微污染水源水的生物处理技术

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第27卷第l1期 V0I.27 N0.1l 企业技术开发 TECHN0LOGICAL DEVELOPMENT OF ENTERPRISE 2008年l1月 N0v.2008 

微污染水源水的生物处理技术 

黄源伟 (湖南省司法警官学院,湖南长沙41Ol31) 

摘要:饮用水水源污染日益严重,直接威胁到人类的健康和传统净水工艺。文章对微污染水源水的各种生物处 理技术进行了介绍和评价,并讨论了生物处理的优点和存在的问题,提出了发展趋势和建议。 关键词:微污染水源水;生物处理;生物膜 中图分类号:x52 文献标识码:A 文章编号:1006—8937(20o8)ll一0035—03 

Bi0l0gical treatment 0f micr0一p0Uuted raw water 

HUANG Yuan—wei (Hunan Institute for Correctional Po1ice, Changsha, Hunan 4l0l3l, China) 

Abstract: rhe water source is polluted seriously day by day and d0es harm to human health and the tradi— ti0nal treatment prl0cess. The paper discussed the bi0logical treatment 0f micr0一p0lluted I.aw water and gave appraisement 0f these meth0ds, and the adVantages and disadvantages of the bi0logical treatment. Then it put f0rward the future development and suggestions. Keyword_s:biological treatment;micm—p0lluted raw water.biological membrane 

近年来,我国水源水质污染呈恶化趋势。虽然 

大量文献表明地表水源饮用水的常规水处理工艺 

(混凝——沉淀——过滤——消毒),能够使水澄 清、消除水传染病原菌…,但不能有效去除微污染原 

水中的有机物、氨氮等污染物。因而仍然对人体健 

康造成危害。世界卫生组织(WHO)调查结果表明, 发展中国家80%的疾病和l/3的死亡率与水污染 

有关l 2】。与此同时,水源水的污染还加剧了水资源的 

危机,因此迫切需要结合我国国情的实用技术来改 进饮用水水质。 

围绕原水水质不同、出水水质要求各异和经济 

技术条件制约等特点,经过几十年的研究和探索,微 

污染水源的饮用水处理技术的研究取得了长足发 展[3】。其中,生物处理技术在微污染水源水处理中发 

挥着极其重要的作用,有着十分广阔的前景。 

l微污染水源水的生物处理技术 

1971年,日本小岛贞男首次成功地将生物接触 

氧化法应用于富营养化水源水预处理,可以去除藻 类60%~80%,氨氮90%以上,臭味50%~70%,使水 

厂出水水质得到明显改善,把本来属于污水处理应 

用范畴的生物法引入了给水处理领域l4J。此后微污 

收稿日期:20o8一O8—29 作者简介:黄源伟(1982一),男,湖南长沙人,大学本科(双学位) 初级职称,主要研究方向:心理学。 染水源水生物处理技术得到普遍应用。 

