生物活性炭滤池反冲洗技术的优化

生物活性炭滤池反冲洗技术的优化张朝晖1, 吕锡武1, 乐林生2, 鲍士荣2, 陈妍清1(1.东南大学环境工程系,江苏南京210096;2.上海市自来水市北有限公司,上海200082)摘 要: 反冲洗是生物活性炭滤池运行中的一个关键步骤,合理优化反冲洗过程有助于改善其整体运行性能。

为此,采用反冲洗废水的浊度、滤池运行中的水头损失变化、对有机物的去除效果以及出水细菌数等指标,比较分析了4种不同的反冲洗方式对生物活性炭滤池运行效果的影响,最终认为气水联合反冲洗更适合于生物活性炭滤池。

关键词: 生物活性炭滤池; 反冲洗; 优化中图分类号:TU991.2 文献标识码:C 文章编号:1000-4602(2005)04-0051-03Opti m ization of Back w ashi ng T echnology for B iol ogical A ctivatedCarbon F ilterZ HANG Zhao -hui 1, LV X -i w u 1, LE L i n -sheng 2, BAO Sh-i rong 2, CHEN Y an -q i n g1(1.D ep t .of Environm ental Eng i n eering,Sou t h east Un iversit y ,N anjing 210096,China;2.Shangha iWater w orks Sh ibei Co .L t d .,Shanghai 200082,China ) Abst ract : Backw ash i n g process is a critica l step i n t h e operation o f b i o log ica l activated carbon (BAC )filter .Opti m izati o n of backw ashing process is favorab le to the i m pr ove m ent of operati o n perfor m -ance as a who le .Therefore ,t h e evaluati v e i n dexes such as backw ash i n g w aste w ater tur b i d ity ,variation i nhead loss ,re m oval o f organic po ll u tants ,and bacteria count in treated w ater are used to co m pare and an -alyze the effect of four different backw ash i n g m et h ods on the operation of B AC filter .It is be lieved tha t a ir -w ater backw ashing i s m ost suitab le f o r the filter . K ey w ords : b iolog ical acti v ated car bon filter ; backw ash i n g ; opti m ization 基金项目:国家高技术研究发展计划(863)项目(2002AA 601130)臭氧)生物活性炭工艺是我国试推广的微污染源水深度处理技术之一。

但有关生物活性炭滤池反冲洗方面的研究却很少,而合理的反冲洗方式是确保其正常运行的关键,因此深入研究生物活性炭滤池的反冲洗技术具有重要意义。

1 试验方法111 试验装置试验在上海市杨树浦水厂(以黄浦江水为原水)进行,将常规工艺处理出水作为装置的原水。

具体工艺流程见图1。

图1 试验工艺流程F i g .1 Schema ti c diagra m of experi m enta l apparatus常规工艺出水自高位水箱靠重力进入臭氧接触柱(停留时间为15m i n ,臭氧投量为2m g /L ),再经停留柱释放水中残余臭氧后进入生物活性炭柱(空床接触时间为15m i n ,炭层高为1.2m,采用ZJ第21卷 第4期2005年4月中国给水排水C H I NA W ATER &W A S T E WATERV o.l 21N o .4A pr .2005-15型颗粒活性炭)。

112试验方法共考察了4种反冲洗方式,即水单独反冲洗:冲洗历时为10m i n,水冲强度为13L/(s#m2),膨胀度为25%;水单独反冲洗:冲洗历时为10m i n,水冲强度为18L/(s#m2),膨胀度为50%;气水联合反冲洗:气冲强度为10L/(s#m2),历时为2m i n,水冲强度为12L/(s#m2),历时为8m i n;气水混合反冲洗:气冲强度为8L/(s#m2),水冲强度为6L/(s #m2),气水混合冲洗历时为8m in,然后再用水漂洗2m i n。

以反冲洗废水的浊度、滤柱水头损失变化、对有机物的去除效果以及出水细菌数为评价指标,对比分析了不同反冲洗方式对炭柱运行性能的影响。

2结果与分析①以反冲洗废水的浊度为评价指标Ahm ad R和Am irtharajah A在研究生物活性炭滤池的反冲洗时认为,由于水是微生物的主要构成成分,因此微生物对光的折射率与水的很接近,当微生物在水中时它对光的散射能力很弱,所以水的浊度不能反映水中微生物的多少,他们在随后的试验中也证实了在25%炭床膨胀度的水反冲洗过程中反冲废水的浊度与水中微生物数量表现出截然相反的变化趋势[1]。

但笔者却发现,在同样的反冲条件下反冲废水的浊度与水中细菌总数间有着很好的相关性(相关系数高达0.93)。

之所以出现这种截然相反的结论可能是因为Ahm ad R和Am irthara jah A 研究的是常规工艺中的生物活性炭滤池,而笔者研究的则是饮用水深度处理工艺中的生物活性炭滤池。

二者的最大不同之处在于:后者进水浊度很低,截留在炭床上的无机颗粒很少,造成炭床堵塞的主要是生物颗粒,在反冲洗过程中去除的基本都是微生物(主要为菌胶团或生物膜碎片),细菌数远远高于无机颗粒数,因此炭床反冲废水的浊度主要是由微生物引起的。

