李迎春， 肖毅， 孫國勝
(廣東粵港供水有限公司，廣東深圳　518021)

　　摘　要：介紹了生物接觸氧化工藝在東深供水工程中的生物處理應(yīng)用概況，討論了工程設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行管理中的重大技術(shù)問題及解決辦法。
　　關(guān)鍵詞：生物預(yù)處理；微污染源水；填料；曝氣管
　　中圖分類號(hào)：TU991.2
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C
　　文章編號(hào)： 1000-4602(2002)05-0068-04

　　東深供水工程是一個(gè)向香港、深圳及東莞沿線供應(yīng)源水的大型跨流域引水工程，供水能力達(dá)17.43×10⁸m³/a。20世紀(jì)90年代以來，供水水質(zhì)受到不同程度的污染，主要污染物為氮、磷及有機(jī)物。為改善供水水質(zhì)，在1994年10月和1997年4月對東深源水進(jìn)行了小試和雁田優(yōu)化試驗(yàn)(中試)，結(jié)果表明生物接觸氧化工藝是可行的。
　　生物處理工程位于深圳水庫，設(shè)計(jì)處理水量為400×10⁴m³/d。該工程于1998年12月28日建成投產(chǎn)，兩年多的運(yùn)行表明該工程達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。

1 　工藝流程

　　工藝流程如圖1所示。

　　原水經(jīng)沉砂區(qū)去除大的砂粒，再由粗格柵攔截大的漂浮物、細(xì)格柵攔截小的漂浮物及懸浮物后進(jìn)入生物處理池中完成有機(jī)污染物和氨氮的降解，經(jīng)由沉淀區(qū)去除水中所含的懸浮物及脫落的生物膜后排放到水庫中。
　　正常運(yùn)行時(shí)，出水閘用于控制生物池運(yùn)行水位，當(dāng)生物池檢修或暴雨時(shí)，關(guān)閉進(jìn)、出水閘。

2 主要技術(shù)參數(shù)

2.1 水力停留時(shí)間
　　 根據(jù)工藝優(yōu)化試驗(yàn)，當(dāng)HRT為1.0h時(shí)，氨氮的去除率可以達(dá)到75%，目前源水生物處理的HRT一般為1.0～1.2h，經(jīng)過雁田試驗(yàn)表明，當(dāng)HRT為55.4min、進(jìn)水氨氮為2mg/L時(shí)氨氮的去除率可以達(dá)到75%。
2.2　 氣水比
　　根據(jù)本工程處理污染物負(fù)荷計(jì)算的理論氣水比為0.5左右，但實(shí)際氣水比高于理論值，主要原因在于鼓風(fēng)曝氣的目的不僅僅是提供足夠的氧氣供微生物生長，還要通過對水流的攪動(dòng)創(chuàng)造良好的氣、水、微生物間的傳質(zhì)條件，同時(shí)防止水中懸浮物的沉積。設(shè)計(jì)氣水比為1∶1，考慮到污染物濃度變化，氣水比變化幅度為(0.8～1.4)∶1。
　　曝氣方式選用穿孔管曝氣。
2.3 填料
　　YDT彈性立體填料具有放射狀彈性絲的立體構(gòu)造形式，其實(shí)際使用比表面積大，能切割及吸附氣泡，提高氧的轉(zhuǎn)移速率。彈性絲表面有微毛刺，易于掛膜且價(jià)格便宜，使用壽命長(7～10年以上)，運(yùn)輸和安裝較為方便。

