張東，許建華，劉輝
（同濟大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200092）

　　摘要：采用生物接觸氧化技術(shù)預(yù)處理微污染原水，并和水廠常規(guī)處理工藝進行了對比。中試結(jié)果表明，原水濁度為50～200NTU、氨氮濃度為1～10mg/L、水溫為18～30℃時，生化池對氨氮的去除率為60%～80%，COD_Mn去除率為0.5%～25%，UV254的去除率為1%～15%；正常運行時，較高濁度(200～800NTU)的沖擊不會明顯影響生化池對氨氮和COD_Mn的去除；生化池的亞硝酸鹽氮去除率為20%～50%，在原水氨氮濃度較高時亞硝酸鹽氮積累增多；增加生物接觸氧化預(yù)處理工藝，顯著提高了后續(xù)混凝沉淀池和砂濾池的除污染效果。
　　關(guān)鍵詞：微污染原水； 預(yù)處理； 生物接觸氧化
　　中圖分類號：TU991.2
　　文獻標(biāo)識碼：A
　　文章編號：1000-4602(2000)12-0006-04

Research on Pretreatment of Micro-Polluted Source Water by Biological
Contact Oxidation Process
ZHANG Dong，XU Jian-hua，LIU Hui
(School of Environ.Sci.and Eng.,Tongji Univ.,Shanghai 200092,China)

　　Abstract： Experimental research on pretreatment of polluted raw water with higher turbidity and higher ammonia-N concentration by biological contact oxidation process (B COP) with elastic packing was conducted and compared with conventional water treatment process.Experimental results showed that removal rates of ammonia-N,COD_Mn,and UV254 were 60%～80%,0.5%～25%,and 1%～15% respectively at raw water turbidity of 50～200NTU,ammonia-N concentration of 1～10mg/L and temperature of 18～30 ℃.During the test, higher turbidity (from 200 NTU to 800NTU) of raw water had no significant effect on removal efficiency of ammonia-N and COD_Mn.Nitrite removal rate was 20%～50%,but nitrite accumulation took place when ammonia-N concentration was rather high.With the BCOP,pollutants removal effects of subsequent sedimentation tank and rapid sand filter could be improved.
　　Keywords: micro-polluted source water;pretreatment;biological contact oxidation

　　1 工藝流程對比

　?、?中試工藝流程

　?、?水廠常規(guī)生產(chǎn)工藝流程

　　2 運行參數(shù)和掛膜情況

　　生化池采用YDT型彈性立體填料，裝填高度為3.7m，進水流量為1m³/h，停留時間為1.1h，池底設(shè)微孔曝氣器，氣水比為(0.5～1.0)∶1。原水的濁度較高，水溫17～20℃時，采用自然掛膜約需21d，此時的氨氮去除率約為60%。裝置24h連續(xù)運行，混凝沉淀池投加PAC為10 mg/L，砂濾池反沖洗周期為12h。生化系統(tǒng)運行期間水溫18～30℃。

　　3 原水水質(zhì)和分析測定方法

　?、?原水水質(zhì)(見表1)

　　從表1數(shù)據(jù)可知其受污染情況較嚴(yán)重，氨氮和亞硝酸鹽氮濃度高。
　　② 分析測定方法
　　濁度：HACH2100型濁度儀；
　　氨氮^［1］：納氏試劑分光光度法；
　　COD_Mn^［1］：酸性高錳酸鉀法；
　　亞硝酸鹽氮^［1］：對氨基苯磺酸—α-萘乙二胺光度法；
　　溶解氧：溶解氧測定儀。

　　4 結(jié)果與討論

　　4.1 生化池的溶解氧變化
　　試驗期間生化池的氣水比為(0.5～1.0)∶1，原水的溶解氧和氨氮含量波動很大，但生化池的出水溶解氧基本穩(wěn)定在5.5～8.0mg/L(見圖1)，由此可見生化池內(nèi)的溶解氧很充足。

