生物处理法在城市给水处理中的应用读书笔记论.docx

目录摘要1关键词1正文1一、生物处理的对象和目的2二、异养菌的主要特点2三、两种主要的生物处理方法3四、生物处理工艺的局限性5五、生物处理生物膜法技术在市政给水处理中的运用5总结7参考文献8生物处理法在城市给水处理中的应用摘要本文针对城市给水处理应用的生物处理技术，论述了生物处理法处理的对象和目的，并阐述了给水水源中异养菌的特点，介绍了生物处理的两种方法以及阐明了生物处理的局限性。最后对采用生物处理法在市政给水处理中的应用进行综述，表明采用生物处理法水处理技术在市政给处理有着广泛的运用前景。关键词 给水处理 生物处理法 生物膜法技术 生物活性碳 去除率 有机物 吸收利用 细菌正文常规的物理化学方法用于给水处理,大大地改善了生活用水的质量。随着工农业持续发展,水体受到污染,给水处理时的效果不佳，且矾耗和氯耗高,出水中还可带有消毒副产物，残留水中的有机物导致配水管网中微生物的滋生。国外已在自来水中检测出致癌物质20种、可疑致癌物23种、诱癌物质256种。针对这种情况，发达国家不断在饮水水质标准中增加新的项目或提出更严格的指标要求。一方面由于污染使水质恶化,另一方面由于对水质要求的不断提高, 使得给水处理的难度不断增加。为解决这一问题，西欧广为采用生物处理方法，即在常规物理化学处理工艺前曾设生物处理装置（或构筑物），借助于该装置（或构筑物）中富集的微生物群体（生物膜）的新陈代谢，去吸收利用水源水中的各种污染物质（主要是有机物），这样既改善了水的混凝沉淀性能，使后续常规工艺顺利运行；又减少了水中“三致”物前体物的量，降低了致突变活性，改善出水质量；还减少了细菌在配水管网中重新滋生的可能性。一、生物处理的对象和目的给水处理的主要对象是水中的有机物（包括藻类及其代谢产物），通常用总有机碳（TOC）表示。它干扰水处理的正常运行，具体表现在：1.影响干扰正常处理工艺。如糖酸和糖醛酸（藻的代谢产物）能与通常采用的铝盐、铁盐混凝剂作用生成配位络合物，因而阻碍了水中胶体颗粒的脱稳，使絮凝效果下降进而影响沉淀，并且这种络合物是电中性胶体，它能穿透滤池影响虑后水质。因此，受有机物污染水源的给水处理，其混凝剂和消毒剂的用量高，混凝剂用量增加使残留在水中的金属离子（铝或铁离子）浓度升高，长期饮用高铝离子浓度的水，对人脑部的生长发育有不良影响。2.有机物与消毒剂(氯)作用生成消毒副产物。对受污染的水的处理需增加消毒剂的用量,如采用预加氯,中间加氯,折点加氯。水中的部,分有机物,如酞基化合物、1.3一酮(以及1.3一双氢芳香物质),经卤化反应生成三卤甲烷；腐殖酸和富里酸也能与氯作用生成三氯甲烷。三卤甲烷及其系列卤烃是确认的致癌物质,我国饮用水卫生标准规定其浓度不得超过60g /L,美国规定其浓度不得超过100g /L，并计划定为50g/L。3残留在饮水中的有机物，会导致配水管网中的微生物滋生和繁殖，加快管道的腐蚀，使水产生臭味和色度。给水生物处理的目的，是去除这些有机物。借助于异养菌的作用，以有机物作为电子给予碳源，部分有机物变为异养菌的营养物质用于细胞合成，部分有机物作为异养菌新陈代谢过程中的能量来源，从而达到去除有机物的目的。二、异养菌的主要特点给水水源通常含有微量的有机污染物，至多在mg/L数量级范围内，特别适合于贫营养菌的生长，如土壤杆菌（Agrobacterium）、嗜水气单胞菌（Aeromonas）、节杆菌（Arthrobacter）、纤毛菌（Lepthothrix）等。