水厂常规净化工艺生物处理化可行性的探讨

岳舜琳　　吴今明　　唐意祥
上海市自来水公司

　　摘要:水厂常规净水处理工艺，存在不能有效地去除有机污染物，以及易生成致突变物的严重缺陷。因此，一般要增加臭氧——生物活性炭设施以处理被污染的原水。本文在分析试验数据的基础上，提出原水经生物塔滤预处理后，再经生物处理设施改造过的常规处理设备处理，最后通过生物活性炭滤池过滤并加氯消毒，即可实现水厂常规净水工艺的生物处理化，将是一种合理而可行的处理系统。
　　关键词　常规净化工艺　生物处理

　　1 引言

　　水厂常规是采用混凝、沉淀、过滤及氯化消毒处理工艺，其功能是去除水中悬浮物和杀灭微生物为主，有机物仅有少量去除。若源水为致突变阳性，出水仍为阳性；即使源水中不含致突变性物，但由于在氯化消毒中也会产生致突变的副产物，这是常规处理工艺的重大缺陷。
　　为此，原水深度处理工艺的研究和应用，日益受到重视。目前，主要是在常规处理工艺的基础上，增加臭氧氧化和生物活性炭滤池过滤；也有采用活性炭吸附工艺；臭氧、过氧化氢结合紫外光照射催化，生物滤池等。但是，水厂常规净化工艺生物处理化的研究尚未见报导。
　　本文就水厂常规净化工艺生物处理化的可行性，提出一些初步的意见。

　　2　生物处理试验结果

　　1987～1988年，在上海市周家渡水厂进行了“生物氧化处理黄浦江原水的研究”试验[1]，根据文献[1]，可计算出各个工艺或组合工艺去除水中有机物的贡献（表1）。

　　GCA——毛细色谱图峰的总面积
　　表中，B——生物塔滤；
　　　　　C——活性炭生物滤池；
　　　　　CI——加氯消毒；
　　　　　O——臭氧氧化；
　　　　　To——常规混凝、沉淀、过滤（臭氧预处理）；
　　　　　T——生物塔滤预处理，后续常规工艺。

　　由表1 可见，除UV消光值外，生物塔滤B去除水中有机物的贡献是十分显著的。可见生物处理作用较为强烈，而CHCI3及CCI4应认为是曝气作用而被去除。
　　在去除水中TOC、CODcr和降低毛细色谱面积等3个指标方面，加臭氧的Oto、BTOC和BTOCC1工艺与不加臭氧的BT、BTC和BTCC1大体相同；在降低UV消光值方面，OTo、BTOC和BTOCC1比BT、BTC和BTCC1贡献要大。CHCI3及CCI4和NH3-N经BT工艺处理的贡献比OTo大。经过相同预处理的各个组合工艺，BTC、BTCC1去除有机物比BTOC、BTOCC1稍微差一些。经过常规工艺处理后，加臭氧处理的作用似乎不明显。
　　这里要强调生物塔滤的特点。它在去除水中有机物的同时，一是能去除CHCI3及CCI4等低沸点有机物；二是能去除氨氮，降低其后续工艺（生物活性炭滤池）的负荷及其需氧量；三是使生物塔滤出水溶解氧接近饱和，为下一步生物处理创造好条件。由此可得到启示，常规工艺前用生物塔滤取代臭氧进行原水处理，在BT之后，不必用臭氧氧化，而以生物活性炭滤池处理，或再铺以其它生物处理即可满足深度处理的要求。
　　Ames致突变试验结果见图。图中横座标为每一平皿接种的经浓缩水样体积，纵座标为回变菌落数。横座标为0时的回变菌落数即为阴性对照结果。根据剂量反应曲线与阴性对照，即可判断该水样为致突变阳性或阴性。

