浸沒式生物膜法處理東深源水的研究和工程應用
前 言：
東深源水水質從九十年代初以來逐漸下降，尤其氨氮濃度超過國際和國內標準多倍，嚴重影響著深圳和香港的飲用水水質和自來水廠的運行成本。經過幾年現場研究，開發出適合當地微污染源水的預處理工藝，建成了特大型（400萬M3/d）東深源水生物預處理工程，污染物去除效果良好，運行十分穩定，改善了源水水質。經過研究表明，浸沒式生物膜法處理微污染源水既經濟又安全有效，試驗研究優化確定了東深源水生物處理工程的主要設計參數，求得了適當的水流速度和水力坡降，妥善解決了微細泥砂在填料和池底積累以致影響生物處理池的去除效率問題，以及苔蘚蟲和椎實螺等微小動物的大量生長影響生物處理池的穩定運行等問題。為處理工藝設計和工程控制措施提供了依據。工程建成兩年多來，污染物的去除效果良好，主要污染物氨氮的去除效果如下：年平均進水濃度為3.3mg/l時，供港水的氨氮濃度降到0.5mg/l，總去除率為84.3%。同時，水中CODMn、BOD5、SS、Fe等污染物也有較好的去除效果，達到或超出了預期目標。運行成本僅0.023元/m3，經濟與社會效益顯著。
研究方法：
試驗研究規模為1824m3～26900m3日處理量，在生物處理池長為20m，有效水深為3.8m，寬為1.0m的兩條現場中試模型中進行，AB兩池的布氣方式不同，A池采用微孔園盤布氣，B池采用穿孔管布氣，池中滿裝3m高的YDT彈性立體填料。試驗采用自然掛膜方式，當HRT為60min，氣水比為1.7，水溫為24.0～27.4℃時，經兩周時間的運行氨氮去除率超過70%，認為完成了啟動過程，正式試驗開始。
結果與討論：
1．試驗考察了進水氨氮濃度對氨氮去除效果的影響
試驗表明，當HRT為50min，兩種曝氣方式不同氣水比條件下，隨進水氨氮濃度的升高，氨氮去除率均下降，并且氣水比越小，這種下降趨勢越大；同一曝氣方式進水氨氮濃度相同時，總體上隨氣水比的增大，氨氮去除率上升。
2．試驗考察了氣水比對氨氮去除效果的影響
試驗表明，同一曝氣方式條件下，隨氣水比的增大，氨氮去除率升高；各氣水比條件下微孔曝氣方式氨氮去除率均高于穿孔管曝氣方式；氣水比大于1.2后，兩種曝氣方式的氨氮去除率漸趨接近。
3．試驗考察了水力停留時間（HRT）對氨氮去除效果的影響
試驗表明，在穿孔管曝氣方式，曝氣強度為5.47m3/m2·h，HRT分別為50，54，60min條件下，氨氮去除率隨進水氨氮濃度的升高均呈現下降趨勢。進水氨氮濃度相同時，HRT越大，氨氮去除率越高，說明HRT對氨氮去除率影響較大，特別是進水氨氮濃度較高時，HRT的影響為就顯得尤為突出。試驗表明，當HRT為4.1、30、40、50、60min時，其氨氮相應去除率為9.7%、52.5%、62.9%、71.1%,
77.4%。
4．試驗考察了水溫對氨氮去除效果的影響
試驗表明，水溫對氨氮容積去除負荷影響較大，兩者之間近似呈現指數關系，從試驗數據推測，當水溫低于5℃時，氨氮去除率很低。當氨氮進水濃度相同時，水溫22.2℃比25.7℃的氨氮去除率要低6個百分點。
5．試驗考察了DO、pH和堿度對氨氮去除效果的影響。
試驗表明，無論是同一曝氣方式不同氣水比之間去除效率的比較，還是兩種曝氣方式同一氣水比時運行狀況的變化，都說明氨氮去除率隨DO的增加而增加，當DO超過6mg/l后，DO對氨氮去除率的影響不大。當達到同一氨氮去除率時，微孔曝氣方式的DO比穿孔管曝氣方式要高，為保證去除效果穩定，應保持水中DO≥6mg/l。本研究中尚未發現源水pH和堿度對硝化過程產生明顯影響。
6．試驗中遇到的問題和對策
① 填料上和池底積泥問題。第一階段試驗水流流速較小，約為0.005m/s，引起大量的泥砂在填料上和池底積累，試驗表明，池中平均水流速度為0.0813m/s，上水層平均流速為0.32m/s，填料層為0.023m/s，下水層為0.361m/s時，足以將池底的積泥和填料上脫落的泥砂推出池外。
② 生物處理池的短流問題。從上述水流流速的分布可見，生物處理池斷面上水層，填料層和下水層水流速度不同，產生了短流的疑慮。利用羅丹明作示蹤劑試驗表明，在曝氣的情況下，投藥點下方22m處的水流水質已處完全混合狀態。
③ 生物處理池的水力摩阻問題。生產裝置為6條25m寬、3.8m水深，270m長的生物處理池采用平均流速為0.0813m/s（此時池底流速為0.361m/s），內裝3m高填料10萬m3。試驗得出了曝氣時的壅水高度除以池長即求得了設計水力坡降為2.5‰.
④ 微型動物的異常生長與對策
中試研究中發現，苔蘚蟲和椎實螺在填料上大量生長。經試驗表明，苔蘚蟲暴發性生長會增加填料重量并加劇泥砂在填料上積累。穩定生長時，對氨氮的去除率影響不大。椎實螺優先取食生物膜上的原生動物、后生動物、藻類、細菌等，會影響氨氮的去除率，利用間歇使水中缺氧會使其浮上水面的習性，加以除去。
結 論：
試驗表明，浸沒式生物膜法預處理微污染東深源水，能有效去除氨氮等有機污染物，確定并優化了工程設計和運行參數，試驗為工程設計合理解決了水力摩阻、填料和池底積泥，以及微小動物暴長及控制等技術難題。特大型東深源水生物預處理工程設計合理，運行穩定，除對氨氮有顯著去除效果外，同時還對色度、濁度、非離子氨、總氮、鐵、錳、鉛、鋅和藻類等10多項水質指標均有不同程度的去除效果，大大改善了供港水質。
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