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不同滤料在微污染水生物慢滤中的去污效果比较
作者:管理员    发布于:2016-04-29 14:25:53    文字:【】【】【

  (1.华中农业大学资源与环境学院,武汉430070;2.中国水利水电科学院水环境研究所,北京100038)染物共存下,沸石、河沙和陶粒对Cu2+、Zn2+、Cd2+的去除率基本上保持在95以上,而石英砂的去除率很低。当进水TOC由25mg/L增加到35mg/L时,滤料对NH4+ -N的去除率急剧下降。

  1前言目前,全世界有11亿人饮水安全得不到保障。在我国北方干旱和半干旱地区农村中饮用水比较缺乏,提供洁净的饮用水也很困难。针对这一问题,有关方面要加强农村饮用水技术的研究。

  慢速沙滤(SSFs)被视为是发展中国家有效、简单和廉价的水处理技术,特别对卫生条件较差的缺水地区和分散性家庭饮用水的供给尤其适用。慢滤在运行中,有与微生物活动有关的粘状物(Schmutzdecke)生成,故也称为生物慢滤(BSFs)。生物慢滤柱状反应器进水口为好氧区,随滤层厚度的逐渐增加,滤层下部形成厌氧区。因反应器不需通气,滤料的粒径可小至。

  1mm,从而增大了与水作用的表面积。通过各种途径进入饮用水中的痕量重金属,在微生物生物量增殖过程中被微生物吸收,其中有33~94的重金属可借慢滤除去。不仅如此,生物慢滤还可以去除其中包括大肠杆菌在内的大多数微生物。

  滤料作为慢滤反应器的组成部分,过去的研究主要将其作为滤水介质,很少对滤料本身所起的作用进行深入研究。滤料可以根据其表面结构可分为交换性和非交换性的滤料,如天然沸石是典型的交换性滤料,石英砂是典型的非交换性滤料,它们在慢滤过程中所表现出的行为或性质是不同的。本文在阐明慢滤过程中滤料表面生物特征的基础上,比较不同滤料对微污染物的去除效果。

  2实验材料与方法2.1供试滤料本实验选择了沸石、河沙、石英砂和陶粒等4种滤料,其中陶粒是将瓷泥、粘土破碎筛选搅拌后,添加其他辅料,经篼温烧结而成,其余3种滤料为天然矿石。经测定,4种滤料的孔隙率在40~50之间,沸石的阳离子交换量是其他3种滤料的625倍。

  2.2供试用水实验采用北京玉渊潭南门段河水,用潜水系将河水直接泵入实验室使用。根据水利部水环境监测评价研究中心的长期监测结果,河水的DO饱和度为95根据WHO的规定,饮用水中Cu2+、Pb2+、Cd2+的篼浓度分别为2mg/L、lng/L和3ng/L.在本实验中,考虑微污染水向饮用水的过渡,将添加了浓度为2.0mg/L的NH/ ~8ma的有机碳的河水作为供试的模拟水。

  2.3生物慢滤反应器实验用的生物慢滤反应器由有机玻璃管制成。管内径为50mm,高度为500mm,滤料层高度为400mm.滤料分别为沸石、河沙、石英砂和陶粒,滤料或对应的反应器分别用代号A,B,C和D表示,进水为对照(CK)。反应器的滤料容积为750ml,出水流量控制在80~100miyh之间,根据滤料的孔隙率,水在反应器中的停留时间一般为4h.实验在2002年10月~12月进行。在10~11月份,反应器进水水温在20T左右,进入12月份后,水温变幅为15T 3结果与分析3.1慢滤料上的生物膜特征图片1石英砂滤料表面上的球菌图片2石英滤料表面上的硅藻图片3石英油料表面上的原生动物在实验中,反应器在短时间内生成一种半透明的粘状物,经较长时间运行后,粘状物转变为青褐色生物膜。长期以来,对滤料在运行过程中表面发生的变化缺乏明确的描述,更多的是将表面状态归结为一种发粘物质。我们通过透射电镜观察到,运行中的滤料,其表面充满了生物活性物质,既有细菌(见图片1),又有更篼级的藻类和原生动物(见图片2、图片3),这说明慢滤滤料表面形成的发粘物实际上是各种微生物生命体的集合。进一步观察这些图片可以发现,滤料表面虽然繁衍了很多的微生物生命体,但还剩余许多外露的表面(如图片1),这些表面可以为滤料的物理化学反应提供场所。

