張 華
（上海市政工程設(shè)計(jì)研究院， 上海 200092） 摘要： 由于黃浦江支流的嚴(yán)重污染，上海浦東水源水質(zhì)惡化。為了提高飲用水水質(zhì)，以多年來(lái)的科研成果為基礎(chǔ)，在惠南水廠工程設(shè)計(jì)中增設(shè)了生物預(yù)處理工藝，并取得了穩(wěn)定運(yùn)行的效果。
關(guān)鍵詞：生物預(yù)處理；設(shè)計(jì)優(yōu)化；運(yùn)行效果；經(jīng)濟(jì)分析
中圖分類號(hào)：TU991.2
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
文章編號(hào)：1000-4602(2000)08-0012-03 Performance of Biological Pretreatment Process in Huinan Water Works, Shanghai ZHANG Hua
(Shanghai Munic.Eng.Design and Res.Institute,Shanghai 200092 ,China) Abstract：The quality of source water in Pudong area in Shanghai was deterior ated due to the heavy pollution of tributaries of Huangpujiang River. In order t o improve drinking water quality, a biological pretreatment process was added to the engineering design of Huinan Water Works on the basis of scientific researc hes for years. The operation of the water works showed that the biological pretr eatment process was satisfactory and stable.
Keywords: biological pretreatment; design optimization; performance; economic analysis 上海惠南水廠位于上海浦東的南匯縣境內(nèi)，可供水廠選擇的供水水源有兩條，一條是大治河，它是南匯縣境內(nèi)唯一的一條水量比較充沛、水質(zhì)相對(duì)較好的河流；另一條是南匯縣與閔行區(qū)交匯處的黃浦江，后者的水量水質(zhì)要略優(yōu)于前者，但由于距離遠(yuǎn)及種種復(fù)雜的原因，工程實(shí)現(xiàn)的可能性很小。?
大治河近年來(lái)受有機(jī)污染的程度逐年加大，氯化有機(jī)物含量時(shí)有超標(biāo)，水中 色度較高，氨氮、亞硝酸鹽、耗氧量及鐵、錳的含量也偏高；在污染嚴(yán)重時(shí)，水中氨氮值高達(dá)4～5mg/L，色度最高達(dá)60～70倍，源水的總體水質(zhì)狀況已低于國(guó)家頒布的《地面水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—88)的四級(jí)水指標(biāo)。?
為了降低出廠水色度、氨氮和有機(jī)污染物的含量，水廠在常規(guī)處理工藝中加大了氯的投加量，但其效果不明顯，反而增加了出廠水中三氯甲烷等鹵代烴和致突變物質(zhì)的含量，且水的異味嚴(yán)重。因此，采用新型的預(yù)處理工藝，改善源水水質(zhì)，是水廠提高出水水質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。
國(guó)家的“七五”、“八五”和“九五”科技規(guī)劃中都把微污染源水預(yù)處理技術(shù)的攻關(guān)放在重 要地位，推出了生物流化床、生物濾池、生物接觸氧化池等幾項(xiàng)實(shí)用的生物預(yù)處理工藝。這些研究成果表明，生物預(yù)處理技術(shù)是去除污染源水中氨氮和有機(jī)污染物的一種行之 有效的方法，在環(huán)境溫度適宜的條件下，氨氮去除率可達(dá)85%以上，對(duì)耗氧量、鐵、錳和酚等污染指標(biāo)均有較好的去除效果。這樣不僅可以減少水處理中氯的消耗量和水中鹵代有 機(jī)物的 生成量，提高飲用水的安全性，而且還可減少加氯量、加礬量，降低運(yùn)行成本，使后續(xù)處理工藝簡(jiǎn)單、易于操作。 1 生物預(yù)處理工程設(shè)計(jì) 上海惠南水廠的設(shè)計(jì)規(guī)模為24×104m3/d，其中一期工程的設(shè)計(jì)規(guī)模為12×104m3/d。?
1.1 預(yù)處理工藝選擇
本工程處理對(duì)象為大治河微污染源水，污染物去除的對(duì)象主要是NH3-N、NO-2-N，其次是色度、Fe、Mn、CODMn、BOD5等。針對(duì)這種類型的微污染源水，本設(shè)計(jì)采用的主要措施是在常規(guī)水處理工藝前增加一道生物預(yù)處理工藝。?
