仲麗娟¹，朱明章¹，李偉¹，古玉兵1，姚雨霖²，趙友石²
(1.成都市自來水總公司，四川成都610072；2.重慶大學城市建設與環境工程學院，重慶400045)

　　摘　要：采用由惰性和活性濾料(由極性和非極性濾料復合而成)復合構成的新型生物活性濾料濾池進行過濾試驗。結果表明，該濾池對氨氮的去除率＞90%，對CODMn的去除率＞40%，使Ames試驗致突變性降低約1/3左右，其出水水質滿足國家《生活飲用水衛生標準》(GB 5749—85)，具有較好的處理效果。
　　關鍵詞：復合生物活性濾料；生物濾池；給水處理
　　中圖分類號：TU991.24文獻標識碼：A
　　文章編號：1000-4602(2001)12-0001-05

Study on the Characteristics of Biofilter with Composite Active Medium
ZHONG Li-juan1，ZHU Ming-zhang1，LI Wei1，GU Yu-bing1，YAO Yu-lin2，ZHAO You-shi2

(1.Chengdu City General Water Supply Co.,Chengdu 610072,China; 2.School of Urban Construction and Environmental Engineering,Chongqing University,Chongqing 400045,China)

　　Abstract：Test was made for the new type biofilter composed of inactive and active medium (polar and non-polar medium).Test results show that in the filter,removal rate of NH3-N and CODMn is＞90% and 40% respectively,so that the mutation rate arising from Ames test is decreased by about 1/3.The effluent quality can meet the national standard 《Sanitary Standard for Drinking Water》(GB 5749—85),with better treatment efficiency being achieved.
　　Keywords:composite bioactive medium;biofilter;water treatment

　　以沙河為水源的水廠，其制水能力約占成都市自來水公司總制水能力的40%，但隨著城市的發展，沙河原水受生活污水、工業廢水、農田排灌廢水及垃圾等污染的程度呈加重趨勢，若遇暴雨則污染更為明顯。根據1997年—2000年的監測結果，原水色度一般為12～45 倍(少數時間超過40 倍)，CODMn最高為10.28 mg/L，BOD最高達27.35 mg/L，NH₃-N一般為0.5 mg/L(暴雨時曾高達2.56 mg/L，在短時間內給水廠生產造成了一定困難)。
　　復合生物活性濾料濾池是由活性和惰性濾料復合構成濾床，在保持濾池去除懸浮物功能的基礎上強化濾池去除有機物的能力，其中的活性濾料由極性和非極性濾料復合構成，用以提高濾池吸附、去除有機物的能力［1］。該濾池還采用空氣充氧，是一種生物濾池。

1　試驗內容

　　該試驗主要研究復合生物活性濾料濾池的掛膜情況和在正常運行下對COD和NH₃-N等污染物的去除情況以及濾后水消毒后的水質是否能夠滿足國家《生活飲用水衛生標準》、Ames試驗結果是否比現有工藝有明顯改善。
　　試驗在五水廠進行，復合生物活性濾料濾池的待濾水來自該廠的機械加速澄清池，濾后水則進入移動罩濾池的清水渠，其整體流程如下：

　　

　　水廠生產中采用預氯化以抑制藻類的生長，因預氯投加量很低(約0.3 mg/L)，所以試驗濾池進水的余氯一般為零，不會影響濾池的微生物作用。
　　復合生物活性濾料濾池是一座過濾面積為1.44m²的小型氣水反沖洗濾池，采用V 1/2長柄濾頭配水、配氣(氣源是一臺SL 80羅茨鼓風機)。濾池內裝3種濾料，分別是ZJ—15型顆粒活性炭(GAC，d=1.0～2.0 mm)、活性氧化鋁(AA，d=1.5～2.0 mm)和石英砂(d10=0.81,k80=1.18)。為保持生物活性濾料濾池中生物的活性，充分發揮生物氧化作用對有機物的去除能力，宜盡量提高水中溶解氧的含量，為此采用空壓機通過分布在濾床上的布氣頭向待濾水中充氧。
　　該濾池采用三段式氣水反沖洗，其強度及時間如下：
　　第一階段為氣沖洗，q氣=8L/(m²·s) ，t=5 min；第二階段為氣水同時沖洗，q氣=8L/(m²·s)，q水=8L/(m²·s)，t=8 min；第三階段為水沖洗，q水=8L/(m²·s)，t=5 min。

