生物處理法在城市給水處理中的應(yīng)用讀書筆記論.docx

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目錄 摘要 1 關(guān)鍵詞 1 正文 1 一、生物處理的對(duì)象和目的 2 二、異養(yǎng)菌的主要特點(diǎn) 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(shù)在市政給水處理中的運(yùn)用 5 總結(jié) 7 參考文獻(xiàn) 8 生物處理法在城市給水處理中的應(yīng)用 摘要 本文針對(duì)城市給水處理應(yīng)用的生物處理技術(shù)，論述了生物處理法處理的對(duì)象和目的，并闡述了給水水源中異養(yǎng)菌的特點(diǎn)，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(duì)采用生物處理法在市政給水處理中的應(yīng)用進(jìn)行綜述，表明采用生物處理法水處理技術(shù)在市政給處理有著廣泛的運(yùn)用前景。 關(guān)鍵詞 給水處理 生物處理法 生物膜法技術(shù) 生物活性碳 去除率 有機(jī)物 吸收利用 細(xì)菌 正文 常規(guī)的物理化學(xué)方法用于給水處理,大大地改善了生活用水的質(zhì)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(shí)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(jī)物導(dǎo)致配水管網(wǎng)中微生物的滋生。國(guó)外已在自來(lái)水中檢測(cè)出致癌物質(zhì)20種、可疑致癌物23種、誘癌物質(zhì)256種。針對(duì)這種情況，發(fā)達(dá)國(guó)家不斷在飲水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中增加新的項(xiàng)目或提出更嚴(yán)格的指標(biāo)要求。一方面由于污染使水質(zhì)惡化,另一方面由于對(duì)水質(zhì)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(wèn)題，西歐廣為采用生物處理方法，即在常規(guī)物理化學(xué)處理工藝前曾設(shè)生物處理裝置（或構(gòu)筑物），借助于該裝置（或構(gòu)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(zhì)（主要是有機(jī)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(yùn)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(zhì)量；還減少了細(xì)菌在配水管網(wǎng)中重新滋生的可能性。 一、生物處理的對(duì)象和目的 給水處理的主要對(duì)象是水中的有機(jī)物（包括藻類及其代謝產(chǎn)物），通常用總有機(jī)碳（TOC）表示。它干擾水處理的正常運(yùn)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(luò)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(jìn)而影響沉淀，并且這種絡(luò)合物是電中性膠體，它能穿透濾池影響慮后水質(zhì)。因此，受有機(jī)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(zhǎng)期飲用高鋁離子濃度的水，對(duì)人腦部的生長(zhǎng)發(fā)育有不良影響。 2.有機(jī)物與消毒劑(氯)作用生成消毒副產(chǎn)物。對(duì)受污染的水的處理需增加消毒劑的用量,如采用預(yù)加氯,中間加氯,折點(diǎn)加氯。水中的部,分有機(jī)物,如酞基化合物、1.3一酮(以及1.3一雙氫芳香物質(zhì)),經(jīng)鹵化反應(yīng)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(rèn)的致癌物質(zhì),我國(guó)飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其濃度不得超過(guò)60μg /L,美國(guó)規(guī)定其濃度不得超過(guò)100μg /L，并計(jì)劃定為50μg/L。 3．殘留在飲水中的有機(jī)物，會(huì)導(dǎo)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(jī)物。借助于異養(yǎng)菌的作用，以有機(jī)物作為電子給予碳源，部分有機(jī)物變?yōu)楫愷B(yǎng)菌的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)用于細(xì)胞合成，部分有機(jī)物作為異養(yǎng)菌新陳代謝過(guò)程中的能量來(lái)源，從而達(dá)到去除有機(jī)物的目的。 二、異養(yǎng)菌的主要特點(diǎn) 給水水源通常含有微量的有機(jī)污染物，至多在mg/L數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)，特別適合于貧營(yíng)養(yǎng)菌的生長(zhǎng)，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(xì)菌的主要特點(diǎn)是能利用各種化合物，產(chǎn)生對(duì)代謝產(chǎn)物具有高親和力的轉(zhuǎn)移酶，其比表面積高、呼吸速率低，能在有機(jī)物濃度極低的環(huán)境下快速生長(zhǎng)繁殖，因此，在自然條件下其營(yíng)養(yǎng)物的競(jìng)爭(zhēng)具有優(yōu)勢(shì)。 研究發(fā)現(xiàn)，天然水庫(kù)中的貧營(yíng)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(yīng)的葡萄糖濃度為20μg /L，后兩種物質(zhì)的濃度低一些)，此時(shí)葡萄糖降解速度為0.1一2μg C/h。貧營(yíng)養(yǎng)菌的這個(gè)特點(diǎn)，主要因?yàn)榇蠖鄶?shù)的此類細(xì)菌具有一種菌柄的附器，它大大地增加了細(xì)菌的表面積，另一方面構(gòu)成菌柄的細(xì)胞質(zhì)膜，具有適合于外界物質(zhì)向細(xì)胞轉(zhuǎn)輸?shù)奶厥鈽?gòu)造。據(jù)報(bào)道，通過(guò)菌柄細(xì)胞質(zhì)膜向細(xì)胞滲透的溶解性有機(jī)物質(zhì)的最小濃度為5μg /L。