响应面法优化超声波强化生物滤池预处理微污染水源水效果分析

伪摹拢抖2014年第33卷第2期ShanghaiEnvironmentalSciences响应面法优化超声波强化生物滤池预处理微污染水源水效果分析AnAnalysisonEffectivenessofEnhancedBiologicalFiIterwithUltrasonicOptimisedPre--treatingMicro--PollutedSourceWaterResponseSurfaceMethod王亚军杨亚红(兰州理工大学土木工程学院，兰州730050)WangVajunYangYahong(SchoolofCivilEngineering，LanzhouUniversityofTechnology,Lanzhou，730050)摘要由于传统水处理工艺不能满足微污染水源水中氨氮和有机质高效去除的要求，在组合填料生物滤池基础上，设置了超声辐射与无超声处理的生物滤池净化微污染水源水的对比实验，研究了超声波在最佳工况条件下对沸石一颗粒活性炭生物滤池预处理微污染水源水的强化作用。采用Box．Behnken响应面优化实验设计的影响因素(水温，水力停留时间、气水比)，分别建立了NH+一NCOD、浊度去除率与上述因素之间的二次多项式模型，得到最佳工况条件：水温为20。C、水力停留时间为30m_n、气水比为0．5：1。研究结果显示，最佳条件下，对微污染水中NHt-NCOD浊度的去除率分别达到97．4％、87．1％、96．9％，出水水质好于缺少超声波强化作用的情况。还进一步分析了超声波促进生物活性的机理，以期为净水工艺提供新的思路。关键词：超声波沸石一颗粒活，15炭生物滤池微污染水源水预处理AbstractAsconventionalwatertreatmentprocessesareunabletoefectivelyremoveNH~-N，CODMnjandotherorganicsinmicro-pollutedrawwater，astudyhasbeencarriedoutloexamiReacombinedprocessofultrasonicandzeolite．GACfgranularactivatedcarbon)filterforpre．treatingmicro．pollutedsourcewater．TheinfluenceofseveraIfactorsincludingwatertemperature，hydrauIicretentiontime(HRT)andair．to．waterratiowasevaluatedusinganoptimisingexperimentaldesignbasedonBox-Behnkenresponsesurfacemethod．Undertheoptimalconditionspredictedbyaquadraticmodel，i．e．，watertemperature20℃，HRT30minutes，air-to-waterratio0．5：1，theremovalratesofNH~,-N，CODMnandturbiditycouldbeabout97．4％，87．1％and96．9％，respectively．Themechanismofbiologicalactivityenhancemenlbyultrasonicwouldbeinvestigatedinfuturesoasloprovideanovelapproachtowatertreatment．Keywords：UltrasoundZeolite．granularactivatedcarbon(GAC)biologicalfilterMicro．．pollutedsourcewaterPre．．treatment大量文献lI表明水资源在中国西北地区是非常短缺的，而由水污染引起的水资源短缺近来越发受到关注，特别是水中的氨氮和有机物质。在水资源匮乏地带不得不选择污染水作为自来水厂水源[3_1，但传统水处理工艺不能高效地去除水中的氨氮和有机物质，后者的去除更是现代饮用水处理行业的主要挑战之一。因此，针对西北干旱地区极度缺水的情况，研究微污染水源水的预处理方法是非常重要和必要的l6]。在水厂水源水的处理中，生物滤池对CODM和．--——84--——NHjN有很好的去除效果。生物滤池一般以沸石[7]和颗粒活性炭(GAC)[81作为填料。同时，有报道【9j称超声波(i．高频率或超声诊断2～10MHz；ii．低频或传统功率超声20～1O0kHz；iii．中频或“声化学效应”超声300～1000kHz)可作为水反应体系的催化剂，Matsuura等_l0和Wood等⋯]研究表明，使用低功率甘肃省自然科学基金项目，编