2　結果與分析

2.1　掛膜
　　掛膜從2000年6月19日開始，掛膜條件是：過濾的空床接觸時間(EBCT)為22.5 min，水溫t為19～21 ℃，充氣量約為1.6 L/(m2·s)。掛膜期間的濾池進水濁度為1.72～7.12 NTU，出水濁度為0.13～0.73 NTU，除濁率為79.7%～96.4%；進水色度為6～22倍，出水色度≤8倍。
　　掛膜開始時濾池雖裝填了大量活性濾料，但對NH3-N的去除率只有20%左右，9 d后濾池對NH₃-N的去除則有了較明顯的提高(逐漸上升到50%以上)，說明在此過程中濾料上逐漸生長形成生物膜。17 d后濾池的CODMn的去除率穩定在20%以上，NH₃-N的去除率達50%以上，此時可以認為掛膜已經完成，濾池進入穩定運行階段(見圖1)。

2.2穩定運行期的過濾效果
　　穩定運行期為2000年7月5日—9月4日，其間進行了不同濾速下的過濾效果試驗。
2.2.1對氨氮的去除
　　試驗期間沙河原水中氨氮含量為0.32～1.19 mg/L，濾池進水氨氮為0.11～0.74 mg/L。在不同的EBCT下(分別為18、12、9 min)復合生物活性濾料濾池對NH3-N的去除率＞50%。隨著EBCT的縮短，濾池對NH₃-N的去除率略呈下降趨勢。EBCT=18 min時，NH₃-N平均去除率為96%；EBCT=12 min時，其平均去除率為95%；EBCT=9 min時，其去除率降至89%，但總體上該濾池對NH₃-N的去除效率很高。
2.2.2對CODMn的去除
　　當濾池進水CODMn含量為1.07～2.66 mg/L,在不同EBCT值時復合生物活性濾料濾池對CODMn的去除率有所不同(見圖2)。

　　由圖2可見，EBCT值越高，其CODMn的去除率也越高。在EBCT=9、12、18 min時，復合生物活性濾料濾池對CODMn的平均去除率分別為42%、44%、47.8%。該結果比在內江所做的試驗結果略有提高，這是復合生物活性濾料濾池中活性濾料所占比例較大的緣故。
2.2.3對色度的去除
　　試驗期間沙河原水色度最高達45倍，最低為零，平均為12.5倍，而經機械加速澄清池處理后進入復合生物活性濾料濾池后其色度一般為0～22倍，平均為7.3倍，濾池平均出水色度＜1倍。復合生物活性濾料濾池的進、出水色度的變化如圖3所示。

2.2.4　出水水質分析
　　對新型復合生物活性濾料濾池處理出水模擬消毒后進行全分析，結果表明完全滿足GB 5749—85所規定的水質要求。
2.2.5　Ames試驗
　　委托華西醫科大學公共衛生學院對沙河原水(1#)、澄清池出水(2#)、水廠出水(3#)、復合生物活性濾料濾池出水(4#)及其出水的模擬消毒水(5#)、取消預氯化的復合生物活性濾料濾池出水模擬消毒水(6#)共6個水樣各富集150 L、采用平板摻入法進行了Ames致突變試驗。6組水樣對TA98、TA100兩種菌株在不同劑量下的致突變率見圖4、5。

由圖4、5可知：
　　①1#沙河原水、2#澄清池出水和4#新型復合生物活性濾料濾池過濾出水(未加氯消毒時)不具有致突變性。　　
　　②3個消毒后的水樣在一定的劑量范圍內，其致突變率MR＞2，具有劑量反應關系和重現性，具有致突變性。

　　③新型復合生物活性濾料濾池的消毒出水對TA98和TA100的最低致突變劑量為3.0 L/皿，該劑量較水廠現有工藝降低約1/3左右，可以認為該過濾工藝對Ames試驗具有較明顯的改善效果。
　　④盡管預氯化的投氯量非常小，但仍可以看出預氯化的(6#)比未預氯化的(5#)在相同劑量下的MR值略高，這證明預氯化使水中的致突變物有所增加。因此，若從水質安全角度考慮，應該選用其他更加安全的殺藻方式。
　　⑤色質聯機(GC/MS/DS)分析委托中國科學院成都分院的化學分析檢測中心對沙河原水(1#)、澄清池出水(2#)、復合生物活性濾料濾池出水(3#)及其消毒水(4#)進行了色質聯機分析。對4組水樣中檢出的有機物進行分類，結果見表1。
由表1可知：
　　a.原水中共檢出84種有機物，其中主要是芳香烴、直鏈烷烴、雜環化合物和酯類；原水中強極性的有機物11種，中強極性的14種，共占原水中有機物總數的30%左右，這證明試驗時的復合生物活性濾料濾池選用非極性的GAC和極性的AA兩種濾料有其合理性。

