污染水源給水生物接觸氧化池設(shè)計(jì)研究

朱彩云

摘要：本文分析了微污染水源水采用生物預(yù)處理的意義，對生物接觸氧化池的設(shè)計(jì)方法和參數(shù)選擇進(jìn)行了探討，并結(jié)合工程案例進(jìn)行了說明。

關(guān)鍵詞：生物接觸氧化池；設(shè)計(jì)；微污染水源水；生物預(yù)處理

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城鎮(zhèn)擴(kuò)張以及人口增加，人們對水的需求量也在不斷增加，與此同時(shí)大量廢水排入水體，造成水體污染。實(shí)際上，許多城市飲用水源水已經(jīng)達(dá)不到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。一般將受到有機(jī)物污染、部分水質(zhì)指標(biāo)超過Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的水體稱之為微污染水源水。就目前情況而言，尚無法徹底改變水源水質(zhì)低劣的現(xiàn)狀，所以必須通過處理來保證飲用水的安全。傳統(tǒng)水處理工藝“絮凝—沉淀—過濾—消毒”存在感官指標(biāo)差、有機(jī)物去除率低、加大氯量易形成“三致”物質(zhì)、管網(wǎng)水質(zhì)穩(wěn)定性差等弊端，故此改進(jìn)常規(guī)水處理工藝并采取強(qiáng)化傳統(tǒng)工藝、增加預(yù)處理工藝及深度處理工藝成為必然之選。要取得穩(wěn)定、可靠、高效的處理效果，往往要綜合這三種手段。由于微污染水源的重要特征是富營養(yǎng)化，而傳統(tǒng)工藝難以處理小分子量有機(jī)物，而這部分有機(jī)物正好是微生物有機(jī)營養(yǎng)基質(zhì)的主體，所以生物預(yù)處理工藝是非常有效的手段，同時(shí)還具有安全可靠、經(jīng)濟(jì)易行的特點(diǎn)，因而成為國內(nèi)外飲用水處理的主要工藝之一。以微污染水源水有機(jī)物含量水平，最適宜的生物處理手段是生物膜法，其中生物接觸氧化法以其處理能力大、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、污泥生成量少、出水水質(zhì)穩(wěn)定、維護(hù)管理方便而獲得較多應(yīng)用。生物接觸氧化法的關(guān)鍵設(shè)備是生物接觸氧化池，雖然生物接觸氧化法廣泛用于城市污水處理，但用于給水處理還是有較大差別，因此本文對微污染水源給水生物接觸氧化池的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

1 生物接觸氧化池設(shè)計(jì)方法與參數(shù)選擇

1.1 設(shè)計(jì)方法

如前所述，生物接觸氧化池用于給水處理與污水處理有較大差別，主要反映在水質(zhì)差別上，不僅是污水中污染物濃度高得多這一點(diǎn)，更重要的差別是污水水質(zhì)相對于微污染水源水質(zhì)要穩(wěn)定的多，由于污水基底濃度較高，濃度的少量變化對處理效果不致引起很大變化，但對于微污染水源水而言，濃度的微量變化也可能對處理效果產(chǎn)生較大影響。基于這個(gè)原因，生物接觸氧化池用于生活污水處理的設(shè)計(jì)方法相對成熟一些，《生物接觸氧化法污水處理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ 2009-2011）6.4.1.1給出了填料容積負(fù)荷法的計(jì)算公式，即根據(jù)設(shè)計(jì)流量、進(jìn)出水BOD5、填料容積負(fù)荷、填料填充率來確定池容，再通過水力停留時(shí)間進(jìn)行核算。但也有研究[1]指出填料容積負(fù)荷法忽略了填料比表面積的差異，并不具有通用意義。污水處理尚且如此，那么微污染水源給水處理采用類似公式就更不靠譜了，所以最可靠的設(shè)計(jì)方法還是針對原水水質(zhì)、水溫、填料類型和處理要求等條件通過小試和中試來最終確定設(shè)計(jì)參數(shù)。

1.2 設(shè)計(jì)參數(shù)選擇

1.2.1 填料類型

填料是生物接觸氧化池中附著生物膜的載體，因而是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，選定填料后再進(jìn)一步考慮池型和其他參數(shù)。目前，用于微污染水源給水處理的填料類型主要為顆粒填料、彈性填料和懸浮填料。顆粒填料（頁巖陶粒）和彈性填料（YDT立體彈性填料）之間經(jīng)過比較，顆粒填料掛膜快、凈化效果好、生物膜活性高，但是要嚴(yán)格把握反沖洗周期，否則水頭損失大、布?xì)獠痪鶆蚨绊懰|(zhì)；而彈性填料掛膜慢、凈化效果遜色一些，維護(hù)方面要求低一些，但也要經(jīng)常排泥和沖洗脫膜。陶粒填料項(xiàng)目投資略高一些，運(yùn)行成本在抵消混凝藥劑方面的優(yōu)勢后接近彈性填料。彈性填料應(yīng)用上更具靈活性，更適合舊廠改造。文獻(xiàn)[2]研究了彈性填料與懸浮球填料，凈化效果懸浮球填料更優(yōu)，而且彈性填料容易結(jié)泥，所以需要專門排泥設(shè)施，而懸浮球填料一般不需排泥，但因?yàn)榉e泥和生長水生動物造成重量增加而下沉，并容易堆積到格網(wǎng)處而影響曝氣均勻性，價(jià)格上懸浮填料要高得多，但因?yàn)橥Ａ魰r(shí)間短而減小了占地和土建費(fèi)用，綜合比較還是相近的。由于懸浮填料屬新型填料，安裝簡單、靈活，維護(hù)方便，新建池子多采用此種填料。

