李迎春， 肖毅， 孫國勝
(廣東粵港供水有限公司，廣東深圳　518021)

　　摘　要：介紹了生物接觸氧化工藝在東深供水工程中的生物處理應用概況，討論了工程設計、建設和運行管理中的重大技術問題及解決辦法。
　　關鍵詞：生物預處理；微污染源水；填料；曝氣管
　　中圖分類號：TU991.2
　　文獻標識碼：C
　　文章編號： 1000-4602(2002)05-0068-04

　　東深供水工程是一個向香港、深圳及東莞沿線供應源水的大型跨流域引水工程，供水能力達17.43×10⁸m³/a。20世紀90年代以來，供水水質受到不同程度的污染，主要污染物為氮、磷及有機物。為改善供水水質，在1994年10月和1997年4月對東深源水進行了小試和雁田優化試驗(中試)，結果表明生物接觸氧化工藝是可行的。
　　生物處理工程位于深圳水庫，設計處理水量為400×10⁴m³/d。該工程于1998年12月28日建成投產，兩年多的運行表明該工程達到了預期的設計效果。

1 　工藝流程

　　工藝流程如圖1所示。

　　原水經沉砂區去除大的砂粒，再由粗格柵攔截大的漂浮物、細格柵攔截小的漂浮物及懸浮物后進入生物處理池中完成有機污染物和氨氮的降解，經由沉淀區去除水中所含的懸浮物及脫落的生物膜后排放到水庫中。
　　正常運行時，出水閘用于控制生物池運行水位，當生物池檢修或暴雨時，關閉進、出水閘。

2 主要技術參數

2.1 水力停留時間
　　 根據工藝優化試驗，當HRT為1.0h時，氨氮的去除率可以達到75%，目前源水生物處理的HRT一般為1.0～1.2h，經過雁田試驗表明，當HRT為55.4min、進水氨氮為2mg/L時氨氮的去除率可以達到75%。
2.2　 氣水比
　　根據本工程處理污染物負荷計算的理論氣水比為0.5左右，但實際氣水比高于理論值，主要原因在于鼓風曝氣的目的不僅僅是提供足夠的氧氣供微生物生長，還要通過對水流的攪動創造良好的氣、水、微生物間的傳質條件，同時防止水中懸浮物的沉積。設計氣水比為1∶1，考慮到污染物濃度變化，氣水比變化幅度為(0.8～1.4)∶1。
　　曝氣方式選用穿孔管曝氣。
2.3 填料
　　YDT彈性立體填料具有放射狀彈性絲的立體構造形式，其實際使用比表面積大，能切割及吸附氣泡，提高氧的轉移速率。彈性絲表面有微毛刺，易于掛膜且價格便宜，使用壽命長(7～10年以上)，運輸和安裝較為方便。

