摘要：采用快速渗滤系统处理微污染水，以河砂或风尘砂为滤料，以水库底泥或活性污泥作为接种微生物，进行系统启动阶段生物膜培养试验，对培养过程中的各种影响因素进行了系统的研究。当系统达到稳定状态时，COD去除率可达59.9％－69.3％，其它各项指标均可以达到地表水三类水质标准。

关键词：微污染水 快速渗滤 生物膜

0 前言

由于人口增长和经济发展，北京市对水量的要求也逐渐增加，而大量污水的无序排放，使得曾作为北京市水源地的官厅水库常年水质在Ⅳ-Ⅴ类之间，逐渐失去了供水功能。在没有其它水源可供选择的情况下，研究恢复官厅水库微污染水供水功能的水处理技术就显得尤为必要。目前国内外自来水厂对微污染水采用的处理方法是前加氯，但氯化过程会产生有机卤化物，这些有机卤化物可能对人体健康产生更大的危害^［1］。清华大学的王占生教授提出的接触氧化法处理微污染水，效果良好，但运行费用较高。而快速渗滤处理系统不仅处理效果好，运行费用低^［2］，同时能避免卤化物的生成，提高水质的安全性。快速渗滤处理系统是将待处理水投放于渗透性能好的滤料表面，使其在向下渗滤的过程中经历不同的物理、化学和生物作用，最终达到污染水净化的目的^［3］。其中生物处理发挥主要作用，而生物处理效果良好的前提条件是系统微生物的生长状况良好，因此系统启动过程中微生物的前期培养是系统发挥生物降解作用、稳定运行的关键。

1 试验部分

1.1 试验期间水库水质状况

本试验时间为6月7日至6月26日，历时20d。试验期间官厅水库各项水质指标见表1，从COD值来看，部分时间水库水质属于国家标准《地面水环境质量标准》中的Ⅴ类水质。

表1 官厅水库水质情况

	COD(mg/L)	PH	EH(mv)	DO(mg/L)	T(℃)
最大值	65.0	8.9	118	6.2	26
最小值	7.8	8.7	106	4.8	23
平均值	32	8.3	89	5.4	19

科技部公益性基金和国家“973”联合赞助课题 项目编号[G1999045709]

1.2 试验工艺条件

本试验采用的中试处理工艺如图1所示，待处理水由水泵经筛网后抽入高位水箱，依靠重力作用流入柱中，柱中装填满足一定级配的砂作为滤料，下部出水并进行现场监测，进水水面高度由进水阀门控制。

试验共设6个快速渗滤柱，柱高2m，直径为0.1m。滤料层高度为1.6m，滤料下边是配水系统和集水系统，柱高0.4－0.5m，滤料上设0.5m的保护高度，其中1、2、3、4号柱装填风尘砂作为滤料，5、6号柱装填河砂作为滤料，3、6号柱采用水库底泥进行微生物培养，1、2、4、5号柱采用污水处理厂活性污泥进行微生物培养。

图1 快速渗滤处理系统工艺图

1.3 系统启动阶段生物膜的培养

1.3. 1 培养方法

在两个50L水桶内加入水库水25L，分别以水库底泥和污水处理厂活性污泥接种，投加相同量的营养物质进行曝气培养，停止曝气静置沉淀后，取上清液加入快速渗滤柱中，与原水混合进行培养。

1.3.2 营养物来源

为了微生物的快速生长，必须保证一定的营养物质供应，而且所供给的营养物质必须匹配，所以本试验培养初期在水中投加了一些营养物质，具体投加物为CH₃OH、NH₄CL和Na₂HPO₄12H₂O，分别作为C、N、P的来源，同时保证C、N、P的投加比为100:5:1（摩尔比）^［4］。

2 结果与讨论

2.1 检测项目

试验期间分别检测水库水和系统进出水，检测项目为COD、 PH 、DO 、水力负荷、水温等。

2.2 活性污泥与水库底泥为菌种对比培养试验

5、6号柱分别以活性污泥和水库底泥进行生物膜培养试验，培养初期桶中活性污泥比水库底泥生长得略快，但随着培养时间的增加，两种微生物的生长速度大致相同。经观察得知5、6号柱滤料表面的颜色由灰白色，逐渐变成浅黑色。当系统达到稳定运行状态时，5、6号柱滤料表层生物膜厚度均达到了1mm。5、6号柱出水COD的变化如图2所示。系统稳定运行时，6号柱的出水COD值略高于5号柱，但高出的幅度不到1%，说明采用水库底泥和活性污泥进行生物膜培养，都可以达到比较理想的效果，因此5、6号柱对水库微污染水的COD去除情况没有明显差别。

