减少前加氯对炭砂复合滤池去除污染物的影响

罗国荣孙小斐

中图分类号：S607+.2

摘要：以生产规模炭砂复合滤池为对象，研究减少前加氯量对炭砂复合滤池处理水中氨氮、亚硝酸盐氮效果的影响。结果表明：丰水期待滤水余氯月平均含量在0.20~0.88mg/L之间，枯水期适当减少了前加氯量，此时期待滤水余氯月平均含量在0.20mg/L以下。丰水期待滤水溶解氧含量平均值约为3.42mg/L，枯水期为5.49mg/L。枯水期减少了前加氯量，此时期待滤水氨氮含量较丰水期高约0.40mg/L左右，但生化去除效果的提高，使氨氮去除量比丰水期大0.30mg/L左右。枯水期滤后亚硝酸盐氮累积量为0.014mg/L，比丰水期时高约0.010mg/L左右。本试验能给水厂生产工艺改造的可行性和有效性提供依据。

关键词：炭砂复合滤池；前加氯；氨氮；亚硝酸盐氮

Effect on pre-chlorination quantity reduction for water purification of Carbon-sand filter

Luo Guo-rong1 , Sun Xiao-fei2

(CSCEC AECOM CONSULTANTS CO.,LTD , Dongguan 523070,China ; Environmental Science Association of Dongguan , Dongguan 523009)

Abstract: Taking the productive carbon-sand filter as object, this test researched the effect of pre-chlorination quantity reduction on treating NH4+-N, NO2－-N. The results showed that the monthly average of residual chlorine of influent was between 0.20~0.88mg/L in the wet period, and lower than 0.20mg/L in the dry period. The average of DO of influent was 3.42mg/L in the wet period, and 5.49mg/L in the dry period. Pre-chlorination was reduced appropriately in the dry period, NH4+-N of influent was higher than it in the wet period by about 0.40mg/L, but the removal quantity of NH4+-N were more than it in the wet period by about 0.30mg/L. The accumulation quantity of NO2－-N of effluent were 0.014mg/L in the dry period, higher than it in the wet period by about 0.010mg/L. This test provided basis for water plants with the feasibility and effectiveness of production technology transforming.

Key words: Carbon-sand filter; Pre-chlorination; NH4+-N; NO2－-N

前言

增加颗粒炭滤层把普通砂滤池改造成生物滤池，生化去除污染物，解决源水污染日益加重以致难以保证出水水质的问题。然而，活性炭对水中的余氯有吸附作用，而余氯对活性炭表面上的生物膜会产生极大的破坏，抑制微生物生长，影响池内生物作用的发挥，因此炭滤池一般不能进行前加氯。但由于在南方湿热地区，水处理各工艺池体池面容易生长各种微生物和藻类以致影响净水效果，鉴于正常生产消毒的需要，水厂常规处理工艺需在混凝前进行前加氯。

虽然很难取消前加氯，但可以根据实际情况适当减少前加氯量。按照水厂运行经验，丰水期气温较高，池面容易生长各种微生物和藻类，因此需要较大的前加氯量；枯水期气温较低，池面生长的微生物和藻类较丰水期时少，可适当减少前加氯量。本试验研究能给广州市某水厂净水工艺进一步改造提供依据。

1 试验部分

1.1 试验工艺流程

本试验工艺流程见图1。

图1 炭砂复合滤池试验工艺流程

Fig.1 Technological process for GAC-sand filter test

1.2 试验构筑物及运行参数

炭砂复合滤池池面尺寸为12.5m×7.6m，砂层厚度为0.7m，滤砂为￠0.7～1.2mm均质滤料，砂层上铺设0.5m ￠0.8～1.8mm颗粒活性炭。水流方向为下向流，滤速为7.16m/h。反冲洗采用气水联合反冲方式，先气冲5min，气冲强度为15~20L/m2•s；再水冲7min，水冲强度为9.3~10.5L/m2•s；反冲周期为24h。

1.3 测定项目及测定方法

各项水质指标均按国家标准分析方法测定，测定指标及测定方法[1]见表1。

表1 实验所测指标及测定方法

Table.1 Measurement indicators and testing methods

指标 单位 方法

余氯 mg/L 余氯检测仪

溶解氧（DO） mg/L(以O2计算) MODEL 50B溶解氧仪

氨氮（NH4+-N） mg/L(以N2计算) 纳氏试剂分光光度法

亚硝酸盐氮（NO2－-N） mg/L(以N2计算) 重氮偶合分光光度法

2 结果与讨论

试验时间为2010年6月至2011年3月，其中6~10月为该水厂所用水源的丰水期，11~3月为枯水期。

2.1 余氯含量变化

试验运行期间，炭砂复合滤池过滤前后余氯含量变化情况见图2。

图2 过滤前后余氯含量变化

Fig.2 The change of chlorine in the influent and effluent

如前所述，丰水期水温较高，水中微生物、细菌和藻类在池面大量生长，前加氯量相对较大，该时期待滤水余氯月平均含量在0.20~0.80mg/L范围内。枯水期由于气温较低，水中微生物、细菌和抑制藻类较少，因此可适当减少前加氯量，枯水期待滤水余氯月平均含量在0.20mg/L以下。