水源水生物处理技术的本质是水体天然净化 

的人工化。由于在低营养条件下生存的贫营养微生 物通常是以生物膜的形式存在的,所以目前微污染 

水源水的生物处理方法主要是生物膜法。该法是利 

用附着在填料表面的生物膜上的微生物群体的新 陈代谢活动,在水通过填料时,使水中污染物被吸 

附、分解、氧化得以有效去除。 1.1单独生物处理工艺 目前生产上常用的生物处理方法,有淹没式生 

物滤池(曝气与不曝气)、煤砂、活性炭——砂生物 滤池及慢滤池等。滤池中装有表面积较大的颗粒填 

料。滤池运行中需补充一定量的空气,为生物生长 

提供足够的溶解氧,还有助于新老生物膜的更新换 代,保证生物膜的高氧化能力。 

这种方法的特点是:过滤作用其处理效果稳定、 管理方便(只需反冲)、污染物去除效率较高、污泥 

产量少、受外界环境变化影响较小,但会产生一定 

的水头损失(1 1.5 m1,水气异相流时会产生顶托, 滤速受限制,而水气同相流时配水系统易发生堵塞, 

必须设计成正规滤池(要反冲),基建造价稍高。 

生物滤池的填料可采用表面粗糙具有一定强 

度的矿物颗粒,或人工烧结的材料,如沸石f天然或 活化)、煤、砂、碎石、陶粒(圆粒或粉碎颗粒)等。人工 

泡沫塑料珠也可利用,但要注意其化学成分,

不得 36 企业技术开发 2008年l1月 

含有对人体有害的化学物与渗出物。 季民I 5l采用生物陶粒滤池对天津引滦水进行预 

处理。小试结果表明生物陶粒滤池对C0DMn,浊 度、叶绿素、氨氮、亚硝酸盐氮的平均去除率分别为 

15.6%、42-3%、40%、38%、50%。 1.2联合生物处理工艺 伴随着微污染水源水处理工艺的研究和发展, 

新工艺也不断地得到开发,生物法越来越多地应用 

于联合其他工艺的组合工艺当巾。 

1.2.1 膜生物反应器(Membrane Bi0react0r) 膜生物反应器是指以超滤膜或微滤膜组件作 

为取代二沉池的泥水分离单元设备,并与活性污泥 

反应器组合构成的一种新型生物处理装置。不论固 体颗粒的沉降性能如何,均可完成固液分离过程, 

并且可以避免因生物体流失而造成的系统失效。利 

用了膜分离的选择透过性与高效性和生物处理的 有效性及彻底性,使有机物深度氧化,同时还可以 

硝化与反硝化,出水不含固体颗粒,能完全保留生 

物体【61,这就使反应器内的活性污泥浓度得以大大 提高,从而能够有效的提高有机物的去除率l 7l。 

1.2.2 电生物反应器(Electr(】一Bioreact0r)[7] 

将电极装置与生物反应器组合起来就构成了 所谓电生物反应器。研究表明,在外加电流的条件 

下,由于电子的产生,生物膜和固定化酶的反硝化 

作用得以强化,其反应方程为: 

2H +2e—H2 

2H2O+2e—H2+20H一 

2N03+5H2+2H 一N2+6H2O (1) 

(2) 

(3) 

