生物處理法在城市給水處理中的應用讀書筆記論.docx

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目錄 摘要 1 關鍵詞 1 正文 1 一、生物處理的對象和目的 2 二、異養(yǎng)菌的主要特點 2 三、兩種主要的生物處理方法 3 四、生物處理工藝的局限性 5 五、生物處理——生物膜法技術在市政給水處理中的運用 5 總結 7 參考文獻 8 生物處理法在城市給水處理中的應用 摘要 本文針對城市給水處理應用的生物處理技術，論述了生物處理法處理的對象和目的，并闡述了給水水源中異養(yǎng)菌的特點，介紹了生物處理的兩種方法以及闡明了生物處理的局限性。最后對采用生物處理法在市政給水處理中的應用進行綜述，表明采用生物處理法水處理技術在市政給處理有著廣泛的運用前景。 關鍵詞 給水處理 生物處理法 生物膜法技術 生物活性碳 去除率 有機物 吸收利用 細菌 正文 常規(guī)的物理化學方法用于給水處理,大大地改善了生活用水的質量。隨著工農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展,水體受到污染,給水處理時的效果不佳，且礬耗和氯耗高,出水中還可帶有消毒副產(chǎn)物，殘留水中的有機物導致配水管網(wǎng)中微生物的滋生。國外已在自來水中檢測出致癌物質20種、可疑致癌物23種、誘癌物質256種。針對這種情況，發(fā)達國家不斷在飲水水質標準中增加新的項目或提出更嚴格的指標要求。一方面由于污染使水質惡化,另一方面由于對水質要求的不斷提高, 使得給水處理的難度不斷增加。 為解決這一問題，西歐廣為采用生物處理方法，即在常規(guī)物理化學處理工藝前曾設生物處理裝置（或構筑物），借助于該裝置（或構筑物）中富集的微生物群體（生物膜）的新陳代謝，去吸收利用水源水中的各種污染物質（主要是有機物），這樣既改善了水的混凝沉淀性能，使后續(xù)常規(guī)工藝順利運行；又減少了水中“三致”物前體物的量，降低了致突變活性，改善出水質量；還減少了細菌在配水管網(wǎng)中重新滋生的可能性。 一、生物處理的對象和目的 給水處理的主要對象是水中的有機物（包括藻類及其代謝產(chǎn)物），通常用總有機碳（TOC）表示。它干擾水處理的正常運行，具體表現(xiàn)在： 1.影響干擾正常處理工藝。如糖酸和糖醛酸（藻的代謝產(chǎn)物）能與通常采用的鋁鹽、鐵鹽混凝劑作用生成配位絡合物，因而阻礙了水中膠體顆粒的脫穩(wěn)，使絮凝效果下降進而影響沉淀，并且這種絡合物是電中性膠體，它能穿透濾池影響慮后水質。因此，受有機物污染水源的給水處理，其混凝劑和消毒劑的用量高，混凝劑用量增加使殘留在水中的金屬離子（鋁或鐵離子）濃度升高，長期飲用高鋁離子濃度的水，對人腦部的生長發(fā)育有不良影響。 2.有機物與消毒劑(氯)作用生成消毒副產(chǎn)物。對受污染的水的處理需增加消毒劑的用量,如采用預加氯,中間加氯,折點加氯。水中的部,分有機物,如酞基化合物、1.3一酮(以及1.3一雙氫芳香物質),經(jīng)鹵化反應生成三鹵甲烷；腐殖酸和富里酸也能與氯作用生成三氯甲烷。三鹵甲烷及其系列鹵烴是確認的致癌物質,我國飲用水衛(wèi)生標準規(guī)定其濃度不得超過60μg /L,美國規(guī)定其濃度不得超過100μg /L，并計劃定為50μg/L。 3．殘留在飲水中的有機物，會導致配水管網(wǎng)中的微生物滋生和繁殖，加快管道的腐蝕，使水產(chǎn)生臭味和色度。 給水生物處理的目的，是去除這些有機物。借助于異養(yǎng)菌的作用，以有機物作為電子給予碳源，部分有機物變?yōu)楫愷B(yǎng)菌的營養(yǎng)物質用于細胞合成，部分有機物作為異養(yǎng)菌新陳代謝過程中的能量來源，從而達到去除有機物的目的。 