福州市东南区水厂原水生物预处理试验研究

书书书福州市东南区水厂原水生物预处理试验研究唐　廷１，　张玉先１，　黄正杰１，　陈宏景２，　肖友淦２，　黄功洛２（１．同济大学环境科学与工程学院，上海２０００９２；２．福州城建设计研究院，福建福州３５０００１）　　摘　要：　采用悬浮填料生物接触氧化法对福州市东南区水厂的微污染原水进行预处理，考察了该工艺的处理效果及影响因素，并针对原水中污染物的周期性变化规律，提出了可行的工艺设计参数和建议。结果表明，当原水的氨氮和ＣＯＤＭｎ分别为（０．１５～２．０）、（２～４．１）ｍｇ／Ｌ时，在ＨＲＴ为１ｈ、气水比为１∶１的工况下，生物接触氧化工艺对氨氮和ＣＯＤＭｎ的去除效果较好，平均去除率分别可达７０％以上和１５％左右。随ＨＲＴ的缩短、水温的降低及气水比的减小，系统对氨氮的去除效果会相应下降，但原水的水温基本满足工艺的要求，而要保持填料的流化状态，曝气量需在２ｍ３／（ｍ２·ｈ）以上。可行的生物预处理工艺设计参数：采用两级生物接触氧化工艺串联运行，总ＨＲＴ为４５～６０ｍｉｎ、总气水比为（０．８～１．２）∶１。　　关键词：　微污染原水；　氨氮；　生物接触氧化；　预处理；　悬浮填料中图分类号：ＴＵ９９１　　文献标识码：Ｃ　　文章编号：１０００－４６０２（２０１０）０５－００８４－０５ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌＳｔｕｄｙｏｎＢｉｏｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆＲａｗＷａｔｅｒｆｒｏｍＤｏｎｇｎａｎＷａｔｅｒｗｏｒｋｓｉｎＦｕｚｈｏｕＣｉｔｙＴＡＮＧＴｉｎｇ１，　ＺＨＡＮＧＹｕｘｉａｎ１，　ＨＵＡＮＧＺｈｅｎｇｊｉｅ１，　ＣＨＥＮＨｏｎｇｊｉｎｇ２，　ＸＩＡＯＹｏｕｇａｎ２，　ＨＵＡＮＧＧｏｎｇｌｕｏ２（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａ；２．ＦｕｚｈｏｕＣｉｔｙＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０００１，Ｃｈｉｎａ）　　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　ＴｈｅｍｉｃｒｏｐｏｌｌｕｔｅｄｒａｗｗａｔｅｒｏｆＤｏｎｇｎａｎＷａｔｅｒｗｏｒｋｓｉｎＦｕｚｈｏｕＣｉｔｙｗａｓｔｒｅａｔｅｄｂｙｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｔａｃｔｏｘｉｄａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｗｉｔｈｓｕｓｐｅｎｄｅｄｍｅｄｉａ，ａｎｄｔｈｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅｆｅａｓｉｂｌｅｐｒｏｃｅｓｓｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓｗｅｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｐｅｒｉｏｄｉｃｃｈａｎｇｅｏｆｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｉｎｔｈｅｒａｗｗａｔｅｒ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｗｈｅｎｔｈｅａｍｍｏｎｉａｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄＣＯＤＭｎｉｎｔｈｅｒａｗｗａｔｅｒａｒｅ０．１５ｔｏ２．０ｍｇ／Ｌａｎｄ２ｔｏ４．１ｍｇ／Ｌｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｔｈｅｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｔａｃｔｏｘｉｄａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｈａｓｇｏｏｄｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓｏｆａｍｍｏｎｉａｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄＣＯＤＭｎｕｎｄｅｒｔｈｅＨＲＴｏｆ１ｈａｎｄｔｈｅａｉｒ／ｗａｔｅｒｒａｔｉｏｏｆ１∶１，ａｎｄｔｈｅａｖｅｒａｇｅｒｅｍｏｖａｌｒａｔｅｓａｒｅａｂｏｖｅ７０％ａｎｄａｂｏｕｔ１５％ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．ＴｈｅｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆａｍｍｏｎｉａｎｉｔｒｏｇｅｎｄｅｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｅｏｆＨＲＴ，ｗａｔｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄａｉｒ／ｗａｔｅｒｒａｔｉｏ．Ｔｈｅｒａｗｗａｔｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃａｎｍｅｅｔｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄｔｈｅａｅｒａｔｉｏｎｒａｔｅｎｅｅｄｓｔｏｂｅａｂｏｖｅ２ｍ３／（ｍ２·ｈ）ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｋｅｅｐｔｈｅｆｌｕｉｄｉｚｅｄｓｔａｔｅｏｆｓｕｓｐｅｎｄｅｄｍｅｄｉａ．Ｔｈｅｆｅａｓｉｂｌｅｂｉｏｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｒｅｔｗｏｓｔａｇｅｓｅｒｉｅｓ，ｔｈｅｔｏｔａｌＨＲＴｏｆ４５ｔｏ６０ｍｉｎａｎｄｔｈｅｔｏｔａｌａｉｒ／ｗａｔｅｒｒａｔｉｏｏｆ（０．８－１．２）∶１．　　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　ｍｉｃｒｏｐｏｌｌｕｔｅｄｒａｗｗａｔｅｒ；　ａｍｍｏｎｉａｎｉｔｒｏｇｅｎ；　ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｔａｃｔｏｘｉｄａｔｉｏｎ；　ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ；　ｓｕｓｐｅｎｄｅｄｍｅｄｉａ·４８·第２６卷　第５期２０１０年３月　　　　　　　　　　　　中国给水排水ＣＨＩＮＡＷＡＴＥＲ＆ＷＡＳＴＥＷＡＴＥＲ　　　　　　　　　　　　　Ｖｏｌ．２６Ｎｏ．５Ｍａｒ．２０１０　　福州市东南区水厂原水取自闽江下游，由于上游修建水库，来水量减少，加之取水口下游排放的城市生活污水经潮水顶托常常在取水口附近游荡，导致东南区水厂原水中的氨氮浓度时高时低。原水中的氨氮浓度呈周期性变化（周期为１２ｈ），每个周期氨氮的最高值与潮水大小、上游来水量等因素有关。每次涨潮时氨氮浓度多在０．８～２．０ｍｇ／Ｌ之间，高氨氮时段一般每天持续８～１６ｈ，此时水厂的常规处理工艺不能有效去除氨氮等污染物，不得不停止生产，影响了正常供水。另外，为保持自来水中必要的自由余氯，需要增大加氯量，又出现了消毒副产物、嗅味增加等不良现象。因此，急需对现有处理工艺进行改造来应对这一局面。东南区水厂现有的水处理工艺主要为机械加速澄清池和双阀滤池，并对原水、滤前水和滤后水分三次加氯，此常规处理工艺对氨氮的去除率＜３０％，出厂水的氨氮不能达标，因此需要采用新工艺对水厂进行改造。目前用于实际生产、以去除氨氮为主的工艺有：化学氧化预处理、生物氧化预处理和臭氧／生物活性炭处理工艺。化学氧化法主要是通过加氯氧化氨氮，方法简单，但其氯的投加量大且难以掌握，并容易产生消毒副产物；臭氧／生物活性炭法可取得较好的处理效果，但其工艺复杂，改造和运行费用较高，且运行管理要求严格。生物预处理法具有简单、高效、经济等优势，成为高氨氮微污染原水处理的主要选择［１］。因此，笔者选用生物接触氧化工艺对东南区水厂原水进行预处理试验，以期为该水厂的生物预处理改造提供参考。１　试验部分１１　工艺流程工艺流程见图１。试验进水取自东南区水厂原水进水管（氨氮为０．１５～２．０ｍｇ／Ｌ、ＣＯＤＭｎ为２～４．１ｍｇ／Ｌ），提升到高位水箱后进入生物接触氧化池，由空压机压缩空气经穿孔管布气。生物接触氧化池有效水深为１．６ｍ，水量和供气量分别采用螺翼式水表和气体流量计计量。试验规模为１００ｍ３／ｄ，生物氧化时间为６０ｍｉｎ左右。试验采用某公司生产的悬浮式生物填料，呈圆柱斜切形，尺寸为２０ｍｍ×２０ｍｍ，比表面积＞５００ｍ２／ｍ３，填充率为５０％。填料密度在未挂膜时约为０．９８～１．０２ｇ／ｃｍ３，挂膜后为１．０１～１．０４ｇ／ｃｍ３。!#$%&#$!#$%&’’($)(’%*$)%’+,$’’-./0!’1234$图１　工艺流程Ｆｉｇ．１　Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓ１２　试验方法试验运用控制变量法，即通过改变水力停留时间（ＨＲＴ）、气水比，测定在不同水温和氨氮浓度条件下系统的运行效果，并对单级并联运行和两级串联运行的处理效果进行对比，最终确定水厂工艺改造的相关设计参数，使出厂水氨氮＜０．５ｍｇ／Ｌ，ＣＯＤＭｎ＜３ｍｇ／Ｌ。２　结果与分析２１　对氨氮的去除效果在ＨＲＴ为６０ｍｉｎ、气水比为１∶１、水温为２２～２５℃的工况下，不同进水氨氮浓度下系统对氨氮的去除效果见表１。