受污染珠江水的生物膜法預處理研究
論文作者：李家就 楊文進 朱建國 范次樵 陳可榮 沈軍
摘要：采用生物接觸氧化池對受污染珠江水源水進行預處理。中試結果表明，當填料水力負荷為1 m3/(m3·h)、氣水比為2∶1時，可去除氨氮92%、亞硝酸鹽氮80%、BOD585%、藻類69%，處理效果高于塔式生物濾池。
關鍵詞：飲用水處理 生物接觸氧化池 塔式生物濾池 去除率
珠江(廣州后航道)由于受到污染，近年來水質顯著惡化，有時江水呈灰黑色，有異嗅異味。此種水源水僅使用混凝沉淀、過濾的常規凈水工藝進行處理，其出廠水的氨氮、亞硝酸鹽氮以及CODMn等指標難于符合一類水司自來水水質的要求。
為 研究 受污染珠江水源水的生物膜預處理效果， 中國 市政工程中南設計研究院與廣州市自來水公司，在廣州石溪水廠進行了生物接觸氧化池和塔式生物濾池的對比試驗(中試規模為1000m3/d)。試驗期間，四座構筑物的進水均為同一水質，各時段的填料水力負荷相同。
1 中試設施
1.1 生物接觸氧化池
生物接觸氧化池中試設施如圖1所示。
接觸氧化池為兩格串聯，兩格平面凈空尺寸均為1.5 m×1.5 m，總深度為4 m。原水由第一格上部入池，經過下部連通孔進入第二格，出水從第二格上部流出。兩格池均裝YDT彈性填料，彈性填料相鄰立繩的絲束之間有重疊，填料高度為3 m。兩格池均設中心筒，由空壓機經穿孔曝氣管，從中心筒底向筒內供氣。
1.2 塔式生物濾池
塔式生物濾池為三座鋼結構池，每池凈空平面尺寸為1 m×1 m，池頂淋水配水高度為1.2 m，池底距地面0.8 m。池內分別裝有高度為4 m、6 m、8 m的“立波型”聚氯乙烯塑料填料，池頂設穿孔配水板及固定式蓮蓬頭。原水由蓮蓬頭灑向配水板，經填料后從底部集水槽流出。圖2為中試工藝示意圖。
2 原水水質
1994年2月--1995年1月進水水質見表1。一年之中，除7月—10月外，其它時間進水的氨氮、ODMn、BOD5都高，而以1月--3月尤甚。
| 項目 | 最高 | 最低 | 月平均值 |
| NH3-N | 5.610 | 0.020 | 1.663 |
| NO2--N | 0.58 | 0.028 | 0.159 |
| CODMn | 15.14 | 0.68 | 6.54 |
| BOD5 | 13.35 | 0.45 | 4.15 |
| TOC | 16.9 | 0.2 | 4.2 |
| 濁度（NTU） | 322 | 20 | 58 |
3 結果和討論
生物接觸氧化池和塔式生物濾池都于1994年1月24日開始掛膜，掛膜期間水溫為14～18 ℃。完成掛膜歷時分別約為：生物接觸池15 d，8 m高填料塔30 d，4 m和6 m高填料塔45 d。掛膜完成時的氨氮去除率約60%。
兩種池子連續運行觀察時間共418 d，每周取水樣化驗6～7次。
3.1 進、出水水質比較
表2是在填料的6種水力負荷下，接觸氧化池、三座塔式濾池的出水及其同一進水的五項水質指標 分析 結果的平均值。
生物接觸氧化池出水的五項指標平均值中，除一次濁度之外，都比三座塔式生物濾池的出水低 。當填料水力負荷<1.44 m3/(m3·h)時，生物接觸氧化池出水的氨氮均<0.5 mg/L，而塔式生物濾池僅部分出水氨氮<0.5 mg/L。
3.2 五項指標的去除率比較
生物接觸氧化池在填料水力負荷為1 m3/(m3·h)時，五項指標的平均去除率分別約為：氨氮92%～96%，亞硝酸鹽氮78%～89%，CODMn27%～54%，BOD583%～89%，濁度64%。這些平均去除率下限值的氣水比是1∶1，上限值的氣水比是2∶1。
當填料水力負荷增至1.12 m3/(m3·h)時，去除率顯著降低;隨著負荷的繼續增大，去除率相應銳減。因此，生物接觸氧化池的填料水力負荷以采用1 m3/(m3·h)為宜。
綜合評價氣水比與五項指標去除效果的關系，可以認為氣水比2∶1優于1∶1;氣水比在3∶1與2∶1之間以及氣水比在1∶1與0.5∶1之間均無顯著差異。因此，接觸氧化池曝氣用的氣水比以2∶1為宜。