3 設計參數及主要設施

3.1 設計參數
　　 工程處理規模為400×104m³/d，以生物處理池24h運行計，流量為16.7×10⁴m³/h。?
　　進水水質：NH₄⁺-N為2 mg/L，高錳酸鹽指數為5mg/L，BOD₅為4mg/L。
　　出水水質：NH₄⁺-N≤0.5mg/L，高錳酸鹽指數≤4mg/L，BOD5≤3mg/L。
　　當進水NH₄⁺-N度為2～4mg/L時，其去除率應達到75%～50%；當NH₄⁺-N進水濃度 為4～6mg/L時，其去除率應達到50%；當進水BOD5濃度＞4mg/L時，其去除總量應不小于BOD₅進水濃度為4mg/L時的去除量；當進水高錳酸鹽指數＞5mg/L時，其去除總 量應不小于進水高錳酸鹽指數為5mg/L時的去除量。
3.2 主要設施
　　① 沉砂區
　　有效容積約為73×10⁴m³，有效水力停留時間為4.37h。
　　② 粗、細格柵
　　粗格柵柵條中心距為80mm，傾角為75°，每廊道設置2臺，6廊道共設12臺。細格柵柵條中心距為20mm，傾角為75°，每廊道設置4臺，6廊道共設24臺。每3廊道粗格柵、細格柵設1臺皮帶輸送機，共4臺，用于輸送垃圾。
　　③ 生物處理池
　　生物處理池最大外形尺寸為316m×200m，由6條過水廊道組成，鋼筋混凝土結構。每條廊道長為270m，寬為150m，有效水深為3.8m，池中水平流速為0.0813m/s，池底坡度為0.25%。
　　設計水力停留時間為55.4min，填料體積占池體的68.2%，原水與填料接觸時間為37.8min 。池中流態采用推流式。
　　④ 出水沉淀區
　　沉淀區寬約為250m，沿水流方向長為160m，有效停留時間約為1h。采用一艘40m³/h電動絞吸式挖泥船連續挖泥，污泥排至沉淀池天然干化后外運至堆渣場。
　　⑤ 曝氣系統
　　曝氣系統由鼓風機、供氣鋼管和穿孔管組成。
　　采用6臺型號為KA44SV-GL225的離心式鼓風機，設計風量為33336m³/h，電機功率為550kW。該風機具有連續可調的進出口導葉系統，風量調節范圍為45%～100%，出風壓力調節范 圍為34～49kPa。由中央控制柜MCP完成鼓風機的曝氣量及壓力的自動控制。　　供氣管網和穿孔管分別采用環網供氣，供氣鋼管環網直徑為1200mm，廊道由600鋼管供氣，每條廊道有21個曝氣方陣。
　　DN50穿孔曝氣管水平平均間距為0.7m，管道中心距離池底0.25m，孔徑為3mm，孔眼設于管道兩側，與垂直方向45°交錯開孔，同側孔距為200mm，異側孔距為100mm，設計孔口流速為12.6m/s。
　　⑥ 填料
　　采用YDT彈性立體填料：有效長度為2950mm，外徑為200mm，單絲直徑為0.5mm，比表面積為24m²/m3。
　　填料采用懸掛式布置，每條廊道設20個填料方陣，6條廊道共120個，每個方陣尺寸為長×寬×高=12m×25m×2.95m。各方陣間設檢修通道，通道寬為1.0m。填料總體積為104900m³，設計填料容積負荷為0.153kgBOD₅/(m³·d)及0.076kgNH₄⁺-N/(m³·d)。
　　⑦ 填料支架
　　填料支架采用不銹鋼固定支架，每條廊道設20個填料支架單元，每個單元長×寬×高=12m×25m×3.68m。支架底部是高為0.6m的支腿，用于布置ABS曝氣管。支架為單層結構，上下分別布置填料綁扎桿。

