隨著工業(yè)和城市的迅速發(fā)展，相當(dāng)多的飲用水源地受到了較嚴(yán)重污染，傳統(tǒng)的凈水工藝難以適應(yīng)微污染水源處理，不能有效去除原水中的氨氮、色度和藻類等。與此同時(shí)，人們對飲用水水質(zhì)的要求卻不斷提高。因此，微污染水源水處理成為近10年來我國水處理研究熱點(diǎn)之一，而在微污染水源水的處理中引入生物處理技術(shù)，已經(jīng)成為一個(gè)技術(shù)發(fā)展方向和有效手段。例如通過生物膜法進(jìn)行預(yù)處理，借助于微生物群體的新陳代謝活動(dòng)，對水中的有機(jī)污染物、氨氮、亞硝酸鹽以及鐵、錳等無機(jī)污染物進(jìn)行初步去除，既改善了水的混凝沉淀性能，也減輕了常規(guī)處理和后續(xù)處理過程的負(fù)荷。

對沸石濾料生物濾池處理微污染水源水中低濃度氨氮的掛膜啟動(dòng)性能進(jìn)行了研究。試驗(yàn)結(jié)果表明，掛膜過程可以根據(jù)氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮濃度的變化分為3個(gè)階段：初期沸石以本身對銨離子的吸附交換為主，氨氮去除率達(dá)88%以上；中期開始出現(xiàn)生物硝化作用，亞硝酸鹽積累明顯，硝酸鹽出水濃度不穩(wěn)定，氨氮去除率穩(wěn)定，但下降至65%左右；后期硝化反應(yīng)穩(wěn)定進(jìn)行，亞硝酸鹽迅速轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，氨氮去除率穩(wěn)定在60%以上。

由于微污染水源水中污染物含量較低，使生物沸石法處理源水具有不同于污水處理的一些特性。為了掌握低污染條件下的生物沸石反應(yīng)器的運(yùn)行原理和工況條件，以更好地控制運(yùn)行效果，在工程實(shí)踐中取得應(yīng)用，采用曝氣生物沸石濾柱為反應(yīng)器形式，通過長期連續(xù)的動(dòng)態(tài)運(yùn)行，重點(diǎn)研究了低含量氨氮在生物沸石反應(yīng)器運(yùn)行不同階段的去除和轉(zhuǎn)化以及影響因素。結(jié)果表明，水力停留時(shí)間越長，對氨氮的去除效果越好，水力停留時(shí)間為24min時(shí)，較為經(jīng)濟(jì)合理；隨著進(jìn)水氨氮濃度的降低，氨氮去除率下降，進(jìn)水氨氮的質(zhì)量濃度低于2mg/L時(shí)，生物沸石柱出現(xiàn)氨氮解吸現(xiàn)象；采用間歇曝氣方式，既不影響硝化作用又節(jié)約能耗；反應(yīng)最佳pH值為7.2～7.4。較早利用生物沸石反應(yīng)器去除微污染水源水中的氨氮、亞硝酸鹽氮、錳、有機(jī)物、色度、濁度等。經(jīng)長期運(yùn)行測試，生物沸石預(yù)處理器對氨氮、亞硝酸鹽氮、有機(jī)污染物等均有較高的去除效果。其中對氨氮、亞硝酸鹽氮和有機(jī)物的平均去除率分別為93%，90%和32%。并提出了反應(yīng)器的最佳過濾速度為8～10m/h，最佳填料填充高度為600～800mm。生物沸石反應(yīng)器具有和生物活性炭、生物陶粒一樣的性能，該技術(shù)為微污染水源水質(zhì)凈化提供了一種新材料，新途徑。

利用自行研制的生物沸石濾池處理污染水源水，探討了掛膜期間對CODMn和氨氮的去除效果；水力負(fù)荷對CODMn、氨氮、鐵、錳、濁度去除效果的影響以及溫度、水力停留時(shí)間對氨氮去除的影響等。結(jié)果表明：掛膜初期對氨氮的去除以離子交換和吸附作用為主，末期以硝化作用為主。氨氮的去除率呈現(xiàn)先下降再上升最后達(dá)到穩(wěn)定的現(xiàn)象；提高水力負(fù)荷對氨氮、CODMn、鐵、錳和濁度都有不同程度的影響，最佳水力負(fù)荷3.18m3/（m2·h）時(shí)，氨氮、CODMn、濁度、鐵和錳的去除率分別為75.2%，31.8%，27.8%，31.6%和48.2%，溫度和水力負(fù)荷對氨氮的去除率有較大影響，溫度較低時(shí)，降低水力負(fù)荷，提高水力停留時(shí)間，可以提高氨氮的去除率。利用臭氧的氧化性和生物沸石的生物、吸附和離子交換共同作用處理微污染模擬水源水，研究了臭氧氧化、生物過濾、沸石吸附對微污染水中有機(jī)物的不同處理效果和組合工藝的競爭、協(xié)同效果。結(jié)果表明：對于ρ（CODMn）為6.30-7.20mg/L的原水，在臭氧投加量為2.1mg/L，接觸時(shí)間為15min時(shí)，CODMn的去除率可達(dá)10.8%；沸石吸附對CODMn的平均去除率為11.5%，生物沸石對CODMn的平均去除率為32.3%。臭氧-沸石工藝的CODMn平均去除率為15.6%，小于工藝組成單元的單獨(dú)去除率的加和，各單元在有機(jī)物處理上存在競爭關(guān)系。

臭氧-生物沸石工藝的CODMn平均去除率為45.5%，大于臭氧氧化和生物過濾獨(dú)立單元去除率的加和，各單元之間為協(xié)同作用關(guān)系，因此宜采用臭氧-生物沸石工藝處理有機(jī)微污染水體。該課題組的研究結(jié)果還表明，生物沸石柱采用接種掛膜法，在水溫17～19℃，經(jīng)過17d掛膜成熟。掛膜期間COD和氨氮的去除率在到達(dá)最低點(diǎn)和穩(wěn)定值的時(shí)間上具有同步性，掛膜成熟后COD的去除率穩(wěn)定在40％左右，氨氮的去除率穩(wěn)定在70%左右。在臭氧存在的條件下，微生物仍能生存，微生物經(jīng)過2～3d的馴化，在臭氧投加量為2.1mg/L、接觸時(shí)間10min時(shí)，COD和氨氮的去除率均較高。