  3.2对重金属去除的差异作为水源水,国家对其污染物浓度提出了限制性指标。如地表水BI类水中,对Cu2+、Pb2+、Cd2 +的浓度分别限定在1.0、005、0005和1.0mg/L以内。在实验中,每天都对进、出水样品的有关重金属进行了测定。表1列出了在模拟微污染水通过不同滤料过程中,5天内上述4种重金属的平均去除效率。表1的数据说明,进水中的重金属通过各种滤料的反应器后,得到了不同程度的去除。以铜为例,模拟水中添加的铜浓度为2mg/L,经测定,在第1 ~3天的进水中,Cu2+表1不同料在慢tt过程中对进水中痕量重金的去1率水样平均值标准差去除率平均值标准差去除率平均值标准差去除率平均值标准差去除率沸石出水河沙出水石英砂出水陶粒出水进水浓度能检测到1.5mg/L以上,从第4天起,进水Cu2+浓度略有下降,到第5天,其浓度为1.3mg/L,总的平均浓度为1.465mg/L,而沸石、河沙、石荞砂和陶粒反应器的出水Cu2+的平均浓度分别为和96.9.通过表1对反应器出水中重金属平均浓度及其标准差和反应器对相应的重金属去除率进行比较后可知,石英砂不仅对重金属的去除效果差,出水中重金属浓度的波动也大。从表1还可看出,滤料对重金属的去除率在18至100之间,其范围虽与4类似,但很明显,去除率差的均集中在石英砂滤料上。

  3.3氨氮的去除与总有机碳(TOC)的关系-N为2mg/L,在随后的5天实验中,浓度下降到1.6mg/L(见中CK)。进水分别经过4种反应器后,其NH4+ -N浓度都有明显的下降。第1天,进水的NH/-N较高,有84以上被滤料吸附或分解,第2天这种作用明显下降,并在随后的几天内,NH4 +-N去除率都在70以下,其中,河沙为55 ~71,去除率篼;沸石为51~58,去除率相对集中。

  石英砂和陶粒分别为26~54和31~47,后2种滤料对NH4+ -N的去除率较差。在这一过程中,进水TOC随时间在增加,反映了进水TOC与出水NH4 +-N去除率的关系。随进水TOC的增加,各反应器出水NH4+-N去除率的下降是一个由剧烈到缓慢的过程。TOC浓度低时,TOC的增加造成NH4 +-N去除率迅速下降,当TOC由25mg/L增加到35mg/L时,4种反应器中,沸石对NH4+-N的去除率由83下降到54,河沙由88下降到71,石英砂由93下降到54,陶粒由95下降到47.河沙和沸石的下降幅度较小,分别为17和29;石英砂和陶粒下降幅度较大,分别39和48.在TOC为35mg/L到45mg/L时,4种滤料对NH4 +-N的去除效果保持相对稳定,去除率不下降,甚至还有所上升,在TOC高于45mg/L后,NH4 +-N去除率又缓慢下降。

  时间(d)不同滤料对氨氮的去除效果进水TOC与滤料对氨氮去除率的关系据报道,生物膜法在有机物(CODc低于40.0mg/L时,NH4+ -N的去除率仍能保持在90以上。当进水C0D达到80mg/L时,氨氮的去除率下降到30;在40.080mg/L范围,NH/ -N去除率基本上呈现直线下降进水氦氮(mg/L Na沸石对氨氮的去除效果这些数据说明,生物接触氧化反应器对微污染水中NH4 +-N的去除随进水COD浓度提篼而下降。本实验结果与此结+-N的去除率就会下降2 ~4,说明在TOC超过25mg/L后,异养细菌活动加强,从而可能对自养硝化细菌的活性产生强烈抑制作用,而在T0C高于+-N的去除率只下降0.1~0.5,此时,异养细菌对自养硝化细菌的抑制基本上达到一个定值,这一结果与相比,有明显不同。

  4讨论4种滤料中,河沙对重金属的去除率基本上保持高水平,且随时间的推移变化比较平稳,即出水浓度的标准差小(表1),这可能与其长期在河床上的冲刷有关,河沙表面经过河水冲刷,其表面点位的活性可能比较均衡,其对化学物质的作用相对比较平均。实验中,将沸石先后用NaOH和水充分洗漆后再作滤料,其对进水中的氨氮的去除率很高。如在氨氮为lmg/L时,这种沸石对氨氮的去除率为96.5,当氨氮为5mg/L时,其去除率高达99,远远高于未经处理的沸石滤料,这再次说明,滤料的表面状态对滤料去除污染物的效果非常重要。

  本文得到水利部“水体治理生物-生态关键技术研究与示范”课题资助,实验得到郝红、刘晓茹、王剑影、王卫红等同志帮助,一并致谢。

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