4 　重大技術問題

4.1 生物處理池底板防滲圍封工程
　　工程建造在深圳水庫庫尾，地質條件復雜，為滿足每條廊道隨時逐條排空檢修的要求，需對生物池進行逐條圍封的防滲處理。　　　高噴防滲墻不易連續，墻薄，穿過大的卵石層時墻體易出現空洞，故其防滲可靠性能差。采用混凝土防滲墻圍封基礎是比較可靠的，但造價一般比高噴墻要高。由于本工程對防滲墻要求不高，故采用泥漿護壁建造防滲墻的施工方法，能保證質量、降低造價、確保工期。
　　經技術、經濟比較，決定采用塑性素混凝土防滲墻方案，實際運行表明池底減壓孔濾水性能良好，池底積水能全部排空，滿足設計及運行要求。
4.2 曝氣管網的方案優化
　　 在初步設計時采用了樹枝狀的曝氣管網，每個曝氣單元的服務面積較大(300m²)，曝氣均勻性難于保證，故最后決定采用環狀曝氣管網，每個曝氣單元分為4個環網供氣區，每個環網的供氣面積為75m²，另外生物處理池平臺上布置的1200供氣鋼管也由初步設計 時的樹枝狀布置改為環網布置，這樣曝氣效果比較滿意。
4.3 填料支架方案優化
　　料支架初步設計采用單體復合材料支架，雙層布置，單體尺寸為長×寬×高=2.0m×2.5m×3.6m(3.8)m，共7200個。復合材料支架采用木材內嵌玻璃纖維、外包樹脂層，還需要加壓200mm×200mm×2500mm的混凝土重塊抗浮。填料綁扎桿采用玻璃鋼材料。
　　單體復合樹脂材料的填料支架壽命短、可靠性差、制造及拼裝困難，用于這樣重要的工程是不合適的，最后改用304不銹鋼整體支架，單層布置，尺寸為長×寬×高=12m×25m×3.68m，共120個。填料綁扎桿采用不銹鋼方管。
　　填料支架方案優化后可降低工程造價1000多萬元，且填料支架制造和安裝方便、結構穩定可靠、使用壽命長、維修方便。
4.4 計算機集中監控系統
　　 計算機集中監控系統包括計算機集控子系統與圖像監控子系統。計算機集控系統可實現本站分散設備運行監控、數據實時采集與分析、實時工作狀態和故障報警采集顯示、智能故障與事故分析、對各操作進行自動記錄及報表打印。圖像監試系統實現全站設備和設施的動態監視。
　　計算機集控子系統采用分層分級控制結構。系統分為現地控制層和分站層兩級計算機監控網絡，現地控制層采用PLC控制，通過光纖網絡與分站層通訊。分站層采用2臺NT服務器(兼工作站)和1臺數據庫服務器，通過以太網實現分站層監控。
4.5 水質自動監測系統
　　 水質自動監測系統主要監測氨氮、溶解氧、濁度、pH值、水溫。8個測點的水樣由潛水泵自動抽送至水質監測室，由一臺氨氮分析儀對各測點的水樣的氨氮巡回分析化驗，自動記錄，定期打印報表。其他指標采用現場儀表監測。
　　該系統自1998年12月投入試運行以后，水質分析數據穩定，儀器和設備運行可靠，達到初步設計的要求。經過3個月的運行，發現由于采樣管內生物細菌生長對氨氮產生了降解作用，導致氨氮值大幅度降低，使水質自動監測系統無法投入運行，最后確定采用間斷采樣、通氣反吹的方式防止生物細菌在采樣管內生長，目前運行效果較理想。

5　運行與管理

　　① 生物池的啟動掛膜：當水溫為15～20℃時，初次掛膜約需25～30d，停水檢修后恢復掛膜約需14d。
　　② 曝氣均勻性控制：在非設計流量下，生物處理池沿程水深不同，此時可以調節曝氣均布閥開度以保證生物池前后段曝氣均勻。
　　③ 水位控制：試驗表明填料上層水體經過4m完成近1.5次交換，下層水體經過12m才能完成1次交換，故提高運行淹沒水深至20～30cm有利于提高混滲效果。
　　④ 非正常情況下運行管理：當進水氨氮濃度增大后，進水量應相應減少并增大水力停留時間，同時應盡可能加大曝氣量以提高混滲效果、提高水中DO指標、提高水庫自凈能力和后續處理能力；大流量過水時應以保護工藝設備和盡量減少對生物膜的沖擊為運行控制的出發點和重點。
　　⑤ 停水期運行：停水期應對生物池適當補水并微量曝氣，有利于供水后生物膜的迅速恢復。
　　⑥ 運行調度：調度應做到水量、水質和防洪三者的有機結合。
　　⑦ 設備檢修：檢修應選擇水質較好的條件下逐池進行，且氣溫不宜太低，否則不利于生物膜的恢復。

