夏四清 屈計(jì)寧 高廷耀
(同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200092)

課題背景

　　上海市蘇州河的污染是從20年代開始的，由于歷史和人為的原因，到60年代已污染較為嚴(yán)重，至1978年蘇州河上海市境內(nèi)已全部遭受污染，極大損害了上海作為國際大都市的形象，影響了人民的身心健康和經(jīng)濟(jì)發(fā)展。經(jīng)過長期人規(guī)劃準(zhǔn)備，上海市政府已投巨資實(shí)施蘇州河環(huán)境綜合整治的一期工程，以改善蘇州河干流水質(zhì)，現(xiàn)在一期工程的目標(biāo)--使蘇州河干流在2000年底基本消除黑臭已基本達(dá)到。蘇州河治理的長期目標(biāo)是干流有魚、恢復(fù)生態(tài)、支流消除黑臭。為了保證干流水質(zhì)不再惡化，一期工程中的一項(xiàng)措施是在支流入口處建閘，為解決閘后段死水黑臭區(qū)問題及閘門開啟時支流污水對蘇州河干流或黃浦江污染等問題，消除蘇州河環(huán)境綜合整治子項(xiàng)目綜合調(diào)水工程和支流及虹口港建閘工程的負(fù)面環(huán)境影響，受上海市科委委托，本課題組開展了蘇州河污染河水凈化技術(shù)研究，主要是解決蘇州河支流河水的凈化問題，實(shí)施污染就地減量化處理，使當(dāng)干流水質(zhì)達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)后，保證蘇州河干流水質(zhì)不受支流水質(zhì)的影響。

研究方法

　　根據(jù)蘇州河支流的實(shí)際情況，擬在支流離干流較遠(yuǎn)點(diǎn)的岸邊興建污水處理裝置，將支流閘后段污染嚴(yán)重的河水提升岸邊處理，然后排入支流與干流交匯點(diǎn)，即近閘處，在支流內(nèi)形成有效的凈化循環(huán)，保證支流閘后段500～1000m范圍內(nèi)的河水達(dá)到CODCr≤50mg/l、BOD5≤12mg/l、NH3-N≤10mg/l、DO≥2.0mg/l的水質(zhì)，有利于蘇州河干流的水質(zhì)改善。但由于不同支流的水質(zhì)波動非常大，某支流24小時平均樣的CODCr=44～232mg/l、NH3-N=5～36mg/l，瞬時樣達(dá)到CODCr=449mg/l、NH3-N=46mg/l，因此單純采用生物法處理水質(zhì)變化如此之大的河水，若按照一般水平設(shè)計(jì)處理裝置，則難以保證水質(zhì)較差時處理達(dá)標(biāo)；若要保證水質(zhì)較差時出水也達(dá)標(biāo)，必須按低負(fù)荷、長時間的準(zhǔn)則進(jìn)行設(shè)計(jì)，造成工程投資過高；同時，在人口和工廠稠密的上海市區(qū)很難取得大面積的處理用地，因此放棄單純的生物處理法。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)初步試驗(yàn)和分析，擬采用生物和化學(xué)處理法相結(jié)合的處理工藝。
　　懸浮填料生物反應(yīng)器是近幾年國內(nèi)外研究的一種新的附著生長型生物膜反應(yīng)器，其核心部分是一種特殊填料能在反應(yīng)器中保持懸浮狀態(tài)。微生物在填料表面上生長的過程中，填料是在水中充分流化，以保持微生物得以充分利用溶解氧和良好的傳質(zhì)條件。本試驗(yàn)研究中利用同濟(jì)大學(xué)開發(fā)的新型實(shí)用專利產(chǎn)品懸浮填料，在其它應(yīng)用研究成功的基礎(chǔ)上，利用高效懸浮填料生物反應(yīng)器作為生物處理部分，以去除COD、BOD5、NH3-N等溶解性物質(zhì)；利用新型的水處理藥劑處理生化反應(yīng)出水，確定藥劑投加量和反應(yīng)條件；根據(jù)各項(xiàng)研究結(jié)果，確定蘇州河支流污染河水凈化的最佳工藝。

　　生物反應(yīng)器長3.0m，寬1.0m，高1.5m，有效水深1.2m，有效容積3.6m3，沿水流方向均勻分為三格，呈現(xiàn)串聯(lián)狀態(tài)。反應(yīng)器中投加高效懸浮填料，采用空氣壓縮機(jī)進(jìn)行曝氣。
　　化學(xué)反應(yīng)在實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場進(jìn)行。將上述生化出水置于1升的高型燒杯中，先后加入混凝劑和助凝劑，利用電動六聯(lián)攪拌器進(jìn)行攪拌，沉淀后的上清液為整個處理流程的最終出水。
　　測試指標(biāo)及方法：CODCr、BOD5、NH3-N、SS均用標(biāo)準(zhǔn)方法：pH：pH計(jì)；DO：溶氧儀；水溫：溫度計(jì)；微生物鏡檢：顯微鏡；微生物量：105℃烘干稱重法；重金屬離子等：由國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測定。

