水务看点 | 微污染原水只能靠臭氧活性炭？生物陶粒了解一下！
近年来，国内饮用水源受到不同程度的污染，且呈不断发展的趋势，对水厂传统净水工艺的选择和稳定运行带来很大的挑战 。微污染水源水是指水体的物化指标或微生物指标达不到《地面水环境质量标准》 ( GB 3838—2002) 中关于生活饮用水水源水的要求，主要指的是有机物微污染水。
为应对微污染水源,近年来国内外从工艺选择以及运行优化等方面开展了多种尝试。陶粒和活性炭等生物处理和以超滤膜为代表的其他水处理技术已成为水厂保障水质安全的重要技术手段。
对颗粒活性炭来说，随着使用周期的延长,其对污染物的去除也将以生物作用为主;生物陶粒在饮用水处理中实际应用不多，但其挂膜快、强度高及运行稳定等特点适宜作为生物载体。对比不同生物载体的处理效果和运行条件，处理工艺的选择和调整优化具有重要意义。
常温条件下，陶粒滤池预处理微污染原水
白王军的研究根据建湖县上冈水厂的原水情况和出水水质要求，对原有工艺进行了升级改造，增加了陶粒滤池作为整个水厂的预处理。现有净水主体工艺采用“原水→管道混合→絮凝沉淀→V 型砂滤池→臭氧接触池→活性炭滤池→二氧化氯消毒→出水”。改造后的净水主体工艺如图1所示。
试验期间原水水质如表 1 所示。
陶粒滤池在常温下启动，起始阶段由于原水中游离有机物较丰富，采用自然挂膜的形式。启动初期，尽量以较小流量进水，每天监测出水的 NH3-N、TN、COD 等，至指标稳定为消减 35%时,说明生物膜已基本形成，这个过程约 1 个月,然后慢慢调节流量至设计要求。
曝气量的气水比为 0.5:1.0~1.5:1.0，其大小不仅对出水水质有很大的影响，也是自来水厂运行费用很大的构成部分。过滤速度对于已建设成的陶粒滤池也是很重要的运行参数。根据相关规范，过滤速度一般在 4~7 m/h，其大小不仅关系到整个水厂的运行负荷，更是节约运行成本的考虑因素。同时，反冲洗也是陶粒滤池安全和耗能的关键参数，滤池原设计的冲洗周期大约为 24~48 h，周期过短，可能影响水厂的产能;周期过长，可能影响水厂的水质指标。因此，曝气量的气水比、过滤速度和反冲洗周期的合理选择，不仅可以提高水厂的产能,同时也可以节省水厂的能耗，从而为实践运行提供参考。
通过一系列的试验，白王军的研究结果表明：
（1）处理效果
对于微污染水源,采用生物陶粒滤池作为自来水厂的预处理是可行的,能稳定地改善和净化水质,在适宜的相关参数条件下,对 NH3-N、TN 和COD 的平均去除率分别为 77.1%~83.3%、80.4%~87.0%和 51.4%~72.2%。
(2) 运行参数
在进水 NH3-N、 TN 和 CODCr 浓度分别在3.4~3.7、4.3~4.6 mg/L 和 35.0~38.0 mg/L 的情况下，生物陶粒滤池预处理微污染原水的适宜工艺参数:曝气量的气水比为 1:1，过滤速度为 7 m/h,反冲洗周期为 48 h。
白王军. 陶粒滤池预处理微污染原水的净化效果及运行参数[J]. 净水技术,2020,39(8):97-101.
BAI W J. Purification effect and operation parameters of ceramsite filter for pretreatment of micro-polluted raw water[J]. Water Purification Technology, 2020, 39(8):97-101.
低温条件下，生物陶粒处理微污染原水
李为星等针对北方某大型水厂微污染原水，研究了低温条件下生物陶粒-浸没式超滤和颗粒活性炭-压力式超滤两种组合方式的运行效果及特性。两种组合工艺示意图如图2所示。装置的接触过滤设备采用的是 2 根圆形有机玻璃柱(简称陶粒柱和炭柱)，滤柱内径为 800 mm，高度为 2800mm，滤柱为承压容器，设计压力>3 m，均为下进水工艺，柱底部均装有曝气装置，试验过程中提供微生物生长代谢所需要的氧气，设计流量均为 1.5 m³/h，气水比为 1:1，陶粒层与炭层厚度均为 0.8 m，陶粒柱和炭柱的反洗周期分别为 15 d 和 7 d。浸没式超滤膜和压力式超滤膜的产水量均为 1 m³/h，过滤周期分别为 60 min 和 45 min。
原水水质如表2所示。
研究结果显示：
(1)常温条件下, 陶粒柱和炭柱对浑浊度的平均去除率分别为 14%和 31%，炭柱对浑浊度的去除率高于陶粒柱，原因在于活性炭颗粒之间的空隙要小，更利于截留较大颗粒的杂质，物理截留效果优于陶粒柱。低温条件下，陶粒柱和炭柱对浑浊度的平均去除率基本相同，仅为 12%左右，说明低温低浊的原水中大颗粒杂质较小，滤料的截留效果不明显。浸没式和压力式超滤膜对浑浊度的平均去除率超过85%，出水浑浊度始终在 0.1~0.18 NTU，远低于生活饮用水的最高限制，且不受原水水温和浑浊度的影响。
(2)颗粒数不仅可以反映浑浊度的高低,还对细菌、病毒、藻类有一定的预警作用。低温条件下，陶粒柱和炭柱对颗粒物的去除率分别超过 22%和34%，炭柱对颗粒物的物理截留效果优于陶粒柱，两种超滤膜对<25 μm 颗粒的去除率均超过 93%，没有明显差别。
(3)低温条件下，陶粒柱和炭柱对藻类的去除率分别为 10%和 27%，活性炭柱对藻类的去除效果要优于陶粒柱。浸没式和压力式超滤膜对藻类的去除率均达到 98%以上，说明超滤膜对藻类起到了很好的物理截留作用。
(4) 试验期间，水温低，原水中含次氯酸钠，NH3 -N 含量低，均对微生物的生长不利。试验初期，炭柱对 CODMn 的去除效果优于陶粒柱，原因在于试验初期活性炭的吸附效果显著;2 个多月后，挂膜成功，随着温度的降低，陶粒柱和炭柱对CODMn 的平均去除 率分别从32%、 19% 下降到25%、16%;陶粒柱和炭柱对溶解性色氨酸类芳香族蛋白质有机物的去除率仅为 6%和 2%，陶粒柱对有机物微污染的去除效果优于炭柱。浸没式和压力式膜对 CODMn 的去除率一直在 49%左右，受温度影响较小;浸没式和压力式膜对溶解性色氨酸类芳香族蛋白质有机物的去除率分别为 8%和 15%。
李为星,顾军农,常思博,等. 低温条件下生物陶粒和活性炭两种超滤组合工艺处理微污染原水试验[J]. 净水技术,2020,39(8):60-65,108.
LI W X,GU J N,CHANG S B,et al. Experiment of micropolluted raw water treatment by two UF combined processes of bio-ceramsite and activated carbon under low temperature[J]. Water Purification Technology, 2020, 39(8):60-65,108.