載體生物與超濾耦合工藝去除應急備用水源水污染物的研究

劉穎詩，董浩韜，李振興

（廣州市市政工程設計研究總院有限公司，廣東 廣州 510060）

引言

廣州市石門自來水廠原取水口—珠江西航道（白云段）水源水，是廣州市應急備用水源，該水源受污染程度日益加劇，現已呈現微污染的現狀，主要污染物是氨氮、有機物、藻類，常規工藝難以進行處理。

超濾具有占地面積小、易于實現自動化的優點[1]，并可有效去除水中的懸浮物和膠體物質[2]；載體生物工藝作為生物膜法的一種[3]，可有效去除氨氮，此外還具有填料比表面積大、微生物附著量多、耐沖擊負荷、無剩余污泥、無需污泥回流的優點[4]。本研究建立了處理水量為1 m3/h的載體生物與超濾耦合工藝中試裝置，考察其對微污染水源水中濁度、有機物和氨氮的去除效果。

1 試驗條件及方法

1.1 原水水質

根據近年來所測得的珠江西航道江水水質資料顯示，水質情況如表1所示。

表1 廣州市珠江西航道河段水質

1.2 試驗裝置與工藝流程

如圖1所示，載體生物由超濾耦合工藝中試裝置載體生物與超濾膜過濾兩部分組成，中試模型設計總處理量為1.0 m3/h。試驗過程中，原水經取水泵送至載體生物區再進入超濾膜過濾區，檢測進水、出水水質，并判斷處理效果。

圖1 工藝流程圖

1.3 試驗方法

以氨氮和有機物的去除效果為控制目標，對載體生物運行參數進行優化；以超濾膜跨膜壓差的增長速度為控制目標，對超濾膜反沖洗參數進行優化；以優化后的載體生物和超濾膜運行參數耦合應用處理受污染的水源水，以氨氮、有機物和藻類的去除率作為判定工藝效果的指標。

2 結果與分析

2.1 載體生物工藝運行參數的優化

水力停留時間、氣水比與氨氮、有機物CODMn的去除率如表2、表3所示。

表2 水力停留時間與氨氮、有機物CODMn的去除率

表3 氣水比與氨氮、有機物CODMn的去除率

水力停留時間在0.5～1.5 h、氣水比在1∶1～2.5∶1的范圍內時，出水CODMn和NH4+-N的去除率不斷增加。CODMn和NH4+-N的去除主要依靠生物膜內的好氧異養菌，隨著停留時間和溶解氧的增加，生物膜中的有機物不斷進行氧化分解，當停留時間在1.0 h以上，氣水比為2.5∶1時，出水CODMn和NH4+-N濃度均滿足標準。

2.2 超濾膜反沖洗參數的優化

試驗采用的反沖洗方式是氣水聯合沖洗，即在膜組件跨膜壓差達到0.06 Mpa時，使用濾后水對膜組件進行清洗，同時，通過鼓風機曝氣，向水流中加入空氣。通過不同反洗時的水量、氣量條件考察跨膜壓差的變化，如圖2所示。

圖2 不同反洗水量、氣量對跨膜壓差的影響

跨膜壓差在過濾周期內隨著過濾時間的增加而不斷上升，經過氣水聯合反洗后，隨著反洗水量、氣量的不同均有不同程度的恢復，這說明在過濾周期內隨著過濾時間的延長，吸附在膜表面的污染物越來越多，膜污染越來越嚴重，而通過氣水聯合反沖洗后，膜表面的污染物能夠得到一定程度的清洗，使跨膜壓差得到一定程度的恢復。經綜合比較后認為，反洗水量為1.2 m3/h、氣量為6 m3/h時為理想的運行方案。跨膜壓差增長趨勢比較平緩，膜組件在整個運行期間運行穩定，而且經濟性較好。

2.3 耦合工藝對受污染水源水的處理效果

載體生物與超濾耦合工藝運行參數為：停留時間為1.5 h、氣水比為2.5∶1、反沖洗時間為5 min，反洗水量為1.2 m3/h，反沖洗氣量為6 m3/h。在此種條件下，耦合工藝對濁度、氨氮、有機物的處理效果如圖3所示。

圖3 載體生物-超濾膜耦合工藝對水中濁度、氨氮、有機物的去除效果

當耦合工藝系統穩定運行后，取30天的原水進行分析。載體生物對原水濁度的去除率較低，但對氨氮、有機物均有很好的去除效果。當進水濁度較低（低于30 NTU）的情況下，載體生物出水的濁度有所增加，這可能是由于進水通過沖刷使得填料上附著的微生物掉落的原因；而經過超濾膜過濾后，濁度的去除率基本可以達到99.50%以上，且出水濁度均低于0.02 NTU。

3 結論

通過建立載體生物與超濾耦合工藝，從試驗得出系統的運行參數為：水力停留時間為1.5 h、氣水比為2.5∶1；浸沒式中空纖維超濾膜反沖洗時間為5 min、水量為1.2 m3/h、氣量為6 m3/h。工藝穩定運行后，對氨氮的去除率可達到94%，出水氨氮小于0.5 mg/L；對CODMn的去除率可達39%，出水CODMn小于3 mg/L；濁度去除率基本可以達到99.50%以上，出水濁度均低于0.02 NTU，滿足國家生活飲用水衛生標準。

由于載體生物工藝中活性污泥的存在，載體工藝生物段的出水濁度有所增加。載體生物工藝可以有效去除水中的氨氮和有機物。超濾膜工藝可以保證輸水濁度低于0.02NTU，但對有機物和氨氮的去除效果不明顯。

相關技術人員今后將進一步調試耦合工藝的運行參數，并研究其對原水的抗沖擊能力，同時優化自動控制系統，以最大程度地節省能耗。