廣東省東江—深圳供水工程管理局
葉旭全 謝漢強(qiáng) 張輝 黃興南

　　摘要：東深源水生物硝化工程是采用生物接觸氧化法，對(duì)微污染源水進(jìn)行處理，通過(guò)半年的試運(yùn)行，可以初步認(rèn)為，生物接觸氧化工藝是適合于處理東深源水微污染要求的，對(duì)氨氮去除率在75%以上，對(duì)其它10多項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)也有不同程度的降解，基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。為了進(jìn)一步完善該工程的運(yùn)行管理，我們正在開(kāi)展試運(yùn)行階段的各項(xiàng)研究課題，使工程的效益得到進(jìn)一步提高。

　　前言

　　廣東省東江—深圳供水工程是一宗向香港、深圳和東莞鄉(xiāng)鎮(zhèn)供應(yīng)源水的跨流域大型引水工程，從工程建成投產(chǎn)的1965年初至1998年底。已累計(jì)向香港供水108.35億立米，向深圳市供水27.52億立米，為香港的繁榮穩(wěn)定和深圳特區(qū)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。
　　八十年代初期，東深供水水質(zhì)仍保持了東江源水的較高質(zhì)量水平。進(jìn)入九十年代以后，隨著流域經(jīng)濟(jì)從過(guò)去以農(nóng)業(yè)為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀齺?lái)一補(bǔ)的工業(yè)為主，外來(lái)人口急劇增加，污水排放量逐年增加，東深工程源水的污染速度加快。面對(duì)水質(zhì)日益惡化，近年來(lái)東深局先后同華南環(huán)科所和同濟(jì)大學(xué)等研究單位和高等院校，開(kāi)展多項(xiàng)采用生物措施改善供水水質(zhì)的科研項(xiàng)目。同時(shí)，省水利廳于1996—1997年間先后主持召開(kāi)了有全國(guó)水處理專家參加的三次水質(zhì)保護(hù)技術(shù)研討會(huì)，專家們通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的源水處理工藝—物理化學(xué)方法和生物處理方法比較，認(rèn)為生物接觸氧化法具備本工程對(duì)水質(zhì)處理目標(biāo)的要求。其特點(diǎn)為處理負(fù)荷高，處理效果穩(wěn)定良好，對(duì)處理構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)和型式要求低，易于維護(hù)管理，且經(jīng)常性運(yùn)行費(fèi)用低，是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外處理微污染源水較為經(jīng)濟(jì)的工藝，較適合東深工程的實(shí)際，省水利廳決定開(kāi)展生物硝化工藝處理源水的試驗(yàn)研究。
　　東深供水局和同濟(jì)大學(xué)先后在1994年10月和1997年4月對(duì)東深源水進(jìn)行小試和優(yōu)化試驗(yàn)（中試），以及1996年8月省水利廳，東深供水局部分領(lǐng)導(dǎo)會(huì)同同濟(jì)大學(xué)水處理專家實(shí)地考察已投產(chǎn)的寧波梅林水廠和嘉興市石白漾水廠，試驗(yàn)研究和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果表明，采用生物接觸氧化工藝處理微污染源水是切實(shí)可行的，是適用于處理東深源水微污染要求的，及時(shí)為領(lǐng)導(dǎo)決策提供了可靠的科學(xué)依據(jù)，為東深供水源水生物硝化工程的實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。
　　1997年廣東省計(jì)委和建委先后組織和通過(guò)了該工程的項(xiàng)目可行性研究和初步設(shè)計(jì)評(píng)審，經(jīng)省政府批準(zhǔn)，決定興建東深供水源水生物硝化工程。1998年1月5日工程正式開(kāi)工，經(jīng)過(guò)全體建設(shè)者日以繼夜的奮戰(zhàn)，工程于1998年12月28日通過(guò)省水利廳組織的驗(yàn)收，工程實(shí)現(xiàn)了當(dāng)年開(kāi)工、當(dāng)年建成、當(dāng)年投產(chǎn)的建設(shè)目標(biāo)。

