受污染珠江水的生物膜法预处理研究
论文作者：李家就 杨文进 朱建国 范次樵 陈可荣 沈军
摘要：采用生物接触氧化池对受污染珠江水源水进行预处理。中试结果表明，当填料水力负荷为1 m3/(m3·h)、气水比为2∶1时，可去除氨氮92%、亚硝酸盐氮80%、BOD585%、藻类69%，处理效果高于塔式生物滤池。
关键词：饮用水处理 生物接触氧化池 塔式生物滤池 去除率
珠江(广州后航道)由于受到污染，近年来水质显著恶化，有时江水呈灰黑色，有异嗅异味。此种水源水仅使用混凝沉淀、过滤的常规净水工艺进行处理，其出厂水的氨氮、亚硝酸盐氮以及CODMn等指标难于符合一类水司自来水水质的要求。
为 研究 受污染珠江水源水的生物膜预处理效果， 中国 市政工程中南设计研究院与广州市自来水公司，在广州石溪水厂进行了生物接触氧化池和塔式生物滤池的对比试验(中试规模为1000m3/d)。试验期间，四座构筑物的进水均为同一水质，各时段的填料水力负荷相同。
1 中试设施
1.1 生物接触氧化池
生物接触氧化池中试设施如图1所示。
接触氧化池为两格串联，两格平面净空尺寸均为1.5 m×1.5 m，总深度为4 m。原水由第一格上部入池，经过下部连通孔进入第二格，出水从第二格上部流出。两格池均装YDT弹性填料，弹性填料相邻立绳的丝束之间有重叠，填料高度为3 m。两格池均设中心筒，由空压机经穿孔曝气管，从中心筒底向筒内供气。
1.2 塔式生物滤池
塔式生物滤池为三座钢结构池，每池净空平面尺寸为1 m×1 m，池顶淋水配水高度为1.2 m，池底距地面0.8 m。池内分别装有高度为4 m、6 m、8 m的“立波型”聚氯乙烯塑料填料，池顶设穿孔配水板及固定式莲蓬头。原水由莲蓬头洒向配水板，经填料后从底部集水槽流出。图2为中试工艺示意图。
2 原水水质
1994年2月--1995年1月进水水质见表1。一年之中，除7月—10月外，其它时间进水的氨氮、ODMn、BOD5都高，而以1月--3月尤甚。
| 项目 | 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 |
| 浊度（NTU） | 322 | 20 | 58 |
3 结果和讨论
生物接触氧化池和塔式生物滤池都于1994年1月24日开始挂膜，挂膜期间水温为14～18 ℃。完成挂膜历时分别约为：生物接触池15 d，8 m高填料塔30 d，4 m和6 m高填料塔45 d。挂膜完成时的氨氮去除率约60%。
两种池子连续运行观察时间共418 d，每周取水样化验6～7次。
3.1 进、出水水质比较
表2是在填料的6种水力负荷下，接触氧化池、三座塔式滤池的出水及其同一进水的五项水质指标 分析 结果的平均值。
生物接触氧化池出水的五项指标平均值中，除一次浊度之外，都比三座塔式生物滤池的出水低 。当填料水力负荷<1.44 m3/(m3·h)时，生物接触氧化池出水的氨氮均<0.5 mg/L，而塔式生物滤池仅部分出水氨氮<0.5 mg/L。
3.2 五项指标的去除率比较
生物接触氧化池在填料水力负荷为1 m3/(m3·h)时，五项指标的平均去除率分别约为：氨氮92%～96%，亚硝酸盐氮78%～89%，CODMn27%～54%，BOD583%～89%，浊度64%。这些平均去除率下限值的气水比是1∶1，上限值的气水比是2∶1。
当填料水力负荷增至1.12 m3/(m3·h)时，去除率显著降低;随着负荷的继续增大，去除率相应锐减。因此，生物接触氧化池的填料水力负荷以采用1 m3/(m3·h)为宜。
综合评价气水比与五项指标去除效果的关系，可以认为气水比2∶1优于1∶1;气水比在3∶1与2∶1之间以及气水比在1∶1与0.5∶1之间均无显著差异。因此，接触氧化池曝气用的气水比以2∶1为宜。
塔式生物滤池的处理效果也是在填料水力负荷为1 m3/(m3·h)时为较好，但出水的亚硝酸盐氮、CODMn、BOD5有时大于进水，甚至在其他各种填料水力负荷下出现去除率为负值的情况，这是由于塔式生物滤池的脱膜在出水中以CODMn和BOD5等形式反映出来。
| 项目 | 填料水力负荷[m3/(m3.h)] | 原水（mg/L） | 接触氧化池出水（mg/L） | 塔式滤池出水（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 | |
| 亚硝酸盐氮 | 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 | |
