摘要：进行了立体网状填料生物接触氧化法预处理受污染水库水的中试试验，并分析了该填料在生物接触氧化法中的特点。研究表明，该法对受污染水库水具有良好的净化效果，维护简单、运行成本较低。
关键词：生物接触氧化法 立体网状填料 受污染水库水 预处理
深圳市饮用水源来自3座水库，都已受到不同程度的污染。为提高出水水质，满足现行的35项饮用水水质标准及1992年国家建设部提出的《城市供水行业2000年技术进步发展规划》中一类水司的88项水质指标要求，进行了多种不同工艺及其组合的试验。其中采用PWT立体网状填料作为生物接触氧化池处理受污染水库水的试验连续进行了12个月，取得了满意的效果。
1 填料
PWT型立体网状填料采用改性亲水性聚丙烯材料经微机控制机械加工而成。图1为填料立体图。填料单体用两根中心绳串接，单体间竖向间距h采用45mm和70mm两种形式。
PWT填料具有如下特点：
①采用机械化生产制作，对保证填料的质量提供了必要条件，避免了手工操作产生的误差；
②填料在空间上分布均匀，布气布水性能良好，有利于传质；
③填料单位组装间距可调，间距越小比表面积越大，实际使用中可根据原水水质状况合理确定；
④填料单体短丝向下，能够对由下而上的气泡加强切割作用，提高充氧效率。
2 试验方法
2.1试验装置
试验设备采用钢结构。平面尺寸2m×0.4m×0.4m，结构高度4.19m，填料区高度2.95m，二级串联穿孔管曝气，斗底排泥。采用转子流量计进行水、气计量。图2为试验装置。
2.2试验用原水
试验期间采用了3座水库水进行试验，其水质详见表1。
表1 试验用原水水质
| 水质指标 |
水库A |
水库B |
水库C |
| 最大值 |
最小值 |
平均值 |
最大值 |
最小值 |
平均值 |
最大值 |
最小值 |
平均值 |
| 水温（℃ |
30.0 |
13.8 |
22.5 |
31.3 |
24.0 |
27.1 |
29.0 |
26.5 |
28.3 |
| PH |
7.03 |
6.00 |
6.64 |
7.64 |
7.04 |
7.27 |
6.97 |
6.72 |
6.87 |
| 色度（度） |
80 |
13 |
32 |
42 |
19 |
24 |
35 |
10 |
21 |
| 浊度（NTU） |
51.00 |
2.70 |
7.71 |
29.40 |
4.64 |
8.23 |
11.70 |
4.09 |
6.93 |
| 嗅阈值 |
60 |
6 |
26 |
30 |
12 |
19 |
60 |
40 |
52 |
| 氨氮（mg/L) |
4.03 |
0.16 |
1.95 |
0.44 |
0.04 |
0.11 |
0.26 |
0.01 |
0.09 |
| 高锰酸盐指数（mg/L） |
6.05 |
2.01 |
3.16 |
4.87 |
2.13 |
2.79 |
3.65 |
1.77 |
2.64 |
| 亚硝酸盐氮（mg/L） |
0.790 |
0.020 |
0.202 |
0.094 |
0.006 |
0.038 |
0.089 |
0.006 |
0.029 |
| 藻类（104个/L） |
1.696 |
70 |
472 |
1598 |
256 |
483 |
3800 |
57 |
771 |
| 锰（mg/L） |
0.94 |
0.09 |
0.27 |
0.99 |
0.06 |
0.26 |
0.41 |
0.09 |
0.20 |
| UV254 |
0.0826 |
0.0645 |
0.0744 |
|
|
|
|
|
|
由表1可知，三座水库色度、浊度、嗅阈值、氨氮及藻类等水质参数相差较大，因而其试验结果有一定的广泛意义和代表性。
2.3 试验运行
中试装置设在深圳市，从1997年12月初至1998年12月底连续运行一年多。处理水量1.0～1.6m3/h，气水比1∶1～0.56∶1，水温13.8～31.3℃，填料水力负荷1.06～1.70m3/(m3·h)。斗底排泥，排泥间隔7d。
试验期间原水为中性偏酸性，未对处理效果产生不良影响。
3 试验结果与分析
3.1不同填料间距的净化效果对比
试验选用了2种填料间距，其运行工况如表2，净化效果见表3。
表2 不同填料间距的运行工况
| 填料间距（mm） |
水力负荷[m3/m3.h)] |
气水比 |
70
45 |
1.06～1.27
1.06～1.70 |
0.83～1.00
0.57～0.83 |
由表3可以看出，45 mm间距填料的预处理装置在水力负荷较高、气水比较低的条件下，嗅阈值、氨氮、高锰酸盐指数、锰、色度、藻类、浊度等方面显著优于70 mm间距填料的预处理装置。
|
表3 不同填料间距去除效果 |
|
项目 |
填料间距（mm） |