　　1、生物硝化工程慨況

　　本工程位于深圳水庫(kù)庫(kù)尾，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為400萬(wàn)^m3/日，即設(shè)計(jì)流量為46.3 ^m3/s，按生物處理池24小時(shí)運(yùn)行，每小時(shí)流量為16.7萬(wàn)^m3。
　　東深供水源水經(jīng)沉砂區(qū)去除大的砂粒，再由粗格柵欄截大的漂浮物，細(xì)格柵攔截小的漂浮物及懸浮物后，進(jìn)入該工藝的主體一生物處理池。使有機(jī)污染物和氨氮因氧化作用而得到降解。
　　詳見(jiàn)“東深供水源水生物處理工程工藝流程圖”

　　生物處理池最大外形尺寸為316.5×200^m,面積約6.33萬(wàn)^m2，屬砼和鋼筋砼結(jié)構(gòu)，設(shè)6條寬25 ^m，長(zhǎng)270 ^m過(guò)水廊道，生物池底坡降采用2.5‰，進(jìn)出口分別設(shè)進(jìn)口閘門和出口閘門，處理池頂垂直于廊道隔墻設(shè)三座人行橋，在處理池的中央隔墻頂設(shè)61×10 ^m鼓風(fēng)機(jī)房一座。
　　泄洪閘及填筑壩并排設(shè)在生物處理池右側(cè)，總長(zhǎng)188 ^m，其中水閘總長(zhǎng)41 ^m，寬60.2 ^m,分5孔,每孔凈寬10 ^m,高6.5 ^m 。
　　變電站配電廠房布置在生物池的左岸，長(zhǎng)46.64 ^m，寬19.0 ^m。詳見(jiàn)“東深供水源水生物處理工程總平面布置圖”。
　　生物處理池工藝部分主要設(shè)計(jì)參數(shù)：
　　水力停留時(shí)間 55.40分鐘
　　填料接觸時(shí)間 39.3分鐘
　　有效水深 3.8 ^m填料高度 3.0 ^m氣水比 1:1
　　本工程填料支架采用固定式不銹鋼支架,為便于安裝和管理,支架由多種構(gòu)件并裝成一個(gè)方陣,每個(gè)方陣尺寸為:長(zhǎng)×寬×高=12.0×25.0×3.7^m，每條廊道安裝20個(gè)，6條廊道共120個(gè)方陣，共安裝不銹鋼1400^T。
　　根據(jù)東深源水工藝優(yōu)化試驗(yàn)，YDT彈性立體填料其掛膜，脫膜容易，使用壽命長(zhǎng)，處理效果好，運(yùn)輸和安裝也較為方便，因此，綜合填料比表面積，價(jià)格比較和試驗(yàn)結(jié)果，確定本工程選用YDT彈性立體填料。填料在現(xiàn)場(chǎng)加工后，安裝在不銹鋼支架上，填料體積占生物池體積的71.1%，工程共安裝填料10.7萬(wàn)^m3。
　　曝氣方式采用穿孔管曝氣。曝氣管道系統(tǒng)中的主干管及干管布置在地面上或隔墻中，采用鋼制管道，其防腐要求為埋管部分涂瀝青漆及兩層以上瀝青玻璃絲布，外露部分涂環(huán)氧防銹底漆和面漆，干膜厚度不少于250 。管道布置形式為在生物池的每條廊道內(nèi)布置一套穿孔曝氣系統(tǒng)，DN50穿孔曝氣管相鄰水平間距為0.7^m,其穿孔管孔口同側(cè)孔距為200^mm,異側(cè)孔距100 ^mm。曝氣支管采用ABS工程塑料管。
　　鼓風(fēng)機(jī)采用丹麥HV—TURBO公司生產(chǎn)的6臺(tái)KA44SV—GL225型機(jī)組，每臺(tái)電機(jī)功率為550^Kw，設(shè)計(jì)單機(jī)風(fēng)量為555.6m3/分鐘,6臺(tái)機(jī)組總裝機(jī)容量為3300 Kw，詳見(jiàn)“生物池支架平面布置圖和生物池支架縱剖面圖”。