生物接觸氧化工藝是結(jié)合生物濾池和生物曝氣池的特點(diǎn)演變過(guò)來(lái)的，屬于固著型生物處理方 法。該工藝具有去除氨氮和有機(jī)物效果好、容積負(fù)荷高、處理時(shí)間較短、耐沖擊負(fù)荷、出水水質(zhì)好且穩(wěn)定、動(dòng)力消耗相對(duì)較低、污泥產(chǎn)率低、運(yùn)行靈活、操作管理方便等優(yōu)點(diǎn)。該工藝 自國(guó)外引進(jìn)后，國(guó)內(nèi)在微污染源水預(yù)處理方面針對(duì)停留時(shí)間、曝氣方法、填料品種，排泥和操作技術(shù)等工藝要素做了大量的試驗(yàn)研究，取得了比較成熟的經(jīng)驗(yàn)。據(jù)此，設(shè)計(jì)決定采用 生物接觸氧化法作為預(yù)處理工藝，并在總結(jié)過(guò)去經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化水處理過(guò)程，增加調(diào)節(jié)和控制手段，以達(dá)到適應(yīng)負(fù)荷變化，完善整個(gè)系統(tǒng)的目的。?
1?2 工藝參數(shù)和特點(diǎn)
生物接觸氧化池采用推流式池型,分兩組,每組有兩格池子,每格池子平面尺寸為71.5m× 42.9m，有效水深為4.2m，水力停留時(shí)間1.45h，生物載體采用彈性絲填料，曝氣器采用微孔曝氣器，氣水比為(0.8～1.5)∶1，進(jìn)水采用溢流堰加穿孔配水墻，出水采用指形槽，排泥采用穿孔排泥管。?
生物接觸氧化池應(yīng)用于微污染源水預(yù)處理與廢水處理有很大不同，設(shè)計(jì)針對(duì)微污染源水的特點(diǎn)，著重于過(guò)程控制，對(duì)填料系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)和排泥系統(tǒng)等幾個(gè)關(guān)鍵部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采用國(guó)內(nèi)外多項(xiàng)專利技術(shù)和科研成果以達(dá)到提高系統(tǒng)處理效率、降低系統(tǒng)造價(jià)、簡(jiǎn)化系統(tǒng)操作和維護(hù)的目的。如填料支架采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁和緊繃支架；曝氣系統(tǒng)采用專用曝氣器和曝氣器支架，采用分階段控制曝氣的運(yùn)行方式，池內(nèi)各段的生物量可按實(shí)際情況調(diào)整，池內(nèi)設(shè)有較完善的脫膜設(shè)施，生化池進(jìn)出水段裝有在線水質(zhì)檢測(cè)儀表；排泥采用斗式槽內(nèi)設(shè)穿孔排泥管，池底排泥槽裝有污泥濃度計(jì)，可根據(jù)實(shí)際運(yùn)行狀況和處理效果分別調(diào)整各段的運(yùn)行參數(shù)，并可根據(jù)生化池的運(yùn)行規(guī)律編排不同的運(yùn)行模式由PLC自控運(yùn)行。 2 工程運(yùn)行效果 惠南水廠生物預(yù)處理工程于1999年8月初開始投入運(yùn)行，一個(gè)星期后掛膜成熟，氨氮去除率 達(dá)85%以上，出廠水氨氮＜0.5 mg/L，濁度去除率達(dá)35%以上，出廠水色度＜4倍，色度去除率達(dá)85%以上。在生物預(yù)處理工程運(yùn)行以前，水廠沉淀池內(nèi)水質(zhì)比較混濁，色質(zhì)暗淡，有氣味，水面漂浮油，總體感官性狀較差。在生物預(yù)處理工程投運(yùn)后，沉淀池內(nèi)水質(zhì)清澈，呈 淡綠色，水深能見度較高，異味和浮油消失，總體感官性狀指標(biāo)大為改善，出廠飲用水口感甘醇，水質(zhì)指標(biāo)中氨氮等指示性污染物含量已達(dá)到國(guó)家制定的《2000年城市自 來(lái)水行業(yè) 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中一類水司的出廠水質(zhì)要求。惠南水廠出廠水的綜合水質(zhì)指標(biāo)目前在上海地區(qū)已屬先進(jìn)水平，生物預(yù)處理工程自投產(chǎn)運(yùn)行三個(gè)月以 來(lái)的水質(zhì)分析如表1。 表１ 上海惠存南水廠生化池水質(zhì)分析表| 分析項(xiàng)目 | 原水 | 生化池出水 | 去除率
