組合填料對富營養化河水的凈化效果研究

郟菁菁　武濤

摘 要：該研究選取了多孔玻璃陶瓷環、機制顆粒活性炭、和火山石3種填料及其組合填料，分別從CODMn、NH4+-N、TP等方面對各種填料處理富營養化河水進行了比較分析研究。結果表明：處理系統穩定運行狀態下，多孔玻璃陶瓷環對富營養河水處理后，CODMn、NH4+-N、TP去除率分別為70.91%、59.38%和46.51%；機制顆粒活性炭對富營養河水處理后，CODMn、NH4+-N、TP去除率分別為74.55%、70.00%、69.77%；火山石對富營養河水處理后，CODMn、NH4+-N、TP去除率分別為41.82%、78.75%、58.14%；組合填料對富營養河水處理后，CODMn、NH4+-N、TP去除率分別為81.82%、82.50%、76.74%。分析可知，采用上述復合填料能有效去除富營養化水體中CODMn、NH4+-N、TP等特征污染物；且該模式運行簡單、操作方便，能耗低，是一種富營養化河水較好的凈化方式。

關鍵詞：富營養化 組合填料 凈化河水

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（a）-0095-02

近年來，隨著我國人口的增長和經濟的迅速發展，排入江河、湖泊的廢水量不斷增加[1]，引起地表水環境的嚴重污染，富營養化水域日益增多。水體富營養化不僅使水質產生嚴重惡化，而且影響周邊水環境和人文景觀，甚至通過給水系統危害到公眾的健康[2-3]。因此，對富營養化水體的治理是現在人們面臨的一項重大課題。水體富營養化是我國面臨的一大棘手的環境問題，目前我國80%以上河流湖泊都存在不同程度的富營養化現象，并且有范圍擴大、程度加深的趨勢。國內外對控制湖泊水體富營養化問題進行了很多研究[4-5]， 但很難找到經濟有效的辦法。近年來，生物填料不僅在污水處理方面有了較大的進步，在微污染水源水處理領域也有了一定的應用[6-8]。本研究選取粒徑不同的幾種填料，對富營養化河水開展實驗，研究不同粒徑的生物填料對富營養化河水水質凈化的效果。

1 實驗材料和方法

1.1 實驗材料

1.1.1 實驗原水

實驗原水取自某受污染河水下游，水質分析情況如表1所示。

1.1.2 填料及反應裝置

實驗裝置及實驗過程示意圖如圖1所示。

本實驗選取了3種填料及其組合填料進行實驗，分別是：多孔玻璃陶瓷環、機制顆粒活性炭、火山石及組合填料。實驗裝置采用了4個圓柱形玻璃罐作為填料容器，玻璃罐均采用內徑28 cm的玻璃廣口瓶，高度均為50 cm。實驗裝置中填放填料，填料高度為30 cm。復合填料實驗裝置中，自上而下依次為多孔玻璃陶瓷環（10 cm）、機制顆粒活性炭（10 cm）、火山石（10 cm）。各種填料粒徑如下：多孔玻璃陶瓷環為環形中空結構，外徑1.5 cm，長1.5 cm，壁厚1.6 mm；火山石直徑2～4 cm；機制顆粒活性炭為圓柱體結構，高度為3 cm，直徑5mm。

實驗裝置主要參數為：1#玻璃陶瓷：進水量Q1=2.75 L/min，填料過濾斷面積0.049m2，單位面積水力負荷為：0.056 m3/m2·min；2#木炭：進水量Q1=4 L/min，填料過濾斷面：0.0615 m2，單位面積水力負荷為：0.065 m3/m2·min；容器體積為24 L，單次進水時間15 min；3#火山石：進水量Q1=4 L/min，填料過濾斷面：0.0615 m2，單位面積水力負荷為：0.065 m3/m2·min；4#復合填料：進水量Q1=2.75 L/min，填料過濾斷面：0.049 m2，單位面積水力負荷為：0.056 m3/m2·min；容器體積17.1 L，單次進水時間為15 min。