　　2、生物硝化工程運(yùn)行情況

　　2.1工藝啟動(dòng)過(guò)程
　　自1998年11月24日生物池通水以來(lái)，東深供水源水生物處理工程已進(jìn)入工藝啟動(dòng)試運(yùn)行階段，從11月24日至12月1日，基本處理完與連續(xù)過(guò)水及均勻曝氣密切相關(guān)的工程有關(guān)問(wèn)題，12月2日完成六條生物池的曝氣均勻性的初步調(diào)試，12月1日開(kāi)始對(duì)已過(guò)水曝氣的處理池進(jìn)、出水進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)人工采樣與監(jiān)測(cè)。共采樣8個(gè)點(diǎn)，每天對(duì)水溫、DO、PH、NH₄⁺—N、NO₃^—N、COD_Mn、SS、濁度等8個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
　　2.1.1工藝條件的控制
　　在試運(yùn)行階段，工藝啟動(dòng)過(guò)程的主要任務(wù)是培養(yǎng)生物膜。通過(guò)控制生物池過(guò)水流量為320萬(wàn)^m3/d（即13.33萬(wàn)^m3/hr）和各池的水位能保證淹沒(méi)池體前，后端的填料和支架，以及通過(guò)大、小閥門調(diào)節(jié)使曝氣均勻等措施，維持良好的工藝條件是保證生物池發(fā)揮正常處理功能的先決條件。
　　從1998年12月12日開(kāi)始，生物處理池基本能夠按照試運(yùn)行程序中規(guī)定的工藝條件穩(wěn)定運(yùn)行。
　　2.1.2工藝啟動(dòng)過(guò)程運(yùn)行狀況分析
　　本工程工藝啟動(dòng)過(guò)程采用自然接種方式，通過(guò)培養(yǎng)馴化，使填料掛膜，形成系統(tǒng)的生物硝化能力。啟動(dòng)過(guò)程完成的主要標(biāo)志是處理系統(tǒng)形成穩(wěn)定的氨氮去除率和硝酸鹽氮生成率。
　　由于本工程試運(yùn)行處于冬季，低水溫的環(huán)境條件對(duì)工藝啟動(dòng)過(guò)程是不利的，另外，工藝啟動(dòng)過(guò)程中，機(jī)電設(shè)備等還處于調(diào)試狀態(tài)、水量、氣量和水位等工藝運(yùn)行條件的波動(dòng)對(duì)填料掛膜也有一定程度的影響。
　　2.1.3生物硝化效果的變化
　　本工程采用生物接觸氧化工藝處理微污染源水中的氨氮，硝化是該工藝最主要的生化過(guò)程，故下面分析主要圍繞氨氮去除效果，為簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)分析，將六條處理池作為一個(gè)處理系統(tǒng)，考察工藝啟動(dòng)過(guò)程整個(gè)處理系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的變化，下面圖表中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)均采用六條生物池的總體平均值。
　　1）氨氮去除效果的變化
　　1998年12月1日至12月27日，處理系統(tǒng)氨氮去除率的歷時(shí)變化如表1和圖1所示。

　　由表2可見(jiàn),隨著填料上硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖,處理池消化能力的逐步發(fā)揮,雖然氨氮去除率有時(shí)因進(jìn)水氨氮濃度突增而波動(dòng),但硝酸鹽氮生成量仍穩(wěn)步增加,這也表明池內(nèi)生物膜正日趨成熟。
　　3）進(jìn)、出水DO和PH的變化
　　生物硝化過(guò)程是一個(gè)耗氧、耗堿度的過(guò)程，故處理系統(tǒng)進(jìn)、出水DO和PH的變化說(shuō)明了填料掛膜的進(jìn)程和生物硝化作用進(jìn)行的程度（見(jiàn)圖3和圖4）

　　圖3表明了啟動(dòng)階段生物處理系統(tǒng)耗氧量的變化，在工藝啟動(dòng)初期，由于水溫較低，只有16℃左右，填料掛膜緩慢，硝化細(xì)菌數(shù)量少，活性低，耗氧量少，因此，池內(nèi)DO處于接近飽和狀態(tài)。隨著填料掛膜日趨成熟，生物處理池消化作用日漸發(fā)揮，池內(nèi)DO呈逐步下降趨勢(shì)。
　　圖4表明了工藝啟動(dòng)過(guò)程中處理系統(tǒng)進(jìn)、出水PH的變化，隨著填料上硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)，系統(tǒng)硝化能力的增加，氨氮的轉(zhuǎn)化量也穩(wěn)步上升，源水中的堿度消耗量逐漸增加，導(dǎo)致出水PH日趨下降。
　　4）水溫對(duì)工藝啟動(dòng)過(guò)程的影響
　　從雁田優(yōu)化試驗(yàn)已經(jīng)知道，水溫對(duì)生物硝化工藝的運(yùn)行效果影響較大，并且對(duì)工藝啟動(dòng)過(guò)程的不良影響尤為明顯，工藝啟動(dòng)過(guò)程水溫的變化見(jiàn)圖5

