饮用水生物过滤处理工艺述评

生物过滤是一种利用活性炭、无烟煤、石英砂等颗粒滤料和附着于滤料上的生物膜去除饮用水源中的悬浮颗粒、有机物、氨氮等污染物质的新型过滤方式，是常规过滤、颗粒活性炭吸附与生物膜氧化技术相结合的产物。近十几年来，国内外对其进行了大量研究和探索。

1 　生物过滤效能

1.1 有机物的去除
　　 在饮用水源中普遍含有各种天然有机物(如腐殖酸、富里酸等)或人工合成有机污染物(如酚类、苯类物质)。生物过滤对水中的TOC特别是BDOC、AOC有较好的去除效果 。研究表明，生物滤池对TOC的去除率为5%～75%［1～3］，对DOC的去除率为13%～41%，对BDOC、AOC的去除率达90%以上，对三卤甲烷THMs、卤乙酸HAAs的先质——THMsFP、HAAsFP的去除率分别达40%和75%［4］。生物过滤出水中的TOC浓度可降至2mg/L以下［2］、AOC浓度可降至10μg/L以下，即使不加氯消毒也可使管网水中的细菌总数＜100个/mL［5］。
　　生物过滤对水中痕量有机物也有较好的去除效果。痕量有机物是指人工合成的在饮用水源中含量较低的有机污染物(如酚、苯、杀虫剂等)，它可使水产生嗅和味并具有致癌性和致 突变性，因而被广泛关注。研究表明，生物滤池对苯酚、一氯苯酚、二氯苯酚、五氯苯酚的降解速率很快，其去除率可分别达92%、92%、92%和70%［6、7］，对大部分醛类物质(如甲醛、乙醛)的去除率＞80%［8］对一氯苯和二氯苯的降解速率较慢，但只要给予足够的时间，其去除率也可达到81%以上［7］。
　　生物滤池对有机物的去除受到多种因素的影响，不同水源中的有机物成分不一样，可生化性也就不一样［3］；预氧化程度不同则水中有机物的可生化性也不同；滤层组成不同则对有机物降解的能力与速度也不同。Wang等［9］的研究表明，颗粒活性炭上附着的生物膜量是无烟煤、石英砂滤料的4～8倍，活性炭、石英砂构成的双层滤料生物滤池明显 比煤、砂生物滤池或单层石英砂生物滤池去除有机物的效率高且在低温时去除效率几乎不受影响；反冲洗方式也可影响生物膜量，Miltner等［10］的研究表明用未加氯的水反 冲洗对生物过滤几乎没有影响，但用加氯水反冲洗则使滤层中的生物膜量下降22%，从而导致对有机物去除率的下降；EBCT对易降解有机物的去除影响较小，但对慢速生物降解有机物质的去除影响较大，Prevost等［11］的研究表明，生物滤池在2min内可去除62%～90%的AOC，而要去除90%的BDOC则需10～20min的接触时间。
1.2 氨氮的去除
　　生物过滤对饮用水源中的氨氮有很好的氧化(硝化)去除效果，去除率可达90%以上［12～15］，同时亚硝酸盐氮的去除率也在90%以上。当进水氨氮为1.2～2.0mg/L、亚硝酸 盐氮为0.5～1.4mg/L、水温为8～32℃时，出水氨氮始终在0.5mg/L以下，亚硝酸盐氮在0 .05mg/L以下［13］。
　　维持生物滤池对氨氮良好硝化作用的一个重要条件是水中必须有足够的溶解氧，另一个重要条件是滤层中必须有足够数量的硝化菌。而要维持生物滤池内一定的硝化菌量必须降低反 冲洗频率并控制反冲洗强度。
　　生物滤池对氨氮的去除还可能受到有机物生物降解的影响，因为在自养菌(硝化菌)与异养菌之间存在着争夺氧与生物膜空间的竞争，对生物滤池的研究显示异养菌能赢得这种竞争，其结果是有机物氧化在先、氨氮氧化在后，出现这种情况是因为自养菌的增长速率比异养菌慢，且自养菌对由较高水力负荷和较小滤料介质造成的剪力损失比异养菌更敏感。
1.3 铁、锰的去除
　　生物过滤对铁、锰［16～19］。有良好的去除效果生物去除铁的启动速率很快，当进水铁浓度为0.75～1.1mg/L、水温为30～31 ℃时，新滤池(砂层厚为1.4m、有效粒径为1.35mm、滤速为22～23m/h)投产后，加氏铁柄杆菌属等细菌会迅速接种于砂滤料上，运行10 h后滤池出水中的铁浓度为0.1mg/L，1d后降至0.03mg/L，2d后降至痕量水平［16］。相比之下生物去除锰的启动速率慢得多，滤料上锰细菌的自然培养期(成熟期)少则需要40～50d，多则需要3个月以上，但一旦培养成功，生物滤池对锰的去除率即很高，滤池出水中的锰几乎一直可保持在痕量水平。
　　生物除铁除锰滤池中铁锰细菌(大部分为自养菌或兼性自养菌)与生物硝化滤池中的硝化菌一样生长也较为缓慢，其工艺条件也大体相似，但生物除铁除锰滤池对水的pH值似乎更敏感。此外生物除铁与除锰的工艺条件有较大的不同，后者比前者要求更严格，一般而言生物除锰 要求水中溶解氧浓度＞5mg/L、氧化还原电位＞300～400mV或者pH＞7.4～7.5［16］。由于工艺条件的差别，对铁、锰含量均较高的地下水源宜采取二级生物过滤处理，否则铁、锰的去除难以达到最佳水平。
1.4 浊度的去除
　　生物过滤对浊度有很好的去除效果。研究显示在正常过滤条件(滤层厚度为0.75m、滤速为5～10m/h、进水浊度为1～4NTU、水头损失为1.5kPa)下，生物滤池出水的平均浊度可达0.15NTU以下，过滤周期可达16～24h以上。生物滤池与常规滤池一样出水浊度较低并具有经济的运行周期［2］，但也有研究指出