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随着现代工业的飞速发展和面源污染的加剧,我国许多饮用水源都受到了不同程度的污染,有机物、氨氮污染较为严重。对于高氨氮原水,生物预处理是一种较好的解决方法,但对POPs物质和环境激素类物质难以去除。另外,由于水源水中污染物浓度较低,微生物难以生长和保持,填料挂膜困难。本课题采用催化铁内电解与生物膜耦合体系预处理微污染水源水,并和单独生物膜体系进行比较。研究两体系对主要污染指标的去除能力,并对两体系去除能力的差异进行分析;优化了耦合体系中生物膜段和催化铁内电解的体积比和水力停留时间;对两体系悬浮填料生物膜从生物膜量和耗氧速率两方面进行了比较;此外,对两体系抗毒性污染物冲击能力进行了比较研究。
(1)在催化铁内电解生物膜耦合体系生物膜段与催化铁内电解段的体积比为11∶4、水力停留时间1.5h,悬浮填料投配率40%~50%,出水溶解氧维持在4mg/L以上等条件下,综合比较各污染指标的去除效果,耦合体系要好于单独生物膜体系。NH3—N去除效果相差不大,在NO-2—N、CODMn、TP和UV254的平均去除率上,耦合体系要比单独生物膜体系分别高出19.0%、8.5%、45.4%和9.0%。
(2)耦合体系的生物膜量要明显大于单独生物膜体系的生物膜量,取两体系挂膜情况较好的悬浮填料进行对比,耦合体系生物膜量是单独生物膜体系生物膜量的约2.4倍。耦合体系和单独生物膜体系VSS/SS分别为0.56、0.64,尽管耦合体系生物膜的VSS/SS要小于单独生物膜体系生物膜的VSS/SS,但耦合体系的活性生物膜量还是要大于单独生物膜体系的活性生物膜量,为其2.1倍。经催化铁内电解预处理,产生的铁离子可以改变悬浮填料的表面性质,促进微生物在悬浮填料表面的附着、固定和生长,提高生物膜量。
(3)取耦合体系和单独生物膜体系中挂膜情况较好的悬浮填料,测定两体系微生物的耗氧速率曲线,耦合体系的耗氧速率要大于单独生物膜体系的耗氧速率。耦合体系中溶解氧消耗到1mg/L时,需要1h左右,单独生物膜体系中需要1.5h左右。表明耦合体系微生物量较多,耗氧量和耗氧速率较大,对污染物质的去除能力较强。
(4)耦合体系的抗硝基苯冲击能力较单独生物膜体系要强,原因有,硝基苯经过催化铁内电解段部分还原为苯胺,降低对后续生物膜系统的冲击;另外,耦合体系生物膜量较大,抗冲击能力增强。同时,耦合体系抗水力冲击负荷、氨氮冲击负荷能力强于单独生物膜体系。
采用催化铁内电解法预处理微污染水源水,对混凝工艺有一定的影响,结果表明,在曝气条件下对污染物的去除能力要强于不曝气条件下对污染物的去除能力。在接触时间1h的条件下,CODMn、UV254和TP的去除率分别高出3.8%、11.9%和41.6%。原水经过曝气催化铁内电解预处理后,出水投加氯化铁溶液混凝可进一步的去除污染物质。达到同样的污染指标去除效果,催化铁内电解预处理微污染水源水,可以优化后续混凝沉淀等常规处理工艺条件
研究表明,采用催化铁内电解生物膜耦合体系预处理微污染水源水,可以提高后续生物膜段生物膜的挂膜性能,增强对氮、有机物,TP等污染物的去除能力和抗毒性污染物冲击和水力冲击的能力。