隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，水中的有害物質(zhì)逐年增多，尤其是上世紀60年代以來，不少地區(qū)的飲用水水源日益惡化，同時，隨著水質(zhì)分析技術(shù)的進步，水源水和飲用水中的微量污染物又不斷的被檢測出來，這些，都對飲用水的處理提出了新的、更高的要求。

1.微污染水水源的特點

  目前飲用水被污染的特點有，有機物的含量高，氨氮的含量高，而水中的氨氮等耗氧物質(zhì)大量消耗水中的溶解氧，直接影響了自來水的色度、濁度等。

   目前，按對污染物的去除途徑的不同，預(yù)處理微污染水可以分為氧化法和吸附法，氧化法又可以分為化學(xué)氧化法和生物氧化法。生物陶粒作為生物氧化法的一種，由于其對微污染水的優(yōu)良的處理效果，近年來，受到了廣泛的重視。

2.陶粒特點

  以葉巖陶粒為例，陶粒以葉巖礦土為原料，經(jīng)破碎后，在1200℃左右的高溫下熔化，膨脹成5～40mm的球狀陶粒，再經(jīng)破碎后篩選而成。葉巖陶粒外殼呈暗紅色，表皮堅硬，內(nèi)部為鉛灰色，多孔質(zhì)輕。陶粒表面粗糙，不規(guī)則，有很多孔徑較大的孔洞，相互之間不連通，由于這種陶粒表面主要是一些開孔大于0.5μm的孔洞，而細菌的直徑為0.5～1.0μm。因而，陶粒的這種結(jié)構(gòu)對于微生物而言是非常有利的。

3.生物陶粒對微污染水的去除效果

  在生物陶粒反應(yīng)器中，溫度對有機物去除效果有一定的影響。一般來講，冬天比夏天的去除率低10%～20%左右。

  水溫接近10℃時，CODMn的去除率上升為18%左右，已經(jīng)同常溫下的去除效果相差不大。這是因為：一方面水溫降低使微生物的活性下降，另一方面生物陶粒反應(yīng)器中的微生物處于貧營養(yǎng)的環(huán)境中，相對于水中的有機物而言，生物陶粒仍然可以提供足夠的微生物量，從而在一定的低溫范圍內(nèi)，可以抵消由于水溫降低使微生物活性降低而帶來的負面影響。

  在低溫條件下，溫度對去除效果有明顯的影響。有實驗表明：當水溫在5℃～10℃時，CODMn的去除率在11%～23%之間，水溫低于5℃時，CODMn的去除率在5%～12%之間；在接近0℃時，CODMn的去除率僅在6%左右。這也是為什么在氣溫最低的兩個月——12月和1月中，生物陶粒的去除效果顯著降低的原因。在1月份和12月份，大部分時間水溫都低于2℃，在此溫度下，微生物的活性進一步降低，而且生物陶粒系統(tǒng)中微生物量也有所下降。

  因此，在實際運行時，應(yīng)該注意后續(xù)工藝的運行與管理，以保證出水水質(zhì)。

3.12生物陶粒對不同分子量有機物的去除效果

  生物陶粒濾池對不同分子量的有機物，有著不相同的去除效果，實驗結(jié)果表明：生物陶粒濾池對分子量大于10000的有機物去除效果最好，可達到60%以上；對分子量在1000～4000之間的有機物，生物過濾的去除效果也達到了50%；對分子量小于1000的有機物也有一定去除，其去除率在10%左右；而對于分子量在4000～10000之間的有機物，其含量不但沒有減少，反而有部分的增加。