这些细菌的主要特点是能利用各种化合物，产生对代谢产物具有高亲和力的转移酶，其比表面积高、呼吸速率低，能在有机物浓度极低的环境下快速生长繁殖，因此，在自然条件下其营养物的竞争具有优势。研究发现，天然水库中的贫营养菌，能同化吸收水中低浓度的葡萄糖、水解蛋白和酚(相应的葡萄糖浓度为20g /L，后两种物质的浓度低一些)，此时葡萄糖降解速度为0.1一2g C/h。贫营养菌的这个特点，主要因为大多数的此类细菌具有一种菌柄的附器，它大大地增加了细菌的表面积，另一方面构成菌柄的细胞质膜，具有适合于外界物质向细胞转输的特殊构造。据报道，通过菌柄细胞质膜向细胞渗透的溶解性有机物质的最小浓度为5g /L。若环境中营养物浓度高，就会抑制贫营养菌的生长，其原因可能是:由于营养物浓度高，贫营养菌在吸收利用中产生的代谢产物就多，特别是过氧化氢的积累，对贫营养菌形成毒性而抑制其生长。贫营养菌可通过二级利用去除浓度很低的污染物质。例如，贫营养菌在吸收利用浓度为1lmgC/L富里酸的同时，对浓度为100g /L的酚和蔡的去除率为90一92%，土味素和MIB的去除率分别是55%和44%。三、两种主要的生物处理方法据报道，淹没式生物滤池和生物活性碳滤池是目前生产上常用的生物处理方法。淹没式生物滤池中装有比表面积较大的填料，水流与填料上的生物膜不断接触，反复循环，有机物被生物膜吸收利用而去除。此种池子在运行时常需送入压缩空气，以提供整个水流系统循环的动力。该工艺的特点是管理方便、污染物去除率较高、运行费用低、运行效果稳定、受外界环境变化影响小。经其处理后出水的有机物、臭味、NH4一N、细菌、浊度等均有不同程度的降低；使后续处理的矾耗和氯耗减少。中国市政工程中南设计院以富营养化湖泊水进行半生产性试验，运行一年多来，效果明显而且稳定，在水力停留时间1一3h内，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%、浊度去除率50%一75%，产泥量少，出水水质明显改善。生物活性碳滤池主要任务是去除水中污染物质，通常将其放在普通滤池之后，并与预加臭氧相结合。借助于臭氧的强氧化性能，将污染物分解，再依靠活性碳上的微生物吸收利用，从而达到去除的目的。生物活性炭(BAC)是指水处理过程中,有意识地助长在活性炭吸附中的好氧生物活性的处理工艺。微生物和活性炭有多种结合方式,它取决于炭粒大小和微生物种属,以及水中基质的条件等。对颗粒炭而言,微生物群落可以分散在炭段表面,也可以成膜覆盖在整个炭粒外表面。对于粉末活性炭,微生物絮体和细菌个体则可与之吸附凝聚在一起。活性炭是一种兼有吸附、触媒和化学反应活性的多功能载体。微生物附着其上,可以发挥生化和物化处理的协同作用,从而延长活性炭的工作周期, 客观上起到了活性碳再生的作用，大大提高处理效率,改善出水水质, 运行费用很低，并能处理那些采用单纯生化处理或炭吸附法所不能去除的污染物质。生物活性碳滤池也具有污染物去除率高、出水水质好、运行方便的特点。生物活性炭不足之处在于一般采用自然挂膜方式,时间较长;进水浊度高,活性炭微孔极易被阻塞,导致活性炭的吸附力功能下降,在长期高浊度情况下,会造成活性炭的使用周期缩短;进水水质的pH值适用范围窄,大多数细菌、藻类、原生生物的最佳pH值为6.57.5,适宜范围为410之间,而硝化菌的最佳pH值范围更窄(硝化单胞菌为7.58.0,硝化杆菌为7.58.0);抗冲击负荷差等。