6 　運行效果分析

　　自1998年12月28日投產以來，累計處理源水約30×10⁸m³，其中對氨氮、BOD₅和高錳酸鹽指數的平均去除率分別達66.7%、31.1%和12.7%；溶解氧由2.77mg/L增至7.13mg/L；對色度、非離子氨、總氮、鐵、錳、鉛、鋅和藻類等有不同程度的去除，有效改善了供水水質。
　　水溫、進水氨氮、水力停留時間和氣水比等對生物處理效果均有影響。
　　① 水溫?
　　水溫對處理效果影響較大，生物硝化反應的適宜溫度為20～30℃。在HRT和進水氨氮一定時，氨氮平均去除率和填料去除負荷基本隨水溫的升高而升高，但逐漸趨于穩定，其平均值分別為64.6%和0.0687kg/(m³·d)。
　　② 進水氨氮?
　　氨氮去除率隨進水氨氮的升高而降低。當進水氨氮為2～4mg/L時，氨氮平均去除率為80%～70%，進水氨氮每升高1mg/L，氨氮去除率則降低3%～5%；當進水氨氮為4～5mg/L時，氨氮去除率約為60%。
　　當進水氨氮或過水流量突然升高而引起沖擊負荷時，氨氮去除率平均下降15%～30%，一般經過2～3d后可恢復正常。
　　③ 水力停留時間?
　　氨氮去除率隨HRT的升高而升高。當HRT為50～80min時，氨氮平均去除率為60%～75%，HRT每增加10min，氨氮去除率平均升高3%～5%；當HRT＞80min時，氨氮去除率趨于穩定，可以達到80%。?
　　④ 氣水比
　　氣水比對生物處理效果有一定的影響。氣水比每增加0.1，去除率平均增加4%。本工程在不同進水氨氮濃度(S0)下適宜的氣水比分別為：S0≤2mg/L(1.0),S0=2～3mg/L(1.1)，S0=3～4mg/L(1.2)，S0=4～5mg/L(1.3)，所能達到的去除率為60%～75%。
　　⑤ 亞硝酸鹽氮
　　由于HRT有限，硝化作用不充分而導致NO₂^--N在生物池內有一定量增加，但曝氣后源水溶解氧較高，NO₂^--N經過水庫和供水管路后會得到進一步降解，故不會對水質造成影響。

7 　存在問題

　　① 曝氣死區
　　每個供氣單元由4個環形供氣網組成，由于在供氣環管處沒有曝氣孔口，其上部填料無法曝氣，填料絲得不到必要的擾動，致使該處的填料大量結泥，每個供氣方陣約有720串填料位于曝氣死區，其中每個生物池前1～8號方陣在曝氣死區結泥最嚴重。結泥后的每串填料質量為20kg，遠遠超過設計值12kg，造成填料中心繩斷裂，使填料的維修工作量和維修成本大大增加，同時斷裂的填料影響曝氣管安全，導致池底積泥，此外因曝氣死區填料不能發揮作用而影響了處理效果。
　　目前通過在供氣環管上方布置穿孔管而消除了曝氣死區，解決了填料斷裂問題，同時提高了工藝處理效果。?
　　② 穿孔管堵塞
　　當穿孔管在水中運行一段時間后，由于微生物在管壁生長，導致穿孔管堵塞，嚴重影響了曝氣均勻，處理效果下降。通過摸索和研究，在不停水的情況下，通過長柄尼龍刷深入填料內部清理穿孔管外壁的微生物。
　　③ 泡沫問題?
　　生物硝化工程投入運行以后，多次出現大量的泡沫，嚴重影響環境。泡沫主要由表面活性劑產生，溫度對泡沫的產生有一定的影響(隨溫度的升高，泡沫有減小的趨勢)。當進水洗滌劑濃度一定時，增大氣水比可以增加泡沫的數量。監測表明泡沫對水庫水質影響不大，因此目前已采用噴淋的措施來解決。
　　④ 藻類暴發性生長
　　夏季填料支架表面藻類暴發性生長是運行管理中的一個難題，藻類在生長期可吸收氮及氮化物，也會加大耗氧量，死亡后會纏結填料造成掛泥，同時死亡藻類在庫體的發酵會分解成有 機氮、磷等物質，造成水體的二次污染。
　　目前主要采用人工清理的辦法，不安全且效率低。
　　⑤ 生物池設施檢修?
　　由于生物池中布置有大量的曝氣管、填料及填料支架，對曝氣管斷裂、填料斷裂、支架變形等問題只有通過排空池水才能進行維修，但生物池排水時間長、填料易老化、對生物膜影響大且成本高，如何解決水下維修難題還有待進一步摸索。

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　　收稿日期：2001-10-19