3 設(shè)計(jì)參數(shù)及主要設(shè)施

3.1 設(shè)計(jì)參數(shù)
　　 工程處理規(guī)模為400×104m³/d，以生物處理池24h運(yùn)行計(jì)，流量為16.7×10⁴m³/h。?
　　進(jìn)水水質(zhì)：NH₄⁺-N為2 mg/L，高錳酸鹽指數(shù)為5mg/L，BOD₅為4mg/L。
　　出水水質(zhì)：NH₄⁺-N≤0.5mg/L，高錳酸鹽指數(shù)≤4mg/L，BOD5≤3mg/L。
　　當(dāng)進(jìn)水NH₄⁺-N度為2～4mg/L時(shí)，其去除率應(yīng)達(dá)到75%～50%；當(dāng)NH₄⁺-N進(jìn)水濃度 為4～6mg/L時(shí)，其去除率應(yīng)達(dá)到50%；當(dāng)進(jìn)水BOD5濃度＞4mg/L時(shí)，其去除總量應(yīng)不小于BOD₅進(jìn)水濃度為4mg/L時(shí)的去除量；當(dāng)進(jìn)水高錳酸鹽指數(shù)＞5mg/L時(shí)，其去除總 量應(yīng)不小于進(jìn)水高錳酸鹽指數(shù)為5mg/L時(shí)的去除量。
3.2 主要設(shè)施
　?、?沉砂區(qū)
　　有效容積約為73×10⁴m³，有效水力停留時(shí)間為4.37h。
　　② 粗、細(xì)格柵
　　粗格柵柵條中心距為80mm，傾角為75°，每廊道設(shè)置2臺(tái)，6廊道共設(shè)12臺(tái)。細(xì)格柵柵條中心距為20mm，傾角為75°，每廊道設(shè)置4臺(tái)，6廊道共設(shè)24臺(tái)。每3廊道粗格柵、細(xì)格柵設(shè)1臺(tái)皮帶輸送機(jī)，共4臺(tái)，用于輸送垃圾。
　?、?生物處理池
　　生物處理池最大外形尺寸為316m×200m，由6條過水廊道組成，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。每條廊道長為270m，寬為150m，有效水深為3.8m，池中水平流速為0.0813m/s，池底坡度為0.25%。
　　設(shè)計(jì)水力停留時(shí)間為55.4min，填料體積占池體的68.2%，原水與填料接觸時(shí)間為37.8min 。池中流態(tài)采用推流式。
　?、?出水沉淀區(qū)
　　沉淀區(qū)寬約為250m，沿水流方向長為160m，有效停留時(shí)間約為1h。采用一艘40m³/h電動(dòng)絞吸式挖泥船連續(xù)挖泥，污泥排至沉淀池天然干化后外運(yùn)至堆渣場。
　?、?曝氣系統(tǒng)
　　曝氣系統(tǒng)由鼓風(fēng)機(jī)、供氣鋼管和穿孔管組成。
　　采用6臺(tái)型號(hào)為KA44SV-GL225的離心式鼓風(fēng)機(jī)，設(shè)計(jì)風(fēng)量為33336m³/h，電機(jī)功率為550kW。該風(fēng)機(jī)具有連續(xù)可調(diào)的進(jìn)出口導(dǎo)葉系統(tǒng)，風(fēng)量調(diào)節(jié)范圍為45%～100%，出風(fēng)壓力調(diào)節(jié)范 圍為34～49kPa。由中央控制柜MCP完成鼓風(fēng)機(jī)的曝氣量及壓力的自動(dòng)控制?！　」夤芫W(wǎng)和穿孔管分別采用環(huán)網(wǎng)供氣，供氣鋼管環(huán)網(wǎng)直徑為1200mm，廊道由600鋼管供氣，每條廊道有21個(gè)曝氣方陣。
　　DN50穿孔曝氣管水平平均間距為0.7m，管道中心距離池底0.25m，孔徑為3mm，孔眼設(shè)于管道兩側(cè)，與垂直方向45°交錯(cuò)開孔，同側(cè)孔距為200mm，異側(cè)孔距為100mm，設(shè)計(jì)孔口流速為12.6m/s。
　　⑥ 填料
　　采用YDT彈性立體填料：有效長度為2950mm，外徑為200mm，單絲直徑為0.5mm，比表面積為24m²/m3。
　　填料采用懸掛式布置，每條廊道設(shè)20個(gè)填料方陣，6條廊道共120個(gè)，每個(gè)方陣尺寸為長×寬×高=12m×25m×2.95m。各方陣間設(shè)檢修通道，通道寬為1.0m。填料總體積為104900m³，設(shè)計(jì)填料容積負(fù)荷為0.153kgBOD₅/(m³·d)及0.076kgNH₄⁺-N/(m³·d)。
　?、?填料支架
　　填料支架采用不銹鋼固定支架，每條廊道設(shè)20個(gè)填料支架單元，每個(gè)單元長×寬×高=12m×25m×3.68m。支架底部是高為0.6m的支腿，用于布置ABS曝氣管。支架為單層結(jié)構(gòu)，上下分別布置填料綁扎桿。

