，而BAF一2波动性较大；(2)BAF-1的NH3一N去除率比BAF一2高8．8．16．5％，并且BAF-I抗有机负荷冲击能力明显优于BAF一2；(3)两组BAF的滤后水浊度均随着滤前水有机物浓度的提高而逐渐增大，在整个实验期间，BAF一1的滤后水浊度比BAF-2低O．03—0．07NTU，具有更加优良的除浊性能：(4)两种滤料的BAF都不会造成滤后水细菌的放大，BAF-1细菌总数去除率比BAF～2高8．6％。沸石滤料的BAF通过生物氧化、吸附、离子交换等作用共同完成对有机物、氨氮等污染物质的去除，因此具有更加优良的饮用水除污染效能。
 
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