O3-BAC工艺对微污染河水中主要污染物去除效果分析.doc

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1、生物强化滤池O3-BAC1水处理工艺系数调整对微污染河水中主要污染物去除效果的影响张秀捷1 邵志元2 李长胜3北京市通州区水务局 北京 北京志峰环保设备有限公司 北京 摘要：为提高生物滤池-臭氧氧化-生物活性炭滤池组合工艺系统对微污染地河水中主要污染物的去除效率，本文利用反消化过程回流比和碳源投入以及气水比调整等方式，通过微污染北运河通州段原水处理试验效果分析，摸索出了工艺运行的最佳条件。结果表明：回流比为1:1时，系统对CODcr、NH3-N的平均去除率分别为42%、94.3%，均高于回流比0.5:1时；向系统反硝化单元按C/N=3:1投加外碳源后，TN去除率增长至34.5，而此时系统对NH

2、3-N和CODcr的去除率变化不明显；系统气水比由6:1降低至4:1后，TN去除率继续增长至42.5，CODcr和NH3-N去除率变化幅度不明显，此时出水主要污染物指标均达到城市污水再生利用景观环境用水水质（GB/T18921-2002）观赏性河道类水质标准。关键词 预臭氧曝气；生物强化；微污染河水；工艺系数；污染物；去除效果ABSTRACT: The pre-ozone-aeratedbiological activated carbon filter process (O3-BAC) filter was applied to investigate the reactor perform

3、ance for treatment of surface water in Tongzhou section of North Canal. The results indicated that when the reflux ratiowas 1:1, thesystem averageremoval rates of CODcr and NH3-N were 42% and 94.3% respectively, which was obviously superior to that of 0.5:1. While the external carbon source adding r

4、atio for the denitrificationsystem was 3:1, theTN removal rateincreasedto 34.5% and there werelittle change inthe removal rate of NH3-N and CODcr. When the gas-waterratio decreased from6:1 to4:1, theTN removal rate increased to 42.5% while CODcrandNH3-Nremoval rates changed slightly. At this time,th

5、e mainpollutant indexesof the process effluent reached the standard of ornamentalriverwater quality in theThe reuse of urban recycling water-Water quality standard for scenic environment use” (GB/T18921-2002).KEYWORDS: Pre-ozone-aeratedbiological activated carbon filter (O3-BAC); Reflux ratio; Exter

6、nal carbon source; Gas-waterratio北运河是流经北京市东郊和天津市的一条河流，为海河的支流。是北京地区最主要的排水河道，属城近郊区的河流，北面的清河、南面的凉水河有95%的河水全注入北运河。但随着社会经济的发展，流域人口数量的不断增加，工业企业、养殖业等规模的不断扩大，污水排放量日益增加，水质恶化趋势不断加重，目前，北运河水质已很难满足北京市严格的水环境功能要求。水是城市的灵魂，健康的水生态环境是创造良好人居环境的重要基础，是城市可持续发展的重要支撑，同时根据我国经济发展和水源污染的现状，水资源短缺已经成为制约可持续发展的重要因素之一，因此，改善北运河水环境，提高

7、其水体质量，对于北京地区社会、经济发展和水资源可持续利用均具有重要意义。预臭氧曝气生物活性炭（O3-BAC）水处理技术是将活性炭物理化学吸附、臭氧化学氧化、生物氧化降解及臭氧灭菌消毒4种技术合为一体的工艺2，目前该技术以其处理效率高、运行费用低、占地面积小等特点，在国内外水处理行业得到了广泛应用，该工艺对河水微污染中的CODcr、NH3-N去除率高，TP、硝态氮和TN也具有一定去除效果，在处理具有低碳高氮水质特点的污染河水中具有广阔应用前景。为此，将该技术应用于北京河道水质改善工作之中，对于解决水资源紧张，改善区域生态环境，提高人民群众的生活质量，具有显著的社会效益。本研究通过对生物滤池-臭氧