　　4.2 生化池預(yù)處理效果及分析
　　4.2.1 濁度的去除(見圖2)
　　從圖2可以看出，濁度的去除率在5%～40%,平均約17%，其去除機理主要依賴以下作用：
　?、?填料上生物膜的生物絮凝作用和對形成濁度的有機物吸附降解；
　?、?由于溶解氧充足，以細(xì)菌為食料的原生動物大量繁殖促進了生物絮凝，而且這些原生動物(如輪蟲和纖毛蟲等)還可以吞食水中游離細(xì)菌和微小的污泥質(zhì)點，從而降低生化池出水的濁度；

　?、?老化脫落的生物膜可起到生物絮凝劑的作用，與細(xì)小的懸浮顆粒形成大絮體沉降到底部；
　?、?部分原水中的較大顆?？勺匀怀两党ァ?BR>　　總的來說，當(dāng)原水濁度較高時，濁度的去除以自然沉降和生物絮凝沉降為主，生物吞噬分解能力有限。微孔曝氣的生化池氣水比一般取(0.5～1.0)∶1，既可以使生化池有足夠的溶解氧，又有適當(dāng)?shù)钠貧鈹嚢鑿姸?。若氣水比過大，會有部分老化脫落生物膜和固體顆粒被沖出生化池而導(dǎo)致出水濁度升高。
　　4.2.2 氨氮的去除(見圖3)

　　由圖3可見，生化池氨氮的去除率在60%～85%。原水的氨氮濃度為10mg/L，水溫≥20℃時，生化池出水氨氮濃度為3mg/L,再經(jīng)后續(xù)的混凝沉淀和砂濾工藝，濾后水的氨氮濃度＜1mg/L。
　　由試驗可知，即使原水的COD_Mn達到12mg/L左右，COD_Mn值大小對氨氮的去除也沒有明顯影響。這可能是由于生化池中的溶解氧很充足，能滿足硝化菌和異養(yǎng)菌的最大需要，這兩類細(xì)菌之間不會產(chǎn)生明顯的競爭，所以生化池對氨氮的去除效果基本穩(wěn)定。
　　4.2.3 亞硝酸鹽氮的去除(見圖4)
　　由圖4可見，氨氮濃度較低時(＜2.5mg/L)，亞硝酸鹽氮的去除率在20%～50%，低于有關(guān)文獻報道(70%～90%)，而當(dāng)原水氨氮較高時(＞2.5mg/L)，亞硝酸鹽氮反而會積累增多。分析其原因可能是：①生化池填料表面自養(yǎng)菌之間以及自養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌之間對優(yōu)勢生長空間的競爭：異養(yǎng)菌因繁殖較快，占據(jù)生物膜的外表層一部分空間，而另外的絕大部分外表層空間則為亞硝化細(xì)菌所占據(jù)，這樣亞硝化細(xì)菌就處于對溶解氧和基質(zhì)利用比較有利的位置；②濁度經(jīng)常較高，生物膜表面有淤泥，阻礙水中的溶解氧和亞硝酸鹽氮擴散到生物膜內(nèi)硝化細(xì)菌的表面；③氨氮濃度經(jīng)常較高，生物膜較厚，擴散到膜內(nèi)氧的速率及氧量受到限制^[2］；④原水氨氮濃度較高時，硝化菌和亞硝化菌對溶解氧的競爭：水中擴散到膜表面的氧量和膜內(nèi)的氧量在一定曝氣強度下基本是恒定的，亞硝化菌由于氧化較高濃度氨氮，消耗了大部分?jǐn)U散到膜表面和膜內(nèi)的溶解氧，這時雖然水中溶解氧較高，但透過膜到達硝化細(xì)菌表面的溶解氧已較低，硝化細(xì)菌由于得不到足夠的溶解氧來氧化中間產(chǎn)物亞硝酸鹽氮，因而導(dǎo)致生化池中亞硝酸鹽氮積累增多。一般生化池的氣水比維持在(0.5～1.0)∶1,則池內(nèi)溶解氧≥5.5mg/L，故生化池的氣水比不是影響亞硝酸鹽氮積累的主要因素。試驗中發(fā)現(xiàn)在生化池正常運行時，影響生化池水中亞硝酸鹽氮積累增多的主要因素為原水的氨氮含量、停留時間以及水溫。