二、異養(yǎng)菌的主要特點 給水水源通常含有微量的有機污染物，至多在mg/L數(shù)量級范圍內(nèi)，特別適合于貧營養(yǎng)菌的生長，如土壤桿菌（Agrobacterium）、嗜水氣單胞菌（Aeromonas）、節(jié)桿菌（Arthrobacter）、纖毛菌（Lepthothrix）等。這些細菌的主要特點是能利用各種化合物，產(chǎn)生對代謝產(chǎn)物具有高親和力的轉移酶，其比表面積高、呼吸速率低，能在有機物濃度極低的環(huán)境下快速生長繁殖，因此，在自然條件下其營養(yǎng)物的競爭具有優(yōu)勢。 研究發(fā)現(xiàn)，天然水庫中的貧營養(yǎng)菌，能同化吸收水中低濃度的葡萄糖、水解蛋白和酚(相應的葡萄糖濃度為20μg /L，后兩種物質的濃度低一些)，此時葡萄糖降解速度為0.1一2μg C/h。貧營養(yǎng)菌的這個特點，主要因為大多數(shù)的此類細菌具有一種菌柄的附器，它大大地增加了細菌的表面積，另一方面構成菌柄的細胞質膜，具有適合于外界物質向細胞轉輸?shù)奶厥鈽嬙臁?jù)報道，通過菌柄細胞質膜向細胞滲透的溶解性有機物質的最小濃度為5μg /L。若環(huán)境中營養(yǎng)物濃度高，就會抑制貧營養(yǎng)菌的生長，其原因可能是:由于營養(yǎng)物濃度高，貧營養(yǎng)菌在吸收利用中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物就多，特別是過氧化氫的積累，對貧營養(yǎng)菌形成毒性而抑制其生長。 貧營養(yǎng)菌可通過二級利用去除濃度很低的污染物質。例如，貧營養(yǎng)菌在吸收利用濃度為1lmgC/L富里酸的同時，對濃度為100μg /L的酚和蔡的去除率為90一92%，土味素和MIB的去除率分別是55%和44%。 三、兩種主要的生物處理方法 據(jù)報道，淹沒式生物濾池和生物活性碳濾池是目前生產(chǎn)上常用的生物處理方法。 淹沒式生物濾池中裝有比表面積較大的填料，水流與填料上的生物膜不斷接觸，反復循環(huán)，有機物被生物膜吸收利用而去除。此種池子在運行時常需送入壓縮空氣，以提供整個水流系統(tǒng)循環(huán)的動力。該工藝的特點是管理方便、污染物去除率較高、運行費用低、運行效果穩(wěn)定、受外界環(huán)境變化影響小。經(jīng)其處理后出水的有機物、臭味、NH4一N、細菌、濁度等均有不同程度的降低；使后續(xù)處理的礬耗和氯耗減少。中國市政工程中南設計院以富營養(yǎng)化湖泊水進行半生產(chǎn)性試驗，運行一年多來，效果明顯而且穩(wěn)定，在水力停留時間1一3h內(nèi)，CODmm去除率18%一28%、NH4一N去除率81%一99%、色度去除率30%—60%、藻去除率60%—92%、濁度去除率50%一75%，產(chǎn)泥量少，出水水質明顯改善。 生物活性碳濾池主要任務是去除水中污染物質，通常將其放在普通濾池之后，并與預加臭氧相結合。借助于臭氧的強氧化性能，將污染物分解，再依靠活性碳上的微生物吸收利用，從而達到去除的目的。生物活性炭(BAC)是指水處理過程中,有意識地助長在活性炭吸附中的好氧生物活性的處理工藝。微生物和活性炭有多種結合方式,它取決于炭粒大小和微生物種屬,以及水中基質的條件等。對顆粒炭而言,微生物群落可以分散在炭段表面,也可以成膜覆蓋在整個炭粒外表面。對于粉末活性炭,微生物絮體和細菌個體則可與之吸附凝聚在一起。 活性炭是一種兼有吸附、觸媒和化學反應活性的多功能載體。微生物附著其上,可以發(fā)揮生化和物化處理的協(xié)同作用,從而延長活性炭的工作周期, 客觀上起到了活性碳再生的作用，大大提高處理效率,改善出水水質, 運行費用很低，并能處理那些采用單純生化處理或炭吸附法所不能去除的污染物質。生物活性碳濾池也具有污染物去除率高、出水水質好、運行方便的特點。