　　由圖5可見(jiàn)，處理系統(tǒng)投產(chǎn)后，前3天水溫尚能維持在22℃以上，第4天則陡降至20.6℃，隨后水溫逐日下降，到第10天下降至15.3℃，從第17天開(kāi)始，水溫緩慢上升，這有利于硝化細(xì)菌的生長(zhǎng)，又剛好正值其快速生長(zhǎng)期，處理系統(tǒng)氨氮去除率和硝化能力逐漸加快。試驗(yàn)證明，水溫低的環(huán)境條件對(duì)生物硝化工藝運(yùn)行效果有明顯的影響。
　　在工藝啟動(dòng)試運(yùn)轉(zhuǎn)階段，我們進(jìn)行了對(duì)生物處理池內(nèi)活動(dòng)填料上的生物膜定期進(jìn)行鏡檢，這有利于了解填料掛膜的進(jìn)程，分析工藝啟動(dòng)狀況。綜合工藝啟動(dòng)過(guò)程幾次鏡檢的情況，可以發(fā)現(xiàn)，隨著填料絲上生物膜的生長(zhǎng)絮狀膜逐漸覆蓋整個(gè)填料絲，外觀顏色由淺逐漸變成黃褐色，紅棕和棕褐色，并有一定程度的積泥，填料絲上還附著，鐘蟲、累技蟲、吸管蟲等動(dòng)物類，表層填料絲上藻類很多。
　　填料上生物膜狀態(tài)的變化反映了填料掛膜的進(jìn)程。從鏡檢成果表明，掛膜期間填料上生物膜和各類動(dòng)物，藻類的生長(zhǎng)較為正常，與生物池的工藝運(yùn)行狀況基本相對(duì)應(yīng)，基本符合工藝設(shè)計(jì)要求。
　　2.2工藝運(yùn)行穩(wěn)定后的情況
　　本工程完成工藝啟動(dòng)后，進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段。通過(guò)半年來(lái)的運(yùn)行證明，工藝運(yùn)行比較穩(wěn)定，處理效果比較滿意。截至今年6月底，已處理水量7.076億^m3最大日處理水量475.4萬(wàn)^m3，已超出設(shè)計(jì)規(guī)模，氨氮去除率最高達(dá)90.1%，降解氨氮總量為1237.64^T，最大日降解氨氮量為10.96 ^T。由于處理效果比較明顯，大大改善了港深兩地的供水質(zhì)量。
　　2.2.1保證生物硝化工藝穩(wěn)定運(yùn)行的主要措施。
　　1）通過(guò)調(diào)節(jié)供氣管網(wǎng)的閥門開(kāi)度，保證六條生物處理池曝氣的均勻性。
　　2）通過(guò)調(diào)節(jié)生物處理池出口閘門開(kāi)度，保證六條生物處理池的過(guò)水量和進(jìn)出水位基本一致。
　　3）控制生物池進(jìn)水水位在合理范圍，使填料的淹沒(méi)深度維持在15∽20^cm范圍內(nèi)，以提高生物池的混摻效果。
　　4）盡可能維持過(guò)水量的穩(wěn)定。因?yàn)?，?dāng)通過(guò)生物池的水量太大時(shí)，由于流速增大，造成水力停留時(shí)間縮短，影響處理效果，由于流速增大，也會(huì)使水力坡降增大，造成填料外露，使部分生物膜死亡；通過(guò)生物池的水量過(guò)小，也會(huì)引起水力坡降偏小，使生物池前后水深差別太大，影響曝氣的均勻性，所以維持水量穩(wěn)定十分重要。
　　5）加強(qiáng)機(jī)電設(shè)備、工藝設(shè)備的維護(hù)管理，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。但設(shè)備維護(hù)時(shí)必需采取有效措施，保護(hù)填料上生物膜的正常生長(zhǎng)，使氨氮的去除效果不致于大幅度下降，有計(jì)劃地進(jìn)行設(shè)備改造和維修，今年4—5月份由于連續(xù)進(jìn)行閘門改造，鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行不正常等，致使5月份的處理效果明顯低于其他各月。
　　2.2.2氨氮去除效果
　　工藝啟動(dòng)階段完成后，隨著填料上生物膜不斷成熟，同時(shí)也隨著水溫的不斷回升，氨氮的去除效果也不斷提高，為了更全面反映生物處理池的處理效果，我們引入了氨氮降解量的概念。在運(yùn)行中我們發(fā)現(xiàn)，有時(shí)雖然氨氮去除率不高，但生物池運(yùn)行正常，究其原因，是去除率受氨氮進(jìn)水濃度的影響，當(dāng)來(lái)水氨氮濃度較低時(shí)，氨氮去除率很高，當(dāng)來(lái)水氨氮濃度高時(shí)其去除率就會(huì)降低，而氨氮降解量仍在增加，所以，這并不反映生物處理池運(yùn)行不正常。