4 　重大技術(shù)問題

4.1 生物處理池底板防滲圍封工程
　　工程建造在深圳水庫庫尾，地質(zhì)條件復(fù)雜，為滿足每條廊道隨時(shí)逐條排空檢修的要求，需對生物池進(jìn)行逐條圍封的防滲處理?！　　「邍姺罎B墻不易連續(xù)，墻薄，穿過大的卵石層時(shí)墻體易出現(xiàn)空洞，故其防滲可靠性能差。采用混凝土防滲墻圍封基礎(chǔ)是比較可靠的，但造價(jià)一般比高噴墻要高。由于本工程對防滲墻要求不高，故采用泥漿護(hù)壁建造防滲墻的施工方法，能保證質(zhì)量、降低造價(jià)、確保工期。
　　經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，決定采用塑性素混凝土防滲墻方案，實(shí)際運(yùn)行表明池底減壓孔濾水性能良好，池底積水能全部排空，滿足設(shè)計(jì)及運(yùn)行要求。
4.2 曝氣管網(wǎng)的方案優(yōu)化
　　 在初步設(shè)計(jì)時(shí)采用了樹枝狀的曝氣管網(wǎng)，每個(gè)曝氣單元的服務(wù)面積較大(300m²)，曝氣均勻性難于保證，故最后決定采用環(huán)狀曝氣管網(wǎng)，每個(gè)曝氣單元分為4個(gè)環(huán)網(wǎng)供氣區(qū)，每個(gè)環(huán)網(wǎng)的供氣面積為75m²，另外生物處理池平臺(tái)上布置的1200供氣鋼管也由初步設(shè)計(jì) 時(shí)的樹枝狀布置改為環(huán)網(wǎng)布置，這樣曝氣效果比較滿意。
4.3 填料支架方案優(yōu)化
　　料支架初步設(shè)計(jì)采用單體復(fù)合材料支架，雙層布置，單體尺寸為長×寬×高=2.0m×2.5m×3.6m(3.8)m，共7200個(gè)。復(fù)合材料支架采用木材內(nèi)嵌玻璃纖維、外包樹脂層，還需要加壓200mm×200mm×2500mm的混凝土重塊抗浮。填料綁扎桿采用玻璃鋼材料。
　　單體復(fù)合樹脂材料的填料支架壽命短、可靠性差、制造及拼裝困難，用于這樣重要的工程是不合適的，最后改用304不銹鋼整體支架，單層布置，尺寸為長×寬×高=12m×25m×3.68m，共120個(gè)。填料綁扎桿采用不銹鋼方管。
　　填料支架方案優(yōu)化后可降低工程造價(jià)1000多萬元，且填料支架制造和安裝方便、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠、使用壽命長、維修方便。
4.4 計(jì)算機(jī)集中監(jiān)控系統(tǒng)
　　 計(jì)算機(jī)集中監(jiān)控系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)集控子系統(tǒng)與圖像監(jiān)控子系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)集控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)本站分散設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與分析、實(shí)時(shí)工作狀態(tài)和故障報(bào)警采集顯示、智能故障與事故分析、對各操作進(jìn)行自動(dòng)記錄及報(bào)表打印。圖像監(jiān)試系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全站設(shè)備和設(shè)施的動(dòng)態(tài)監(jiān)視。
　　計(jì)算機(jī)集控子系統(tǒng)采用分層分級(jí)控制結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)分為現(xiàn)地控制層和分站層兩級(jí)計(jì)算機(jī)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)地控制層采用PLC控制，通過光纖網(wǎng)絡(luò)與分站層通訊。分站層采用2臺(tái)NT服務(wù)器(兼工作站)和1臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)分站層監(jiān)控。
4.5 水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)
　　 水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)主要監(jiān)測氨氮、溶解氧、濁度、pH值、水溫。8個(gè)測點(diǎn)的水樣由潛水泵自動(dòng)抽送至水質(zhì)監(jiān)測室，由一臺(tái)氨氮分析儀對各測點(diǎn)的水樣的氨氮巡回分析化驗(yàn)，自動(dòng)記錄，定期打印報(bào)表。其他指標(biāo)采用現(xiàn)場儀表監(jiān)測。
　　該系統(tǒng)自1998年12月投入試運(yùn)行以后，水質(zhì)分析數(shù)據(jù)穩(wěn)定，儀器和設(shè)備運(yùn)行可靠，達(dá)到初步設(shè)計(jì)的要求。經(jīng)過3個(gè)月的運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)由于采樣管內(nèi)生物細(xì)菌生長對氨氮產(chǎn)生了降解作用，導(dǎo)致氨氮值大幅度降低，使水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)無法投入運(yùn)行，最后確定采用間斷采樣、通氣反吹的方式防止生物細(xì)菌在采樣管內(nèi)生長，目前運(yùn)行效果較理想。