而在常规工艺中,炭柱截留了大量的无机颗粒,反冲洗废水中的细菌数远远少于无机颗粒数,而且细菌主要为分散个体。

图2反映了不同反冲方式下反冲废水的浊度随反冲时间的变化情况。

图中反冲废水的浊度变化曲线与横、纵坐标轴围成的面积代表了反冲期间所去除的炭床累积物量(主要为生物颗粒),显然气水混合反冲洗对滤料的清洁程度最高,25%炭床膨胀度的水反冲对滤料的清洁程度最差。

由反冲废水的浊度曲线变化趋势来看,无论采用何种反冲方式,当水反冲历时达到6 m i n时反冲废水的浊度都不再明显下降,因此水反冲历时取6~7m i n即可。

采用气水混合反冲时,当反冲历时达到6~7m in后反冲废水的浊度变化也趋于平缓,改用清水漂洗时浊度迅速下降。

图2反冲洗方式对反冲废水浊度的影响F i g.2V ar i a ti on o f t urbi d ity fo r backwash i ng w aste w aterw ith diff e rent back w ashing strateg ies②以水头损失为评价指标确定生物活性炭滤池反冲周期的一个重要参考因素是滤池的水头损失。

在过滤期间,随着炭床上生物颗粒和非生物颗粒的逐渐累积,水头损失也逐渐增加。

图3显示了经不同方式反冲后生物活性炭柱水头损失的变化情况(/00点表示反冲前)。

图3经不同反冲方式反冲后的水头损失变化F i g.3V a riati on of head l oss o f BAC filter w ith differentback w ash i ng stra teg ies由图3可知,经反冲洗后水头损失大大降低,但随着反冲后运行时间的延长则水头损失又开始慢慢增加,其中25%炭床膨胀度水反冲的水头损失增第4期中国给水排水第21卷长最快,这是因为该反冲方式没有使滤料得到较好的清洗,炭床中还残留有大量杂质。

气水混合反冲洗的水头损失增长也很快,虽然该反冲方式对滤料的清洗效果很好,但强烈的气水冲刷和摩擦搅拌使一些炭粒破碎并残留在炭床中,因而反冲后的水头损失增长较快。

50%炭床膨胀度水反冲的水头损失增长最慢,说明该种方式对滤料的清洗效果好,破坏性小,但用水量远远大于其他冲洗方式。

③ 以对有机物的去除效果为评价指标衡量反冲洗方式优劣的另一个参考依据是反冲洗后的炭床除污染能力。

由于UV 254能反映水中芳香族化合物和具有共轭双键化合物的含量,而它们又是天然水体中的主要有机物质,因此采用UV 254评价炭床对水中有机物的去除效果。

图4显示了反冲方式对UV 254去除率的影响。

图4 反冲前后有机物去除率的变化F ig .4 R e m oval var i ation o f org an i c poll utant f o r B A C filterw it h d ifferent backw as h i ng strateg i es由图4可知,经气水联合反冲洗后的1d 内对UV 254的去除率明显上升,而后慢慢恢复到反冲前的状态,由此推测经气水联合反冲后微生物的活性得以增强,这可能是由于气水冲刷有效地剥落了炭粒上老化的生物膜,使微生物得到了有效更新。

另一个可能的因素是气水剧烈扰动刺激了微生物的新陈代谢作用,强化了对有机物的生物降解。

经气水混合反冲洗后炭床对有机物的去除率有所下降,这可能是由于强烈的气水混冲使微生物损失较多,从而影响了微生物对有机物的总降解能力,反冲废水的浊度变化也证明了这点。

两种水反冲方式对炭床除污能力的影响相对都不大。

④ 以出水细菌总数为评价指标反冲后生物活性炭滤池出水细菌总数的变化情况从另一个侧面反映了反冲洗对炭床微生物活性的影响。

Rasheed Aha m d 等使用生物活性炭滤池处理常规工艺中的混凝沉淀出水,并探讨了炭池的反冲洗情况,他们根据试验结果指出采用水单独反冲洗时的炭池出水细菌总数要远远高于气水反冲洗,但气水反冲要比单独水反冲造成更高的水头损失[2]。

笔者在试验中则发现采用25%炭床膨胀度的水反冲时炭柱的水头损失和出水细菌总数都是最高的,而当采用50%炭床膨胀度的水反冲时炭柱的水头损失是所有反冲方式中最小的,出水细菌总数则高于气水联合反冲洗。

经气水混合反冲后的炭柱出水细菌总数只比25%炭床膨胀度水反冲的略低,比其他几种都高。

综上所述,气水联合反冲洗的出水细菌总数最低,水头损失增长速率仅比50%炭床膨胀度水反冲的高,对UV 254的去除率在反冲后不但没有下降还略有上升,而且其耗水量也远远少于50%炭床膨胀度水反冲,因此生物活性炭滤池宜采用气水联合反冲洗。