（％） | 沉淀池出水 | 去除率
（％） | 快濾池出水 | 去除率
（％） | 出廠水 | 總?cè)コ?BR>（％） | | 濁度 | 50-60 | 30-36 | 40-45 | 4-6 | 90-92 | 0.4-0.8 | 98-99 | 0.3-0.6 | 98-99 | | 30-50 | 15-23 | 50-55 | 2-4 | 92-93 | 0.2-0.4 | 98-99 | 0.2-0.3 | 98-99.5 | 色度
（倍） | 60-70 | 35-40 | 40-43 | 5-6 | 90-91 | 5.0-5.5 | 90-92 | 5.0-5.5 | 90-92 | | 30-60 | 25-40 | 20-30 | 2-4 | 90-92 | 2.0-2.5 | 90-92 | 1.8-2.0 | 90-92 | | PH | 7.6-7.7 | 7.5-7.6 | | 7.5-7.6 | | 7.5-7.6 | | 7.5 | | DO
（mg/L) | 2.0-3.0 | 8.0-8.5 | | | | | | 7.0-7.5 | | | 4.5-5.0 | 6.5-6.5 | | | | | | 6.0-6.5 | | 氨氮
（mg/L) | 1.5-2.0 | 0.15-0.25 | 88-99 | 0.015-0.025 | 98-90 | 0.01-0.02 | 98-99 | 0.01-0.015 | 98-99.5 | | 2.0-3.0 | 0.20-0.42 | 86-90 | 0.08-0.12 | 95-96 | 0.05-0.10 | 95-97 | 0.05-0.08 | 96-98 | | 3.0-4.0 | 0.3-0.6 | 85-90 | 0.3-0.5 | 85-90 | 0.3-0.45 | 85-91 | 0.3-0.4 | 85-92 | 亞硝酸鹽
（mg/L） | 0.1-0.15 | 0.01-0.02 | 88-90 | 0.01-0.015 | 89-90 | 0.00-0.01 | 89-90 | 0.008-0.01 | 89-90 | 鐵
（mg/L) | 1.5-1.90 | 1.05-1.45 | 25-30 | | | | | 0.08-0.10 | 93-95 | 錳
（mg/L) | 1.30-1.80 | 0.52-0.0.85 | 50-60 | | | | | 0.008-0.015 | 98-99 | CODMn
(mg/L） | 5.41-6.50 | 4.05-5.52 | 20-25 | | | | | | | 根據(jù)表1分析，①在源水濁度低時(shí)，由于生物絮凝作用，生化池出水的濁度去除 率可達(dá)50%以上，已基本滿足直接過(guò)濾的要求，若維持原常規(guī)工藝不變，則可相應(yīng)減少加礬量。②由于源水的色度主要是腐殖酸引起，經(jīng)生物預(yù)處理后，水中懸浮膠體的分子結(jié)構(gòu)和電性得以改善，再經(jīng)常規(guī)處理，色度去除率大為提高，由此可見生物氧化和絮凝作用對(duì)提高常 規(guī)工藝處理效率可起很大作用。③在環(huán)境溫度適宜的條件下，當(dāng)源水氨氮濃度＜3mg/L時(shí)， 生化池的氨氮去除率達(dá)85%以上，整個(gè)工藝流程氨氮去除率可穩(wěn)定在90%以上。當(dāng)源水氨氮濃 度在3～5 mg/L時(shí)，整個(gè)工藝流程氨氮去除率也可達(dá)80%以上。由于源水的有機(jī)污染主要是以生活污染為主，生化池的亞硝酸鹽去除率可達(dá)85%以上，而再經(jīng)常規(guī)工藝處理后去除率的增加不明顯，說(shuō)明溶解性有機(jī)污染物的去除以生物氧化為主，常規(guī)工藝的沉淀和過(guò)濾作用有限 。④生化池的鐵和錳去除率分別為25%和50%以上，經(jīng)生物氧化和生物絮凝后，有機(jī)鐵和錳的沉淀過(guò)濾性能大為改善，去除率可達(dá)92%以上，錳的去除效果明顯優(yōu)于鐵，這有助于大大緩解 出水對(duì)管道的腐蝕性。⑤生化池的耗氧量去除率僅20%左右，說(shuō)明生化池的生物氧化作用具有以氨氮硝化為主、碳源性有機(jī)物降解為輔的特性，須后續(xù)補(bǔ)充深度處理工藝才能較大幅度 地提高后者的去除率。⑥生化池常規(guī)運(yùn)行的最小氣水比為0.8∶1.0，小幅度提高氣水比對(duì)增加有機(jī)物的去除效果影響不大，在水質(zhì)條件較差的情況下，調(diào)整氣水比有助于穩(wěn)定處理效率 。