王占生

應用背景

　　地表水源飲用水的常規(guī)處理技術，混凝—沉淀—過濾—消毒，是100年前人們?yōu)楸ＷC飲水安全逐漸總結出的成熟的凈化工藝。隨著工業(yè)現(xiàn)代化的迅速發(fā)展，尤其是化學工業(yè)的突飛猛進，使人工合成的化學物質(zhì)總數(shù)不斷增長，每年有數(shù)千種新的物質(zhì)被合成。這些化學物質(zhì)大部分通過人類活動進入水體，不少有機化合物對人體健康有急性或慢性、直接或間接的影響，如致突變、致畸、致癌、內(nèi)分泌干擾等。
　　面臨水源水質(zhì)的變化，常規(guī)工藝已顯不足，只能去除水中有機物20％－40％，由于溶解性有機物的存在不利于破壞膠體的穩(wěn)定性，使?jié)岫热コЧ陆担寐绕茐挠袡C物對膠體的干擾會使消毒副產(chǎn)物增長，對健康帶來負面影響。
　　我國地表水源受污染日趨嚴重，水源水質(zhì)達不到衛(wèi)生安全要求，因此迫切需要結合我國國情的實用技術來改進飲用水水質(zhì)。
　　生物預處理是指在常規(guī)凈水工藝前增設生物處理工藝，借助微生物群體的新陳代謝活動對水中有機污染物與氨氮、亞硝酸鹽及鐵、錳等無機污染物進行初步凈化，改善水的混凝性能，減輕常規(guī)處理的后續(xù)深度處理的污染負荷，延長過濾或活性炭吸附等物化處理工藝的工作周期，最大可能發(fā)揮水處理工藝整體作用，以此降低費用，控制污染，保障水質(zhì)。

