孫瑞征 阮如新

　　摘要：本文介紹了陶粒生物濾料處理北京團(tuán)城湖水的試驗(yàn)結(jié)果，探索了水溫低于5℃且有機(jī)污染質(zhì)含量很低時(shí)生物處理的可行性，其結(jié)果甚為樂(lè)觀。

　　1 引言

　　工業(yè)化的進(jìn)程使得原有的天然潔凈水受到不同程度的污染，生活水平及生活質(zhì)量的提高對(duì)飲用水水質(zhì)的要求不斷完善。近年來(lái)有關(guān)飲用水的除污染技術(shù)發(fā)展較快，不少輕度污染及微污染水凈化技術(shù)已在工程中得到應(yīng)用，至今已有的工藝包括物理吸附、化學(xué)氧化、光化學(xué)氧化、生物氧化等等。目前倍受重視的當(dāng)屬生物處理技術(shù)。
　　生物處理技術(shù)是借助于微生物群體的新陳代謝活動(dòng)，對(duì)水中的有機(jī)污染物、氨氮或是無(wú)機(jī)污染質(zhì)如Fe、Mn等進(jìn)行有效的處理。這樣既可以改善水的混凝沉淀性能;又可通過(guò)可生物降解物質(zhì)的去除，減少水中“三致”物前驅(qū)物含量，改善出水水質(zhì);還由于水中有機(jī)物及氨氮的減少降低了引起管網(wǎng)水微生物繁殖的有效基質(zhì)含量，提高水的生物穩(wěn)定性。

　　2 團(tuán)城湖水質(zhì)

　　試驗(yàn)期間團(tuán)城湖的水質(zhì)狀況見(jiàn)表1、表2。

表1 冬季試驗(yàn)水質(zhì)（1997.12～1998.1） 水質(zhì) COD_cr NH₃—N 濁度 色度 pH 水溫 TOC BOD₅ 嗅閾值 項(xiàng)目 mg/l mg/l NTU ℃ mg/l mg/l 最高值 12.8 0.11 3.64 11 8.50 0.5 6.03 3.4 16 最低值 7.1 0.03 0.98 9 7.90 0.1 3.36 0.3 13 平均值 9.7 0.06 2.02 10 8.20 0.2 3.96 1.7 15

表2 夏季試驗(yàn)水質(zhì)（1998.5～1998.9） 水質(zhì) COD_cr NH₃—N 濁度 色度 pH 水溫 嗅閾值 藻類 項(xiàng)目 mg/l mg/l NTU ℃ 萬(wàn)個(gè)/l 最高值 14.9 0.24 7.85 18 8.50 29.0 40 1474.0 最低值 5.8 0.04 1.10 5 7.90 20.0 20 68.1 平均值 11.1 0.16 4.61 15 8.25 23.2 25 451.8

　　3 試驗(yàn)工藝流程

　　3.1 工藝流程
　　生物處理試驗(yàn)工藝流程見(jiàn)圖1。

　　3.2 主要裝置
　　本試驗(yàn)的主要裝置為模擬淹沒(méi)式生物濾池的生物陶粒柱，具體規(guī)格為:Φ100有機(jī)玻璃柱，柱體總高3.4m。陶粒粒徑d=2～5mm，厚度1.5m。
　　3.3 設(shè)計(jì)參數(shù)
　　試驗(yàn)采用的主要參數(shù)如下:
　　①水力負(fù)荷2.0m³/m²·h，停留時(shí)間45.0min。
　?、谒ω?fù)荷4.0m³/m²·h，停留時(shí)間22.5min。
　　③水力負(fù)荷6.0m³/m²·h，停留時(shí)間15.0min。
　　④水力負(fù)荷8.0m³/m²·h，停留時(shí)間11.3min。
　　3.4 試驗(yàn)過(guò)程
　　冬季試驗(yàn):1997.12～1998.01
　　夏季試驗(yàn):1998.05～1998.09。
　　3.5 測(cè)定分析項(xiàng)目
　　3.5.1 常規(guī)測(cè)定項(xiàng)目
　　主要測(cè)定進(jìn)出水中的pH、DO、水溫、TOC、COD_cr、NH₃—N、濁度、色度、BOD₅、嗅閾值等。其中水溫為每日測(cè)定；DO、TOC、BOD₅為不定期測(cè)定；其它項(xiàng)目一般每周測(cè)定2次。均按標(biāo)準(zhǔn)分析方法測(cè)定。
　　3.5.2 微量有機(jī)物質(zhì)分析
　　主要是Geosmin、2—MIB的GC—MS定量分析。
　　3.5.3 生物相觀測(cè)
　　正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中在填料不同深度（0.1、0.5、1.0、1.5m）處分層取樣，進(jìn)行生物相電子掃描鏡檢或顯微鏡定性觀測(cè)。
　　3.5.4 其它項(xiàng)目的分析
　　在對(duì)常規(guī)項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)定及分析的基礎(chǔ)上，本試驗(yàn)還就生物處理工藝對(duì)團(tuán)城湖水中AOC、BDOC及不同分子量物質(zhì)的去除情況進(jìn)行了測(cè)定。

　　4 試驗(yàn)結(jié)果

　　4.1冬季時(shí)生物處理工藝的運(yùn)轉(zhuǎn)效果
　　冬季時(shí)生物處理工藝的運(yùn)轉(zhuǎn)效果見(jiàn)表3。

表3 冬季時(shí)生物處理工藝的運(yùn)轉(zhuǎn)效果 水力負(fù)荷 2.0 4.0 去除率（％） （m³/m²·h） （m³/m²·h） COD_cr 29.5 27.3 NH₃—N 50.0 50.0 濁度 70.9 66.5 色度 25.7 20.6

