李懷正，傅威，白月華，張杰
(同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海20009 2)

　　摘要：結(jié)合一些工程實(shí)例，就目前普遍應(yīng)用的生物接觸氧化法處理微污染源水的一些設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了探討，包括氨氮負(fù)荷、曝氣強(qiáng)度的確定、曝氣方式的選擇等。
　　關(guān)鍵詞：微污染源水；生物接觸氧化法；氨氮負(fù)荷；曝氣強(qiáng)度；曝氣方式
　　中圖分類(lèi)號(hào)：X52
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)： 1000-4602(2001)02-0043-03

　　1 池容的確定

　　生物接觸氧化法預(yù)處理微污染源水是最近幾年新興的處理工藝，其池容的設(shè)計(jì)參數(shù)基本上是沿用污水生物處理的設(shè)計(jì)思想，即采用水力停留時(shí)間來(lái)確定的。然而，微污染源水與一般的污水水質(zhì)有較大的差異，污水水質(zhì)相對(duì)于微污染源水而言顯得較為穩(wěn)定，或者說(shuō)污水濃度每天發(fā)生變化的程度不大(由于污水中污染物質(zhì)濃度較大，因而濃度的微量變化不會(huì)對(duì)處理效果產(chǎn)生較大的影響)，而微污染源水中的污染物質(zhì)濃度本身就很低，一旦發(fā)生變化，即使是“微量”的變化也會(huì)對(duì)處理效果產(chǎn)生很大的影響。一些實(shí)際工程的運(yùn)行情況表明，采用“氨氮負(fù)荷(Nf)”來(lái)設(shè)計(jì)微污染源水預(yù)處理中生物接觸氧化池的池容是較為合理的，因?yàn)樗C合考慮了進(jìn)水水量和水質(zhì)等方面的影響因素。氨氮負(fù)荷是指根據(jù)進(jìn)水水量、進(jìn)水的氨氮濃度以及填料體積等來(lái)確定接觸氧化池池體的大小。氨氮負(fù)荷(Nf)的表達(dá)式如下 ：

　　N_f＝(Q×N)/(Vt×1000)

　　則：V_t＝Q×N/(N_f×1000) (1)

　　式中　Q——處理水量，m³/d
　　　　　N——進(jìn)池的NH⁺4-N濃度，mg/L
　　　　　Vt——填料的體積，m³

　　氨氮負(fù)荷Nf可根據(jù)試驗(yàn)確定，也可采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。Nf取值一般為0.05～0.08kg/(m³·d)，則氨氮的年平均去除率可達(dá)75%。當(dāng)所處理水體平均溫度較高時(shí)氨氮負(fù)荷取高值，相反則取低值。通過(guò)式(1)，可以計(jì)算出生物接觸氧化池中所需填料體積Vt，然后就可以利用下面的公式來(lái)確定接觸氧化池的平面尺寸。

　　A₀＝V_t/h₀ (2)

　　式中　h₀——填料安裝高度，m

　　為了增加氧的利用率，有效水深應(yīng)適當(dāng)取深一些，但過(guò)深又會(huì)增加動(dòng)力負(fù)荷，因此建議有效水深在3.5～6.0m。

　　2 曝氣強(qiáng)度的確定

　　生物接觸氧化池中曝氣除了充氧、傳質(zhì)作用外，還可通過(guò)對(duì)水體的擾動(dòng)達(dá)到強(qiáng)制脫膜、防止填料積泥、保持生物活性的作用。傳統(tǒng)的曝氣量計(jì)算方法是根據(jù)充氧量即氨氧化和有機(jī)質(zhì)降解過(guò)程的需氧量來(lái)計(jì)算氣水比的。計(jì)算公式如下：

　　