5　運(yùn)行與管理

　　① 生物池的啟動(dòng)掛膜：當(dāng)水溫為15～20℃時(shí)，初次掛膜約需25～30d，停水檢修后恢復(fù)掛膜約需14d。
　?、?曝氣均勻性控制：在非設(shè)計(jì)流量下，生物處理池沿程水深不同，此時(shí)可以調(diào)節(jié)曝氣均布閥開度以保證生物池前后段曝氣均勻。
　?、?水位控制：試驗(yàn)表明填料上層水體經(jīng)過4m完成近1.5次交換，下層水體經(jīng)過12m才能完成1次交換，故提高運(yùn)行淹沒水深至20～30cm有利于提高混滲效果。
　?、?非正常情況下運(yùn)行管理：當(dāng)進(jìn)水氨氮濃度增大后，進(jìn)水量應(yīng)相應(yīng)減少并增大水力停留時(shí)間，同時(shí)應(yīng)盡可能加大曝氣量以提高混滲效果、提高水中DO指標(biāo)、提高水庫自凈能力和后續(xù)處理能力；大流量過水時(shí)應(yīng)以保護(hù)工藝設(shè)備和盡量減少對生物膜的沖擊為運(yùn)行控制的出發(fā)點(diǎn)和重點(diǎn)。
　?、?停水期運(yùn)行：停水期應(yīng)對生物池適當(dāng)補(bǔ)水并微量曝氣，有利于供水后生物膜的迅速恢復(fù)。
　?、?運(yùn)行調(diào)度：調(diào)度應(yīng)做到水量、水質(zhì)和防洪三者的有機(jī)結(jié)合。
　?、?設(shè)備檢修：檢修應(yīng)選擇水質(zhì)較好的條件下逐池進(jìn)行，且氣溫不宜太低，否則不利于生物膜的恢復(fù)。

6 　運(yùn)行效果分析

　　自1998年12月28日投產(chǎn)以來，累計(jì)處理源水約30×10⁸m³，其中對氨氮、BOD₅和高錳酸鹽指數(shù)的平均去除率分別達(dá)66.7%、31.1%和12.7%；溶解氧由2.77mg/L增至7.13mg/L；對色度、非離子氨、總氮、鐵、錳、鉛、鋅和藻類等有不同程度的去除，有效改善了供水水質(zhì)。
　　水溫、進(jìn)水氨氮、水力停留時(shí)間和氣水比等對生物處理效果均有影響。
　?、?水溫?
　　水溫對處理效果影響較大，生物硝化反應(yīng)的適宜溫度為20～30℃。在HRT和進(jìn)水氨氮一定時(shí)，氨氮平均去除率和填料去除負(fù)荷基本隨水溫的升高而升高，但逐漸趨于穩(wěn)定，其平均值分別為64.6%和0.0687kg/(m³·d)。
　　② 進(jìn)水氨氮?
　　氨氮去除率隨進(jìn)水氨氮的升高而降低。當(dāng)進(jìn)水氨氮為2～4mg/L時(shí)，氨氮平均去除率為80%～70%，進(jìn)水氨氮每升高1mg/L，氨氮去除率則降低3%～5%；當(dāng)進(jìn)水氨氮為4～5mg/L時(shí)，氨氮去除率約為60%。
　　當(dāng)進(jìn)水氨氮或過水流量突然升高而引起沖擊負(fù)荷時(shí)，氨氮去除率平均下降15%～30%，一般經(jīng)過2～3d后可恢復(fù)正常。
　　③ 水力停留時(shí)間?
　　氨氮去除率隨HRT的升高而升高。當(dāng)HRT為50～80min時(shí)，氨氮平均去除率為60%～75%，HRT每增加10min，氨氮去除率平均升高3%～5%；當(dāng)HRT＞80min時(shí)，氨氮去除率趨于穩(wěn)定，可以達(dá)到80%。?
　?、?氣水比
　　氣水比對生物處理效果有一定的影響。氣水比每增加0.1，去除率平均增加4%。本工程在不同進(jìn)水氨氮濃度(S0)下適宜的氣水比分別為：S0≤2mg/L(1.0),S0=2～3mg/L(1.1)，S0=3～4mg/L(1.2)，S0=4～5mg/L(1.3)，所能達(dá)到的去除率為60%～75%。
　?、?亞硝酸鹽氮
　　由于HRT有限，硝化作用不充分而導(dǎo)致NO₂^--N在生物池內(nèi)有一定量增加，但曝氣后源水溶解氧較高，NO₂^--N經(jīng)過水庫和供水管路后會(huì)得到進(jìn)一步降解，故不會(huì)對水質(zhì)造成影響。

