根据大量学者的实验结论和生产性应用结果表明.影响生物活性过滤的因素是多方面的.其中主要因素有滤料种类、空床接触时间(EBCT)、反冲洗、生物数量(biomass)、接触时间(RT)、水温、溶解氧以及前处理等。
(1)滤料滤料的选择是生物活性滤池的一个中心问题。近年来,国内外研究最多的几种单层滤料有GAC(颗粒活性炭)、石英砂、无烟煤和陶粒等,双层滤料有GAC一石英砂和无烟煤一石英砂等。石英砂和无烟煤均为常规滤料,曾广泛应用于常规滤池,它们也可作为生物活性滤池滤料,以石英砂和无烟煤为滤料的生物活性滤池在适宜温度条件下去除有机物、氨氮效果好。陶粒也可作为生物活性滤池滤料,陶粒生物活性滤池去除浊度、氨氮效果很好,并能较好地去除铁、ss、细菌等.对色度也有一定的去除效果。
生物活性滤池通常采用双层滤料.上层为多孔、轻质且具有较大比表面积的滤料,如无烟煤、活性炭,通常有机物、氨氮等污染物质借助附着于其上的微生物群体的新陈代谢活动在这一层得到去除;下部的石英砂层则发挥其较强的去浊功能。各种研究均认为,对各类有机物的去除而言,活性炭一石英砂滤池相对无烟煤一石英砂滤池挂膜快,对DOC(溶解性有机碳)和TOC的去除率高,滤池的修复性能好,低温时对乙醛的去除率也较高。可见.活性炭一石英砂双层滤料滤池稍
好于无烟煤一石英砂双层滤料滤池,若采用双层滤料,上层选用GAC较为理想。
GAC的多孔性结构和不规则表面为微生物的生长创造了良好的条件.可减少水流剪一切力对微生物的影响,加之GAC有良好的吸附性能,能截留不能快速生物降解的物质,同时也为微生物提供了理想的栖息地,保证其附着的微生物有充足的时间对其进行降解,保证了GAC持续的生物降解能力。颗粒活性炭上附着的生物膜量是无烟煤、石英砂滤料的4倍以上。低温下GAC滤池对氨氮的去除率几乎不受影响,并对AOC能保持80%以上的去除率。活性炭用于生物活性滤池效果虽好,但由于价格偏高,因此国外许多研究者尝试对GAC一石英砂双层滤料的研究。据报道,GAC石英砂滤池对AOC和TOC(总有机碳)的去除率只略小于GAC深床滤池,出水浊度可达0. 1NTU,而运用GAC一石英砂双层滤料更经济、实用,也便于在现有的传统砂滤池的基础上进行改进。
美国LeChevallier等研究了几种形式的生物滤池,有无烟煤一石英砂一石榴石滤池、活性炭一石英砂滤池,结果表明它们对AOC(可生物同化有机碳)的去除率平均值分别为75.3%, 86. 4%; TOC去除率平均值26%,51%;出水浊度大部分情况下均小于0. 5NTU。可见,生物活性滤池能够实现二者合一的功能。
(2)空床接触时间(EBCT) EBCT同滤速、水力负荷、水头损失呈负相关关系,是影响生物活性滤池去除率的一个很重要的因素。在一定的EBCT内.生物活性滤池对有机物的去除效率是随着EBCT的增加而提高的。Sontheimer等研究表明,EBCT是影响DOC (i容解性有机碳)去除率的一个重要因素,当EBCT从5min增加至20min时,相应的DOC去除率可从21%增加到41%。
不同有机物的去除对EBCT的要求也不同.易生物降解的有机物的去除受EBCT的影响较小(如臭氧氧化副产物OBPs),慢速降解有机物的去除受EBCT的影响较大(如加氯消毒副产物前体物)。但过大的EBCT会使微生物的营养供给不足,导致微生物进行内源呼吸,生物膜更易于老化剥落。所以运行较好的生物活性滤池EBCT的设计标准一般为15~ 20min。
(3)反冲洗滤池中吸附截留的颗粒物和絮体会对滤池去除率产生影响,积泥会使滤池堵塞,故生物活性滤池需要定期进行反冲洗。
