傳統的(de)(de)水(shui)(shui)(shui)處理混凝(ning)、過濾、消毒(du)工藝是以(yi)去(qu)除(chu)水(shui)(shui)(shui)體顆粒(li)物、濁度與色度為主，對于(yu)溶(rong)(rong)解性(xing)(xing)有(you)機(ji)物的(de)(de)和(he)氨(an)氮(dan)(dan)去(qu)除(chu)能(neng)力(li)相對較差(cha)。而目(mu)前我國水(shui)(shui)(shui)源(yuan)水(shui)(shui)(shui)的(de)(de)污染的(de)(de)形(xing)勢十分嚴峻，水(shui)(shui)(shui)廠供(gong)水(shui)(shui)(shui)水(shui)(shui)(shui)質的(de)(de)安全(quan)性(xing)(xing)得(de)不到保障，對人民(min)的(de)(de)健康構成了極大的(de)(de)威脅。本(ben)(ben)文(wen)研究的(de)(de)跌水(shui)(shui)(shui)曝(pu)氣(qi)生物接(jie)觸(chu)氧化-超(chao)濾組(zu)合工藝可以(yi)有(you)效(xiao)去(qu)除(chu)水(shui)(shui)(shui)中(zhong)溶(rong)(rong)解性(xing)(xing)有(you)機(ji)物和(he)氨(an)氮(dan)(dan)，改善水(shui)(shui)(shui)質，同時投資少，運(yun)行(xing)成本(ben)(ben)低(di)，為飲用水(shui)(shui)(shui)處理中(zhong)所廣泛(fan)研究和(he)應用[1,2]。

        1 試驗流程(cheng)和裝置

        1.1 試驗流程

　　試驗地點在無錫市充山水廠。太湖水經潛水泵提升至生物接觸氧化池，經過三階生物接觸氧化出水預存于中間水池，再由自吸泵提升至砂濾池（為了減少超濾膜組件的污染，故設置砂濾池），砂濾出水至超濾前存水箱。超濾系統包括膜組件、加壓泵和反沖洗水泵。流程圖見圖1。

        1.2試驗裝置 

　　在跌水曝氣生物接觸氧化池中采用彈性立體填料，一階跌水曝氣生物接觸氧化池（簡稱階一）填料層有效容積V=0.9m×0.9m×0.65m=0.53m3；二階跌水曝氣生物接觸氧化池（簡稱階二）填料層有效容積V=0.8m×0.8m×0.8m=0.51m3；階三同階一；砂濾柱：石英砂（粒徑0.5-1.2mm）濾料層厚0.7m，下層承托層厚0.4m；超濾機：LG0650×1-B立升超濾機（海南立升凈水科技實業有限公司生產），內壓式，PVC合金，有效膜面積13m2，切割分子量10萬Daltons。

　　進階(jie)(jie)一、階(jie)(jie)二(er)、階(jie)(jie)三的跌水(shui)高(gao)度分(fen)別為0.5m，0.4m和0.4m。

        2 分(fen)析(xi)及(ji)試驗(yan)方法

　　試驗選用了與富營養化問題有關的藻類、有機物、氨氮、濁度、溶解氧等監測項目。檢測方法為：

　　 1）有機物（以下稱CODMn）：酸性高錳酸鉀法；

　　 2）UV254（254nm波長下水樣的紫外吸光度）：紫外分光光度法；

　　 3）氨氮（以下稱NH+4-N）：納氏試劑分光光度法；

　　 4）濁度：A22光電式濁度儀；

　　 5）溶解氧：碘量法；

　　 6）藻類：魯哥試劑固定24小時，顯微板框計數；

　　 7）NO2―-N：分(fen)光光度法(fa)。

   ;     3 試驗結(jie)果與分析

        3.1 生物接觸氧化池掛膜試驗

　　填料采用自然掛膜方法，試驗從2004年11月24日啟動到12月30日結束，水力停留時間（HRT）為5.2h。三階跌水高度分別為0.5m，0.4m和0.4m，水溫1～13℃。掛膜第26天，氨氮去除率達到53.2%，第29天達到77.9%，之后幾天處理效率較為穩定，平均去除率在60.1%，可以認為填料掛膜完成。筆者認為，在低溫季節，當氨氮的去除率較為穩定且在50%以上時，可以認為掛膜基本完成，而CODMn的去除率可作參考，不宜作為掛膜成熟與否的主要依據。 

        3.2 跌水曝氣生物接觸氧化工藝處理特性

　　試驗主要考察了在水力停留時間（HRT）為1.6h時，跌水曝氣生物接觸氧化對水中污染物的去除特性。試驗期間平均水溫為7.6℃，三階跌水高度仍分別為0.5m，0.4m和0.4m，原水中溶解氧濃度在10.7～11.4mg/L，平均每階跌水可充氧0.2 mg/L，0.5 mg/L和0.8 mg/L。 