图2 5、6号柱出水COD变化曲线 图3 1、5号柱出水COD变化曲线

2.3 风尘砂与河砂为滤料对比试验

1 、5号柱分别以风尘砂和河砂为滤料，其出水COD变化情况如图3所示。快渗柱进行生物膜培养的最初2d，5号柱的出水COD值高于1号柱，是由于5号柱进水调节阀门出现问题，致使进水流速突然增大，影响了微生物在滤料上的附着挂膜，滤料上的生物量少，COD的降解作用就小。经排除故障，使1、5号柱在同一水力条件下运行，之后5号柱的出水COD值一直保持较低的水平，系统稳定运行时，其出水COD值比1号柱低48mg/l，这是由滤料的性质决定的，因为本试验河砂的比表面积比风尘砂大，有利于微生物在短期内迅速附着挂膜^[5]，因此以河砂为滤料的5号柱中的微生物挂膜情况好于以风尘砂为滤料的1号柱，且从对生物量的观察上来看，5号柱滤料中的生物量也明显多于1号柱，使其能够满足水处理的需要，充分发挥生物降解作用，对COD的去除效果也就好于1号柱。因此，从整个培养过程来看，用河砂作为滤料处理水库微污染水的效果好于风尘砂。

2.4 系统稳定运行时的COD 去除情况

经过15d的培养，系统基本达到稳定状态。系统稳定运行时，经过滤料的机械过滤作用，生物膜的生化吸附、降解作用，COD平均去除率在59.9％－69.3％之间，具体结果如表2所示，处理效果均良好，其它各项指标也达到了地表水三类标准。其中6号柱滤料比其它柱的滤料更利于微生物的挂膜，滤料中生物量多，对COD的去除效果就好。

表2 系统稳定运行时各柱对COD的平均去除率

	1号柱	2号柱	3号柱	4号柱	5号柱	6号柱
COD去除率(%)	68.1	68.7	62.4	59.9	69.1	69.3

2.5 影响因素分析

2.5.1 营养物质浓度的影响

营养物质的浓度大小直接影响微生物的生长发育，浓度低微生物生长量少，生物膜难以形成，培养时间长，浓度太高则成为细菌生长的抑制因素^［4］。本试验采用CH₃OH、NH₄CL和Na₂HPO₄12H₂O 分别作为营养物质C、N、P的来源，根据微生物生长情况及时调整微生物营养物质浓度，使其有利于微生物的生长。培养过程中甲醇浓度变化情况如图4所示，试验前期微生物生长缓慢，出水COD浓度较高，后来增加营养物投量以刺激微生物的快速生长，强化生物膜的培养效果。随着试验的进行，出水COD浓度逐渐降低时，逐渐降低营养物质的投加量，直至不投加为止。至此系统生物膜培养完成，进入正式运行阶段。

图4 甲醇投加量变化曲线 图5 平均水力负荷变化曲线

2.5.2 渗滤柱水力负荷的影响

渗滤柱水力负荷对柱中微生物的繁殖有较大的影响，水力负荷过小，水在柱中停留时间过长，溶解氧降低，不利于微生物的生长，导致出水水质恶化。水力负荷过大，由于水流的剪切力作用，不利于微生物在滤料上挂膜，影响微生物在滤料上的附着效果^[5]。因此微生物培养过程中需人为调节水力负荷，使微生物逐步适应水力条件，达到良好的生长状态。培养过程中平均水力负荷变化情况如图5所示，培养前期微生物量少，还没有在滤料上稳定附着，此时水力负荷调节为最小，当生物膜在滤料表面形成一定厚度能够稳定生长，则逐渐增加水力负荷。培养后期生物膜挂膜良好，满足出水水质需要，系统进入稳定时期，水力负荷较高^［6］。

3 结论

① 采用河砂为滤料的快速渗滤技术处理微污染水，用水库底泥或活性污泥接种，培养15～20d，系统可达稳定状态。系统稳定运行时，COD去除率可达59.9％－69.3％，其它指标也可以达到地表水三类标准。

② 在试验条件下，快速渗滤处理系统启动前期微生物培养的主要影响因素是滤料的选择，营养物的投量，水力负荷的调节。

参考文献

1 王占生，刘文君. 微污染水源饮用水处理. 第1版. 北京：中国建筑工业出版社，1999，58～62

2 Periago, E. Lopez| Delgado, A. Nunez| Diaz-Fierros. Groundwater contamination due to cattle slurry modelling infiltration on the basis of soil column. Water research. 2000，30（2）：1016～1018

3 汪民，吴永锋. 污水快速渗滤土地处理. 第1版. 北京：地质出版社，1993，1～10

4 刘雨，赵庆良，郑兴灿.生物膜法污水处理技术. 第1版. 北京：中国建筑工业出版社，1999，112～125

5 Wu,Yongfeng. Removal of some organic pollutants in rapid infiltration treatment system of waste water. Environment Science. 1996，17（12）：58～62

6 Tanik, Comakoglu. Nutrient removal from domestic wastewater by rapid infiltration system. Journal of Arid Environments. 1996, 34：379–390