　　從上式可知，將1mg/LNH4⁺-N氧化為NO2^--N需耗氧3.43mg/L，將1mg/LNO₂^--N氧化成NO₃^--N需耗氧1.14mg/L。因此，將1 mg/LNH₄⁺-N完全氧化成NO₃^--N，需耗氧4.57mg/L。去除BOD51mg/L以需氧1mg計(jì)。通常情況下，微污染源水的進(jìn)水氨氮含量在2 mg/L左右，出水氨氮要求降為0.5mg/L，即需降低1.5mg/L；BOD5由4mg/L降到3mg/L，即需降低1mg/L，則理論上需氧量約為8.0 mg/L。當(dāng)鼓風(fēng)機(jī)向水中鼓入空氣(空氣含氧量為0.29kg/m³)，對(duì)于穿孔管曝氣系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其在清水中的充氧 效率一般為5%～6%，則氣水比約為0.46～0.55；對(duì)于微孔曝氣系統(tǒng)，其充氧效率一般為12%～15%，則氣水比約為0.2～0.25。而通常為達(dá)到去除效果所采用的設(shè)計(jì)氣水比均在0.8∶1～1.5∶1之間，也就是說(shuō)最終確定氣水比的因素并不是生化需氧量，而是上面所提到的另一個(gè) 因素——?dú)怏w對(duì)水體的擾動(dòng)程度，稱(chēng)之為“曝氣強(qiáng)度”用Gs表示。曝氣強(qiáng)度就是在工程 實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的能夠達(dá)到生化池中生化反應(yīng)所要求的氣體強(qiáng)度的一個(gè)概念，它的單位是m³/(m²·h)，即單位時(shí)間、單位生化池面積所通過(guò)的氣體量。
　　以上海浦東張江水廠(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況為例，該水廠(chǎng)設(shè)計(jì)處理量為2.5×10⁴m³/d，設(shè)計(jì)有效水深為6.0m，設(shè)計(jì)氣水比為1.07∶1，折算成曝氣強(qiáng)度為7.70m³/(m²·h)，設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為1.5h。根據(jù)1998、1999兩年的實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)看，氣水比只有0.6∶1左右，曝氣強(qiáng)度仍然保持在4.32m³/(m²·h)，出水也能保持良好的水質(zhì)。因此，在滿(mǎn)足曝氣強(qiáng)度和供氧量的情況下，氣水比可以適當(dāng)降低，從而降低運(yùn)行成本。
　　和氨氮負(fù)荷一樣，曝氣強(qiáng)度也是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值，其取值范圍大致在4.0～5.5 m³/(m²·h)，也可根據(jù)試驗(yàn)確定，但一般不宜小于4.0m³/(m²·h)。當(dāng)生物接觸氧化池的總有效容積和有效水深確定后，對(duì)于一定的曝氣強(qiáng)度，則有確定的供氣量(20℃、1.015×10² kPa 狀態(tài)下的空氣量)，如下式所示：

　　Gs＝G/A₀＝GH/V 　　　　　(3)

　　G＝Gs×A₀＝Gs×V/H　　　　(4)

　　式中　G ——供氣量，m³/h
　　　　　H ——生化池有效水深，m
　　　　　A₀——生化池平面面積，m²
　　　　　V——生化池總有效容積，m³

　　3 曝氣方式的選擇

　　曝氣設(shè)備是生物接觸氧化工藝的重要組成部分，微污染源水生物接觸氧化處理工藝多采用擴(kuò)散曝氣設(shè)備，常用的主要有穿孔曝氣管和微孔曝氣器。穿孔管曝氣系統(tǒng)擴(kuò)散出來(lái)的氣泡較大，氧的利用率較低，一般為5%～6%，但其阻力損失較小，對(duì)水流的擾動(dòng)程度大，孔眼不易堵塞，且構(gòu)造較簡(jiǎn)單，施工安裝、養(yǎng)護(hù)管理方便。而微孔曝氣器雖然氧的利用率較高(一般為12%～15%)，但卻易堵塞、破損，運(yùn)行一段時(shí)間后出氣不易均勻，且當(dāng)源水濁度較高的時(shí)候下部填料容易堵塞。
　　據(jù)東深供水工程源水生物處理優(yōu)化試驗(yàn)運(yùn)行情況表明，微孔曝氣器在運(yùn)行兩個(gè)月左右后出氣變得不均勻，將接觸氧化池中水放空后發(fā)現(xiàn)微孔曝氣器橡膠膜片不同程度地被灰褐色生物膜緊密粘附，觸摸有滑膩感，指甲刮出呈泥炭狀，同時(shí)膜片上不同程度地粘結(jié)泥沙， 在將堵塞的曝氣器卸下清洗后，仍不能正常出氣。將部分曝氣器換上新的以后，新、舊曝氣 器曝氣無(wú)法達(dá)到均勻。而在同樣條件下平行運(yùn)行的穿孔管曝氣接觸氧化池卻效果良好、曝氣均勻，未出現(xiàn)管孔堵塞等問(wèn)題。根據(jù)優(yōu)化試驗(yàn)的結(jié)果，東深供水工程源水生物處理 采用的是穿孔管曝氣。該工程自1999年正式運(yùn)行以來(lái)，處理效果一直比較穩(wěn)定，而上海浦東張江水廠(chǎng)采用的是微孔曝氣，自1998年正式運(yùn)行以來(lái)，在不到一年的時(shí)間已經(jīng)連續(xù)發(fā)生幾次曝氣器膜片破損、出氣不均勻的情況。因此，在實(shí)際工程中不宜大規(guī)模使用微孔曝氣系統(tǒng)，穿孔管曝氣雖然氧利用率低，但其對(duì)水流的擾動(dòng)程度大，有利于生化池內(nèi)傳質(zhì)效果的改善，故在微污染源水生物接觸氧化處理工程中提倡使用穿孔管曝氣方式。

