生物預處理中試對比研究分析

【摘 要】本文主要介紹了在某水廠進行的生物預處理工程中試的具體情況，該試驗重點研究解決水廠達標的關健指標氨氮和CODMnM，對比分析輕質濾料曝氣生物濾池、陶粒濾料曝氣生物濾池和包埋菌流化床三種工藝的處理效果和運行方式，結合東江水源的水質特點，為水廠新增生物預處理工藝提供科學的數據支持。

【關鍵詞】水廠；氨氮；CODMnM ；生物濾池

1、工程試驗概況

某水廠水質達標的關鍵指標是氨氮和CODMn，適合采用生物預處理工藝。試驗研究將主要在前期小驗研究的基礎上，結合當地水源的水質特點，驗證三種不同的生物預處理工藝的有效性和可行性，并通過進一步優化工藝參數為設計提供科學的數據支持。同時試驗“生物預處理+常規處理”的運行參數，也為驗證水廠用“生物預處理+常規處理”后的出水水質能否達到飲用凈水水質標準，為日后水廠實施生物預處理的工程建設提供參考依據。

2、工程試驗工藝介紹

生物預處理試驗將分別采用輕質濾料曝氣生物濾池和陶粒濾料曝氣生物濾池及包埋菌流化床三種工藝型式。輕質濾料曝氣生物濾池的試驗規模為36m3/h，陶粒濾料曝氣生物濾池的試驗規模為72m3/h，包埋菌曝氣生物濾池的試驗規模為16m3/h.

常規處理試驗采用旋流反應、斜管沉淀、V型濾池，常規處理試驗裝置的規模為25m3/h，共有二套常規處理試驗裝置。每種生物預處理裝置可連接任意一套常規工藝。

2.1輕質濾料曝氣生物濾池

設計規模：36m3/h 濾池面積：2.25m2 濾層厚度：3m，使用輕質濾料。設計濾速：16m/h

氣水比：0.4～1：1。反沖方式：氣囊反沖洗。

2.2陶粒濾料曝氣生物濾池

陶粒濾料曝氣生物濾池工程試驗試驗規模為36m3/h。采用升流式濾池，以陶粒為濾料，粒徑￠5～7mm，濾料厚6m，濾速12～16m/h。濾池氣水比0.1～1：1。反沖方式：采用氣水反沖洗。

2.3包埋菌流化床

設計規模：25m3/h，濾池面積：1.0m2，包埋菌載體投加率：10.0%。設計流速25m/h，氣水比：0.4～1.5：1。不需反沖洗。

2.4常規處理工藝

分為兩組，每組試驗規模為25 m3/h，總試驗規模為50 m3/h。渦旋反應池：直徑￠1400mm，高3.05米，回流比1：2；斜管沉淀池：尺寸2.9×1.5米，斜管孔徑￠38mm；V型濾池：尺寸1.5×1.5長柄濾頭布氣布水，石英砂均質濾料厚1.2m，粒徑￠0.90～1.35mm。

3、工程試驗研究分析

3.1輕質濾料曝氣生物濾池

3.1.1試驗其間輕質濾料曝氣生物濾池出水氨氮能控制在0.5mg/L以下，經常規處理后終端出水水質符合《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）和《飲用凈水水質標準》（CJ94-2005）要求，生物濾池抗水質污染沖擊能力較強；

3.1.2生物濾池采用輕質濾料，價格相對便宜，處理效率高，濾速為12m/h情況下，氨氮平均去除率為90%以上，出水平均值為0.15mg/L，亞硝酸鹽平均去除率為84.6%，CODMnM平均去除率大于20.0%。穩定運行情況下鐵、錳去除率為30%左右；