进水 |
出水 |
去除率（%） |
|
水温（℃） |
45
70 |
31.3
26.0 |
21.3
13.8 |
26.9
18.7 |
|
|
|
|
|
|
|
PH |
45
70 |
7.03
7.46 |
6.21
6.48 |
6.65
6.90 |
7.22
7.51 |
6.28
6.57 |
6.77
6.87 |
|
|
|
|
嗅阈值 |
45
70 |
60
25 |
25
6 |
40
12 |
40
15 |
6
6 |
17
7 |
80.0
50.0 |
33.3
0.0 |
56.7
45.0 |
|
氨氮*（mg/L） |
45
70 |
2.73
3.94 |
0.55
0.44 |
1.68
2.32 |
0.32
1.20 |
0.07
0.08 |
0.17
0.58 |
94.5
94.1 |
84.5
63.1 |
89.6
75.2 |
|
高锰酸盐指数（mg/L） |
45
70 |
4.87
3.86 |
1.85
2.58 |
2.97
3.01 |
3.52
3.62 |
1.47
2.07 |
2.27
2.66 |
57.8
23.3 |
7.2
1.2 |
23.4
11.5 |
|
锰（mg/L) |
45
70 |
0.52
0.99 |
0.11
0.08 |
0.27
0.30 |
0.21
0.62 |
＜0.05
＜0.05 |
0.11
0.16 |
89.6
74.3 |
35.3
0.1 |
60.1
46.3 |
|
色度（度） |
45
70 |
80
42 |
13
19 |
31
32 |
44
26 |
8
15 |
17
20 |
62.5
57.1 |
26.7
5.3 |
44.8
37.3 |
|
亚硝酸盐氮（mg/L） |
45
70 |
0.790
0.280 |
0.009
0.012 |
0.156
0.158 |
0.714
0.176 |
0.001
0.002 |
0.041
0.099 |
97.1
84.6 |
3.3
-103.8 |
73.9
37.3 |
|
藻类（104个/L） |
45
70 |
3800
633 |
72
70 |
847
317 |
360
146 |
9
9 |
90
52 |
94.2
97.0 |
66.1
52.9 |
89.3
83.6 |
|
浊度（NTU） |
45
70 |
43.50
32.00 |
3.32
4.49 |
7.83
8.39 |
4.81
19.00 |
1.17
2.50 |
2.05
4.66 |
92.9
62.4 |
20.9
18.4 |
73.8
44.4 |
|
UV254 |
45 |
0.0826 |
0.0645 |
0.0753 |
0.0785 |
0.0373 |
0.0657 |
53.8 |
4.0 |
12.7 |
|
注 *忽略原水氨氮＜0.40mg/L的数据。 |
3.2 对不同水质的净化效果
3.2.1有机污染物
采用高锰酸盐指数作为反映有机物污染程度的指标。试验期间高锰酸盐指数一般为2～4 mg/L，少数时候接近5mg/L，平均3mg/L，属Ⅱ类至Ⅲ类水体。
生物接触氧化池对高锰酸盐指数的去除率表现为：随着生物池运行历时的增加，去除率逐渐增大，说明生物膜成熟，活性增强；填料间距减少(比表面积增大)，生物膜量增大，去除率升高；去除率亦随进水浓度的升高而增大。
3.2.2浊度
试验中原水浊度变化较大，而出水浊度变化范围远小于原水。生物接触氧化对浊度的去除主要靠生物吸附、生物降解和生物絮凝作用，一般运行稳定的生物接触氧化池可以去除50%左右的浊度，因此生物接触氧化池不仅能除浊，而且对常规处理工艺实际起到了调节水质的作用。
3.2.3锰
生物接触氧化对锰的去除效果较好，主要是靠曝气的作用将Mn2+氧化成Mn4+，并有生物氧化作用。生物接触氧化装置出水锰为0.21～0.05 mg/L，平均0.11 mg/L，再经常规工艺处理可达到0.10 mg/L以下。
3.2.4藻类
试验对水库水藻类种属及在水库中的竖向分布进行了分析，其藻类种属60个左右，以隐藻、针杆藻、颤藻、兰纤维藻为主，占总量的70%左右，其他种属的藻类约占30%。藻类在水库中的竖向分布大致为表层藻类种属多、数量大，沿水深的方向逐渐减少。表4为生物接触氧化池对不同藻类种属的去除率，可见其对不同藻类去除率均较高。
|
表4 生物接触氧化池对不同藻类种属的去除率 |
|
|
水样 |
数量（104个/L） |
隐藻 |
|
|
|
|
|
|
数量（104个/L） |
比例（104个/L） |
数量（104个/L） |
比例（104个/L） |
数量（104个/L） |
比例（104个/L） |
数量（104个/L） |