塔式生物濾池的處理效果也是在填料水力負荷為1 m3/(m3·h)時為較好，但出水的亞硝酸鹽氮、CODMn、BOD5有時大于進水，甚至在其他各種填料水力負荷下出現去除率為負值的情況，這是由于塔式生物濾池的脫膜在出水中以CODMn和BOD5等形式反映出來。
| 項目 | 填料水力負荷[m3/(m3.h)] | 原水（mg/L） | 接觸氧化池出水（mg/L） | 塔式濾池出水（mg/L） | ||
| 4m 高 | 6m 高 | 8m 高 | ||||
| 氨氮 | 0.64 | 3.73 | 0.28 | 1.20 | 0.80 | 0.67 |
| 0.80 | 1.13 | 0.04 | 0.09 | 0.06 | 0.05 | |
| 1.00 | 2.31 | 0.09 | 0.23 | 0.17 | 0.12 | |
| 1.12 | 0.72 | 0.13 | 0.45 | 0.32 | 0.43 | |
| 1.28 | 1.49 | 0.36 | 0.92 | 0.84 | 0.89 | |
| 1.44 | 2.18 | 1.03 | 1.55 | 1.70 | 1.55 | |
| 亞硝酸鹽氮 | 0.64 | 0.115 | 0.079 | 0.167 | 0.190 | 0.209 |
| 0.80 | 0.382 | 0.043 | 0.129 | 0.112 | 0.087 | |
| 1.00 | 0.493 | 0.054 | 0.209 | 0.160 | 0.108 | |
| 1.12 | 0.309 | 0.079 | 0.149 | 0.103 | 0.117 | |
| 1.28 | 0.173 | 0.129 | 0.155 | 0.165 | 0.165 | |
| 1.44 | 0.211 | 0.188 | 0.218 | 0.216 | 0.238 | |
| CODMn | 0.64 | 10.10 | 6.34 | 8.66 | 9.36 | 9.29 |
| 0.80 | 5.99 | 3.86 | 6.20 | 5.35 | 5.54 | |
| 1.00 | 6.24 | 2.85 | 4.19 | 4.60 | 4.31 | |
| 1.12 | 6.24 | 5.39 | 6.47 | 7.01 | 6.54 | |
| 1.28 | 5.63 | 4.69 | 5.48 | 5.21 | 5.40 | |
| 1.44 | 6.75 | 4.82 | 6.19 | 5.68 | 6.08 | |
| BOD5 | 0.64 | 8.07 | 2.83 | 7.42 | 6.44 | 4.95 |
| 0.80 | 7.51 | 0.89 | 1.71 | 2.07 | 1.75 | |
| 1.00 | 8.08 | 0.92 | 1.75 | 1.97 | 1.72 | |
| 1.12 | 5.80 | 1.46 | 3.78 | 3.55 | 3.58 | |
| 1.28 | 2.90 | 1.79 | 3.37 | 4.05 | 3.27 | |
| 1.44 | 3.74 | 5.48 | 8.25 | 8.41 | 8.51 | |
| 濁度(NTU） | 0.64 | 51 | 11 | 27 | 29 | 32 |
| 0.80 | 76 | 38 | 62 | 63 | 63 | |
| 1.00 | 53 | 19 | 40 | 41 | 37 | |
| 1.12 | 38 | 26 | 30 | 29 | 33 | |
| 1.28 | 56 | 50 | 49 | 50 | 47 | |
| 1.44 | 52 | 39 | 47 | 48 | 48 | |
試驗結果表明：塔愈高，氨氮和BOD5的去除率就愈高。這是由于高塔通風好，有利于氨和揮發性BOD5的去除。
三座塔式生物濾池的90個數據中，只有8個平均值略大于或接近于生物接觸氧化池的去除率，其他82個(占89%)去除率平均值都遠小于生物接觸氧化池。可見，在相同填料水力負荷的條件下，生物接觸氧化池的生物預處理效果優于塔式生物濾池。塔式生物濾池中的水與生物膜接觸時間不夠是其處理效果較差的主要原因。