3.1.3在不增加運行成本的前提下，濾速提高為16m/h，從中試結果看出水水質與12m/h濾速時相當；

3.1.4生物濾池采用氣水同向流，可達到較高濾速，減少占地面積，同時濾池配水簡單，可有效防止濾層阻塞；

3.1.5生物濾池采用氣囊反沖洗方式，反沖洗設備少，反沖洗周期為6～14天，沖洗耗水量為0.1%左右，耗氣、耗水量少；

3.1.6濾池生物膜活性高，長期運行濾池底部不積泥，無螺類等大型生物生長；

3.1.7濾速為12m/h時，過濾初期阻力損失約為6～8cm，期末為20～30cm，氣囊反沖洗方式耗氣耗水量少，因此濾池運行費用低；

3.2陶粒濾料曝氣生物濾池

3.2.1試驗其間陶粒濾料曝氣生物濾池出水氨氮能控制在0.5mg/L以下，經常規處理后終端出水水質符合《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）和《飲用凈水水質標準》（CJ94-2005）要求，生物濾池抗水質污染沖擊能力較強；

3.2.2陶粒濾料曝氣生物濾池，濾速為12m/h情況下，氨氮平均去除率為92%以上，出水平均值為0.13mg/L，亞硝酸鹽平均去除率為88%，CODMnM平均去除率大于20.0%。穩定運行情況下鐵、錳也有一定的去除率效果；

3.2.3曝氣生物濾池在原水水質較好情況下不需要曝氣運行，仍可保持高效穩定的處理能力；

3.2.4曝氣生物濾池采用洗水反沖洗方式，需要反沖洗風機和水泵，設備量較多。反沖洗周期為24h，反沖洗時間為氣、水反沖洗25min，其中：氣洗5min，氣水共洗20min，氣、水沖洗強度分別為19.6L/（m2·s）和4.7L/（m2·s）。

3.2.5陶粒濾料曝氣生物濾池的反沖洗周期為24h，在濾速為16 m/h的水頭損失反沖洗前為29cm，反沖洗后為23 cm；在濾速為20m/h的水頭損失反沖洗前為31cm，反沖洗后為25cm；在濾速為25～26m/h的水頭損失反沖洗前為39cm，反沖洗后為33cm。

3.3包埋菌顆粒流化床

3.3.1經預處理后出水氨氮基本可控制在0.5mg/L以下，但抗水質污染沖擊能力一般；

3.3.2水力停留時間（濾速）對氨氮和亞硝酸鹽氮的去除率影響顯著。本試驗認為，要根據不同季節下氨氮濃度和水溫變化，適當調整包埋菌顆粒流化床的水力停留時間，冬春季當水力停留時間為30min時，可以穩定達標；

3.3.3增加包埋顆粒的投加量可以有效改善系統抗水質波動沖擊負荷的能力，且同時提高了對氨氮及亞硝酸氮的去除效果。適宜的包埋菌顆粒投加率為20%-25%；

3.3.4增加包埋顆粒投加量和提高溶解氧對CODMn的去除效果沒有明顯改善，分析應與進水CODMn始終處于低濃度、且構成CODMn的有機物主要為難生物降解的有機物有關。

3.3.5包埋菌顆粒流化床對濁度沒有去除作用，因此試驗期間水頭損失基本沒有變化，試驗裝置不需要反沖洗設備。

4、工程試驗的綜合對比

表1 三種生物預處理工藝綜合對比表

工藝型式水質處理效果設備投入量運行操作要求反沖洗

周期

輕質濾料曝氣生物濾池優良適中適中6～14天

陶粒濾料曝氣

生物濾池優良較大較高1天

包埋菌

顆粒

流化床一般較小較低不需

反沖洗

通過試驗可知，三種生物預處理工藝在正常情況下水處理效果均能達到設計的要求，但在原水水質突變時，輕質濾料曝氣生物濾池和陶粒濾料曝氣生物濾池在應對氨氮沖擊時效果更佳，能起到水質保障更好的作用。而輕質濾料曝氣生物濾池在基礎設備投入量和運行人員的操作要求方面更有優勢，而且反沖洗周期為6～14天，在設備維護量、能耗和自用水率等方面對水廠的運行成本增加的負擔較小，因此綜合以上情況分析，無論是新建水廠還是水廠改造，輕質濾料曝氣生物濾池工藝是較佳的選擇。

參考文獻：

[1]上海建筑設計研究院主編 《給排水設計手冊》第3冊 中國建筑工業出版社，2003

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