⑦從去年8月初至今年4月的運(yùn)行狀況表明，水溫在10～30℃之間時(shí)對(duì)生化池處理效果影 響不大，但當(dāng)水溫＜10℃時(shí)對(duì)處理效果有一定影響。去年上海經(jīng)歷了多年少見的持續(xù)低溫 天氣，最低水溫跌至3.5 ℃，主要水質(zhì)指標(biāo)的處理效果比正常時(shí)期下降7%～10%。⑧通暢排泥和定期脫膜是生化池正常運(yùn)轉(zhuǎn)的保證，經(jīng)過(guò)八個(gè)多月的生產(chǎn)運(yùn)行探索，生化池的排泥規(guī)律 如下：a.生化池沿水流方向污泥沉積量逐漸減少，污泥成分以脫落的老化生物膜和腐殖泥為主；b.排泥時(shí)，污泥濃度從高到低快速變化，可在1.5min左右趨于穩(wěn)定。據(jù)此，生化 池的排泥可按以下工藝參數(shù)實(shí)行：排泥周期為兩周；排泥歷時(shí)為每池分三個(gè)區(qū)段，池前區(qū)段排泥歷時(shí)2min，中段歷時(shí)1.5～2min，后段歷時(shí)1～1.5min。這些參數(shù)及污泥濃度 監(jiān)測(cè)參 數(shù)輸入排泥PLC站可使生化池排泥系統(tǒng)自控運(yùn)行。生物膜運(yùn)行一段時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生老化現(xiàn)象，生物膜脫膜采用氣沖洗，沖洗強(qiáng)度是正常運(yùn)行的2～3倍，從前到后分區(qū)段沖洗。經(jīng)8個(gè)多月 的生產(chǎn)運(yùn)行探索，生化池的脫膜可按以下工藝參數(shù)實(shí)行：沖洗周期為3周；沖洗歷時(shí)為10～15min。
經(jīng)過(guò)半年多的生產(chǎn)運(yùn)行考察，生化池的處理效果穩(wěn)定，各工藝設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)良好，產(chǎn)泥率低，排泥通暢，脫膜效果好，基本上達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。 3 生化池的經(jīng)濟(jì)分析 惠南水廠生物預(yù)處理工程由生化池和鼓風(fēng)機(jī)房?jī)刹糠纸M成，工程造價(jià)約1500萬(wàn)元，其中因場(chǎng)地下有暗浜存在，須打密集樁基而超工程概算約400萬(wàn)元，整個(gè)生物預(yù)處理工程若不考慮超概算部分則單位造價(jià)約92元/t水。生物預(yù)處理工程的動(dòng)力費(fèi)用由兩部分組成，一部分是因在常規(guī)處理工藝前增加生物預(yù)處理工藝需要一級(jí)泵房提升1.5m進(jìn)水水頭；另一部分是鼓風(fēng)曝氣的動(dòng)力費(fèi)用，生化池常規(guī)運(yùn)行的氣水比只需0.8∶1即可，以上兩部分動(dòng)力費(fèi)用的單位成本約0.014 2元/t水［當(dāng)?shù)仉娰M(fèi)單價(jià)0.61元/(kW·h)］。又因生化池提高了有機(jī)物的降解效率，可使后續(xù)的常規(guī)處理工藝減少加藥量，其中加氯量的減少尤為明顯，約占原投藥量的1/3～1/2，這部分加藥量的單位成本約0.01元/t水(當(dāng)?shù)叵緞﹥r(jià)格為2500元/t )。這兩者相減，生化池日常運(yùn)行增加的主要運(yùn)行成本僅0.0042元/t水；若再加上固定資產(chǎn)基本折舊、大修理基金提存、日常檢修維護(hù)、人工工資福利及其他費(fèi)用等(包括管理費(fèi)、稅款等)，生物預(yù)處理工藝的制水成本為0.035元/t水。由此可見，生物預(yù)處理技術(shù)是一種可應(yīng)用于微污染源水預(yù)處理的低價(jià)高效的新型水處理工藝，它與傳統(tǒng)的臭氧活性炭技術(shù)相比，造價(jià)和運(yùn)行成本低，操作及維護(hù)管理簡(jiǎn)便，在當(dāng)前飲用水源普遍受污染的情況下不失為一種具有廣泛應(yīng)用前景的技術(shù)。
作者簡(jiǎn)介：張華(1956-)，男，上海人，上海市政工程設(shè) 計(jì)研究院高級(jí)工程師，學(xué)士，研究方向：給水技術(shù)。
電 話：(021)65014940?
收稿日期：2000-02-28 | 