若環(huán)境中營(yíng)養(yǎng)物濃度高，就會(huì)抑制貧營(yíng)養(yǎng)菌的生長(zhǎng)，其原因可能是:由于營(yíng)養(yǎng)物濃度高，貧營(yíng)養(yǎng)菌在吸收利用中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物就多，特別是過(guò)氧化氫的積累，對(duì)貧營(yíng)養(yǎng)菌形成毒性而抑制其生長(zhǎng)。 貧營(yíng)養(yǎng)菌可通過(guò)二級(jí)利用去除濃度很低的污染物質(zhì)。例如，貧營(yíng)養(yǎng)菌在吸收利用濃度為1lmgC/L富里酸的同時(shí)，對(duì)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(bào)道，淹沒(méi)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(méi)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(fù)循環(huán)，有機(jī)物被生物膜吸收利用而去除。此種池子在運(yùn)行時(shí)常需送入壓縮空氣，以提供整個(gè)水流系統(tǒng)循環(huán)的動(dòng)力。該工藝的特點(diǎn)是管理方便、污染物去除率較高、運(yùn)行費(fèi)用低、運(yùn)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(jī)物、臭味、NH4一N、細(xì)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(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)院以富營(yíng)養(yǎng)化湖泊水進(jìn)行半生產(chǎn)性試驗(yàn)，運(yùn)行一年多來(lái)，效果明顯而且穩(wěn)定，在水力停留時(shí)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(zhì)明顯改善。 生物活性碳濾池主要任務(wù)是去除水中污染物質(zhì)，通常將其放在普通濾池之后，并與預(yù)加臭氧相結(jié)合。借助于臭氧的強(qiáng)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(dá)到去除的目的。生物活性炭(BAC)是指水處理過(guò)程中,有意識(shí)地助長(zhǎng)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(jié)合方式,它取決于炭粒大小和微生物種屬,以及水中基質(zhì)的條件等。對(duì)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(gè)炭粒外表面。對(duì)于粉末活性炭,微生物絮體和細(xì)菌個(gè)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(xué)反應(yīng)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(zhǎng)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(zhì), 運(yùn)行費(fèi)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(zhì)。生物活性碳濾池也具有污染物去除率高、出水水質(zhì)好、運(yùn)行方便的特點(diǎn)。生物活性炭不足之處在于一般采用自然掛膜方式,時(shí)間較長(zhǎng);進(jìn)水濁度高,活性炭微孔極易被阻塞,導(dǎo)致活性炭的吸附力功能下降,在長(zhǎng)期高濁度情況下,會(huì)造成活性炭的使用周期縮短;進(jìn)水水質(zhì)的pH值適用范圍窄,大多數(shù)細(xì)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(fù)荷差等。今后的研究重點(diǎn)是降低投資成本和增加各種預(yù)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(diǎn) 進(jìn)水濃度（mgNH4—N/L） 降解率（%） 進(jìn)水濃度（mgNH4—N/L） 降解率（%） 進(jìn)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(guó) 生物濾池 13.5~37.9 50~84 Eragny.法國(guó) 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(guó) 生物活性碳濾池 1.8~2.6 mgDOC/L 75 0.33~1.53 94~95.4 Malheim.德國(guó) 生物活性碳濾池 2~4mgTOC/L 30 0.17 70.6 Choisy-Rei法國(guó) 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(guó) TOC一總有機(jī)碳 COD一化學(xué)需氧量(Mn) DOC一溶解性有機(jī)碳 表1列出了國(guó)內(nèi)外使用生物濾池和生物活性碳濾池去除總有機(jī)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(yùn)行效果受到諸多因素的影響，特別是源水水質(zhì)、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(dāng)往往是影響生物處理運(yùn)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(zhǎng)的成熟期，其長(zhǎng)短隨處理裝置的形式和細(xì)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(gè)月，為加快成熟，可在處理構(gòu)筑物中接種微生物。 3.生物處理對(duì)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(huì)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(jī)化合物等進(jìn)入水中，其中多數(shù)物質(zhì)及其對(duì)人體健康的影響，所知甚少。據(jù)美國(guó)研究報(bào)告，生物活性碳濾柱內(nèi)生存的細(xì)菌，所產(chǎn)生的內(nèi)毒素濃度很低，不對(duì)人們的健康構(gòu)成威脅;溶解性微生物產(chǎn)物是細(xì)菌代謝釋放的，來(lái)源于細(xì)胞擴(kuò)散或溶菌過(guò)程。生物處理裝置運(yùn)行中，會(huì)有生物膜脫落、流失而導(dǎo)致細(xì)菌進(jìn)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(xì)菌，均是非病原性細(xì)菌。