3.3 藻類的去除比較
中試期間，珠江水源水的藻類含量為(0.17～53.1) 萬個/L，主要是直鏈藻，其次為纖維藻和圓篩藻。兩種池子的處理結果見表3。| 項目 | 原水 | 生物接觸氧化池出水 | 塔式生物濾池出水 | ||
| 4m 高 | 6m 高 | 8m 高 | |||
| 藻類平均含量（萬個/L） | 7.46 | 2.31 | 7.22 | 3.32 | 4.37 |
| 去除率（%） | 69 | 3.2 | 55.5 | 41.4 | |
3.4 加藥量比較
在水力負荷為1.12 m3/(m3·h)、1.28 m3/(m3·h)時，分別取生物接觸氧化池和塔式生物濾池的出水以及原水，進行加礬量和加氯量的試驗。
以聚合鋁為混凝劑，投加后經過攪拌混合、絮凝和靜置沉淀后測上清液濁度。結果表明：接觸氧化池出水的加礬量明顯少于原水，一般可節省21.1%;塔式濾池出水加礬量無明顯減少。
用次氯酸鈉加氯，與原水相比較，生物接觸氧化池出水加氯量減少25%～35%，塔式生物濾池出水加氯量減少15%～25%。
3.5 生物接觸氧化池對中斷運行的適應性
在水廠生產中，很難避免運行中斷。為觀察生物接觸氧化池對中斷運行的適應性，將生物接觸氧化池停止運行24 h，然后用停止運行前的相同條件重新開始運行，并于運行后3 h、24 h分別采樣 分析 ，結果見表4。
表4說明，生物接觸氧化池中填料上的生物膜對中斷運行有較好的適應性。停止運行24 h，重新開始運行3 h后處理效果已恢復正常。
| 運行狀況 | pH | 濁度（NTU） | 氨氮（mg/L） | 亞硝酸鹽氮（mg/L） | 硝酸鹽氮（mg/L） | CODMn（mg/L） | |||||||
| 進水 | 出水 | 進水 | 出水 | 進水 | 出水 | 進水 | 出水 | 進水 | 出水 | 進水 | 出水 | ||
| 中斷運行之前 | 7.00 | 7.10 | 31 | 28 | 0.86 | 0.50 | 0.146 | 0.072 | 0.81 | 0.77 | 6.23 | 4.96 | |
| 中斷24h后重新啟動運行 | 3h后 | 7.00 | 7.10 | 65 | 12 | 3.18 | 0.41 | 0.096 | 0.051 | 0.45 | 0.73 | 8.81 | 5.13 |
| 24h后 | 8.95 | 7.15 | 60 | 25 | 3.21 | 0.48 | 0.178 | 0.163 | 0.46 | 1.09 | 7.75 | 5.88 | |
4 結論
① 采用生物接觸氧化池預處理受污染的珠江(廣州后航道)原水，處理效果穩定。當填料水力負荷為1 m3/(m3·h)時，生物接觸氧化池的去除率為：
氨氮92%～96%，亞硝酸鹽氮78%～89%，BOD583%～89%，CODMn27%～54%，濁度31%～85%，藻類69%。填料的水力負荷宜為1 m3/(m3·h)，水力負荷增高，則處理效率明顯降低，氣水體積比宜為2∶1。
② 填料4 m、6 m和8 m高的三種塔式生物濾池的處理效率也是在填料水力負荷為1 m3/(m3·h)時較好，但都明顯低于生物接觸氧化池。在1 m3/(m3·h)水力負荷的條件下，去除率為：氨氮81.7%～95.7%，亞硝酸鹽氮39.8%～79.3%，CODMn11.3%～17.3%，BOD559.9%～76.2%，濁度20.1%～34.9%，藻類22.0%～55.2%。高塔處理效果優于低塔。
③ 生物接觸氧化池進行預處理可降低后續混
凝沉淀工藝的礬耗。在填料水力負荷1.12 m3/(m3·h)條件下，氯耗降低25%～35%;塔式生物濾池可降低氯耗15%～25%，水力負荷增高，則降低率減小。
④ 生物接觸氧化池對間歇運行有較強的適應性能，停止運行24 h對處理效果無明顯 影響 。
參加試驗 研究 工作人員：張小平、王錦城、吳秀媚、蘭慶文、朱衛南。
參考 文獻
1 李家就等.富營養化湖泊水源生物預處理研究. 中國 給水排水，1992;8(6)：4
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