很多学者对反冲洗水加氯和不加氯两种情况做了对比研究,认为在不加氯的情况下反冲洗不会造成附着微生物的大量损失,因为微生物对载体的a附力比非生物颗粒要大,但反冲洗可以促进生物膜更新。因此,应当控制反冲洗的强度和频率,使其既能冲去污泥,又能让生物膜保持良好的活性,还必须保证一定数量的硝化菌以维持滤池对氨氮的去除作用。气水反冲洗通常可达到良好的冲洗效果,而对于反冲洗水加氯的情况,有研究表明在冲洗过程中约有22%的生物量损失。但在冲洗后40h左右,生物量将恢复到冲洗前的稳定状态。相对于化合性氯,反冲洗水中自由性氯对某些有机物的影响更大一些。所以,生物活性滤池适合用不加氯的水进行反冲洗,应尽量采用不加氯的水进行反冲洗。若反冲洗水中含有氯,采用高强度、短历时的冲洗比低强度、长历时的冲洗效果更好一些。
(4)生物数量生物处理的关键之一是能够聚集一定数量以上的微生物,相对于石英砂和无烟煤,比表面积很大的GAC能够聚集更多的微生物,常常是其他两者的3^-8倍之多。一般生物量越多,效果越好,但生物量达到一定数量水平后与BOD的去除关系不大,然而乙二醛和丙酸的去除与生物量则有很好的相关性。总之因微生物的活动受到多种因素如水温、反冲洗水是否含氯、基质种类以及有关的水质参数等的影响,生物量与BOD的去除关系并不明显地呈相关性。
(5)接触时间微生物将水中的污染物加以代谢、分解则需要一系列的生化反应来完成,而这些反应的完成需要一定的时间。一般而言.接触时间(RT)越长.生物氧化分解越完善,但同时所需构筑物的体积和基建投资势必会增加,在实际运行中应根据RT与有机物去除的关系选择一个最佳值。很多研究证明:当RT在一定范围内时.通常是5^- 20min.随着RT的增加,AOC和TOC去除率均有增加。LeChevallier等通过实验研究指出,当RT从5- 20min时,TOC去除率从29%提高到51.2%。但也有研究认为,RT对有机碳的去除没有影响。Price等的研究结果是,RT在4. 5-22. 5min范围内,活性炭一石英砂生物活性滤池对AOC的去除率几乎相同。究其原因TOC的去除与RT的关系受到以下几个因素的影响:水温、臭氧投加量(采用臭氧预处理的情况)、原水水质、RT考察范围、反冲洗以及滤料种类等。前三个因素在很大程度上会影响生物反应动力特性,进而影响到TOC的去除程度和快慢。在较高的温度和臭氧投加量的情况下,RT的影响力减少。对于RT考察的范围不同.结果也不同。RT大于20min时.其对TOC去除的影响可以忽略。滤池由于反冲洗会对微生物的活动有一定的影响.使得RT与TOC的关系依实际情况而变。
对于滤料种类的影响,若采用的是具有吸附性能的GAC,在其吸附能力达到饱和以前.RT与TOC去除率呈正比关系.因为在吸附饱和前GAC对BOM的去除是生物降解和吸附同时作用的。
故可得出,当各影响因素在适当水平时.可以实现以较短的时间达到较高的去除率,根据实际情况选择较佳的接触时间无疑会更好地利用生物活性滤池的处理效能。
(6)其他影响因素除以上影响因素外,溶解氧、水温、原水水质、重金属等因素对生物活性滤池也有一定的影响。
生物活性滤池内生长的好氧微生物在代谢活动中需要氧的参与。微污染水属于贫营养水,即水中有机质浓度和氨氮、亚硝酸盐氮的浓度相对污水而言是极低的,耗氧量不高。但若水中溶解氧浓度非常低,也会使微生物的生长受到限制,继而影响水中有机物的去除效果。一般保持出水溶解氧2. 0^-4. Omg/L为宜,必要时需要曝气。硝化反应必须有足够的溶解氧,实际操作中应保证滤池内溶解氧充足。
水温对生物活性滤池的影响较明显。一般在一定范围内,有机物的去除效率与水温呈正相关。因微生物需要一定的温度条件来保证体内酶的活性,高温度条件下微生物活性高,反应动力大,传质效率高。但对温度变化不敏感的微生物来说,水温去除对有机物去除的影响并不大.比如硝化细菌生长的温度范围较宽,在10℃以上水温对氨氮的去除影响不大。