7 　存在問題

　?、?曝氣死區(qū)
　　每個(gè)供氣單元由4個(gè)環(huán)形供氣網(wǎng)組成，由于在供氣環(huán)管處沒有曝氣孔口，其上部填料無法曝氣，填料絲得不到必要的擾動(dòng)，致使該處的填料大量結(jié)泥，每個(gè)供氣方陣約有720串填料位于曝氣死區(qū)，其中每個(gè)生物池前1～8號(hào)方陣在曝氣死區(qū)結(jié)泥最嚴(yán)重。結(jié)泥后的每串填料質(zhì)量為20kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計(jì)值12kg，造成填料中心繩斷裂，使填料的維修工作量和維修成本大大增加，同時(shí)斷裂的填料影響曝氣管安全，導(dǎo)致池底積泥，此外因曝氣死區(qū)填料不能發(fā)揮作用而影響了處理效果。
　　目前通過在供氣環(huán)管上方布置穿孔管而消除了曝氣死區(qū)，解決了填料斷裂問題，同時(shí)提高了工藝處理效果。?
　?、?穿孔管堵塞
　　當(dāng)穿孔管在水中運(yùn)行一段時(shí)間后，由于微生物在管壁生長，導(dǎo)致穿孔管堵塞，嚴(yán)重影響了曝氣均勻，處理效果下降。通過摸索和研究，在不停水的情況下，通過長柄尼龍刷深入填料內(nèi)部清理穿孔管外壁的微生物。
　?、?泡沫問題?
　　生物硝化工程投入運(yùn)行以后，多次出現(xiàn)大量的泡沫，嚴(yán)重影響環(huán)境。泡沫主要由表面活性劑產(chǎn)生，溫度對泡沫的產(chǎn)生有一定的影響(隨溫度的升高，泡沫有減小的趨勢)。當(dāng)進(jìn)水洗滌劑濃度一定時(shí)，增大氣水比可以增加泡沫的數(shù)量。監(jiān)測表明泡沫對水庫水質(zhì)影響不大，因此目前已采用噴淋的措施來解決。
　?、?藻類暴發(fā)性生長
　　夏季填料支架表面藻類暴發(fā)性生長是運(yùn)行管理中的一個(gè)難題，藻類在生長期可吸收氮及氮化物，也會(huì)加大耗氧量，死亡后會(huì)纏結(jié)填料造成掛泥，同時(shí)死亡藻類在庫體的發(fā)酵會(huì)分解成有 機(jī)氮、磷等物質(zhì)，造成水體的二次污染。
　　目前主要采用人工清理的辦法，不安全且效率低。
　?、?生物池設(shè)施檢修?
　　由于生物池中布置有大量的曝氣管、填料及填料支架，對曝氣管斷裂、填料斷裂、支架變形等問題只有通過排空池水才能進(jìn)行維修，但生物池排水時(shí)間長、填料易老化、對生物膜影響大且成本高，如何解決水下維修難題還有待進(jìn)一步摸索。

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　　收稿日期：2001-10-19