生物活性炭不足之處在于一般采用自然掛膜方式,時間較長;進水濁度高,活性炭微孔極易被阻塞,導致活性炭的吸附力功能下降,在長期高濁度情況下,會造成活性炭的使用周期縮短;進水水質的pH值適用范圍窄,大多數(shù)細菌、藻類、原生生物的最佳pH值為6.5~7.5,適宜范圍為4~10之間,而硝化菌的最佳pH值范圍更窄(硝化單胞菌為7.5~8.0,硝化桿菌為7.5~8.0);抗沖擊負荷差等。今后的研究重點是降低投資成本和增加各種預處理措施與BAC聯(lián)用,提高處理效果。 生物處理方法去除TOC、NH4一N、NO3—N的情況 表1 處理工藝 TOC NH4—N NO3—N 采用地點 進水濃度（mgNH4—N/L） 降解率（%） 進水濃度（mgNH4—N/L） 降解率（%） 進水濃度（mgNH4—N/L） 降解率（%） 生物濾池 3.2mgTOC/L 38 0.3~4 82.5~97.5 AnnetSurMane法國 生物濾池 13.5~37.9 50~84 Eragny.法國 生物濾池 3.7~5.6 mgCOD/L 18.4~27.5 0.41~1.16 81.0~98.8 武漢中國 生物活性碳濾池 1.8~2.6 mgDOC/L 75 0.33~1.53 94~95.4 Malheim.德國 生物活性碳濾池 2~4mgTOC/L 30 0.17 70.6 Choisy-Rei法國 生物活性碳濾池 3.6~5 mgDOC/L 出水濃度1.0~1.7 mgDOC/L Breme.德國 TOC一總有機碳 COD一化學需氧量(Mn) DOC一溶解性有機碳 表1列出了國內(nèi)外使用生物濾池和生物活性碳濾池去除總有機碳(TOC)，NH4一N，NO3一N的情況。 四、生物處理工藝的局限性 1.生物處理運行效果受到諸多因素的影響，特別是源水水質、水溫、水量的變化，操作管理水平高低都直接影響處理效果。不同的工藝，例如生物膜法(生物濾池)較懸浮床之類工藝更能克服低溫造成的不利的影響。操作管理不當往往是影響生物處理運行的主要因素。 2.與常規(guī)的處理工藝相比，生物處理方法需要較長的成熟期，其長短隨處理裝置的形式和細菌數(shù)量而不同。如需生物處理裝置具有正常的硝化功能，成熟培養(yǎng)期至少需三個月，為加快成熟，可在處理構筑物中接種微生物。 3.生物處理對健康的可能影響。由于生物處理是借助于微生物新陳代謝，去吸收利用水中的污染物，因此會有各種代謝產(chǎn)物以及微生物，如內(nèi)毒素、溶解性微生物產(chǎn)物、末完全分解的有機化合物等進入水中，其中多數(shù)物質及其對人體健康的影響，所知甚少。據(jù)美國研究報告，生物活性碳濾柱內(nèi)生存的細菌，所產(chǎn)生的內(nèi)毒素濃度很低，不對人們的健康構成威脅;溶解性微生物產(chǎn)物是細菌代謝釋放的，來源于細胞擴散或溶菌過程。生物處理裝置運行中，會有生物膜脫落、流失而導致細菌進入水中，但給水處理生物方法(用于去除，TOC、硝化、脫氯、除鐵除錳)所涉及的細菌，均是非病原性細菌。在生物活性碳碳粒上及其處理出水中所鑒別的細菌，大多是典型的土壤細菌和水細菌(如單胞菌、不動桿菌和捧桿菌等)。值得注意的是細菌聚集體或附著于微粒上細菌，較單個細菌有更強的抗消毒能力，因此，應嚴格掌握生物處理出水的消毒劑用量和接觸時間。 五、生物處理——生物膜法技術在市政給水處理中的運用 目前我國不少城市飲用水水源為微污染水源，原水受到生活性有機污染，水中總氮、總磷、氨氮、亞硝酸鹽氮、生化需氧量、高錳酸鉀指數(shù)等均有不同程度的超標。對各常規(guī)給水處理工藝流程的常規(guī)項目測定分析表明，濁度的去除主要是靠常規(guī)處理工藝，而對氨氮、亞硝酸鹽氮和生化需氧量的去除必須靠生物作用才能獲得滿意效果。為滿足日益提高的出水水質標準，在常規(guī)處理工藝上增加生物預處理工藝是無疑是提高水質的最佳選擇。 