　　從表3可看出,1998年12月是工藝啟動(dòng)階段，氨氮降解量和去除率都比較低，工藝運(yùn)行穩(wěn)定后逐步升高，5月份由于設(shè)備維修，工藝運(yùn)行不穩(wěn)定，處理效果偏低，6月份已逐步恢復(fù)正常運(yùn)行。
　　從表3還可看出，氨氮去除率不能全面反映生物池的處理效果，因氨氮去除率受多種因素制約，如受日供水量變化的影響，受來(lái)水氨氮濃度變化的影響，另外，氨氮去除率還受氣水比大小等因素的影響。所以，氨氮去除率難于判斷處理效果。
　　2.2.3硝酸鹽氮生成量的變化

　　從表3、表4對(duì)比可看出，今年2、3月份氨氮月平均去除率分別為80.1%和71.0%，相應(yīng)硝酸鹽氮的月平均單位生成量分別為2.64^mg/L和2.915 ^mg/L。
　　2.2.4氣水比與溶解氧統(tǒng)計(jì)
　　通過(guò)每日監(jiān)測(cè)生物處理池進(jìn)出口溶解氧濃度的變化情況，能反映生物處理池內(nèi)的氧化反應(yīng)情況，詳見(jiàn)表5

　　從表5可見(jiàn)，本工程的氣水比基本上是按設(shè)計(jì)1:1運(yùn)行的，氣水比可隨進(jìn)水氨氮濃度的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，但調(diào)節(jié)的余度不大。
　　2.3運(yùn)行管理試驗(yàn)研究
　　通過(guò)半年來(lái)的試運(yùn)行，初步證明采用生物接觸氧化工藝處理東深源水，具有運(yùn)行穩(wěn)定，方便管理，經(jīng)濟(jì)合理，效果顯著等特點(diǎn)。但對(duì)于日處理400萬(wàn)^m3大型源水處理工程，運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)仍是十分缺乏，不少新的問(wèn)題需要我們繼續(xù)深入研究解決。為了不斷完善生物接觸氧化工藝技術(shù)，探索工藝運(yùn)行規(guī)律，提高管理水平，更好發(fā)揮工程效益，在工程投入試運(yùn)行后，我們便積極開(kāi)展生物硝化工程運(yùn)行管理技術(shù)的研究工作，因試運(yùn)行時(shí)間尚短，監(jiān)測(cè)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)不多，待運(yùn)行一段時(shí)間再進(jìn)行總結(jié)。

　　3、結(jié)語(yǔ)

　　根據(jù)東深源水生物硝化工程半年來(lái)的試運(yùn)行，可以初步得出如下結(jié)論：生物接觸氧化工藝是適合于處理東深源水微污染要求的，對(duì)氨氮等有機(jī)物處理效果是顯著的。并增加了深圳水庫(kù)水體的溶解氧，從而提高了水庫(kù)的自凈能力，同時(shí)，生物處理工程還對(duì)色度，非離子氨、COD_Mm、總氮、鐵、錳、鉛、鋅和藻類等10多項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均有不同程度的降解。由始可見(jiàn)，東深源水生物硝化工程對(duì)生化降解氨氮等有機(jī)物，改善和提高東深供水水質(zhì)的作用是十分顯著的。
　　為了進(jìn)一步完善生物硝化工程的運(yùn)行管理，我們正在開(kāi)展試運(yùn)行階段的各項(xiàng)研究課題。如影響生物處理池處理效果的原因分析；填料結(jié)泥和沖排泥試驗(yàn)研究；生物處理池水流混摻特性試驗(yàn)等?？傊?，通過(guò)對(duì)上述課題的研究，找出規(guī)律，拿出解決問(wèn)題的辦法，從而達(dá)到提高工程的效益。