比例（104个/L） |
数量（104个/L） |
比例（104个/L） |
|
|
原水 |
504 |
75 |
14.8 |
15 |
3.0 |
82 |
16.3 |
52 |
10.3 |
280 |
55. |
|
|
出水 |
42 |
2 |
4.8 |
＜1 |
|
8 |
19.0 |
4 |
9.5 |
28 |
66.7 |
|
|
去除率（%） |
91.7 |
97.3 |
＞99 |
90.2 |
92.3 |
90.0 |
|
|
注 1998年5月4日取样分析。 |
|
3.2.5 氨氮、亚硝酸盐氮
生物接触氧化对氨氮、亚硝酸盐氮的去除是该工艺的主要目的之一，稳定运行时去除效果较好，氨氮去除率一般为70%～90%，亚硝酸盐氮去除率大于50%，经后续工艺处理后，能够满足饮用水水质标准。当氨氮浓度＞4 mg/L时，提高供氧量，增加水中溶解氧和水力接触时间是维持和提高处理效率的关键。
3.2.6 异臭
使水体产生异臭的主要生物有：放线菌、藻类和真菌。通常水的霉臭由放线菌引起，芳香臭、植物臭(如藻臭、青草臭)、鱼腥臭等由藻类引起，尤以蓝藻最易使水发生异臭。由于藻类在新陈代谢过程中会分泌发臭物质，当某种藻类大量繁殖时，水中某种发臭物质含量剧增，致使水体带有某种异臭。异臭物浓度很低的原水通过常规处理后不会产生不适感。
对水异臭状况的评价常用嗅阈值(TON)，TON是将水样用无臭水稀释到刚刚能闻出臭味时的稀释倍数。TON越大，表示水中发臭物质的含量越高。
水源发生异臭和水温有密切关系，一般在水温较高时发生。试验期间，5月—11月TON一般30～60；12月—来年4月则较低，一般10～20。生物接触氧化除臭较经济，不产生副产物，对TON的去除率一般为40%～60%，最高达80%，平均57%。国家对嗅阈值目前尚无具体规定，但一般认为小于8即可满足要求。试验结果表明，该工艺是处理异臭水的有效方法之一。
3.2.7色度
生物接触氧化池对色度的去除率在一定范围内较为稳定。
3.2.8紫外吸光度
UV254是水样经0.45mm膜过滤后在254 nm波长下用2 cm比色皿测得的紫外吸光度，主要代表水体中芳香烃化合物的相对量，也可作为THMs前体物的替代参数。试验表明，对其去除率约为4%～54%，平均 13%。接触氧化工艺对较难降解的芳香烃化合物也有一定的去除效果。
3.3立体网状填料的运行特点
试验中，PWT立体网状填料表现出较好的性能：
①填料上生物膜分布均匀，没有明显积泥，未产生堵塞现象。如果填料本身存在空间上的不均匀分布，在密实的地方会产生积泥，会减少有效的生物膜量，并影响配水的均匀，从而降低处理效果。
②运行中不需要反冲洗，可直接排泥。在一年的运行期间，没有反冲洗过而效果未受影响，实现了连续运行，并节省了反冲洗费用。其他几种不同形式或不同填料的生物预处理装置反冲洗需时30～90 min，反冲洗耗水量及反冲洗后初排水水量相当于总处理水量的0.5%～3%。
③充氧效率高。在同样采用穿孔管曝气的条件下，较其他填料充氧效率高，接近微孔曝气。试验中原水溶解氧0.08～2.14 mg/L，在气水比0.6∶1的条件下充氧35～40min后，出水溶解氧提高到6.32～8.96mg/L，与微孔曝气器的充氧效率接近。另外，穿孔曝气管的制作、维护费用相对较低。
④挂膜期短，在水温15 ℃左右历时25～30 d；水温25～28 ℃仅需10～15d。
4 结论
①新型立体网状填料作为生物接触氧化池的填料，进行受污染水库水的生物预处理工艺在技术上是可行的。在气水比1∶1～0.56∶1、水温13.8～31.3 ℃、填料水力负荷1.06～1.70m3/（m3·h)的条件下，能够有效降低原水中的有机物、氨氮、藻类、亚硝酸盐、锰、臭味、色度、浊度等，对芳香烃类化合物也有一定的去除效果，显著改善原水水质。
②生物膜在填料上厚度保持均匀，未产生堵塞现象，对浊度较高受污染水源水的处理具有明显的好处，有利于生物接触氧化池的长期稳定运行，减少维护工作量，降低运行成本。
③填料的制作采用机械化生产，对保证填料的质量提供了必要条件，避免了手工操作产生的误差。实际使用中还可根据原水水质状况合理确定填料间距。对试验所用水源，推荐采用45 mm间距。
④填料充氧效率较高，与微孔曝气器的充氧效率接近，而穿孔曝气管的制作、维护费用相对较低。
⑤挂膜期相对较短，条件适宜时可短至10～15 d。
⑥生物接触氧化池的处理效果根据不同的水源水水质亦会有一定的差异，工程实施时应进行必要的试验研究，以合理选取有关的设计参数。
参考文献：
[１]崔玉川，傅涛我国城市给水发展现状与特点中国给水排水，1999，15(2)：52-54
[2]汪光焘等城市供水行业2000年技术进步发展规划 北京：中国建筑工业出版社，1993.49-59. |
