生物預(yù)處理中試對比研究分析

【摘 要】本文主要介紹了在某水廠進(jìn)行的生物預(yù)處理工程中試的具體情況，該試驗(yàn)重點(diǎn)研究解決水廠達(dá)標(biāo)的關(guān)健指標(biāo)氨氮和CODMnM，對比分析輕質(zhì)濾料曝氣生物濾池、陶粒濾料曝氣生物濾池和包埋菌流化床三種工藝的處理效果和運(yùn)行方式，結(jié)合東江水源的水質(zhì)特點(diǎn)，為水廠新增生物預(yù)處理工藝提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。

【關(guān)鍵詞】水廠；氨氮；CODMnM ；生物濾池

1、工程試驗(yàn)概況

某水廠水質(zhì)達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵指標(biāo)是氨氮和CODMn，適合采用生物預(yù)處理工藝。試驗(yàn)研究將主要在前期小驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)?shù)厮吹乃|(zhì)特點(diǎn)，驗(yàn)證三種不同的生物預(yù)處理工藝的有效性和可行性，并通過進(jìn)一步優(yōu)化工藝參數(shù)為設(shè)計(jì)提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支持。同時(shí)試驗(yàn)“生物預(yù)處理+常規(guī)處理”的運(yùn)行參數(shù)，也為驗(yàn)證水廠用“生物預(yù)處理+常規(guī)處理”后的出水水質(zhì)能否達(dá)到飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，為日后水廠實(shí)施生物預(yù)處理的工程建設(shè)提供參考依據(jù)。

2、工程試驗(yàn)工藝介紹

生物預(yù)處理試驗(yàn)將分別采用輕質(zhì)濾料曝氣生物濾池和陶粒濾料曝氣生物濾池及包埋菌流化床三種工藝型式。輕質(zhì)濾料曝氣生物濾池的試驗(yàn)規(guī)模為36m3/h，陶粒濾料曝氣生物濾池的試驗(yàn)規(guī)模為72m3/h，包埋菌曝氣生物濾池的試驗(yàn)規(guī)模為16m3/h.

常規(guī)處理試驗(yàn)采用旋流反應(yīng)、斜管沉淀、V型濾池，常規(guī)處理試驗(yàn)裝置的規(guī)模為25m3/h，共有二套常規(guī)處理試驗(yàn)裝置。每種生物預(yù)處理裝置可連接任意一套常規(guī)工藝。

2.1輕質(zhì)濾料曝氣生物濾池

設(shè)計(jì)規(guī)模：36m3/h 濾池面積：2.25m2 濾層厚度：3m，使用輕質(zhì)濾料。設(shè)計(jì)濾速：16m/h

氣水比：0.4～1：1。反沖方式：氣囊反沖洗。

2.2陶粒濾料曝氣生物濾池

陶粒濾料曝氣生物濾池工程試驗(yàn)試驗(yàn)規(guī)模為36m3/h。采用升流式濾池，以陶粒為濾料，粒徑￠5～7mm，濾料厚6m，濾速12～16m/h。濾池氣水比0.1～1：1。反沖方式：采用氣水反沖洗。

2.3包埋菌流化床

設(shè)計(jì)規(guī)模：25m3/h，濾池面積：1.0m2，包埋菌載體投加率：10.0%。設(shè)計(jì)流速25m/h，氣水比：0.4～1.5：1。不需反沖洗。

2.4常規(guī)處理工藝

分為兩組，每組試驗(yàn)規(guī)模為25 m3/h，總試驗(yàn)規(guī)模為50 m3/h。渦旋反應(yīng)池：直徑￠1400mm，高3.05米，回流比1：2；斜管沉淀池：尺寸2.9×1.5米，斜管孔徑￠38mm；V型濾池：尺寸1.5×1.5長柄濾頭布?xì)獠妓?，石英砂均質(zhì)濾料厚1.2m，粒徑￠0.90～1.35mm。

3、工程試驗(yàn)研究分析

3.1輕質(zhì)濾料曝氣生物濾池

3.1.1試驗(yàn)其間輕質(zhì)濾料曝氣生物濾池出水氨氮能控制在0.5mg/L以下，經(jīng)常規(guī)處理后終端出水水質(zhì)符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）和《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ94-2005）要求，生物濾池抗水質(zhì)污染沖擊能力較強(qiáng)；

3.1.2生物濾池采用輕質(zhì)濾料，價(jià)格相對便宜，處理效率高，濾速為12m/h情況下，氨氮平均去除率為90%以上，出水平均值為0.15mg/L，亞硝酸鹽平均去除率為84.6%，CODMnM平均去除率大于20.0%。穩(wěn)定運(yùn)行情況下鐵、錳去除率為30%左右；