在生物活性碳碳粒上及其處理出水中所鑒別的細(xì)菌，大多是典型的土壤細(xì)菌和水細(xì)菌(如單胞菌、不動(dòng)桿菌和捧桿菌等)。值得注意的是細(xì)菌聚集體或附著于微粒上細(xì)菌，較單個(gè)細(xì)菌有更強(qiáng)的抗消毒能力，因此，應(yīng)嚴(yán)格掌握生物處理出水的消毒劑用量和接觸時(shí)間。 五、生物處理——生物膜法技術(shù)在市政給水處理中的運(yùn)用 目前我國(guó)不少城市飲用水水源為微污染水源，原水受到生活性有機(jī)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(biāo)。對(duì)各常規(guī)給水處理工藝流程的常規(guī)項(xiàng)目測(cè)定分析表明，濁度的去除主要是靠常規(guī)處理工藝，而對(duì)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(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，在常規(guī)處理工藝上增加生物預(yù)處理工藝是無(wú)疑是提高水質(zhì)的最佳選擇。 八十年代以來(lái)，由于生物預(yù)處理工藝因其在處理有機(jī)污染物、氨氮、色、嗅、味等方面的特點(diǎn)及其經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越受到重視并得到較快的發(fā)展。這一領(lǐng)域的研究和應(yīng)用，總體上都處于以去除氨氮、BOD5、CODCr等有機(jī)物綜合指標(biāo)為代表的污染質(zhì)的階段。 用于市政給水處理中生物預(yù)處理工藝主要有：生物過(guò)濾反應(yīng)器、生物濾塔、生物接觸氧化反應(yīng)器、生物轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器、生物流化床以及土地處理系統(tǒng)等。其中以生物過(guò)濾反應(yīng)器中的生物陶粒濾池與生物接觸氧化反應(yīng)器最為常用。前者有一定的機(jī)械過(guò)濾能力適合處理較低濃度或低溫原水，后者則因?yàn)樘盍峡障堵蚀?，不易堵塞，適合處理較高濃度的微污染原水。 國(guó)內(nèi)采用生物接觸氧化池對(duì)灤河以及黃河水處理后表明該法對(duì)多項(xiàng)主要水質(zhì)指標(biāo)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(zhǎng)的載體?；钚蕴勘砻婕拔⒖仔纬傻奈⑸锬ねㄟ^(guò)生物降解作用，可進(jìn)一步降解在活性炭表面及微孔富集的有機(jī)物，從而降低了活性炭的吸附飽和度，延長(zhǎng)了其使用壽命。70年代中期，德國(guó)對(duì)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(zhǎng)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(duì)微污染水源的深度凈化工藝。 在“八五”、“九五”國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃中，“飲用水微污染凈化技術(shù)”作為專題進(jìn)行研究，并將取得的重要成果中的生物預(yù)處理技術(shù)成果成功運(yùn)用于工程實(shí)踐。其中位于深圳水庫(kù)庫(kù)尾，設(shè)計(jì)處理規(guī)模400萬(wàn)m3／d的廣東省東深源水生物硝化工程是國(guó)內(nèi)目前規(guī)模最大的采用生物接觸氧化法的預(yù)處理工程。源水經(jīng)沉砂區(qū)、粗、細(xì)隔柵后，進(jìn)入采用YDT彈性立體填料的生物處理池，水力停留時(shí)間55min.填料接觸時(shí)間40min.，氣水比1：1。自1998年12月試運(yùn)行以來(lái)，通過(guò)工藝啟動(dòng)過(guò)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(yùn)行得出的初步結(jié)論是：生物接觸氧化工藝適合于處理東深微污染源水，對(duì)氨氮的處理效果顯著。氨氮去除率在75％以上。同時(shí)，增加了深圳水庫(kù)水體的溶解氧，提高了水庫(kù)的自凈能力，改善了東深源水供水水質(zhì)。 生物膜法水處理技術(shù)具有負(fù)荷高、占地面積小、運(yùn)行維護(hù)管理方便、出水水質(zhì)好等特點(diǎn)被廣泛運(yùn)用于市政給水處理、市政污水達(dá)標(biāo)處理以及污水深度處理回用等眾多領(lǐng)域。隨著人們對(duì)生物膜水處理機(jī)理的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和掌握，生物膜技術(shù)在水處理領(lǐng)域中必將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。 總結(jié) 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(kù)。微生物在污染物降解轉(zhuǎn)化、資源再利用、綠色產(chǎn)品生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)保等各個(gè)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(dòng)，對(duì)水中的有機(jī)污染物以及氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、鐵、錳等無(wú)機(jī)污染物加以去除，達(dá)到去污凈化的目的。 當(dāng)前，生物處理法與常規(guī)處理、深度處理的組合工藝應(yīng)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(lái)發(fā)展起來(lái)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(yīng)用較廣，預(yù)計(jì)在水處理領(lǐng)域會(huì)有更快、更大的發(fā)展。因此，生物處理法在水處理領(lǐng)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(xiàn) [1]鄧志光，《中國(guó)給水排水》1991年第05期.　 [2]周娟娟,胡中華.生物活性炭技術(shù)(BAC)進(jìn)展與應(yīng)用.西南給排水,2003,25(2):13~17. 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