浸沒(méi)式生物膜法處理東深源水的研究和工程應(yīng)用
工程建成兩年多來(lái)，污染物的去除效果良好，主要污染物氨氮的去除效果如下：年平均進(jìn)水濃度為3.3mg/l時(shí)，供港水的氨氮濃度降到0.5mg/l，總?cè)コ蕿?4.3%。同時(shí)，水中CODMn、BOD5、SS、Fe等污染物也有較好的去除效果，達(dá)到或超出了預(yù)期目標(biāo)。運(yùn)行成本僅0.023元/m3，經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益顯著。
前 言：
東深源水水質(zhì)從九十年代初以來(lái)逐漸下降，尤其氨氮濃度超過(guò)國(guó)際和國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)多倍，嚴(yán)重影響著深圳和香港的飲用水水質(zhì)和自來(lái)水廠(chǎng)的運(yùn)行成本。經(jīng)過(guò)幾年現(xiàn)場(chǎng)研究，開(kāi)發(fā)出適合當(dāng)?shù)匚⑽廴驹此念A(yù)處理工藝，建成了特大型（400萬(wàn)M3/d）東深源水生物預(yù)處理工程，污染物去除效果良好，運(yùn)行十分穩(wěn)定，改善了源水水質(zhì)。經(jīng)過(guò)研究表明，浸沒(méi)式生物膜法處理微污染源水既經(jīng)濟(jì)又安全有效，試驗(yàn)研究?jī)?yōu)化確定了東深源水生物處理工程的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，求得了適當(dāng)?shù)乃魉俣群退ζ陆担咨平鉀Q了微細(xì)泥砂在填料和池底積累以致影響生物處理池的去除效率問(wèn)題，以及苔蘚蟲(chóng)和椎實(shí)螺等微小動(dòng)物的大量生長(zhǎng)影響生物處理池的穩(wěn)定運(yùn)行等問(wèn)題。為處理工藝設(shè)計(jì)和工程控制措施提供了依據(jù)。工程建成兩年多來(lái)，污染物的去除效果良好，主要污染物氨氮的去除效果如下：年平均進(jìn)水濃度為3.3mg/l時(shí)，供港水的氨氮濃度降到0.5mg/l，總?cè)コ蕿?4.3%。同時(shí)，水中CODMn、BOD5、SS、Fe等污染物也有較好的去除效果，達(dá)到或超出了預(yù)期目標(biāo)。運(yùn)行成本僅0.023元/m3，經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益顯著。
研究方法：
試驗(yàn)研究規(guī)模為1824m3～26900m3日處理量，在生物處理池長(zhǎng)為20m，有效水深為3.8m，寬為1.0m的兩條現(xiàn)場(chǎng)中試模型中進(jìn)行，AB兩池的布?xì)夥绞讲煌?，A池采用微孔園盤(pán)布?xì)?，B池采用穿孔管布?xì)?，池中滿(mǎn)裝3m高的YDT彈性立體填料。試驗(yàn)采用自然掛膜方式，當(dāng)HRT為60min，氣水比為1.7，水溫為24.0～27.4℃時(shí)，經(jīng)兩周時(shí)間的運(yùn)行氨氮去除率超過(guò)70%，認(rèn)為完成了啟動(dòng)過(guò)程，正式試驗(yàn)開(kāi)始。
結(jié)果與討論：
1．試驗(yàn)考察了進(jìn)水氨氮濃度對(duì)氨氮去除效果的影響
試驗(yàn)表明，當(dāng)HRT為50min，兩種曝氣方式不同氣水比條件下，隨進(jìn)水氨氮濃度的升高，氨氮去除率均下降，并且氣水比越小，這種下降趨勢(shì)越大；同一曝氣方式進(jìn)水氨氮濃度相同時(shí)，總體上隨氣水比的增大，氨氮去除率上升。
2．試驗(yàn)考察了氣水比對(duì)氨氮去除效果的影響
試驗(yàn)表明，同一曝氣方式條件下，隨氣水比的增大，氨氮去除率升高；各氣水比條件下微孔曝氣方式氨氮去除率均高于穿孔管曝氣方式；氣水比大于1.2后，兩種曝氣方式的氨氮去除率漸趨接近。
3．試驗(yàn)考察了水力停留時(shí)間（HRT）對(duì)氨氮去除效果的影響