表１　不同进水氨氮浓度下对氨氮的去除效果Ｔａｂ．１　Ｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆａｍｍｏｎｉａｎｉｔｒｏｇｅｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｆｌｕｅｎｔａｍｍｏｎｉａｎｉｔｒｏｇｅｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ进水／（ｍｇ·Ｌ－１）出水／（ｍｇ·Ｌ－１）去除率／％＜０．４＜０．１８２．８～８５．７０．４～０．８０．０９～０．１５７８．９～８２．７０．８～１．２０．１８～０．３２７２．７～８２．２１．２～１．６０．２３～０．４３７０．３～８３．４１．６～２．００．４３～０．６２６９．２～７７．９　　由表１可知，生物接触氧化系统对进水氨氮浓度的变化有较好的适应性，在ＨＲＴ为６０ｍｉｎ、气水比为１∶１的条件下，对氨氮的去除率可基本维持在７０％以上。随着进水氨氮浓度的升高，系统对氨氮的去除率略有下降。２２　温度对氨氮去除效果的影响水温是生物硝化反应的重要影响因素，生物硝化反应的适宜温度为２０～３０℃，在ＨＲＴ和进水氨氮浓度一定时，对氨氮的去除率和填料的去除负荷基本随水温的升高而升高［２］。当ＨＲＴ为４５ｍｉｎ、气·５８·ｗｗｗ．ｗａｔｅｒｇａｓｈｅａｔ．ｃｏｍ唐　廷，等：福州市东南区水厂原水生物预处理试验研究第２６卷　第５期水比为０．６∶１时，控制水温分别在２５～２８℃和１５～１７℃，考察不同温度对生物氧化工艺去除氨氮的影响。结果表明，在水温为１５～２８℃的范围内，每降低１０℃，对氨氮的平均去除率降低５％左右，且在进水氨氮浓度较高时的影响较明显。这说明低水温影响了硝化菌的活性，降低了填料的去除负荷。闽江水温大多在１５℃以上，即使冬季也高于１０℃。因此可以认为，该水厂原水水温适于生物预处理工艺的运行。２３　ＨＲＴ对氨氮去除效果的的影响ＨＲＴ是生物预处理工艺的关键参数，较长的停留时间有较好的处理效果，但会使工程建设和运行管理费用同比增加，因此选择合适的停留时间至关重要。当水温为２０～２５℃、气水比为１∶１时，不同ＨＲＴ下系统对氨氮的去除效果见表２。表２　不同ＨＲＴ下对氨氮的去除效果Ｔａｂ．２　ＲｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆａｍｍｏｎｉａｎｉｔｒｏｇｅｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔＨＲＴＨＲＴ／ｍｉｎ进水／（ｍｇ·Ｌ－１）出水／（ｍｇ·Ｌ－１）去除率／％９００．８４０．１７７９．８１．２５０．２１８３．２１．８００．４６７４．４６００．８３０．１８７８．３１．２４０．２７７８．２１．８１０．５２７１．３４５０．８６０．２０７６．７１．２７０．３１７５．６１．８２０．６８６２．６３００．８６０．２５７０．９１．１８０．３８６７．８１．８７０．９６４８．７　　由表２可知，随ＨＲＴ的缩短，系统对氨氮的去除率降低较明显，且其降低程度和水中氨氮浓度有关，ＨＲＴ越短，对氨氮的去除率随氨氮浓度升高而下降的速率就越快。２４　气水比对氨氮去除效果的影响曝气的作用主要有两方面，一是供给生物氧化所需要的氧气，维持生物生长代谢；二是使池内填料处于流化状态，让生物膜与氧气、基质充分接触，保证传质效果［３］。试验在ＨＲＴ分别为６０和３０ｍｉｎ的条件下，考察了不同气水比对氨氮去除效果的影响，结果如表３所示。表３　不同气水比下对氨氮的去除效果Ｔａｂ．３　Ｒｅｍｏｖａｌｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆａｍｍｏｎｉａｎｉｔｒｏｇｅｎｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｉｒ／ｗａｔｅｒｒａｔｉｏｓ水温／℃ＨＲＴ／ｍｉｎ气水比进水／（ｍｇ·Ｌ－１）出水／（ｍｇ·Ｌ－１）去除率／％２２～２５６０１∶１０．８∶１０．６７∶１０．７１０．１５７８．９１．１８０．２５７８．８０．６２０．１３７９．０１．２００．２６７８．３０．７４０．１９７４．３１．２００．３２７３．３１７～２０３００．７５∶１０．５∶１０．３３∶１０．７４０．２１７１．６１．１８０．３８６７．８０．７９０．２７６５．８１．１８０．４６６１．００．６９０．３０５６．５１．１８０．５２５５．９　　由表３可知，在ＨＲＴ为６０ｍｉｎ的条件下，当气水比在０．８∶１以上时，气水比对氨氮的去除效果几乎无影响；当气水比降到０．６７∶１以下时，出水溶解氧比气水比为１∶１时的低了０．５ｍｇ／Ｌ，但溶解氧都能保持在５ｍｇ／Ｌ以上，满足微生物对溶解氧的要求，只是填料的流化程度不同，因此对氨氮去除效果的影响较小。当ＨＲＴ为３０ｍｉｎ、气水比低于