　　4.2.4 COD_Mn的去除(見圖5)

　　由圖5可見，COD_Mn的去除率在0.5%～25%。在水樣測定時，偶爾會出現(xiàn)生化池出水COD_Mn高于進水的情況，這可能是老化脫落的生物膜隨水帶出生化池所致。在氣水比過大的情況下，這種情況經(jīng)常發(fā)生。
　　生化池去除水中有機物，一部分是通過微生物的直接分解，另一部分則是和濁度一起通過絮凝作用除去。從試驗可以看出，隨原水氨氮濃度的升高，生化池對COD_Mn的去除率呈下降趨勢。
　　4.2.5 UV254的去除(見圖6)

　　由圖6可見，生化池對UV254的去除率在1%～15%之間，平均約8%。UV254和三鹵甲烷的生成能力(THMFP)有很好的相關(guān)性，說明生化池對三鹵甲烷前體物的去除效果有限。
　　4.2.6 濁度對去除氨氮及有機物的影響
　　從試驗可以看出，原水濁度在50～200NTU時，對生化池去除氨氮和COD_Mn的效果幾乎沒有影響；即使原水濁度有時≥400NTU，較高的濁度對氨氮和COD_Mn的去除率也沒有明顯的影響。但是，處理較高濁度微污染原水的生化池，宜設(shè)機械排泥裝置及時排泥，以防止池底污泥大量淤積，影響生化池的穩(wěn)定運行。生產(chǎn)性應(yīng)用表明，原水濁度在50～200NTU，宜12h排泥一次，以保證生化池穩(wěn)定的去除氨氮和有機物的效果。
　　4.3 除污染效果對比
　　對于同時取某河原水的中試生化系統(tǒng)和水廠常規(guī)處理系統(tǒng)進行去除污染效果的對比，結(jié)果如表2所示。

　　從表2可看出，增加生物接觸氧化預(yù)處理工藝，后續(xù)的混凝沉淀池和砂濾池都有一定的除氨氮能力，總平均去除率為26.3%，而水廠常規(guī)處理系統(tǒng)的去除能力極為有限，約為6.51%；兩系統(tǒng)中的混凝沉淀池和砂濾池對COD_Mn的總平均去除率分別為39.7%和32.7%，而且常規(guī)系統(tǒng)中預(yù)加氯在4～5mg/L，有害氯代副產(chǎn)物生成幾率增大；生化系統(tǒng)中的后續(xù)工藝對UV₂₅₄的總平均去除率為41.6%，而常規(guī)系統(tǒng)的約27.8%。通過比較，可知生物接觸氧化預(yù)處理強化了后續(xù)常規(guī)處理工藝的生化除污染能力，顯著提高了后續(xù)工藝的除污染效果。

　　5 結(jié)論

　?、?生化池正常運行時，原水濁度經(jīng)常在50～200NTU，水溫在20～30℃，生化池對氨氮的去除率為60%～80%、COD_Mn的去除率為0.5%～25%，較高濁度的沖擊不會明顯影響生化池去除污染的效果，但宜設(shè)機械排泥裝置，每12h排泥一次，可保證生化池穩(wěn)定運行。
　?、?亞硝酸鹽氮的去除主要和原水氨氮的濃度、停留時間和水溫有關(guān)，在原水氨氮濃度較低時，去除率為20%～50%，而原水氨氮濃度較高時則亞硝酸鹽氮反而會積累。
　?、?生化池對UV₂₅₄的去除率在1%～15%，平均約8%。
　　④ 增加生物預(yù)處理的工藝系統(tǒng)和水廠的常規(guī)處理系統(tǒng)相比較，前者不但混凝沉淀池和砂濾池有顯著的除污染效果，而且可以大大減少加氯量和有害氯代副產(chǎn)物的生成量。

　　參考文獻：
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