生物预处理中试对比研究分析

【摘 要】本文主要介绍了在某水厂进行的生物预处理工程中试的具体情况，该试验重点研究解决水厂达标的关健指标氨氮和CODMnM，对比分析轻质滤料曝气生物滤池、陶粒滤料曝气生物滤池和包埋菌流化床三种工艺的处理效果和运行方式，结合东江水源的水质特点，为水厂新增生物预处理工艺提供科学的数据支持。

【关键词】水厂；氨氮；CODMnM ；生物滤池

1、工程试验概况

某水厂水质达标的关键指标是氨氮和CODMn，适合采用生物预处理工艺。试验研究将主要在前期小验研究的基础上，结合当地水源的水质特点，验证三种不同的生物预处理工艺的有效性和可行性，并通过进一步优化工艺参数为设计提供科学的数据支持。同时试验“生物预处理+常规处理”的运行参数，也为验证水厂用“生物预处理+常规处理”后的出水水质能否达到饮用净水水质标准，为日后水厂实施生物预处理的工程建设提供参考依据。

2、工程试验工艺介绍

生物预处理试验将分别采用轻质滤料曝气生物滤池和陶粒滤料曝气生物滤池及包埋菌流化床三种工艺型式。轻质滤料曝气生物滤池的试验规模为36m3/h，陶粒滤料曝气生物滤池的试验规模为72m3/h，包埋菌曝气生物滤池的试验规模为16m3/h.

常规处理试验采用旋流反应、斜管沉淀、V型滤池，常规处理试验装置的规模为25m3/h，共有二套常规处理试验装置。每种生物预处理装置可连接任意一套常规工艺。

2.1轻质滤料曝气生物滤池

设计规模：36m3/h 滤池面积：2.25m2 滤层厚度：3m，使用轻质滤料。设计滤速：16m/h

气水比：0.4～1：1。反冲方式：气囊反冲洗。

2.2陶粒滤料曝气生物滤池

陶粒滤料曝气生物滤池工程试验试验规模为36m3/h。采用升流式滤池，以陶粒为滤料，粒径￠5～7mm，滤料厚6m，滤速12～16m/h。滤池气水比0.1～1：1。反冲方式：采用气水反冲洗。

2.3包埋菌流化床

设计规模：25m3/h，滤池面积：1.0m2，包埋菌载体投加率：10.0%。设计流速25m/h，气水比：0.4～1.5：1。不需反冲洗。

2.4常规处理工艺

分为两组，每组试验规模为25 m3/h，总试验规模为50 m3/h。涡旋反应池：直径￠1400mm，高3.05米，回流比1：2；斜管沉淀池：尺寸2.9×1.5米，斜管孔径￠38mm；V型滤池：尺寸1.5×1.5长柄滤头布气布水，石英砂均质滤料厚1.2m，粒径￠0.90～1.35mm。

3、工程试验研究分析

3.1轻质滤料曝气生物滤池

3.1.1试验其间轻质滤料曝气生物滤池出水氨氮能控制在0.5mg/L以下，经常规处理后终端出水水质符合《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）和《饮用净水水质标准》（CJ94-2005）要求，生物滤池抗水质污染冲击能力较强；

3.1.2生物滤池采用轻质滤料，价格相对便宜，处理效率高，滤速为12m/h情况下，氨氮平均去除率为90%以上，出水平均值为0.15mg/L，亚硝酸盐平均去除率为84.6%，CODMnM平均去除率大于20.0%。稳定运行情况下铁、锰去除率为30%左右；

3.1.3在不增加运行成本的前提下，滤速提高为16m/h，从中试结果看出水水质与12m/h滤速时相当；

3.1.4生物滤池采用气水同向流，可达到较高滤速，减少占地面积，同时滤池配水简单，可有效防止滤层阻塞；

3.1.5生物滤池采用气囊反冲洗方式，反冲洗设备少，反冲洗周期为6～14天，冲洗耗水量为0.1%左右，耗气、耗水量少；

3.1.6滤池生物膜活性高，长期运行滤池底部不积泥，无螺类等大型生物生长；

3.1.7滤速为12m/h时，过滤初期阻力损失约为6～8cm，期末为20～30cm，气囊反冲洗方式耗气耗水量少，因此滤池运行费用低；

3.2陶粒滤料曝气生物滤池

3.2.1试验其间陶粒滤料曝气生物滤池出水氨氮能控制在0.5mg/L以下，经常规处理后终端出水水质符合《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）和《饮用净水水质标准》（CJ94-2005）要求，生物滤池抗水质污染冲击能力较强；