原水水质主要是指水的可生化程度,可生化程度越高,相应的有机物去除率也越高。过量的重金属会抑制甚至杀死微生物,故对重金属含量较高的原水必须进行预处理。
(1)滤料滤料的选择是生物活性滤池的一个中心问题。近年来,国内外研究最多的几种单层滤料有GAC(颗粒活性炭)、石英砂、无烟煤和陶粒等,双层滤料有GAC一石英砂和无烟煤一石英砂等。石英砂和无烟煤均为常规滤料,曾广泛应用于常规滤池,它们也可作为生物活性滤池滤料,以石英砂和无烟煤为滤料的生物活性滤池在适宜温度条件下去除有机物、氨氮效果好。陶粒也可作为生物活性滤池滤料,陶粒生物活性滤池去除浊度、氨氮效果很好,并能较好地去除铁、ss、细菌等.对色度也有一定的去除效果。
生物活性滤池通常采用双层滤料.上层为多孔、轻质且具有较大比表面积的滤料,如无烟煤、活性炭,通常有机物、氨氮等污染物质借助附着于其上的微生物群体的新陈代谢活动在这一层得到去除;下部的石英砂层则发挥其较强的去浊功能。各种研究均认为,对各类有机物的去除而言,活性炭一石英砂滤池相对无烟煤一石英砂滤池挂膜快,对DOC(溶解性有机碳)和TOC的去除率高,滤池的修复性能好,低温时对乙醛的去除率也较高。可见.活性炭一石英砂双层滤料滤池稍
好于无烟煤一石英砂双层滤料滤池,若采用双层滤料,上层选用GAC较为理想。
GAC的多孔性结构和不规则表面为微生物的生长创造了良好的条件.可减少水流剪一切力对微生物的影响,加之GAC有良好的吸附性能,能截留不能快速生物降解的物质,同时也为微生物提供了理想的栖息地,保证其附着的微生物有充足的时间对其进行降解,保证了GAC持续的生物降解能力。颗粒活性炭上附着的生物膜量是无烟煤、石英砂滤料的4倍以上。低温下GAC滤池对氨氮的去除率几乎不受影响,并对AOC能保持80%以上的去除率。活性炭用于生物活性滤池效果虽好,但由于价格偏高,因此国外许多研究者尝试对GAC一石英砂双层滤料的研究。据报道,GAC石英砂滤池对AOC和TOC(总有机碳)的去除率只略小于GAC深床滤池,出水浊度可达0. 1NTU,而运用GAC一石英砂双层滤料更经济、实用,也便于在现有的传统砂滤池的基础上进行改进。
美国LeChevallier等研究了几种形式的生物滤池,有无烟煤一石英砂一石榴石滤池、活性炭一石英砂滤池,结果表明它们对AOC(可生物同化有机碳)的去除率平均值分别为75.3%, 86. 4%; TOC去除率平均值26%,51%;出水浊度大部分情况下均小于0. 5NTU。可见,生物活性滤池能够实现二者合一的功能。
(2)空床接触时间(EBCT) EBCT同滤速、水力负荷、水头损失呈负相关关系,是影响生物活性滤池去除率的一个很重要的因素。在一定的EBCT内.生物活性滤池对有机物的去除效率是随着EBCT的增加而提高的。Sontheimer等研究表明,EBCT是影响DOC (i容解性有机碳)去除率的一个重要因素,当EBCT从5min增加至20min时,相应的DOC去除率可从21%增加到41%。
不同有机物的去除对EBCT的要求也不同.易生物降解的有机物的去除受EBCT的影响较小(如臭氧氧化副产物OBPs),慢速降解有机物的去除受EBCT的影响较大(如加氯消毒副产物前体物)。但过大的EBCT会使微生物的营养供给不足,导致微生物进行内源呼吸,生物膜更易于老化剥落。所以运行较好的生物活性滤池EBCT的设计标准一般为15~ 20min。
(3)反冲洗滤池中吸附截留的颗粒物和絮体会对滤池去除率产生影响,积泥会使滤池堵塞,故生物活性滤池需要定期进行反冲洗。