表1　水樣中的有機物分類 序號 類別 極性 飽和性 種類數 1# 2# 3# 4# 1 直鏈烷烴 無或弱極性 飽和 16 22 11 20 2 酮類 強 主要為不飽和 2 4 1 0 3 環烷烴 無 飽和 4 0 0 1 4 烯類 無或弱極性 不飽和 3 1 1 1 5 酯類 中 飽和、不飽和各為1/2 12 2 4 4 6 醇類 強 主要為飽和 6 0 1 5 7 芳香烴 弱 不飽和 22 3 2 6 8 雜環化合物 弱 主要為飽和 12 2 5 5 9 胺類 中 不飽和 1 1 4 3 10 酚類 弱 不飽和 0 1 0 0 11 酸類 強 不飽和 3 8 5 10 12 炔類 弱 不飽和 1 0 0 1 13 醚 中 飽和 1 1 1 1 14 醛類 中 不飽和 0 0 4 0 15 其他 1 3 4 3 16 總計 84 48 43 60

　　由原水檢出的84種有機物中，有9種是屬于美國129種優先控制污染物之列，5種屬于中國的68種水中優先控制污染物(如表2)，其中主要是苯類、酯類和多環芳烴，還有一種鹵代烴。這些重點污染物主要來自一些塑料、化工工業的污染。

表2　原水中的有害有機物

序號 屬于USEPA的129種優先控制的有機物 屬于中國68種水中優先控制污染物的有機物 1 四氯乙烯 四氯乙烯 2 二乙基鄰苯二甲酸酯 甲苯 3 蒽 乙苯 4 二丁基鄰苯二甲酸酯 對二甲苯 5 甲苯 熒蒽 6 乙苯 　 7 二甲基鄰苯二甲酸酯 　 8 熒蒽 　 9 芘 　

　　原水中直鏈烷烴的大量存在主要是因為水源上游及周圍有許多加油站和洗車場，其廢水直接排入沙河。大量雜環化合物之所以存在，一方面可能是天然動植物代謝的產物，另一方面也可能是因為存在一定的人為污染。經綜合分析可知，沙河原水的主要污染是油類、工業污染，所以應對該類主要污染源加以重點治理。
　　b.澄清池出水中共檢出有機物48種，其中直鏈烷烴約占1/2，其次是酸類、酮類等。與原水相比，澄清池出水中的芳香烴、雜環化合物、酯類明顯減少，而直鏈烷烴種數占有更明顯的優勢，這說明機械攪拌澄清池對去除芳香烴、雜環化合物等具有明顯的作用，而對直鏈烷烴作用效果較差。
　　c.復合生物活性濾料濾池出水中共檢出有機物43種，仍以直鏈烷烴為主，但其數量較原水和澄清池出水已有了較大幅度的減少，而酸類、雜環化合物、醛類、胺類、酯類所占的比例較澄清池出水(即試驗濾池進水)有較大提高，這應是濾池中微生物新陳代謝作用的反映。
　　d.復合生物活性濾料濾池出水的消毒水中檢出有機物60種，其中的醇類、酸類、芳香烴種類有所增加，直鏈烷烴所占的比例明顯增大。該水中只檢出了3種鹵代烴，可能是生成的各種鹵代烴含量非常少(氯仿為11 μg/L,四氯化碳＜0.2 μg/L)，以致在色譜圖上出現的峰值非常低的緣故。

3　經濟分析

　　①與傳統工藝相比。以新建的某10×10⁴m³/d的現代化供水工程為例(該水廠的主要構筑物為取水泵站、斜管預沉池、格網反應斜管沉淀池、V型濾池、清水池、二泵站)，經計算其中V型濾池采用新型復合生物活性濾料比采用均質石英砂增加投資約22.3%，水廠總體投資增加約2.3%。
　　②與采用臭氧活性炭工藝的水廠相比。經計算使用新型生物活性復合濾料濾池比采用臭氧—活性炭法的可降低水廠基建投資15%，節約電耗為574.5×10⁴(kW·h)/a，其價值為219萬元。

4　結論

　　①新型復合生物活性濾料濾池可去除氨氮90%以上、CODMn40%以上，降低致突變性約1/3左右，出水水質滿足國家《生活飲用水衛生標準》，具有較好的處理效果。
　　②實際工程中，適用于新建濾池或改建V型濾池，用以降低水中有機物和飲用水的致突性，對保障人民身體健康等具有重要的社會意義。
　　③新建或改建時，新型生物活性濾料濾池簡單易行，且比其他方法節省能源，但由于需換部分濾料(活性炭和活性氧化鋁)，將使其建設總投資約增加20%。

參考文獻：

　　［1］姚雨霖，仲麗娟,等.新型充氧復合多層濾料濾床過濾技術的研究［A］.給水委員會.中國給水五十年回顧.第七屆年會論文集［C］.重慶：中國建筑工業出版社，1999.253-258.

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　　作者簡介：仲麗娟(1975-)，女，山東樂陵人，碩士，主要研究方向為給水處理。
　　電　　話：(028)7775463
　　E-mail:lijuanzhong@263.net
　　收稿日期：2001-05-31