8、氧化-生物活性炭滤池组合工艺系统中反消化过程回流比和碳源投入以及气水比调整，并结合（O3-BAC）技术从主要污染物CODcr、NH3-N、TP去除效果比对分析，进一步提高组合工艺系统的处理效能，同时也摸索出了工艺运行的最佳条件。1 材料与方法1.1 试验装置试验装置示意图如图1所示，系统由蓄水池、反硝化滤柱、臭氧接触柱、生物活性炭滤柱和清水池组成。其中，反硝化滤柱尺寸为100mm2000mm，采用直径为20-30mm的聚氨酯软泡沫海绵新型生物载体作为填料；臭氧接触柱为直径120mm1300mm的有机玻璃柱；生物活性炭滤柱尺寸为120mm2000mm，填料层高度800mm，采用直径为2-3mm的

9、柱状炭，承托层 55-15mm的砾石层，活性炭滤柱底部设穿为粒径图1 O3-BAC小试系统流程图 孔管，通过鼓 风机进行曝气充氧。 （1-蓄水池 2-反硝化滤池 3-臭氧接触柱 4-生物活性炭滤池 5-清水池 6-进水泵 7-流量计 8-加药箱 9-加药泵 10-管道混合器 11-臭氧发生器 12-曝气头 13-鼓风机 14-气体流量计 15-阀门 16-回流泵）1.2试验方法预臭氧曝气生物活性炭滤池系统运行时，原水首先由蠕动泵送入反硝化滤柱，之后依次流经臭氧接触柱和生物活性炭滤柱，生物活性炭滤柱出水自流进入清水池，并按一定回流比回流至反硝化滤柱。试验系统处理水量为10L/h，反硝化滤柱和活性

10、炭滤柱空床停留时间（EBCT）分别为30min和40min，臭氧接触柱底部设有曝气头，反冲洗采用气与水联合反冲洗，冲洗频率视出水水质情况而定，基本控制在710d。1.3 进水水质试验抽取北运河通州段河水作为试验用水，该段河水具有有机污染物、氨氮等污染物含量低、碳氮比低等水质特点，试验期间进水水质指标见表1所示。表1 运行期实验水水质水质指标NH3-N（mg/L）CODcr（mg/L）BOD5（mg/L）TN（mg/L）pH（无量纲）浓度范围5-2036-1206-208-177.0-8.31.4 测试指标及方法试验前期对北运河通州城区段河水和系统出水进行监测分析，主要以化学需氧量(CODCr)

11、、总氮(TN)、氨氮(NH4+-N)、总磷(TP)为控制指标，并对根据资料表明的对臭氧氧化、活性炭吸附以及微生物降解的影响因素如温度、pH、DO值等进行了检测，分析项目采用的方法及仪器见表2所示。表2 试验测定方法与标准测定指标测定方法 方法标准CODcr重铬酸钾法 GB/T11914-1989NH3-N纳氏试剂比色法 GB/T7478-1987TN碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法 GB/T11894-1989DO便携式溶氧仪法（B） 水和废水分析（第四版）pH便携式PH计法（B） 水和废水分析（第四版）2 结果与讨论2.1 回流比对主要污染物去除效果的影响分析试验在回流比0.5:1和1:1条件

12、下，其他运行参数保持在：进水负荷10L/h、臭氧投加量3mg/L、活性炭单元曝气强度0.06m3/h。出水主要污染物CODcr、NH3-N和TN的去除效果，见图2(a-c)所示，。（a） （b） 图2 回流比变化对污染物去除效果的影响（c）由图2（a）所见，回流比为0.5:1时，出水CODcr浓度为47.3mg/L，去除率为21.5；回流比1:1时，出水CODcr浓度38.3mg/L，去除率为42。可见回流比增大后，对CODcr去除率有增长了20.5%，结果说明其原因有二，一是处理系统运行过程中回流液的物理作用增加，使微生物保持良好生物活性；二是反硝化液的回流增加，致反硝化滤池的硝态氮和亚硝态