显然,通过对水的电解,阴极提供电子,产生 

氢,而氢作为电子供体与硝酸盐发生了方程f31所示 的反应,使生化反应速率及去除率得以提高,从而 减少了水中硝酸盐的含量。 

Flora等人设计了一种连续流电生物反应器, 

硝酸盐的进水浓度为88.66 mg/L,在最佳操作电流 

为20 mA条件下,NO,一N的去除率在98%以上。 

从原理上讲,这种方法除了可以实现反硝化处理外, 

还可以去除水体中的有机物,但目前对电生物反应 

器尚处于基础理论和动力学研究阶段,离实际应用 还有相当一段距离。 

1.2-3生物活性炭 

生物活性炭法的前提是避免预氯化,它是在活 性炭表面培养出微生物膜,利用炭的吸附功能和微 

生物的生化功能去除污染物的一种技术。现除德国 外,法国、荷兰、瑞士、前苏联等围家有许多水厂也 

已采用生物活性炭作为饮用水处理的生产工艺l 8l。 随着研究的深人,出现了将生物活性炭与其它技术 

结合的新型工艺。 

①沸石——生物活性炭的组合工艺I 9l。沸石置 于活性炭前处理含氨氮的原水,可充分利用沸石的 

交换能力及生物活性炭去除稳定量的氨氮能力,对 

于进水的冲击负荷具有良好的削峰作用,且减少沸 

石再生次数,出水可以更加经济、稳定、可靠。 

②超声波——膜生物活性炭。刘红Ij0研究结果 表明,通过一定强度的超声波处理,膜生物反应器 

的生物活性得到增强,反应器有机负荷增加,有机 

物净化效率提高。超声波对生物的作用体现在2个 方面:一是提高传质速度,二是促进细胞酶的分泌 

及变异。反应器内溶液经超声波辐射后,首先超声 

波稳态空化可以增强液体介质的质点运动,加速生 物反应器中的物质传递,并且导致空化气泡周围的 

细胞壁和细胞膜的击穿和可逆的细胞膜通透性的 

改变,从而加快细胞内外物质交换、传输和可逆渗 透,因此超声波辐射可以提高生物反应的速度。 

2生物处理微污染水源水的优势及其存在 

的问题 

2.1生物处理微污染水源水的优势 生物处理单元可设在传统净水工艺中不同的 

位置。如果作为预处理,即在常规净水工艺之前增 

设生物处理工艺…】,其特点为: ①与物理和化学净化技术相比,生物处理更为 

经济有效。就现代净水技术而言,生物预处理已成 

物理化学处理工艺的必要补充。该方法投资少,见 

效快,能去除常规传统工艺不能去除的污染物,操 作管理简单,只需增加预处理单元,对后续常规处 

理单元影响小,同时能使后续工艺简单易行,运行 费用增加少,处理效果比较理想,出水水质明显改 

善,适于大规模推广,适合中国国情。 

②对铁、锰Il2】、酚、色、嗅、味、浊度及色等均有 

较好的去除效果。如果设置在沉淀出水后,则可以 减轻后续处理的负荷,还可以和其他工艺联合使用, 

延长过滤或活性炭吸附等物化处理工艺的使用周 

期,使炭不必再生,仅需经常地反复冲洗即可长期 运行,并且可以和臭氧等结合进行深度处理,优势 

互补,最大可能地发挥水处理工艺的整体作用,提 

高出水水质,降低水处理费用。 

2.2

生物处理微污染水源水存在的问题 第27卷第1l期 黄源伟:微污染水源水的生物处理技术 37 

①只是将氨氮转化为硝酸盐和亚硝酸盐,这种 

转化并没有使得水中的总氮减少。而只是形态发生 改变㈣。 ②一些研究表明,生物处理对微量难降解的污 

染物无效;对THMs只有少量去除效果,Ames试验 

不能由阳变阴【l4j,COD去除率不高。 

③运行效果受到许多因素的影响,特别是原水 水质、水温、水量的变化和操作管理水平的高低都 直接影响处理效果。 

④生物处理池的泥沙淤积和填料结泥是生物 膜法处理微污染水源水的一个重要问题,与常规工 

艺相比,需较长的成熟期,还需进行生物驯化。 

⑤由于生物处理是借助于微生物新陈代谢进 行吸收利用水中的污染物,因此会有各种代谢产物 

以及微生物本身进入水中,其中大多数物质的特性 

及对人体健康的可能影响还所知甚少。 

3发展趋势与对策 

水源水的水质问题越来越受到人们的重视。研 

究新的净水工艺,增加新的治理措施是当今给水研 

究人员及自来水厂急需解决的课题。上述这些工艺 去除有机物的原理是吸附、氧化、生物降解、膜滤 

等,几种工艺组合起来,互相取长补短,可以综合起 

到多种去除作用,效果更好。因此,生物处理和其他 

水处理技术联合应用是目前国内水厂改善出水水 

质的发展趋势。 生物膜上微生物活性的高低、生物量的大小、 

生物膜与处理水接触时间的长短都直接影响着生 

物池的处理效果。微生物(主要是细菌)的生物活性 主要受环境因素如水温、pH、营养盐、溶解氧等的 

影响,提供适宜贫营养菌生长的条件,保持细菌较 高活性,可大大提高生物池的处理效果。如加磷可 

提高有机物的去除效率。生物膜量的大小主要取决 于生物池所选用的填料,不同形式的填料比表面积 有较大差别。接触时间的长短由所选择的运行工况 

决定,一般来讲,接触时间越长,处理效果越好。应 

优化工艺使贫营养菌去除污染物的作用得到最大