很多学者对反冲洗水加氯和不加氯两种情况做了对比研究,认为在不加氯的情况下反冲洗不会造成附着微生物的大量损失,因为微生物对载体的a附力比非生物颗粒要大,但反冲洗可以促进生物膜更新。因此,应当控制反冲洗的强度和频率,使其既能冲去污泥,又能让生物膜保持良好的活性,还必须保证一定数量的硝化菌以维持滤池对氨氮的去除作用。气水反冲洗通常可达到良好的冲洗效果,而对于反冲洗水加氯的情况,有研究表明在冲洗过程中约有22%的生物量损失。但在冲洗后40h左右,生物量将恢复到冲洗前的稳定状态。相对于化合性氯,反冲洗水中自由性氯对某些有机物的影响更大一些。所以,生物活性滤池适合用不加氯的水进行反冲洗,应尽量采用不加氯的水进行反冲洗。若反冲洗水中含有氯,采用高强度、短历时的冲洗比低强度、长历时的冲洗效果更好一些。
(4)生物数量生物处理的关键之一是能够聚集一定数量以上的微生物,相对于石英砂和无烟煤,比表面积很大的GAC能够聚集更多的微生物,常常是其他两者的3^-8倍之多。一般生物量越多,效果越好,但生物量达到一定数量水平后与BOD的去除关系不大,然而乙二醛和丙酸的去除与生物量则有很好的相关性。总之因微生物的活动受到多种因素如水温、反冲洗水是否含氯、基质种类以及有关的水质参数等的影响,生物量与BOD的去除关系并不明显地呈相关性。
(5)接触时间微生物将水中的污染物加以代谢、分解则需要一系列的生化反应来完成,而这些反应的完成需要一定的时间。一般而言.接触时间(RT)越长.生物氧化分解越完善,但同时所需构筑物的体积和基建投资势必会增加,在实际运行中应根据RT与有机物去除的关系选择一个最佳值。很多研究证明:当RT在一定范围内时.通常是5^- 20min.随着RT的增加,AOC和TOC去除率均有增加。LeChevallier等通过实验研究指出,当RT从5- 20min时,TOC去除率从29%提高到51.2%。但也有研究认为,RT对有机碳的去除没有影响。Price等的研究结果是,RT在4. 5-22. 5min范围内,活性炭一石英砂生物活性滤池对AOC的去除率几乎相同。究其原因TOC的去除与RT的关系受到以下几个因素的影响:水温、臭氧投加量(采用臭氧预处理的情况)、原水水质、RT考察范围、反冲洗以及滤料种类等。前三个因素在很大程度上会影响生物反应动力特性,进而影响到TOC的去除程度和快慢。在较高的温度和臭氧投加量的情况下,RT的影响力减少。对于RT考察的范围不同.结果也不同。RT大于20min时.其对TOC去除的影响可以忽略。滤池由于反冲洗会对微生物的活动有一定的影响.使得RT与TOC的关系依实际情况而变。
对于滤料种类的影响,若采用的是具有吸附性能的GAC,在其吸附能力达到饱和以前.RT与TOC去除率呈正比关系.因为在吸附饱和前GAC对BOM的去除是生物降解和吸附同时作用的。
故可得出,当各影响因素在适当水平时.可以实现以较短的时间达到较高的去除率,根据实际情况选择较佳的接触时间无疑会更好地利用生物活性滤池的处理效能。
(6)其他影响因素除以上影响因素外,溶解氧、水温、原水水质、重金属等因素对生物活性滤池也有一定的影响。
生物活性滤池内生长的好氧微生物在代谢活动中需要氧的参与。微污染水属于贫营养水,即水中有机质浓度和氨氮、亚硝酸盐氮的浓度相对污水而言是极低的,耗氧量不高。但若水中溶解氧浓度非常低,也会使微生物的生长受到限制,继而影响水中有机物的去除效果。一般保持出水溶解氧2. 0^-4. Omg/L为宜,必要时需要曝气。硝化反应必须有足够的溶解氧,实际操作中应保证滤池内溶解氧充足。
水温对生物活性滤池的影响较明显。一般在一定范围内,有机物的去除效率与水温呈正相关。因微生物需要一定的温度条件来保证体内酶的活性,高温度条件下微生物活性高,反应动力大,传质效率高。但对温度变化不敏感的微生物来说,水温去除对有机物去除的影响并不大.比如硝化细菌生长的温度范围较宽,在10℃以上水温对氨氮的去除影响不大。
原水水质主要是指水的可生化程度,可生化程度越高,相应的有机物去除率也越高。过量的重金属会抑制甚至杀死微生物,故对重金属含量较高的原水必须进行预处理。