夏四清 屈計寧 高廷耀
(同濟大學環境科學與工程學院，上海 200092)

課題背景

　　上海市蘇州河的污染是從20年代開始的，由于歷史和人為的原因，到60年代已污染較為嚴重，至1978年蘇州河上海市境內已全部遭受污染，極大損害了上海作為國際大都市的形象，影響了人民的身心健康和經濟發展。經過長期人規劃準備，上海市政府已投巨資實施蘇州河環境綜合整治的一期工程，以改善蘇州河干流水質，現在一期工程的目標--使蘇州河干流在2000年底基本消除黑臭已基本達到。蘇州河治理的長期目標是干流有魚、恢復生態、支流消除黑臭。為了保證干流水質不再惡化，一期工程中的一項措施是在支流入口處建閘，為解決閘后段死水黑臭區問題及閘門開啟時支流污水對蘇州河干流或黃浦江污染等問題，消除蘇州河環境綜合整治子項目綜合調水工程和支流及虹口港建閘工程的負面環境影響，受上海市科委委托，本課題組開展了蘇州河污染河水凈化技術研究，主要是解決蘇州河支流河水的凈化問題，實施污染就地減量化處理，使當干流水質達到預定的目標后，保證蘇州河干流水質不受支流水質的影響。

研究方法

　　根據蘇州河支流的實際情況，擬在支流離干流較遠點的岸邊興建污水處理裝置，將支流閘后段污染嚴重的河水提升岸邊處理，然后排入支流與干流交匯點，即近閘處，在支流內形成有效的凈化循環，保證支流閘后段500～1000m范圍內的河水達到CODCr≤50mg/l、BOD5≤12mg/l、NH3-N≤10mg/l、DO≥2.0mg/l的水質，有利于蘇州河干流的水質改善。但由于不同支流的水質波動非常大，某支流24小時平均樣的CODCr=44～232mg/l、NH3-N=5～36mg/l，瞬時樣達到CODCr=449mg/l、NH3-N=46mg/l，因此單純采用生物法處理水質變化如此之大的河水，若按照一般水平設計處理裝置，則難以保證水質較差時處理達標；若要保證水質較差時出水也達標，必須按低負荷、長時間的準則進行設計，造成工程投資過高；同時，在人口和工廠稠密的上海市區很難取得大面積的處理用地，因此放棄單純的生物處理法。根據以往經驗，經初步試驗和分析，擬采用生物和化學處理法相結合的處理工藝。
　　懸浮填料生物反應器是近幾年國內外研究的一種新的附著生長型生物膜反應器，其核心部分是一種特殊填料能在反應器中保持懸浮狀態。微生物在填料表面上生長的過程中，填料是在水中充分流化，以保持微生物得以充分利用溶解氧和良好的傳質條件。本試驗研究中利用同濟大學開發的新型實用專利產品懸浮填料，在其它應用研究成功的基礎上，利用高效懸浮填料生物反應器作為生物處理部分，以去除COD、BOD5、NH3-N等溶解性物質；利用新型的水處理藥劑處理生化反應出水，確定藥劑投加量和反應條件；根據各項研究結果，確定蘇州河支流污染河水凈化的最佳工藝。

　　生物反應器長3.0m，寬1.0m，高1.5m，有效水深1.2m，有效容積3.6m3，沿水流方向均勻分為三格，呈現串聯狀態。反應器中投加高效懸浮填料，采用空氣壓縮機進行曝氣。
　　化學反應在實驗室和現場進行。將上述生化出水置于1升的高型燒杯中，先后加入混凝劑和助凝劑，利用電動六聯攪拌器進行攪拌，沉淀后的上清液為整個處理流程的最終出水。
　　測試指標及方法：CODCr、BOD5、NH3-N、SS均用標準方法：pH：pH計；DO：溶氧儀；水溫：溫度計；微生物鏡檢：顯微鏡；微生物量：105℃烘干稱重法；重金屬離子等：由國家重點實驗室測定。

試驗結果及討論

　　研究表明，當投加率為50～55%時，氣水比達到1：1以上即可實現全池流化。本試驗在確定投加率時采用了幾種不同的投加率，結果表明，填料投加率為50%時效果最好，KLa值達到無填料的2.21倍，因此選擇50%作為生物反應器內填料的投加率。
　　本生物反應器在蘇州河支流現場采用自然掛膜方式培養，不進行接種污泥。在掛膜期間定期進行微生物鏡檢，結果表明：30天后出現了大量輪蟲、線蟲等后生動物，標志著掛膜成功，同時也獲得較穩定的出水。
　　試驗期間進水24小時平均樣的水質變化范圍較大。為了確定生物反應時間對污染物的去除情況，分別在反應器的不同反應區域取樣進行分析，各取樣點的生物反應時間相差0.5小時。根據5個月的測試結果平均，得到生化反應池不同反應區域的運行結果列于表1中。

表1 生物反應器對污染物的去除效果 反應池
區域 溶解性CODCr(mg/l) NH3-M(mg/l) 溶解性BOD5(mg/l) 進水 出水 總去除率 進水 出水 總去除率 進水 出水 總去除率 第1格 72.8 56.7 22.1% 20.7 19.6 5.3% 21.8 16.7 23.4% 第2格 56.7 34.7 52.3% 19.6 17.5 15.5% 16.7 9.1 58.3% 第3格 34.7 30.7 57.8% 17.5 15.3 26.1% 9.1 7.3 66.5%

注：該段時間水溫：6-15℃，第1，2，3格的HRT分別為0.5h,1h和1.5h。

　　試驗數據表明，在試驗條件下，生化反應時間超過0.5hr，即可保證出水的溶解氧高于2.0mg/l，達到出水要求，隨著曝氣時間的延長，出水的溶解氧進一步上升，但此時對溶解性污染物的去除較低。生化反應時間達到1.0小時，即使水溫較低(日平均6～15℃)，溶解性COD、BOD的去除率已相當高，再延長反應時間，去除率增加不多，同時從生化反應的目的考慮，決定采用生化反應時間1hr。
　　化學處理以經生物處理1h的出水為主要對象。多次試驗證實，相對于最初的河水，生物處理出水易進行化學處理，混凝沉淀效果好，可保證最終出水達標，且處理費用不高。由于生物反應器在較短時間內將可溶性的有機污染物轉化為生物絮體，有利于化學混凝處理。近5個月的數據表明，如果進水的CODCr值不超過130mg/l，則混凝劑PAC的投加量在10mg/l左右即可保證出水CODCr和BOD5等達標；如果進水的CODCr值超過1340mg/l，則混凝劑PAC的投加量應相應增加，約為15mg/l～30mg/l可保證出水達標。助凝劑的用量均為0.3mg/l。
　　曾嘗試單獨采用化學混凝法處理該支流污染河水。由于混凝沉淀僅對水中的懸浮性污染物有較好的去除效果，對溶解性污染的作用不大，因此當污染河水中的溶解性污染物較多時，多數情況下單獨采用化學法是不能達到出水CODCr≤50mg/l的要求的，這從另一方面說明生物反應器使溶解性有機物轉化為生物絮體的必要性。
　　混凝劑PAC和助凝劑PAM不僅對水中的生物絮體處理效果良好，對重金屬離子有較好的去除效果，特別是對鋅和汞的去除達90%以上；另外，上述化學處理方法對磷也有很好的去除效果，可有效阻止水體的富營養化而且對水中的重金屬離子也有很好的去除作用。