2.2 溶解氧含量变化

试验运行期间，炭砂复合滤池过滤前后溶解氧含量变化情况见图3。

图3 过滤前后溶解氧含量变化

Fig.3 The change of DO in the influent and effluent

根据试验结果，丰水期待滤水溶解氧含量平均值约为3.42mg/L，枯水期为5.49mg/L，而滤后枯水期溶解氧平均消耗量要比丰水期的多1.65mg/L，一方面原因是枯水期待滤水污染物含量较高，生化去除污染物的需氧量也较多；另一方面原因则是余氯的减少，余氯减少降低了对活性炭表面上生物膜的破坏程度，微生物数量增多，从而有助于池内生物作用的发挥，相应需氧量也较大。

2.3 氨氮的去除效果

氨氮是微污染水中的常见污染物[2]，是给水处理工艺的主要去除对象之一。

试验运行期间，炭砂复合滤池对氨氮去除效果见图4和图5。

图4 对氨氮的去除效果

Fig.4 The effect of GAC-sand filter for ammonia-nitrogen removal

图5 氨氮的去除量和去除率

Fig.5 The quantity and rate of GAC-sand filter for ammonia-nitrogen removal

丰水期前加氯量大，影响了池内微生物的生长，池内生化作用效果较弱，但由于此时期待滤水中氨氮含量较低，基本处于0.5mg/L以下，炭砂复合滤池对氨氮的去除量平均值约为0.09mg/L，试验期间出水氨氮含量均能达到《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）规定氨氮＜0.5mg/L的标准。枯水期适当减少了前加氯量，池内生化作用效果有所提高，此时期虽然待滤水氨氮含量较丰水期高约0.4mg/L左右，但氨氮去除量比丰水期要大0.30mg/L左右，而且试验期间出水氨氮含量均能达到＜0.5mg/L的标准。

由此可见，根据具体情况适当减少前加氯量，能促进颗粒活性炭上微生物的生长，从而有效地提高炭砂复合滤池对氨氮的去除效果。

2.4 亚硝酸盐氮的去除效果

相关资料介绍[3]，亚硝酸盐是氨氮被完全氧化为硝酸盐的中间产物。而亚硝酸盐与仲胺作用会形成三致物质亚硝胺，所以有效控制亚硝酸盐在生化处理过程中的积累也是滤池重点关注的问题。

试验运行期间，炭砂复合滤池对亚硝酸盐氮去除效果见图6和图7。

图6 亚硝酸盐氮的去除效果

Fig.6 The effect of GAC-sand filter for nitrite-nitrogen removal

图7 亚硝酸盐氮的增加量和增加倍数

Fig.7 The quantity and time of nitrite-nitrogen increase

丰水期由于待滤水中氨氮含量较低，加上较高前加氯量情况下亚硝酸细菌转化氨氮为亚硝酸盐氮的作用被削弱，丰水期滤后亚硝酸盐氮平均积累量约为0.005mg/L，滤后亚硝酸盐氮含量达到我国2002年建设部1类水司水质标准规定的亚硝酸盐氮＜0.1mg/L的标准。枯水期由于适当减少了前加氯量，亚硝酸细菌转化氨氮为亚硝酸盐氮的作用得到提高，对应滤后亚硝酸盐氮累积量也较丰水期的高，平均累积量为0.014mg/L，比丰水期时高约0.010mg/L左右，但滤后亚硝酸盐氮含量也能达到＜0.1mg/L的标准。

3 结论与建议

3.1 试验研究结论

（1）丰水期前加氯量较大，待滤水余氯月平均含量在0.20~0.88mg/L范围内；枯水期适当减少了前加氯量，此时期待滤水余氯月平均含量在0.2mg/L以下。余氯含量减少，生物作用的提高，枯水期耗氧量较丰水期的高1.65mg/L。

（2）枯水期适当减少了前加氯量，滤池生化作用效果有所提高，此时期待滤水氨氮含量较丰水期高约0.4mg/L左右，但氨氮去除量比丰水期大0.30mg/L左右。枯水期滤后亚硝酸盐氮累积量为0.014mg/L，比丰水期时高约0.010mg/L左右，但滤后亚硝酸盐氮含量也能达到我国2002年建设部1类水司水质标准规定的亚硝酸盐氮＜0.1mg/L的标准。

3.2 建议

根据试验研究结果，炭砂复合滤池生化去除能力有限，较适用于处理微污染水。而在珠三角地区，在有较高前加氯量情况下炭砂复合滤池的适用水质为：氨氮＜1.0mg/L的季节性微污染水；而根据季节气候情况，适当减少前加氯量能有效提高炭砂复合滤池的净水效果。

參考文献：

[1] 生活饮用水标准检测方法[S]．GB/T 5750．13-2006：407～408．

[2] 叶辉，许建华．饮用水中的氨氮问题[J]．中国给水排水，2000，16（11）：31～34．

[3] 张自杰，林荣忱，金儒霖．排水工程（下册）[M]．北京：中国建筑工业出版社，2000，16．

第一作者简介：

罗国荣 男 1983年生 汉 广东 中国市政工程西北设计研究院有限公司

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。