浸没式生物膜法处理东深源水的研究和工程应用

周增炎 高廷耀
同济大学环境科学与工程学院 上海市 200092

前　言：

　　东深源水水质从九十年代初以来逐渐下降，尤其氨氮浓度超过国际和国内标准多倍，严重影响着深圳和香港的饮用水水质和自来水厂的运行成本。经过几年现场研究，开发出适合当地微污染源水的预处理工艺，建成了特大型（400万M³/d）东深源水生物预处理工程，污染物去除效果良好，运行十分稳定，改善了源水水质。经过研究表明，浸没式生物膜法处理微污染源水既经济又安全有效，试验研究优化确定了东深源水生物处理工程的主要设计参数，求得了适当的水流速度和水力坡降，妥善解决了微细泥砂在填料和池底积累以致影响生物处理池的去除效率问题，以及苔藓虫和椎实螺等微小动物的大量生长影响生物处理池的稳定运行等问题。为处理工艺设计和工程控制措施提供了依据。工程建成两年多来，污染物的去除效果良好，主要污染物氨氮的去除效果如下：年平均进水浓度为3.3mg/l时，供港水的氨氮浓度降到0.5mg/l，总去除率为84.3%。同时，水中COD_Mn、BOD₅、SS、Fe等污染物也有较好的去除效果，达到或超出了预期目标。运行成本仅0.023元/m3，经济与社会效益显著。

研究方法：

　　试验研究规模为1824m3～26900m3日处理量，在生物处理池长为20m，有效水深为3.8m，宽为1.0m的两条现场中试模型中进行，AB两池的布气方式不同，A池采用微孔园盘布气，B池采用穿孔管布气，池中满装3m高的YDT弹性立体填料。试验采用自然挂膜方式，当HRT为60min，气水比为1.7，水温为24.0～27.4℃时，经两周时间的运行氨氮去除率超过70%，认为完成了启动过程，正式试验开始。

结果与讨论：

　　1．试验考察了进水氨氮浓度对氨氮去除效果的影响
　　试验表明，当HRT为50min，两种曝气方式不同气水比条件下，随进水氨氮浓度的升高，氨氮去除率均下降，并且气水比越小，这种下降趋势越大；同一曝气方式进水氨氮浓度相同时，总体上随气水比的增大，氨氮去除率上升。
　　2．试验考察了气水比对氨氮去除效果的影响
　　试验表明，同一曝气方式条件下，随气水比的增大，氨氮去除率升高；各气水比条件下微孔曝气方式氨氮去除率均高于穿孔管曝气方式；气水比大于1.2后，两种曝气方式的氨氮去除率渐趋接近。
　　3．试验考察了水力停留时间（HRT）对氨氮去除效果的影响
　　试验表明，在穿孔管曝气方式，曝气强度为5.47m³/m²·h，HRT分别为50，54，60min条件下，氨氮去除率随进水氨氮浓度的升高均呈现下降趋势。进水氨氮浓度相同时，HRT越大，氨氮去除率越高，说明HRT对氨氮去除率影响较大，特别是进水氨氮浓度较高时，HRT的影响为就显得尤为突出。试验表明，当HRT为4.1、30、40、50、60min时，其氨氮相应去除率为9.7%、52.5%、62.9%、71.1%,
77.4%。
　　4．试验考察了水温对氨氮去除效果的影响
　　试验表明，水温对氨氮容积去除负荷影响较大，两者之间近似呈现指数关系，从试验数据推测，当水温低于5℃时，氨氮去除率很低。当氨氮进水浓度相同时，水温22.2℃比25.7℃的氨氮去除率要低6个百分点。
　　5．试验考察了DO、pH和碱度对氨氮去除效果的影响。
　　试验表明，无论是同一曝气方式不同气水比之间去除效率的比较，还是两种曝气方式同一气水比时运行状况的变化，都说明氨氮去除率随DO的增加而增加，当DO超过6mg/l后，DO对氨氮去除率的影响不大。当达到同一氨氮去除率时，微孔曝气方式的DO比穿孔管曝气方式要高，为保证去除效果稳定，应保持水中DO≥6mg/l。本研究中尚未发现源水pH和碱度对硝化过程产生明显影响。
　　6．试验中遇到的问题和对策
　　① 填料上和池底积泥问题。第一阶段试验水流流速较小，约为0.005m/s，引起大量的泥砂在填料上和池底积累，试验表明，池中平均水流速度为0.0813m/s，上水层平均流速为0.32m/s，填料层为0.023m/s，下水层为0.361m/s时，足以将池底的积泥和填料上脱落的泥砂推出池外。
　　② 生物处理池的短流问题。从上述水流流速的分布可见，生物处理池断面上水层，填料层和下水层水流速度不同，产生了短流的疑虑。利用罗丹明作示踪剂试验表明，在曝气的情况下，投药点下方22m处的水流水质已处完全混合状态。
　　③ 生物处理池的水力摩阻问题。生产装置为6条25m宽、3.8m水深，270m长的生物处理池采用平均流速为0.0813m/s（此时池底流速为0.361m/s），内装3m高填料10万m3。试验得出了曝气时的壅水高度除以池长即求得了设计水力坡降为2.5‰.
　　④ 微型动物的异常生长与对策
　　中试研究中发现，苔藓虫和椎实螺在填料上大量生长。经试验表明，苔藓虫暴发性生长会增加填料重量并加剧泥砂在填料上积累。稳定生长时，对氨氮的去除率影响不大。椎实螺优先取食生物膜上的原生动物、后生动物、藻类、细菌等，会影响氨氮的去除率，利用间歇使水中缺氧会使其浮上水面的习性，加以除去。

结 论：

　　试验表明，浸没式生物膜法预处理微污染东深源水，能有效去除氨氮等有机污染物，确定并优化了工程设计和运行参数，试验为工程设计合理解决了水力摩阻、填料和池底积泥，以及微小动物暴长及控制等技术难题。特大型东深源水生物预处理工程设计合理，运行稳定，除对氨氮有显著去除效果外，同时还对色度、浊度、非离子氨、总氮、铁、锰、铅、锌和藻类等10多项水质指标均有不同程度的去除效果，大大改善了供港水质。