　　4.2 夏季時(shí)生物處理工藝的運(yùn)轉(zhuǎn)效果
　　夏季時(shí)生物處理工藝的運(yùn)轉(zhuǎn)效果見(jiàn)表4。

表4 夏季時(shí)生物處理工藝的運(yùn)轉(zhuǎn)效果 水力負(fù)荷 2.0 4.0 6.0 8.0

去除率（％） （m³/m²·h） （m³/m²·h） （m³/m²·h） （m³/m²·h） COD_cr 34.9 35.4 31.3 23.0 NH₃—N 62.5 76.9 68.8 50.0 濁度 73.1 85.1 84.6 79.6 色度 28.6 44.4 33.3 20.8 嗅閾值 / / 50.0 50.0 藻類 / / 64.1 /

　　4.3 生物處理工藝對(duì)Geosmin及2—MIB的去除
　　生物處理工藝對(duì)Geosmin及2—MIB的去除效果見(jiàn)表5及表6。

表5 Geosmin的平均去除效果 水力負(fù)荷 原水 出水 去除率 水溫 （m³/m²·h） （ng/l） （ng/l） （%） （℃） 6.0 1.21 0.76 37.2 23.5

表6 2—MIB的平均去除效果 水力負(fù)荷 原水 出水 去除率 水溫 （m³/m²·h） （ng/l） （ng/l） （%） （℃） 6.0 2.12 0.27 87.3 23.5

　　4.4 生物處理工藝對(duì)嗅閾值的去除
　　生物處理工藝對(duì)嗅閾值的去除效果見(jiàn)表7。

表7 嗅閾值的平均去除效果 水力負(fù)荷 原水 出水 去除率 水溫 （m³/m²·h） （%） （℃） 6.0 24 12 50.0 26.0 8.0 24 12 50.0 23.0

　　4.5 生物處理工藝對(duì)AOC、BDOC及不同分子量物質(zhì)的去除
　　生物處理工藝對(duì)AOC、BDOC及不同分子量物質(zhì)的去除效果見(jiàn)表8。

表8 AOC、BDOC及不同分子量物質(zhì)的去除效果 項(xiàng) 目 原水 出水 去除率 水溫 （%） （℃） AOC（μg/l） 540 293 45.7 26.0 BDOC（mg/l） 1.74 0.61 64.9 26.0 分子量＜10萬(wàn) 3.98 2.08 47.7 26.0 分子量＜1萬(wàn) 3.37 1.66 50.7 26.0 分子量＜500 1.69 0.75 55.6 26.0

　　5 幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

　　5.1 生物處理對(duì)溫度的適用范圍
　　以往人們通常認(rèn)為，當(dāng)水溫在5℃以下的時(shí)候，生物處理是基本無(wú)效的。然而本試驗(yàn)的結(jié)果表明，當(dāng)水溫在1℃以下、水力負(fù)荷≤4.0m³/m²·h時(shí)，生物處理工藝對(duì)COD_cr的去除率接近30%、NH₃-N的去除率50%。應(yīng)當(dāng)說(shuō)對(duì)于有機(jī)質(zhì)如此稀薄的團(tuán)城湖水，這樣的去除率是很可觀的。因此，可以認(rèn)為生物處理工藝是可行的。
　　5.2 生物處理對(duì)有機(jī)污染質(zhì)濃度的適用范圍
　　團(tuán)城湖水來(lái)自密云、懷柔水庫(kù)，有機(jī)污染質(zhì)含量很低，試驗(yàn)期間其水中COD_cr為5.8～14.9mg/l、NH₃-N為0.03～0.24mg/l，我們姑且稱之為稀薄水。試驗(yàn)前曾一度擔(dān)心有機(jī)質(zhì)如此稀薄的水能否經(jīng)生物處理后得到有效的進(jìn)一步凈化。然而試驗(yàn)結(jié)果證明，對(duì)于這樣的水體，陶粒生物濾池是成功的，對(duì)有機(jī)質(zhì)的去除具有較為理想的效果。
　　5.3 生物處理在給水凈化工藝流程中的位置
　　從分子量的角度而言，生物處理依靠膜的傳質(zhì)作用主要去除的是水中分子量小于1,000道爾頓的親水性有機(jī)物，對(duì)大分子量有機(jī)物的去除則依靠的是低等生物的吸附作用。而給水凈化工藝中的混凝沉淀主要去除的是分子量大于10,000道爾頓的有機(jī)物。因此，當(dāng)被處理原水中的有機(jī)物主要是由大分子量有機(jī)質(zhì)構(gòu)成時(shí)，生物處理不應(yīng)作為預(yù)處理手段，而宜放在混凝沉淀之后，才更能發(fā)揮其特長(zhǎng)；當(dāng)被處理原水中的有機(jī)物主要由小于數(shù)千道爾頓的有機(jī)物構(gòu)成時(shí)，方可考慮將生物處理做為預(yù)處理工藝加以采用。稀薄污染質(zhì)的水源肯定是以數(shù)千道爾頓的有機(jī)質(zhì)為主要污染物的（密云、懷柔水庫(kù)水中分子量小于3,000道爾頓的有機(jī)物約占90%以上），因此，對(duì)于這樣的水源，可以考慮采用生物預(yù)處理工藝。這可能也正是生物處理對(duì)低溫的、污染質(zhì)稀薄的團(tuán)城湖水能有效處理的主要原因之一。

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作者：孫瑞征，北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院研究所高級(jí)工程師。北京市西城區(qū)大帽胡同26號(hào)（100035）。電話：86-010-66167230，傳真：86-010-66167320。
　　　阮如新，北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院研究所高級(jí)工程師。北京市西城區(qū)大帽胡同26號(hào)（100035）。電話：86-010-66167314，傳真：86-010-66167320。