3.1.3在不增加運(yùn)行成本的前提下，濾速提高為16m/h，從中試結(jié)果看出水水質(zhì)與12m/h濾速時(shí)相當(dāng)；

3.1.4生物濾池采用氣水同向流，可達(dá)到較高濾速，減少占地面積，同時(shí)濾池配水簡單，可有效防止濾層阻塞；

3.1.5生物濾池采用氣囊反沖洗方式，反沖洗設(shè)備少，反沖洗周期為6～14天，沖洗耗水量為0.1%左右，耗氣、耗水量少；

3.1.6濾池生物膜活性高，長期運(yùn)行濾池底部不積泥，無螺類等大型生物生長；

3.1.7濾速為12m/h時(shí)，過濾初期阻力損失約為6～8cm，期末為20～30cm，氣囊反沖洗方式耗氣耗水量少，因此濾池運(yùn)行費(fèi)用低；

3.2陶粒濾料曝氣生物濾池

3.2.1試驗(yàn)其間陶粒濾料曝氣生物濾池出水氨氮能控制在0.5mg/L以下，經(jīng)常規(guī)處理后終端出水水質(zhì)符合《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）和《飲用凈水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ94-2005）要求，生物濾池抗水質(zhì)污染沖擊能力較強(qiáng)；

3.2.2陶粒濾料曝氣生物濾池，濾速為12m/h情況下，氨氮平均去除率為92%以上，出水平均值為0.13mg/L，亞硝酸鹽平均去除率為88%，CODMnM平均去除率大于20.0%。穩(wěn)定運(yùn)行情況下鐵、錳也有一定的去除率效果；

3.2.3曝氣生物濾池在原水水質(zhì)較好情況下不需要曝氣運(yùn)行，仍可保持高效穩(wěn)定的處理能力；

3.2.4曝氣生物濾池采用洗水反沖洗方式，需要反沖洗風(fēng)機(jī)和水泵，設(shè)備量較多。反沖洗周期為24h，反沖洗時(shí)間為氣、水反沖洗25min，其中：氣洗5min，氣水共洗20min，氣、水沖洗強(qiáng)度分別為19.6L/（m2·s）和4.7L/（m2·s）。

3.2.5陶粒濾料曝氣生物濾池的反沖洗周期為24h，在濾速為16 m/h的水頭損失反沖洗前為29cm，反沖洗后為23 cm；在濾速為20m/h的水頭損失反沖洗前為31cm，反沖洗后為25cm；在濾速為25～26m/h的水頭損失反沖洗前為39cm，反沖洗后為33cm。

3.3包埋菌顆粒流化床

3.3.1經(jīng)預(yù)處理后出水氨氮基本可控制在0.5mg/L以下，但抗水質(zhì)污染沖擊能力一般；

3.3.2水力停留時(shí)間（濾速）對氨氮和亞硝酸鹽氮的去除率影響顯著。本試驗(yàn)認(rèn)為，要根據(jù)不同季節(jié)下氨氮濃度和水溫變化，適當(dāng)調(diào)整包埋菌顆粒流化床的水力停留時(shí)間，冬春季當(dāng)水力停留時(shí)間為30min時(shí)，可以穩(wěn)定達(dá)標(biāo)；

3.3.3增加包埋顆粒的投加量可以有效改善系統(tǒng)抗水質(zhì)波動(dòng)沖擊負(fù)荷的能力，且同時(shí)提高了對氨氮及亞硝酸氮的去除效果。適宜的包埋菌顆粒投加率為20%-25%；

3.3.4增加包埋顆粒投加量和提高溶解氧對CODMn的去除效果沒有明顯改善，分析應(yīng)與進(jìn)水CODMn始終處于低濃度、且構(gòu)成CODMn的有機(jī)物主要為難生物降解的有機(jī)物有關(guān)。

3.3.5包埋菌顆粒流化床對濁度沒有去除作用，因此試驗(yàn)期間水頭損失基本沒有變化，試驗(yàn)裝置不需要反沖洗設(shè)備。

4、工程試驗(yàn)的綜合對比

表1 三種生物預(yù)處理工藝綜合對比表

工藝型式水質(zhì)處理效果設(shè)備投入量運(yùn)行操作要求反沖洗

周期

輕質(zhì)濾料曝氣生物濾池優(yōu)良適中適中6～14天

陶粒濾料曝氣

生物濾池優(yōu)良較大較高1天

包埋菌

顆粒

流化床一般較小較低不需

反沖洗

通過試驗(yàn)可知，三種生物預(yù)處理工藝在正常情況下水處理效果均能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，但在原水水質(zhì)突變時(shí)，輕質(zhì)濾料曝氣生物濾池和陶粒濾料曝氣生物濾池在應(yīng)對氨氮沖擊時(shí)效果更佳，能起到水質(zhì)保障更好的作用。而輕質(zhì)濾料曝氣生物濾池在基礎(chǔ)設(shè)備投入量和運(yùn)行人員的操作要求方面更有優(yōu)勢，而且反沖洗周期為6～14天，在設(shè)備維護(hù)量、能耗和自用水率等方面對水廠的運(yùn)行成本增加的負(fù)擔(dān)較小，因此綜合以上情況分析，無論是新建水廠還是水廠改造，輕質(zhì)濾料曝氣生物濾池工藝是較佳的選擇。

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