1.2.2 池型布置

隨填料類型不同，生物接觸氧化池型也有明顯差別，顆粒填料池子構(gòu)造和布置形式與帶氣水反沖洗砂濾池類似，所以也稱為淹沒式生物濾池，如圖1所示。彈性填料的池子如圖2所示，填料連成串掛在池子內(nèi)，池下方設(shè)穿孔管或微孔曝氣器，并且采用了三級曝氣串聯(lián)形式。懸浮填料池子如圖3所示，池子分為兩段，并以格柵或?qū)Я鲏Ψ指?，其他情況與彈性填料池子類似，但填料不固定。

1.2.3 曝氣方式

目前，生物接觸氧化池曝氣方式主要有穿孔管、微孔曝氣器、鴨嘴閥等。一般來說，穿孔管布置和管理都比較簡單，成本也最低，但是充氧效率也較低，這意味著運(yùn)行電費(fèi)會比較高；微孔曝氣器充氧效率高，但對水體攪拌作用較弱，容易出現(xiàn)曝氣頭堵塞和橡膠板老化破損現(xiàn)象，而且價(jià)格也較高。鴨嘴閥充氧效率較高，對水體攪拌作用也較強(qiáng)，但是價(jià)格也較高。通常顆粒填料池子選擇穿孔管，由于填料阻力較大，在充氧的同時(shí)必須有較強(qiáng)的攪拌能力。彈性填料三種曝氣方式都可選擇，從維護(hù)方便角度建議選穿孔管，而從效率和運(yùn)行費(fèi)用方面考慮建議選另兩種曝氣方式，選用微孔曝氣器時(shí)應(yīng)選質(zhì)量可靠的產(chǎn)品。懸浮填料為保證流化狀態(tài)應(yīng)選用穿孔管和鴨嘴閥。

1.2.4 水溫

溫度是影響生化反應(yīng)的重要因素，據(jù)文獻(xiàn)[3]研究在15～28℃范圍內(nèi)，溫度下降1℃，氨氮去除率下降0.5%左右。在南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，冬季水溫幾乎不會低于10℃，可以認(rèn)為該地區(qū)水溫適合生物接觸氧化池的運(yùn)行。

1.2.5 停留時(shí)間

通常水力停留時(shí)間（HRT）長，有利于獲得更好的去除效果，但也會使工程造價(jià)和運(yùn)行成本增加，所以應(yīng)選擇適中的HRT。HRT的選擇與進(jìn)水污染物濃度、填料型式、曝氣方式、氣水比、水溫和處理目標(biāo)等因素都有關(guān)系，一般推薦顆粒填料池適宜濾速為4～6m/h，彈性填料HRT≮1h，懸浮填料HRT≮1h。

1.2.6 氣水比

氣水比除了要滿足溶解氧的需求，還有傳質(zhì)和攪拌的要求。一般溶解氧應(yīng)維持在2mg/L以上，但過大的氣水比會增加能耗和運(yùn)行成本，所以應(yīng)根據(jù)填料型式、曝氣方式、池型等因素選擇合適的氣水比：顆粒填料池氣水比為（0.7～1.2）：1，彈性填料氣水比1：1（穿孔管）和0.7：1（微孔曝氣器），懸浮填料（0.8～1.5）：1。

2 微污染水源給水生物接觸氧化池設(shè)計(jì)案例

某水廠二期擴(kuò)建規(guī)模為7×104m3/d，由于供水水源受到污染，2009年檢測氨氮為0.25～3.20 mg/L，平均1.48 mg/L；CODMn為3.79～9.60 mg/L，平均7.11 mg/L，所以考慮增加生物預(yù)處理工藝。生物接觸氧化池設(shè)計(jì)流量取7×104m3/d，填料選LT100懸浮球，密度為0.98～0.99g/cm3，比表面積為106m2/m3。池體尺寸（長×寬×高）為69.8m×21.15m×6.8m，有效水深為4.5m，有效池容約6600m3。由于一期工程選用微孔曝氣器出現(xiàn)了積泥堵塞、橡膠盤老化和曝氣頭連接管斷裂等現(xiàn)象，所以二期建設(shè)采用穿孔管曝氣，氣水比取（1.0～1.5）：1，懸浮球填料填充率取33%，MRT為1.5h。運(yùn)行效果（去除率）如下：氨氮90%，亞硝酸鹽81%，CODMn20%，鐵36%，錳50%，色度10%，濁度30%。成本情況：造價(jià)65元/m3，運(yùn)行費(fèi)用0.018元/m3。

3 結(jié)語

目前，微污染水源給水生物接觸氧化法的設(shè)計(jì)并無很成熟的方法，而且隨著新型填料的不斷涌現(xiàn)，設(shè)計(jì)上大多通過參照類似工程，再結(jié)合小試和中試進(jìn)行驗(yàn)證，但是設(shè)計(jì)參數(shù)的變化趨勢還是較為明確的。設(shè)計(jì)選型不僅要考慮造價(jià)，還要顧及運(yùn)行維護(hù)的便利性和運(yùn)行成本。眾多工程已經(jīng)證明生物預(yù)處理的有效性，只要設(shè)計(jì)上留有一定余地，這種裝置就能夠充分發(fā)揮作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張靜. 生物接觸氧化池設(shè)計(jì)方法的探討[J]. 工業(yè)用水與廢水，2014，45（6）：47-50.

[2] 翁利豐，趙明雷，夏瑋，等. 彈性填料和懸浮球填料在生物預(yù)處理工程中的應(yīng)用[J]. 給水排水，2011，37（7）：22-24.

[3] 唐延，張玉先，黃正杰，等. 福州市東南區(qū)水廠原水生物預(yù)處理試驗(yàn)研究[J]. 中國給水排水，2010，26（5）：84-87，92.