13、氮量增多3，在这一硝化过程中，需要消耗更多的有机物作为碳源进行补充，增大了对CODcr的去除效果。由图2（b）所见，NH3-N去除效果的回流比变化趋势与CODcr基本相似，回流由0.5:1增加至1:1时，出水NH3-N的去除率由81.6提高到94.3，对NH3-N的去除率增加12.7%。可见1:1回流比的条件下，效果有二，一是硝化反映进行的更彻底，硝化菌活性更高；二是增加回流比，系统水力负荷增大，水力剪切力增加，对生物膜能起到一定的更新作用，同时还可避免悬浮颗粒包裹于生物膜表面，使系统微生物保持较高活性。由图2（c）所见，回流比由0.5:1增大至1:1后，系统对TN去除率反而由21.9降低至1

14、3.4，下降了8.5%，可见回流比增大，对TN去除效果具有反作用。其原因，一是原水中呈低碳高氮现象，具有可生化性较差4的特点；二是回流比增大改变了回流至反硝化单元NO3-和NH3-N的比例关系。分析情况见图4（a-b）。 (a) 回流比0.5:1 (b) 回流比1:1图3 不同回流比时各单元氮化合物浓度变化影响由图3可见，进行1:1回流时反硝化单元进水NO3-占氮化合物比例大于50时，理论研究表明5，对于前置反硝化工艺，在可生物降解的有机物含量较低时，NO3-浓度将成为底物降解动力学的控制因素，当反硝化单元出水的NO3-浓度为零时(此时的回流比为其临界值) 6，反应器的反硝化能力达到最大，此时

15、继续增大回流比对TN去除无促进作用；三是回流比的提高使反硝化滤柱内溶解氧浓度增加，有可能破坏其缺氧环境，抑制反硝化反应。综上所述，增加外碳源、控制反硝化单元NO3-和溶解氧浓度，是提高系统对TN去除率的方法和关键。2.2 碳源投加对主要污染物去除效果的影响分析为提高系统脱氮效率，向反硝化单元投加甲醇作为碳源，甲醇投加量按C/N=3:1控制，观察系统对TN、NH3-N和CODcr去除效果的影响。图4为外碳源投加前后，系统对TN去除效果变化曲线图，碳源加入前后对TN去除率由13.4增长至34.5，可见碳源投加对TN的去除影响较大。因反硝化反应是由异养微生物参与下的生化反应，反应过程中利用硝酸盐中的

16、氧作为电子受体，以有机物碳源作为电子供体，碳源种类和多少直接影响反硝化反应速率，较低碳源条件下系统缺氧单元可用于反硝化的有机物较少，脱氮效率偏低，当控制C/N为3:1向缺氧区投加外碳源后，系统脱氮效果明显提高。图5 碳源投加对TN去除效果的影响由 图5可见，系统内NH3-N和CODcr的去除率变化相对稳定，在碳源加入前后一般去除率分别达到94.3、42%和90.6、43.1%，出水浓度均可达到城市污水再生利用景观环境用水水质（GB/T18921-2002）观赏性河道类水质标准，碳源加入对系统去除NH3-N和CODcr的效果影响不大，由此可见碳源的投加并未对系统去除有机物形成负面作用，投加的外碳

17、源基本在反硝化反应中被充分利用，没有增大后续单元的有机物负荷7。 图5 碳源投加对CODcr、NH3-N去除效果的影响2.3 气水比对主要污染物去除效果的影响分析气水比的变化将对缺氧和好氧单元溶解氧浓度产生一定影响，同时也是污染物去除率的重要影响因素，为此针对气水比的变化展开试验研究，观察好氧单元气水比分别为6:1和4:1时对污染物去除效果的影响，试验期间进水负荷仍为10L/h，臭氧投加量、接触时间、回流比及外碳源投加量保持不变，去除率效果变化如图6（a-c）所示。(a) (b) 图6 气水比对污染物去除效果的影响(c)由图6（a）所见，当气水比为6:1时，出水CODcr浓度为40mg/L，去