Ames试验剂量一反应曲线图

　　由图可看出，加氯前BTC、BTOC工艺出水致突变为阴性或弱阳性，加氯后的BTCC1则变成了弱阳性，而BTOCC1则仍为阴性。
　　由上面分析表明，以BT代OTo，BTCC1代替BTOCC1工艺，其去除有机物的效果基本相同，但是，BTCC1较BTOCC1稍差一些，加氯后的BTCC1的Ames试验为弱阳性，而BTOCC1为阴性。若能将BTCC1予以强化某一个单元工艺，则出水水质与BTOCC1相同或超过，是有可能的。
　　河床周边的生物膜对有机物的生物转化起着重要的作用，生物膜法中的接触氧化池填料有很大的比表面积，使较小的池子内密集活性细菌，使有机物的转化比天然河床效率高得多[2]。将常规净化工艺设备改为既有反应、沉淀作用，又有生物膜的净化作用的设备，从而，有机物去除效率可大大提高；甚至可降低快滤池滤速，使之有生物滤池作用。这样，BTCC1工艺成为BTBCC1工艺（TB表示生物处理化了的常规净化工艺），实现水厂常规净化工艺的生物处理化应该是行之有效的。

　　3　实现水厂常规净水工艺生物处理化措施

　　生物滤塔接触时间只有1min，而生物处理作用显著，其填料中粘附的菌胶团中的细菌为了取得更多的食物，可以进入水中，胞外酶也会游离于水中，这种带有细菌和胞外酶的水进入反应池、快速滤将会继续发挥生物作用。如果提高反应池、沉淀池、滤池中微生物和酶的浓度，提高水中溶解氧，则有机物去除效率可大大提高。经生物处理的原水，甚至有节约加矾量，延长滤池周期的作用。
　　3.1　原水预处理采用生物塔滤或流化床生物滤池
　　生物塔滤　采用立波－Ⅲ填料，6m高度，水力负荷12m3/m2·h，自然通风。
　　流化床生物滤池　采用轻质粒料，以降低能耗，膨胀率取60%，曝气要求出水DO达到80%～90%饱和率，以保证后续处理需氧要求。
　　3.2　反应池改进
　　反应池采用回流式、折流式、折板式，保持原有过水断面流速，或保持原有GT值，用斜板或立板分隔，作为附着生物的填料，间距5cm，以利于形成生物膜，停留时间维持原值，亦可考虑柔性填料。
　　3.3　沉淀池和各型澄清池
　　沉淀池、各型澄清池加斜板、斜管或柔性填料，以附着生物膜。上升流速应不大于1mm/s或保持沉淀池原有水力负荷，即不缩短停留时间，以发挥生物反应作用。
　　沉淀池或澄清出水，要有20～30cm的跌水曝气，以保证后续滤池的需氧。
　　气浮池中也可加斜板或柔性填料，使之成为具有生化作用的气浮池。
　　3.4　砂滤池
　　砂滤池加厚滤层至1m，滤速降低至3～6m/h，最好能有气水冲洗装置。
　　3.5　活性炭生物滤池
　　活性炭生物滤池视需要而定，处理上海黄浦江原水应有此设备。生物活性炭滤池滤料层厚度2m，滤速10m/h。
　　3.6　加氯或二氧化氯消毒
　　最后一道工序，是加氯或二氧化氯消毒。
　　由于形成5级生物处理和1级加氯处理的组合净水工艺。
　　4～5级生物处理工艺中，以沉淀池、各类澄清池或气浮池为主；反应池、快滤池则视情况决定，因为它们的容积小，水的停留时间较短。
　　采用生物塔滤预处理，实践证明不会造成沉淀池中矾花上浮。但若采用其它曝气措施，应防止矾花吸附气泡上浮，在反应池中采用立板，要有清除积泥的措施。

　　4　常规设备生物处理的经济性

　　设有2万m3/d的常规处理水厂一座，由于水质原因，进行设备改造。第1方案采用臭氧预处理，并在快滤池后增加生物活性炭滤池；第2方案采用生物塔滤预处理，沉淀池加斜板或斜管，快滤池后加生物活性炭滤池，两方案的经济比较如下：

　　无论设备的费用，还是电耗，第2方案均比第1方案更经济。此外，在管理上第一方案比第二方案也要复杂得多。综上所述，水厂常规处理设备生物处理化是合理和可行的。

　　5　参考文献

　　[1]岳舜琳等，生物氧化处理黄浦江原水的研究，上海环境科学，1990，9(6):15～19
　　[2]郑元景等，生物膜法处理污水，第一版，北京：中国建工出版社，1986，21～26

（1991年5月12日收到修改稿）