3.2.2陶粒滤料曝气生物滤池，滤速为12m/h情况下，氨氮平均去除率为92%以上，出水平均值为0.13mg/L，亚硝酸盐平均去除率为88%，CODMnM平均去除率大于20.0%。稳定运行情况下铁、锰也有一定的去除率效果；

3.2.3曝气生物滤池在原水水质较好情况下不需要曝气运行，仍可保持高效稳定的处理能力；

3.2.4曝气生物滤池采用洗水反冲洗方式，需要反冲洗风机和水泵，设备量较多。反冲洗周期为24h，反冲洗时间为气、水反冲洗25min，其中：气洗5min，气水共洗20min，气、水冲洗强度分别为19.6L/（m2·s）和4.7L/（m2·s）。

3.2.5陶粒滤料曝气生物滤池的反冲洗周期为24h，在滤速为16 m/h的水头损失反冲洗前为29cm，反冲洗后为23 cm；在滤速为20m/h的水头损失反冲洗前为31cm，反冲洗后为25cm；在滤速为25～26m/h的水头损失反冲洗前为39cm，反冲洗后为33cm。

3.3包埋菌颗粒流化床

3.3.1经预处理后出水氨氮基本可控制在0.5mg/L以下，但抗水质污染冲击能力一般；

3.3.2水力停留时间（滤速）对氨氮和亚硝酸盐氮的去除率影响显著。本试验认为，要根据不同季节下氨氮浓度和水温变化，适当调整包埋菌颗粒流化床的水力停留时间，冬春季当水力停留时间为30min时，可以稳定达标；

3.3.3增加包埋颗粒的投加量可以有效改善系统抗水质波动冲击负荷的能力，且同时提高了对氨氮及亚硝酸氮的去除效果。适宜的包埋菌颗粒投加率为20%-25%；

3.3.4增加包埋颗粒投加量和提高溶解氧对CODMn的去除效果没有明显改善，分析应与进水CODMn始终处于低浓度、且构成CODMn的有机物主要为难生物降解的有机物有关。

3.3.5包埋菌颗粒流化床对浊度没有去除作用，因此试验期间水头损失基本没有变化，试验装置不需要反冲洗设备。

4、工程试验的综合对比

表1 三种生物预处理工艺综合对比表

工艺型式 水质处理效果 设备投入量 运行操作要求 反冲洗

周期

轻质滤料曝气生物滤池 优良 适中 适中 6～14天

陶粒滤料曝气

生物滤池 优良 较大 较高 1天

包埋菌

颗粒

流化床 一般 较小 较低 不需

反冲洗

通过试验可知，三种生物预处理工艺在正常情况下水处理效果均能达到设计的要求，但在原水水质突变时，轻质滤料曝气生物滤池和陶粒滤料曝气生物滤池在应对氨氮冲击时效果更佳，能起到水质保障更好的作用。而轻质滤料曝气生物滤池在基础设备投入量和运行人员的操作要求方面更有优势，而且反冲洗周期为6～14天，在设备维护量、能耗和自用水率等方面对水厂的运行成本增加的负担较小，因此综合以上情况分析，无论是新建水厂还是水厂改造，轻质滤料曝气生物滤池工艺是较佳的选择。

参考文献：

[1]上海建筑设计研究院主编 《给排水设计手册》第3册 中国建筑工业出版社，2003

[2]许建华，刘辉，张东.微污染水源水生物预处理及后续工艺的生化延伸效应除污染研究[J].给水排水，2002，28（7）：1-4.

[3]桑军强 王占生.BAF 在微污染源水生物预处理中的应用 J.中国给水排水 2003 19 2 21-23