　　4 水溫

　　水溫以?xún)煞N形式對(duì)生物接觸氧化工藝產(chǎn)生影響：一是影響生物酶的催化反應(yīng)速率，二是影響 污染物質(zhì)向微生物細(xì)胞擴(kuò)散的速率。生物酶的影響作用又分為有機(jī)質(zhì)降解的影響和氨氮硝化的影響(由實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)所得，NH₄⁺-N的超標(biāo)濃度遠(yuǎn)大于有機(jī)物的超標(biāo)濃度，因此對(duì)處理 效果影響的因素應(yīng)以NH₄⁺-N為主，故此處不考慮溫度對(duì)有機(jī)質(zhì)降解的影響)。
　　東深供水工程源水生物處理的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)(1999年1月—7月每天運(yùn)行數(shù)據(jù))見(jiàn)圖1。

　　由圖1可知，當(dāng)溫度在10～30 ℃時(shí)，氨氮去除量隨溫度的變化可用下式表示：

　　y＝-16.3_x2+551.3_x+3 310.5

　　R²＝0.8451

　　當(dāng)溫度在15～25℃之間時(shí)，氨氮去除總量幾乎隨溫度的升高而直線(xiàn)上升，證明在此溫度段水溫對(duì)氨氮去除量有較大的影響。而當(dāng)溫度＞25℃以后，曲線(xiàn)的變化較為平緩，說(shuō)明此時(shí)溫度對(duì)氨氮去除量的影響不是很大，且在溫度＞25℃時(shí)，氨氮去除量始終保持在一個(gè)較好的去除水平上。
　　水溫對(duì)反應(yīng)物質(zhì)向微生物細(xì)胞擴(kuò)散速率的影響主要是通過(guò)影響水的粘度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。水溫降低 時(shí)，水的粘度增大，致使反應(yīng)物質(zhì)在水和生物膜內(nèi)的擴(kuò)散阻力增大，從而使擴(kuò)散系數(shù)減小。由于擴(kuò)散系數(shù)與擴(kuò)散速率呈正比，所以水溫的降低會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)物質(zhì)擴(kuò)散速率的下降。

　　5 結(jié)論

　　綜上所述，用生物接觸氧化法對(duì)微污染源水進(jìn)行預(yù)處理時(shí)設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇，不應(yīng)完全參照污水生物接觸氧化處理的設(shè)計(jì)參數(shù)，而應(yīng)該在原來(lái)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，即使用氨氮負(fù)荷來(lái)確定生物接觸氧化預(yù)處理池容、利用曝氣強(qiáng)度來(lái)確定供氣量的方法等。同時(shí)，對(duì)如何選擇曝氣方式以及水溫對(duì)于生物接觸氧化預(yù)處理的影響等，從整體上給出了一條新的設(shè)計(jì)思路 。

　　參考文獻(xiàn)：
　　［1］張自杰，等.排水工程(下冊(cè))［M］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1996.
　?。?］1996年中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào).中國(guó)環(huán)境年鑒［M］.北京：中國(guó)環(huán)境年鑒社，19 97：58-64.
　?。?］查人光，賀堯基，徐兵.生物接觸氧化預(yù)處理在石臼漾水廠(chǎng)中的應(yīng)用［J］. 給水排水，1999，25(3)：9-11.
　?。?］許建華，萬(wàn)英，等.微污染源水的生物接觸氧化預(yù)處理技術(shù)研究［J］.同濟(jì) 大學(xué)學(xué)報(bào)，1995，23(4)：376-380.
　?。?］王歆鵬，陳堅(jiān)，等.硝化細(xì)菌在不同條件下的增殖速率和硝化活性［J］.應(yīng) 用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，1999，5(1)：64-68.
　　［6］孫漢輝，孫國(guó)勝.生物接觸氧化處理微污染源水的研究進(jìn)展與應(yīng)用［J］.環(huán) 境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2000，1(3)：56-60.

---

電話(huà)：(021)65988369
E-mail:angelbai@sina.com
收稿日期：2000-12-21