試驗(yàn)表明，在穿孔管曝氣方式，曝氣強(qiáng)度為5.47m3/m2·h，HRT分別為50，54，60min條件下，氨氮去除率隨進(jìn)水氨氮濃度的升高均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。進(jìn)水氨氮濃度相同時(shí)，HRT越大，氨氮去除率越高，說(shuō)明HRT對(duì)氨氮去除率影響較大，特別是進(jìn)水氨氮濃度較高時(shí)，HRT的影響為就顯得尤為突出。試驗(yàn)表明，當(dāng)HRT為4.1、30、40、50、60min時(shí)，其氨氮相應(yīng)去除率為9.7%、52.5%、62.9%、71.1%，77.4%。
4．試驗(yàn)考察了水溫對(duì)氨氮去除效果的影響
試驗(yàn)表明，水溫對(duì)氨氮容積去除負(fù)荷影響較大，兩者之間近似呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)推測(cè)，當(dāng)水溫低于5℃時(shí)，氨氮去除率很低。當(dāng)氨氮進(jìn)水濃度相同時(shí)，水溫22.2℃比25.7℃的氨氮去除率要低6個(gè)百分點(diǎn)。
5．試驗(yàn)考察了DO、pH和堿度對(duì)氨氮去除效果的影響。
試驗(yàn)表明，無(wú)論是同一曝氣方式不同氣水比之間去除效率的比較，還是兩種曝氣方式同一氣水比時(shí)運(yùn)行狀況的變化，都說(shuō)明氨氮去除率隨DO的增加而增加，當(dāng)DO超過(guò)6mg/l后，DO對(duì)氨氮去除率的影響不大。當(dāng)達(dá)到同一氨氮去除率時(shí)，微孔曝氣方式的DO比穿孔管曝氣方式要高，為保證去除效果穩(wěn)定，應(yīng)保持水中DO≥6mg/l。本研究中尚未發(fā)現(xiàn)源水pH和堿度對(duì)硝化過(guò)程產(chǎn)生明顯影響。
6．試驗(yàn)中遇到的問(wèn)題和對(duì)策
① 填料上和池底積泥問(wèn)題。第一階段試驗(yàn)水流流速較小，約為0.005m/s，引起大量的泥砂在填料上和池底積累，試驗(yàn)表明，池中平均水流速度為0.0813m/s，上水層平均流速為0.32m/s，填料層為0.023m/s，下水層為0.361m/s時(shí)，足以將池底的積泥和填料上脫落的泥砂推出池外。
② 生物處理池的短流問(wèn)題。從上述水流流速的分布可見(jiàn)，生物處理池?cái)嗝嫔纤畬?，填料層和下水層水流速度不同，產(chǎn)生了短流的疑慮。利用羅丹明作示蹤劑試驗(yàn)表明，在曝氣的情況下，投藥點(diǎn)下方22m處的水流水質(zhì)已處完全混合狀態(tài)。
③ 生物處理池的水力摩阻問(wèn)題。生產(chǎn)裝置為6條25m寬、3.8m水深，270m長(zhǎng)的生物處理池采用平均流速為0.0813m/s（此時(shí)池底流速為0.361m/s），內(nèi)裝3m高填料10萬(wàn)m3。試驗(yàn)得出了曝氣時(shí)的壅水高度除以池長(zhǎng)即求得了設(shè)計(jì)水力坡降為2.5‰.
④ 微型動(dòng)物的異常生長(zhǎng)與對(duì)策
中試研究中發(fā)現(xiàn)，苔蘚蟲(chóng)和椎實(shí)螺在填料上大量生長(zhǎng)。經(jīng)試驗(yàn)表明，苔蘚蟲(chóng)暴發(fā)性生長(zhǎng)會(huì)增加填料重量并加劇泥砂在填料上積累。穩(wěn)定生長(zhǎng)時(shí)，對(duì)氨氮的去除率影響不大。椎實(shí)螺優(yōu)先取食生物膜上的原生動(dòng)物、后生動(dòng)物、藻類(lèi)、細(xì)菌等，會(huì)影響氨氮的去除率，利用間歇使水中缺氧會(huì)使其浮上水面的習(xí)性，加以除去。
結(jié)論：
試驗(yàn)表明，浸沒(méi)式生物膜法預(yù)處理微污染東深源水，能有效去除氨氮等有機(jī)污染物，確定并優(yōu)化了工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)，試驗(yàn)為工程設(shè)計(jì)合理解決了水力摩阻、填料和池底積泥，以及微小動(dòng)物暴長(zhǎng)及控制等技術(shù)難題。特大型東深源水生物預(yù)處理工程設(shè)計(jì)合理，運(yùn)行穩(wěn)定，除對(duì)氨氮有顯著去除效果外，同時(shí)還對(duì)色度、濁度、非離子氨、總氮、鐵、錳、鉛、鋅和藻類(lèi)等10多項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均有不同程度的去除效果，大大改善了供港水質(zhì)。
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