試驗(yàn)結(jié)果及討論

　　研究表明，當(dāng)投加率為50～55%時，氣水比達(dá)到1：1以上即可實(shí)現(xiàn)全池流化。本試驗(yàn)在確定投加率時采用了幾種不同的投加率，結(jié)果表明，填料投加率為50%時效果最好，KLa值達(dá)到無填料的2.21倍，因此選擇50%作為生物反應(yīng)器內(nèi)填料的投加率。
　　本生物反應(yīng)器在蘇州河支流現(xiàn)場采用自然掛膜方式培養(yǎng)，不進(jìn)行接種污泥。在掛膜期間定期進(jìn)行微生物鏡檢，結(jié)果表明：30天后出現(xiàn)了大量輪蟲、線蟲等后生動物，標(biāo)志著掛膜成功，同時也獲得較穩(wěn)定的出水。
　　試驗(yàn)期間進(jìn)水24小時平均樣的水質(zhì)變化范圍較大。為了確定生物反應(yīng)時間對污染物的去除情況，分別在反應(yīng)器的不同反應(yīng)區(qū)域取樣進(jìn)行分析，各取樣點(diǎn)的生物反應(yīng)時間相差0.5小時。根據(jù)5個月的測試結(jié)果平均，得到生化反應(yīng)池不同反應(yīng)區(qū)域的運(yùn)行結(jié)果列于表1中。

表1 生物反應(yīng)器對污染物的去除效果 反應(yīng)池
區(qū)域 溶解性CODCr(mg/l) NH3-M(mg/l) 溶解性BOD5(mg/l) 進(jìn)水 出水 總?cè)コ? 進(jìn)水 出水 總?cè)コ? 進(jìn)水 出水 總?cè)コ? 第1格 72.8 56.7 22.1% 20.7 19.6 5.3% 21.8 16.7 23.4% 第2格 56.7 34.7 52.3% 19.6 17.5 15.5% 16.7 9.1 58.3% 第3格 34.7 30.7 57.8% 17.5 15.3 26.1% 9.1 7.3 66.5%

注：該段時間水溫：6-15℃，第1，2，3格的HRT分別為0.5h,1h和1.5h。

　　試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在試驗(yàn)條件下，生化反應(yīng)時間超過0.5hr，即可保證出水的溶解氧高于2.0mg/l，達(dá)到出水要求，隨著曝氣時間的延長，出水的溶解氧進(jìn)一步上升，但此時對溶解性污染物的去除較低。生化反應(yīng)時間達(dá)到1.0小時，即使水溫較低(日平均6～15℃)，溶解性COD、BOD的去除率已相當(dāng)高，再延長反應(yīng)時間，去除率增加不多，同時從生化反應(yīng)的目的考慮，決定采用生化反應(yīng)時間1hr。
　　化學(xué)處理以經(jīng)生物處理1h的出水為主要對象。多次試驗(yàn)證實(shí)，相對于最初的河水，生物處理出水易進(jìn)行化學(xué)處理，混凝沉淀效果好，可保證最終出水達(dá)標(biāo)，且處理費(fèi)用不高。由于生物反應(yīng)器在較短時間內(nèi)將可溶性的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為生物絮體，有利于化學(xué)混凝處理。近5個月的數(shù)據(jù)表明，如果進(jìn)水的CODCr值不超過130mg/l，則混凝劑PAC的投加量在10mg/l左右即可保證出水CODCr和BOD5等達(dá)標(biāo)；如果進(jìn)水的CODCr值超過1340mg/l，則混凝劑PAC的投加量應(yīng)相應(yīng)增加，約為15mg/l～30mg/l可保證出水達(dá)標(biāo)。助凝劑的用量均為0.3mg/l。
　　曾嘗試單獨(dú)采用化學(xué)混凝法處理該支流污染河水。由于混凝沉淀僅對水中的懸浮性污染物有較好的去除效果，對溶解性污染的作用不大，因此當(dāng)污染河水中的溶解性污染物較多時，多數(shù)情況下單獨(dú)采用化學(xué)法是不能達(dá)到出水CODCr≤50mg/l的要求的，這從另一方面說明生物反應(yīng)器使溶解性有機(jī)物轉(zhuǎn)化為生物絮體的必要性。
　　混凝劑PAC和助凝劑PAM不僅對水中的生物絮體處理效果良好，對重金屬離子有較好的去除效果，特別是對鋅和汞的去除達(dá)90%以上；另外，上述化學(xué)處理方法對磷也有很好的去除效果，可有效阻止水體的富營養(yǎng)化而且對水中的重金屬離子也有很好的去除作用。