今后的研究重点是降低投资成本和增加各种预处理措施与BAC联用,提高处理效果。生物处理方法去除TOC、NH4一N、NO3N的情况 表1处理工艺TOCNH4NNO3N采用地点进水浓度（mgNH4N/L）降解率（%）进水浓度（mgNH4N/L）降解率（%）进水浓度（mgNH4N/L）降解率（%）生物滤池3.2mgTOC/L380.3482.597.5AnnetSurMane法国生物滤池13.537.95084Eragny.法国生物滤池3.75.6mgCOD/L18.427.50.411.1681.098.8武汉中国生物活性碳滤池1.82.6 mgDOC/L750.331.539495.4Malheim.德国生物活性碳滤池24mgTOC/L300.1770.6Choisy-Rei法国生物活性碳滤池3.65 mgDOC/L出水浓度1.01.7 mgDOC/LBreme.德国TOC一总有机碳 COD一化学需氧量(Mn) DOC一溶解性有机碳表1列出了国内外使用生物滤池和生物活性碳滤池去除总有机碳(TOC)，NH4一N，NO3一N的情况。四、生物处理工艺的局限性1.生物处理运行效果受到诸多因素的影响，特别是源水水质、水温、水量的变化，操作管理水平高低都直接影响处理效果。不同的工艺，例如生物膜法(生物滤池)较悬浮床之类工艺更能克服低温造成的不利的影响。操作管理不当往往是影响生物处理运行的主要因素。2.与常规的处理工艺相比，生物处理方法需要较长的成熟期，其长短随处理装置的形式和细菌数量而不同。如需生物处理装置具有正常的硝化功能，成熟培养期至少需三个月，为加快成熟，可在处理构筑物中接种微生物。3.生物处理对健康的可能影响。由于生物处理是借助于微生物新陈代谢，去吸收利用水中的污染物，因此会有各种代谢产物以及微生物，如内毒素、溶解性微生物产物、末完全分解的有机化合物等进入水中，其中多数物质及其对人体健康的影响，所知甚少。据美国研究报告，生物活性碳滤柱内生存的细菌，所产生的内毒素浓度很低，不对人们的健康构成威胁;溶解性微生物产物是细菌代谢释放的，来源于细胞扩散或溶菌过程。生物处理装置运行中，会有生物膜脱落、流失而导致细菌进入水中，但给水处理生物方法(用于去除，TOC、硝化、脱氯、除铁除锰)所涉及的细菌，均是非病原性细菌。在生物活性碳碳粒上及其处理出水中所鉴别的细菌，大多是典型的土壤细菌和水细菌(如单胞菌、不动杆菌和捧杆菌等)。值得注意的是细菌聚集体或附着于微粒上细菌，较单个细菌有更强的抗消毒能力，因此，应严格掌握生物处理出水的消毒剂用量和接触时间。五、生物处理生物膜法技术在市政给水处理中的运用目前我国不少城市饮用水水源为微污染水源，原水受到生活性有机污染，水中总氮、总磷、氨氮、亚硝酸盐氮、生化需氧量、高锰酸钾指数等均有不同程度的超标。对各常规给水处理工艺流程的常规项目测定分析表明，浊度的去除主要是靠常规处理工艺，而对氨氮、亚硝酸盐氮和生化需氧量的去除必须靠生物作用才能获得满意效果。为满足日益提高的出水水质标准，在常规处理工艺上增加生物预处理工艺是无疑是提高水质的最佳选择。八十年代以来，由于生物预处理工艺因其在处理有机污染物、氨氮、色、嗅、味等方面的特点及其经济上的优势，越来越受到重视并得到较快的发展。这一领域的研究和应用，总体上都处于以去除氨氮、BOD5、CODCr等有机物综合指标为代表的污染质的阶段。用于市政给水处理中生物预处理工艺主要有：生物过滤反应器、生物滤塔、生物接触氧化反应器、生物转盘反应器、生物流化床以及土地处理系统等。