  在生物陶粒濾池中，雖然水力停留時間短，但生物膜的比表面積較大，胞外聚合物中含有多聚糖等粘性物質(zhì)，可形成類似化學(xué)絮凝的作用，對水中大分子有機物具有較強的吸附凝聚能力，使其在反應(yīng)器中被填料上的生物膜吸附截留，從而對分子量較大的有機物形成較好的去除效果．而在生物處理過程中，微生物胞外酶能將較大分子有機物分解成較小分子有機物，并為維持微生物自身生長代謝中的物質(zhì)和能量需要，將部分低分子有機物分解成二氧化碳和水，因此，中小分子量（在1000～4000范圍的分子量）有機物也有較好的去除率．對于分子量在4000～10000之間的有機物含量有部分的增長的現(xiàn)象，這并不表示生物陶粒濾池對該區(qū)間的有機物沒有去除效果，可能是由于微生物把部分分子量大于1000有機物分解成為此區(qū)間的有機物，從而造成了此部分有機物含量的增加．因此生物過濾能去除親水性中小分子以及膠體和大分子有機物。

  負荷基本不變時，曝氣時間較長，相應(yīng)的去除率也很高，當停留時間很短，也即濾速很高時，基本上只能起到過濾作用，對有機物的去除率不明顯。而停留時間超過1h時，COD去除率并沒有較大提高，由此可知，曝氣區(qū)停留時間1h為宜。

4.對氨氮的去除效果

  氨氮的去除，生物陶粒濾池作為飲用水源水的預(yù)處理是非常出色的，常溫下對氨氮的去除率可以達到80%以上，即使在低溫條件下（0～14℃）時，也有較高的去除率。在正常運行時，生物陶粒對氨氮有較好的去除率。生物陶粒預(yù)處理工藝是去除微污染水源水中氨氮的一種行之有效的方法。

在低溫條件下，生物陶粒反應(yīng)器對于進水中氨氮仍然有較好的去除效果，即使在接近0℃的極低水溫下仍然具有65%以上的去除率，試驗期間生物陶粒反應(yīng)器出水氨氮低于0.5mg/L。

4.1 對低溫條件下，生物陶粒濾池仍然具有較高去除效果的分析。

 (1)化能自養(yǎng)硝化菌中，亞硝化桿菌（Nitrosomonas）和亞硝化球菌(Nitrosococcus)均適合在2～40℃范圍內(nèi)生長，硝化桿菌也適合在5～40℃范圍內(nèi)生長，因此，對溫度有一定的適應(yīng)性，而在低溫條件下（<5℃）生物陶粒濾池中分離出來的優(yōu)勢菌種中，假單胞菌占絕對優(yōu)勢，其中29種有詳細描述的假單細胞菌種，發(fā)現(xiàn)有5種可以在4℃或是4℃以下生長，也能在營養(yǎng)物質(zhì)貧乏的環(huán)境中生長繁殖。因此，保證了低溫條件下微生物對氨氮的去除效果。

  2)由莫諾得公式可見，在溫度下降時，盡管硝化細菌對氨氮的最大基質(zhì)降解速度隨溫度的下降而減小，即公式中的μmax減小，但其飽和系數(shù)Ks也隨溫度的下降而下降。因此，硝化細菌對氨氮的親和力得到了加強，硝化細菌對基質(zhì)的利用速率μ能保持一定的水平。同時，硝化細菌的自身氧化分解的速率隨溫度的降低而減小，表明能在較底的水溫條件下利用較小的能量進行生長和繁殖。

  3)根據(jù)MaCarty等人的研究，要維持生物膜的穩(wěn)態(tài)運行，則必須保持水中的有機物有一個最小濃度Smin，在溫度最低時，出水氨氮的最低濃度也較低，而在溫度上升后，出水氨氮的最低濃度也隨之上升。因此，在低溫條件下，生物陶粒濾池也能保持較高的去除率。

5.對濁度的處理效果

 水中形成濁度的因素較多，泥沙、懸浮物、管道等的二次污染、膠體、微生物群落以及一部分有機物都可以產(chǎn)生濁度。生物陶粒濾池對濁度有良好的去除效果，去除率基本維持在70%～90%之間，受水溫的影響較小。