1.2 實驗方法

本實驗采用接種底泥、連續進水、悶曝方式啟動，初期進行底泥馴化，系統調試直至穩定運行。穩定正常運行狀態下，每天連續運行8 h，水力停留時間約為2 h。經連續運行20 d后，取出水水樣進行水質分析。水樣取反應裝置底部出水自靜置后的上清液進行監測分析。分析項目為：CODMn、NH4+-N、TP。

1.3 分析方法

化學需氧量CODMn、NH4+-N、TP均采用標準分析法。[9]

2 結果與討論

2.1 對CODMn的去除效果

從圖2可看出，3種填料及其組合填料對CODMn均有較好的去除效果，其中多空玻璃陶瓷環和機制顆粒活性炭對CODMn去除率均可超過70%，組合填料去除率更可達81.82%。

分析可知，所選填料主要起生物膜載體的作用，具有生物附著力強、比表面積大、孔隙率高等優點；而組合式填料通過不同粒徑材料的組合搭配，同時可起到過濾攔截懸浮物的作用，從而對CODMn有更好地去除效果。

2.2 對NH4+-N的去除效果

從圖3可看出，3種填料及其組合填料對NH4+-N均有較好的去除效果，其中多空玻璃陶瓷環和機制顆粒活性炭對NH4+-N去除率均可達60%，組合填料去除率更可達82.50%。

分析可知，富營養化河水中的氮以多種形式存在，主要由有機氮、銨態氮、硝酸態和亞硝酸態氮等。組合填料處理過程中，填料和微生物的吸收，硝態氮在隨滲水向下遷移時，可通過反硝化作用最終而變為氮氣。反硝化作用、揮發和填料吸收是系統除氮的主要途徑。系統對有機物和氨氮的去除可以不斷地進行下去，填料含水層相當于一個由好氧、缺氧、厭氧組合的生物反應器。

2.3 對TP的去除效果

從圖4可看出，機制顆粒活性炭和組合填料對TP的去除率較多空玻璃陶瓷環和火山石更明顯，去除率可達70%。

一方面，這是因為機制顆粒活性炭孔隙率大，本身還有一定的吸附性；另一方面，從生物除磷的機理出發，積磷菌在厭氧狀態下釋放磷，在好氧狀態下過量地攝取磷，通過厭氧和好氧狀態的交替運行而得以去除。本實驗處置系統含水層一方面存在過濾攔截的作用；另一方面，不同粒徑的錯落搭配，相當于一個由好氧、缺氧、厭氧組合的生物反應器。從而為TP的去除提供了較好的反應環境。

3 結語

通過選取的三種填料及其組合填料搭配的方式，對富營養化河水進行反應，對出水水質進行化驗分析，可知，組合填料對富營養河水處理后，CODMn、NH4+-N、TP去除率分別為81.82%、82.50%、76.74%。不同粒徑的填料錯落搭配，一方面可起到較好的過濾攔截懸浮物的作用；另一方面，填料含水層也相當于一個由好氧、缺氧、厭氧組合的生物反應器，為生物脫氮、生物除磷提供了較好的反應平臺。因此，采用生物填料對富營養化河水進行處理，通過不同粒徑的合理搭配，可對河水水質起到較好的凈化效果。

參考文獻

[1] 司友斌，包軍杰，曹德菊，等.香根草對富營養化水體凈化效果研究[J].應用生態學報，2003，14（2）：277-279.

[2] 唐靜杰，周青.生態浮床在富營養化水體修復中的應用[J].環境與可持續發展，2009（2）：24-27.

[3] 夏章菊，高殿森，謝有奎.富營養化水體修復技術的研究現狀[J].后勤工程學院學報，2006（3）：69-72.

[4] 黃田，周振興，張勁，等.富營養化水體的水芹菜浮床栽培試驗[J].污染防治技術，2007，20（3）：17-19.

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[8] 何君.水處理生物填料發展現狀與趨勢[J].北方環境，2013，29（5）：88-91.

[9] 國家環境保護總局.水和廢水監測分析方法[M].4版.北京：中國環境科學出版社，2002.