其中以生物过滤反应器中的生物陶粒滤池与生物接触氧化反应器最为常用。前者有一定的机械过滤能力适合处理较低浓度或低温原水，后者则因为填料空隙率大，不易堵塞，适合处理较高浓度的微污染原水。国内采用生物接触氧化池对滦河以及黄河水处理后表明该法对多项主要水质指标均有良好去除效果，高锰酸钾指数去除率为10-25，氨氮去除率为40-70，藻类去除率为1530。在臭氧生物活性炭吸附工艺这一生物膜法处理工艺中，颗粒活性炭是微生物生长的载体。活性炭表面及微孔形成的微生物膜通过生物降解作用，可进一步降解在活性炭表面及微孔富集的有机物，从而降低了活性炭的吸附饱和度，延长了其使用寿命。70年代中期，德国对臭氧生物活性炭吸附工艺的研究发现，与单纯的活性炭吸附比较，活性炭的再生周期延长46倍。其后，欧洲的许多现代化水厂逐步推广使用了臭氧生物活性炭吸附对微污染水源的深度净化工艺。 在“八五”、“九五”国家科技攻关计划中，“饮用水微污染净化技术”作为专题进行研究，并将取得的重要成果中的生物预处理技术成果成功运用于工程实践。其中位于深圳水库库尾，设计处理规模400万m3d的广东省东深源水生物硝化工程是国内目前规模最大的采用生物接触氧化法的预处理工程。源水经沉砂区、粗、细隔栅后，进入采用YDT弹性立体填料的生物处理池，水力停留时间55min.填料接触时间40min.，气水比1：1。自1998年12月试运行以来，通过工艺启动过程的自然接种，培养驯化，使填料挂膜，形成系统的生物硝化能力，并使氨氮去除率和硝酸盐氮生成率趋于稳定。试运行得出的初步结论是：生物接触氧化工艺适合于处理东深微污染源水，对氨氮的处理效果显著。氨氮去除率在75以上。同时，增加了深圳水库水体的溶解氧，提高了水库的自净能力，改善了东深源水供水水质。生物膜法水处理技术具有负荷高、占地面积小、运行维护管理方便、出水水质好等特点被广泛运用于市政给水处理、市政污水达标处理以及污水深度处理回用等众多领域。随着人们对生物膜水处理机理的进一步认识和掌握，生物膜技术在水处理领域中必将发挥越来越重要的作用。总结微生物是地球生态系统中最重要的分解者，也是人类最宝贵的资源库。微生物在污染物降解转化、资源再利用、绿色产品生产、生态环保等各个方面都能发挥重要作用。饮用水和废水的生物处理是借助于生物群体的新陈代谢活动，对水中的有机污染物以及氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、铁、锰等无机污染物加以去除，达到去污净化的目的。当前，生物处理法与常规处理、深度处理的组合工艺应用在饮用水处理中更受青睐，具有广阔的发展前景。此外，近些年来发展起来的生物活性炭法及其与臭氧组合工艺，在饮用水处理中则是新型水处理工艺，发展很快，应用较广，预计在水处理领域会有更快、更大的发展。因此，生物处理法在水处理领域中已经发挥并继续发挥着重要的作用。参考文献1邓志光，中国给水排水1991年第05期.2周娟娟,胡中华.生物活性炭技术(BAC)进展与应用.西南给排水,2003,25(2):1317.3殷娣娣,高乃云.活性炭处理与微污染源水.西南给排水,2001,23(4):1517.4王占生等，微污染水源引用水处理.5黄廷林等， 扬水曝气技术的性能及其在水源水质改善中的应用 中国水协科技委净水专业委员会技术交流2004年论文集.6P.M.Huck, et 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