| 浊度(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 | |
试验结果表明：塔愈高，氨氮和BOD5的去除率就愈高。这是由于高塔通风好，有利于氨和挥发性BOD5的去除。
三座塔式生物滤池的90个数据中，只有8个平均值略大于或接近于生物接触氧化池的去除率，其他82个(占89%)去除率平均值都远小于生物接触氧化池。可见，在相同填料水力负荷的条件下，生物接触氧化池的生物预处理效果优于塔式生物滤池。塔式生物滤池中的水与生物膜接触时间不够是其处理效果较差的主要原因。
3.3 藻类的去除比较
中试期间，珠江水源水的藻类含量为(0.17～53.1) 万个/L，主要是直链藻，其次为纤维藻和圆筛藻。两种池子的处理结果见表3。| 项目 | 原水 | 生物接触氧化池出水 | 塔式生物滤池出水 | ||
| 4m 高 | 6m 高 | 8m 高 | |||
| 藻类平均含量（万个/L） | 7.46 | 2.31 | 7.22 | 3.32 | 4.37 |
| 去除率（%） | 69 | 3.2 | 55.5 | 41.4 | |
3.4 加药量比较
在水力负荷为1.12 m3/(m3·h)、1.28 m3/(m3·h)时，分别取生物接触氧化池和塔式生物滤池的出水以及原水，进行加矾量和加氯量的试验。
以聚合铝为混凝剂，投加后经过搅拌混合、絮凝和静置沉淀后测上清液浊度。结果表明：接触氧化池出水的加矾量明显少于原水，一般可节省21.1%;塔式滤池出水加矾量无明显减少。
用次氯酸钠加氯，与原水相比较，生物接触氧化池出水加氯量减少25%～35%，塔式生物滤池出水加氯量减少15%～25%。
3.5 生物接触氧化池对中断运行的适应性
在水厂生产中，很难避免运行中断。为观察生物接触氧化池对中断运行的适应性，将生物接触氧化池停止运行24 h，然后用停止运行前的相同条件重新开始运行，并于运行后3 h、24 h分别采样 分析 ，结果见表4。
表4说明，生物接触氧化池中填料上的生物膜对中断运行有较好的适应性。停止运行24 h，重新开始运行3 h后处理效果已恢复正常。
| 运行状况 | pH | 浊度（NTU） | 氨氮（mg/L） | 亚硝酸盐氮（mg/L） | 硝酸盐氮（mg/L） | CODMn（mg/L） | |||||||
| 进水 | 出水 | 进水 | 出水 | 进水 | 出水 | 进水 | 出水 | 进水 | 出水 | 进水 | 出水 | ||
| 中断运行之前 | 7.00 | 7.10 | 31 | 28 | 0.86 | 0.50 | 0.146 | 0.072 | 0.81 | 0.77 | 6.23 | 4.96 | |
| 中断24h后重新启动运行 | 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 结论
① 采用生物接触氧化池预处理受污染的珠江(广州后航道)原水，处理效果稳定。当填料水力负荷为1 m3/(m3·h)时，生物接触氧化池的去除率为：
氨氮92%～96%，亚硝酸盐氮78%～89%，BOD583%～89%，CODMn27%～54%，浊度31%～85%，藻类69%。填料的水力负荷宜为1 m3/(m3·h)，水力负荷增高，则处理效率明显降低，气水体积比宜为2∶1。
② 填料4 m、6 m和8 m高的三种塔式生物滤池的处理效率也是在填料水力负荷为1 m3/(m3·h)时较好，但都明显低于生物接触氧化池。在1 m3/(m3·h)水力负荷的条件下，去除率为：氨氮81.7%～95.7%，亚硝酸盐氮39.8%～79.3%，CODMn11.3%～17.3%，BOD559.9%～76.2%，浊度20.1%～34.9%，藻类22.0%～55.2%。高塔处理效果优于低塔。
③ 生物接触氧化池进行预处理可降低后续混
凝沉淀工艺的矾耗。在填料水力负荷1.12 m3/(m3·h)条件下，氯耗降低25%～35%;塔式生物滤池可降低氯耗15%～25%，水力负荷增高，则降低率减小。
④ 生物接触氧化池对间歇运行有较强的适应性能，停止运行24 h对处理效果无明显 影响 。
参加试验 研究 工作人员：张小平、王锦城、吴秀媚、兰庆文、朱卫南。
参考 文献
1 李家就等.富营养化湖泊水源生物预处理研究. 中国 给水排水，1992;8(6)：4
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