八十年代以來，由于生物預處理工藝因其在處理有機污染物、氨氮、色、嗅、味等方面的特點及其經(jīng)濟上的優(yōu)勢，越來越受到重視并得到較快的發(fā)展。這一領域的研究和應用，總體上都處于以去除氨氮、BOD5、CODCr等有機物綜合指標為代表的污染質的階段。 用于市政給水處理中生物預處理工藝主要有：生物過濾反應器、生物濾塔、生物接觸氧化反應器、生物轉盤反應器、生物流化床以及土地處理系統(tǒng)等。其中以生物過濾反應器中的生物陶粒濾池與生物接觸氧化反應器最為常用。前者有一定的機械過濾能力適合處理較低濃度或低溫原水，后者則因為填料空隙率大，不易堵塞，適合處理較高濃度的微污染原水。 國內(nèi)采用生物接觸氧化池對灤河以及黃河水處理后表明該法對多項主要水質指標均有良好去除效果，高錳酸鉀指數(shù)去除率為10-25％，氨氮去除率為40-70％，藻類去除率為15－30％。 在臭氧—生物活性炭吸附工藝這一生物膜法處理工藝中，顆?；钚蕴渴俏⑸锷L的載體?；钚蕴勘砻婕拔⒖仔纬傻奈⑸锬ねㄟ^生物降解作用，可進一步降解在活性炭表面及微孔富集的有機物，從而降低了活性炭的吸附飽和度，延長了其使用壽命。70年代中期，德國對臭氧—生物活性炭吸附工藝的研究發(fā)現(xiàn)，與單純的活性炭吸附比較，活性炭的再生周期延長4～6倍。其后，歐洲的許多現(xiàn)代化水廠逐步推廣使用了臭氧－生物活性炭吸附對微污染水源的深度凈化工藝。 在“八五”、“九五”國家科技攻關計劃中，“飲用水微污染凈化技術”作為專題進行研究，并將取得的重要成果中的生物預處理技術成果成功運用于工程實踐。其中位于深圳水庫庫尾，設計處理規(guī)模400萬m3／d的廣東省東深源水生物硝化工程是國內(nèi)目前規(guī)模最大的采用生物接觸氧化法的預處理工程。源水經(jīng)沉砂區(qū)、粗、細隔柵后，進入采用YDT彈性立體填料的生物處理池，水力停留時間55min.填料接觸時間40min.，氣水比1：1。自1998年12月試運行以來，通過工藝啟動過程的自然接種，培養(yǎng)馴化，使填料掛膜，形成系統(tǒng)的生物硝化能力，并使氨氮去除率和硝酸鹽氮生成率趨于穩(wěn)定。試運行得出的初步結論是：生物接觸氧化工藝適合于處理東深微污染源水，對氨氮的處理效果顯著。氨氮去除率在75％以上。同時，增加了深圳水庫水體的溶解氧，提高了水庫的自凈能力，改善了東深源水供水水質。 生物膜法水處理技術具有負荷高、占地面積小、運行維護管理方便、出水水質好等特點被廣泛運用于市政給水處理、市政污水達標處理以及污水深度處理回用等眾多領域。隨著人們對生物膜水處理機理的進一步認識和掌握，生物膜技術在水處理領域中必將發(fā)揮越來越重要的作用。 總結 微生物是地球生態(tài)系統(tǒng)中最重要的分解者，也是人類最寶貴的資源庫。微生物在污染物降解轉化、資源再利用、綠色產(chǎn)品生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)保等各個方面都能發(fā)揮重要作用。飲用水和廢水的生物處理是借助于生物群體的新陳代謝活動，對水中的有機污染物以及氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、鐵、錳等無機污染物加以去除，達到去污凈化的目的。 當前，生物處理法與常規(guī)處理、深度處理的組合工藝應用在飲用水處理中更受青睞，具有廣闊的發(fā)展前景。此外，近些年來發(fā)展起來的生物活性炭法及其與臭氧組合工藝，在飲用水處理中則是新型水處理工藝，發(fā)展很快，應用較廣，預計在水處理領域會有更快、更大的發(fā)展。因此，生物處理法在水處理領域中已經(jīng)發(fā)揮并繼續(xù)發(fā)揮著重要的作用。 參考文獻 [1]鄧志光，《中國給水排水》1991年第05期.　 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