        3.2.1 濁度的去除

　　水中形成濁度的因素較多，泥砂、懸浮物、膠體、微生物群落以及一部分有機物都可以產生濁度。從圖2可以看出，當進水濁度為27～105NTU時，出水濁度為10～43NTU，濁度的去除率在31.7%～75.6％，平均約52.0%。在生物接觸氧化預處理中，濁度的去除主要靠填料對懸浮物的截留、水中原生動物和后生動物對藻類及其它有機質的捕食作用和脫落于水中的生物膜的生物絮凝作用。   

        3.2.2 NH4+-N的去除

　　當進水NH4+-N濃度為3.27～4.37 mg/L時，出水濃度為2.03～3.04mg/L，NH4+-N的去除率在29.6%～46.6%，平均約35.9%。由于進水氨氮濃度較高，而水溫較低（平均水溫為7.6℃），硝化細菌的活性較弱，硝化程度低，故生化池出水氨氮濃度仍然較高。 

        3.2.3CODMn的去除

　　進水CODMn的濃度為6～8.4mg/L, 出水濃度為4.6～6.4mg/L，去除率在13.1％～35.7％，平均約19.8％。分析生物接觸氧化對有機物的去除機理主要有以下幾個方面[3]：（1）微生物對小分子有機物的降解。由于微生物生長代謝中物質和能量的需要，將部分低分子有機物分解成二氧化碳和水，同時也將降解中生成的部分中間產物合成微生物體。（2）微生物胞外酶對對大分子有機物的分解作用。（3）生物吸附絮凝作用。生物膜的比表面積較大，能吸附部分有機物。微生物分泌物多聚糖等粘性物質有類似化學絮凝的作用，使部分大分子有機物在生物反應器中被填料上生物膜吸附下來，隨生物膜脫落而被排出反應器。   

        3.2.4 UV254的去除
　　 
        進水UV254的濃度為0.096～0.109cm-1, 出水濃度為0.092～0.104 cm-1，去除率在0％～11.0％，平均約5.9％。UV254是指254nm波長下水樣的紫外吸光度，它對于測量水中天然有機物如腐殖質等有重要意義，可作為TOC（總有機碳）及THMs（三鹵甲烷）前體物的代用參數。試驗結果表明，生物接觸氧化法對UV254的有一定的去除效果，但是不夠理想。主要原因是水源水中的可生物降解有機物主要是非腐殖酸類有機物，腐殖質本身是微生物分解形成的相對穩定的化合物，所以在較短的水力停留時間內，這部分有機物難以去除[3]。 

        3.2.5 藻類的去除
　　 
        進水藻類的濃度為13×106～31×106個/L，出水濃度為2.5×106～10×106個/L，去除率在61.1％～78.4％，平均約71.0％。生物接觸氧化法除藻依賴于以下幾種作用：生物膜的吸附、附著，微生物的氧化分解，填料間的生物絮凝、沉淀等。 

        3.2.6 NO2--N的去除  

　　NO2--N去除效果不明顯，絕大多數時表現為亞硝酸鹽（NO2--N）的少量積累。主要原因是進水NO2--N濃度很低（0.05～0.08mg/L）而出水中NO2--N濃度在0.06～0.09 mg/L，說明水中氨氮亞硝化后形成的NO2--N已經基本得到硝化。 

        3.3 超濾對污染物的去除效果及膜運行特性

　　在試驗中，生物接觸氧化出水的濁度較高（平均20NTU左右），為了減少對超濾膜的污染和破壞，在超濾前采用普通砂濾池進行預處理，砂濾濾料為0.5～1.2mm，厚70cm，濾速6～7m/h。

        3.3.1 濁度的去除

　　試驗表明超濾在去除濁度方面具有很大的優越性，從圖8可以看到，無論進水濁度如何變化，超濾出水濁度始終<1NTU，平均濁度為0.5NTU，平均去除率為95.5％。超濾出水的濁度遠優于我國飲用水水質標準中規定的3NTU。試驗選用的PVC合金超濾膜組件，其截留分子量（或稱切割分子量，MWCO）為10萬Daltons，膜孔徑<0.1μm。因此可以實現對水中泥沙、懸浮物、微生物群落等濁度形成物的有效截留。超濾膜除污染的作用機理認為主要存在以下三種情形：

　　（1）溶質在膜表面及微孔壁上產生吸附；

　　（2）溶質的粒徑大小與膜孔徑相仿，溶質在孔中停留，引起阻塞；

　　（3）溶質的粒徑大于膜孔徑，溶質在膜表面被機械截留，實現篩分。

　　 三種作用的協同效應構成了超濾膜分離物質的基礎[4,5]。   

        3.3.2 氨氮的去除

　　運行期間超濾進水氨氮濃度0.63～3.25mg/L，出水濃度為0.3～2.92 mg/L，去除率為0％～77.9％，平均去除率為13.9％。筆者認為，超濾對氨氮的去除主要還在于微生物的硝化作用，在砂濾出水中仍然含有大量硝化細菌，由于超濾膜對細菌的截留，使得中空纖維膜的內表面成為生物生長新的載體，但由于超濾運行時進行定期排污和反沖洗，微生物膜多數被排出膜組件，加之水和生物膜之間的接觸時間短，因此氨氮的去除率不高。   