18、除率为43.1；气水比为4:1时，出水CODcr浓度为48.8mg/L，去除率为41.4，总体出水浓度变化幅度不大。说明气水比虽然对缺氧单元CODcr的去除作用有所升高，而系统总去除率基本保持稳定。由图6（b）所见，观察NH3-N去除效果变化，当气水比为6:1时，氨氮出水浓度为1.12mg/L；当气水比为4:1时，氨氮出水浓度为1.16mg/L，均可达到城市污水再生利用景观环境用水水质（GB/T18921-2002）观赏性河道类水质标准，不同气水比条件下NH3-N去除率分别为90.6和91.9，两者差异很小。说明可见当气水比由6:1降低至4:1时，系统对氨氮的去除效果影响不大，综合处理效果和运

19、行成本等方面考虑，气水比设计为4:1较合理。由图6（c）中所反映的TN去除率变化趋势不难看出，气水比由6:1降低至4:1时，出水TN浓度由11.1mg/L降低至10.1mg/L，去除率由34.5升高至42.5，其原因是好氧单元气水比变化导致缺氧单元溶解氧浓度也随之改变。表3列出了气水比与缺氧单元溶解氧、氮化合物比例关系及TN去除率的效果，当回流比降低后缺氧单元溶解氧浓度由2.83mg/L降低至1.35mg/L，确保其缺氧环境的同时促进了反硝化反应，使系统对TN的去除效果明显提高，而此时由于反硝化反应的增加需要更多硝酸盐氮参与，导致缺氧单元内硝酸盐氮含量降低，硝态氮与氨氮比例关系发生变化，由0.

20、8：1下降到0.46:1。表3 气水比与溶解氧及TN去除效果的关系甲醇投加量（C/N）BAC单元气水比DN单元DO（mg/L）DN单元NO3-:NH4+TN平均去除率36:12.830.8:134.5%34:11.350.46:142.5%3 结论本研究通过通州北运河污水处理厂实例，对采用生物滤池-臭氧氧化-生物活性炭滤池组合工艺系统主要工艺参数及各项污染指标去除效果的相关性进行了试验，通过反消化过程回流比和碳源投入以及气水比调整和数据分析，摸索出了工艺运行的最佳条件,在系统运行上积累了丰富的经验,其主要指标达到了城市污水再生利用景观环境用水水质（GB/T18921-2002）观赏性河道类水质

21、标准。得到以下结论：（1）当回流比为1:1时，系统对CODcr、NH3N和TN的去除率分别为42%、94.3%和13.4%，其中CODcr和NH3N的去除效果较回流比0.5:1时有所提高，而TN变化趋势与之相反。（2）向系统反硝化单元按C/N=3:1投加外碳源后，对TN去除率由13.4增长至34.5，而此时系统对NH3-N和CODcr的去除率变化不大，可见碳源的投加并未对系统去除有机物形成负面作用，投加的外碳源基本在反硝化反应中被充分利用，没有增大后续单元的有机物负荷。（3）试验气水比由6:1降低至4:1时，系统对CODcr和NH3-N去除率分别为41.4%和91.9%，变化幅度不大，而TN去

22、除率由34.5增长至42.5，此时系统出水CODcr, NH3-N和TN的平均值分别为48.8mg/L, 1.16mg/L和10.1mg/L。参考文献：1 左社强，唐志坚，张平.臭氧-生物活性炭饮用水处理技术及其应用前景A. 能源与环境， 2003，（01）：33-36。2 梁萍.净水臭氧处理系统的设计要点与分析J.工业用水与废水，2007，38(4):74-76。3 郑俊，汪容，张刚.回流比对前置反硝化BAF处理效果的影响研究A.中国给水排水， 2007，23（21）：24-27.4 徐美倩.废水可生化性评价技术探讨B.工业水处理，2008，28（5）：17-20。5 吴舜泽，王宝贞，王琳，杨玉楠，杜彦武.饮用水深度净化工艺现场对比试验.给水排水，1999，25(12):3-7.6 严煦世，王业俊，许保玖.水和废水技术研究. 北京:中国建筑工业出版社，199。7 Ronald W. Crites, Sherwood C. reed, et al. Applying treatment wastewater toland. Bio Cycle. 2001。