生物預處理的特點

　　1. 能有效去除水中可生物降解有機物。這部分有機物往往分子量小（＜1500），可能是形成消毒副產(chǎn)物鹵乙酸的主要前體物，也是供水管網(wǎng)中細菌生長的主要營養(yǎng)基質(zhì)，常規(guī)處理工藝難以去除。經(jīng)生物處理后，水中膠粒zeta電位值降低，易干脫穩(wěn)，因此可減少后續(xù)混凝單元的投藥量20－30％。
　　2.能有效去除水中氨氮與亞硝酸鹽氮（一般可達80％以上），并在消毒時將減少氯對氨氮、亞硝酸鹽氮的反應，保障水中的有效氯含量而節(jié)省氯耗。
　　3.還能去除鐵、錳，色、嗅及濁度。
　　4.較物理、化學凈化技術運行費省。
　　生物預處理方法
　　1.生物過濾
　　是目前生產(chǎn)上常用的生物處理方法，有淹沒式生物濾池（曝氣與不曝氣）、煤砂、活性炭、活性炭——砂生物濾池及慢濾池等。濾池中裝有比表面積較大的顆粒填料，通過固定生長技術在填料表面形成生物膜，水在填料孔隙通過，在不斷與生物膜接觸過程中，使水中有機物及氮等營養(yǎng)物質(zhì)被生物膜吸收利用而去除。濾池運行中需補充一定量的空氣，為生物生長提供足夠的溶解氧，還有助于新老生物膜的更新?lián)Q代，保證生物膜的高氧化能力。
　　這種方法的特點是：因具有過濾作用其處理效果穩(wěn)定、管理方便（只需反沖）、污染物去除效率較高、污泥產(chǎn)量少、受外界環(huán)境變化影響較小。但存在產(chǎn)生一定的水頭損失（1－1.5m）；水氣異相流時會產(chǎn)生頂托，濾速受限制，而水氣同相流時配水系統(tǒng)易發(fā)生堵塞；必須設計成正規(guī)濾池（要反沖），基建造價稍高。
　　生物濾池的填料可采用表面粗糙具有一定強度的礦物顆粒，或人工燒結的材料，如沸石（天然或活化）、煤、砂、碎石、陶粒（圓?；蚍鬯轭w粒）等。人工泡沫塑料珠也可利用，但要注意其化學成分，不得含有對人體有害的化學物與滲出物。
　　2.生物塔濾
　　塔濾需要一定高度（6－8m），創(chuàng)造良好的通風條件，國外采用塑料制的大孔徑波紋板和管式填料，我國常用環(huán)氧樹脂固化的玻璃鋼蜂窩填料。
　　塔濾的特點是負荷高，產(chǎn)水量大，占地少，對水量、水質(zhì)突然變化的適應性較強，存在的問題是動力消耗大，運行管理較為不便。
　　同濟大學與上海自來水公司曾用塔濾對黃浦江水進行生產(chǎn)性規(guī)模研究，取得有效成果。
　　塔濾在我國給水預處理中未獲應用。
　　3.生物接觸氧化
　　生物接觸氧化池內(nèi)設置人工合成填料，水在充氧條件下以一定速度流經(jīng)填料與填料下生物膜接觸，使污染物得到降解與去除，是介于活性污泥法與生物過濾之間的處理方法。生物接觸氧化的特點是處理能力大、水頭損失小，池身構造可以簡化，填料每m³較便宜，基建、運行費較少。存在問題：生物膜增厚后不能僅靠自然脫落，要采取加大氣量等措施控制其厚度，當池面積大時布水布氣不易達到均勻，填料上較易生長水生動物。此外還應重視排泥的問題。
　　我國同濟大學，中國市政工程中南設計院對接觸氧化技術研究較早，已有生產(chǎn)性的成果。深切市東深供水局由同濟大學設計的世界上規(guī)模最大的400萬m³／d生物預處理工程投產(chǎn)數(shù)年，積累了大型工程的一系列經(jīng)驗，上海川沙、南匯等地水廠也都有生物接觸氧化池在正常運行。
　　4.生物轉盤
　　生物轉盤上的生物膜能周期地運動于空氣與水之間，微生物能直接從大氣中吸收需要的氧氣，使生化反應更為有利地進行。轉盤上生物膜生長的表面積大，生物量豐富，容易清理與維護，有較好的耐沖擊負荷的能力，運轉費用低。
　　由于盤片材料價格較貴，傳動裝置易生故障，在我國水處理領域沒有得到推廣。
　　5.生物流化床
　　流化床中生物膜是均勻分布的，生物膜與營養(yǎng)基質(zhì)接觸幾率的增加導致傳質(zhì)效果改進、基質(zhì)在液相和生物膜之間的轉移加快，從而使生物氧化能夠在更快速度下進行。生物流化床由于動力費用較高，維護管理較復雜，運行中有時出現(xiàn)跑料現(xiàn)象等問題，在我國微污染水源水處理方面尚無應用。
　　6.土地處理系統(tǒng)
　　利用堤岸過濾或沙丘滲透等系統(tǒng)的土壤中生長的微生物對水進行凈化在國外常有應用，并取得好的效果，但在我國由于占地多或土壤性質(zhì)等原因尚未應用。

　　生物陶粒濾池

　　以頁巖礦上為原料，破碎后經(jīng)1200℃左右高溫下焙燒，膨脹成5－40mm的球狀陶粒，再經(jīng)破碎后篩選而成。近年來已焙燒出圓形小陶粒，不需粉碎可以直接使用，與粉碎陶粒相比，濾層孔隙率稍大，水頭損失較小。一般粒徑在2－5mm或3－6mm。陶粒機械強度好，不易粉碎，表面粗糙易掛膜，堆積容重較輕，便于反沖洗。陶粒價格便宜，圓形陶粒每m³濾料與優(yōu)質(zhì)砂價格相同，破碎的陶粒約600元／t。生物濾池結構同氣水反沖濾池，只是增加一套曝氣系統(tǒng)。反沖氣系統(tǒng)與平時曝氣系統(tǒng)要分開，不能合用。
　　生物陶粒濾地由清華大學研究用于凈化微污染水源水，在多處進行過小試、中試，在蚌埠二水廠，周家渡水廠進行了生產(chǎn)性實驗，取得了完整的經(jīng)驗。一般對水中氨氮、亞硝酸鹽氮可取得80％，90％的去除率，對水中的有機物CODcr在30－40％左右，CODMn在15—20％左右。生物陶粒濾地的濾速控制在4－6m／h，沖洗周期約7d。