        3.3.3 CODMn的去除

　　超濾對CODMn有一定的去除率，且進水CODMn濃度在4～6.7mg/L變化時對去除率的影響較小，平均去除率為16.3％。超濾出水CODMn的平均濃度為4.5mg/L，達不到衛生部“生活飲用水水質衛生規范”中規定的<3mg/L的要求。因此還必須采取相關措施加以解決。如：在生物接觸氧化前預臭氧化以提高水的可生化性；在超濾前投加適量混凝劑和粉末活性炭，有試驗[6,7]表明這樣可以提高有機物的去除率同時減輕膜污染。 

        3.3.4 藻類的去除

　　試驗期間，超濾進水中藻類濃度為0.7～7.8×106個/L（平均3.6×106個/L），出水中藻類濃度為0～1.3×106個/L（平均0.45×106個/L），去除率為61.8％～100％（平均84.2％）。超濾對藻類很好的去除效果。   

        3.3.5 UV254的去除
　　 
        超濾對UV254的平均去除率為6.9％，如圖11所示，超濾進水中UV254濃度變化對其去除率的影響不明顯，始終在平均去除率附近上下波動。 

        3.3.6 超濾膜運行特性
　 　
        超濾運行為死端式間歇運行，每隔40min排放濃縮水一次，每2h進行清水反沖洗，反沖洗流量為1800L/h，歷時2～3min。超濾濾前水平均濁度為13NTU，反沖洗用水為超濾出水。

　　在開始過濾的一段時間內，膜通量下降迅速，大約經過100min后膜通量下降越來越平緩，此時比滲透通量以已經降低為初始通量的35％左右，經定期排放濃縮水后膜通量有所回升，經清水反沖洗后提高到初始值的45％左右。如此周期反復，膜通量平緩下降。當比滲透通量下降為初始通量的32％左右，采用清水反沖洗已經很難回復膜通量，遂決定化學清洗。清洗采用0.5％的NaOH加含有效氯量為10mg/L的NaClO混合溶液，進行循環清洗40min。從圖13中看到，經化學清洗后比滲透通量恢復到初始通量的80％左右，清洗比較徹底。但是之后累積運行時間到達150min后，通量迅速下降為初始值的17.3％，說明清洗后的膜孔很快又被堵塞，形成凝膠層。經清水反沖洗后通量恢復到35.9％。經過周期反沖洗和排放濃縮水，膜污染得到有效控制。但是了四月份，膜的比滲透通量開始迅速回升。分析認為主要原因是，水溫回升到15℃，加上超濾機擺在室外帳篷內，篷內溫度上升很快，最高時氣溫可達到35℃，也加速水溫的升高，減小水的粘度，提高透水能力。

        3.4 組合工藝與水廠常規凈水效率對比
　　 
        試驗所在(zai)水(shui)(shui)廠(chang)規模為1萬(wan)噸/天，采用混凝、氣浮、過濾和消毒的(de)工(gong)藝(yi)(yi)。從表(biao)1可以看(kan)到，組合工(gong)藝(yi)(yi)的(de)處(chu)理(li)效率(lv)優于水(shui)(shui)廠(chang)工(gong)藝(yi)(yi)，其中以氨氮的(de)去除率(lv)最(zui)為顯著，前(qian)者比后者的(de)效率(lv)提高(gao)了29.5個百分點，濁(zhuo)度(du)、藻類和UV254的(de)去除率(lv)都有了一定的(de)提高(gao)，而(er)CODMn的(de)去除率(lv)基本(ben)持(chi)平。試驗組合工(gong)藝(yi)(yi)和水(shui)(shui)廠(chang)工(gong)藝(yi)(yi)凈水(shui)(shui)效率(lv)對比

        4 結論

　　（1）跌水曝氣生物接觸氧化池HRT=1.6h時，濁度、氨氮、CODMn、藻類和UV254的平均去除率分別為：52％、35.9％、19.8％、71.0％和5.9％。

　　（2）超濾膜對濁度、氨氮、CODMn、藻類和UV254的平均去除率分別為95.5％、13.9％、16.3％、84.2％和6.9％。

　　（3）超濾開始一段時間內膜通量下降迅速，大約經過100min后膜通量下降越來越平緩；死端式運行時，每隔40min排放濃縮水一次，歷時1min，每2h進行清水反沖洗，反沖洗流量為1800L/h，歷時2～3min可以緩解膜污染。

　　（4）當膜污染較為嚴重時，采用0.5％的NaOH加含有效氯量為10mg/L的NaClO混合溶液，進行循環清洗40min后比滲透通量恢復到初始通量的80％左右。

　　（5）在平均(jun)水溫(wen)7.6℃，生物接觸氧化的(de)水力(li)停留(liu)時間（HRT）=1.6h時，組合工藝(yi)對濁度、氨氮、CODMn、藻類和(he)UV254的(de)去除率(lv)分別為99.1％、44.0％、35.3％、97.9％和(he)6.9％，處(chu)理效率(lv)優于常規工藝(yi)。

 &nbsp;      參考文獻(xian)

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