生物预处理技术在嘉兴地区净水厂的应用比较.doc

生物预处理技术在嘉兴地区净水厂的应用比较贺尧基，徐 兵（嘉源给排水有限公司，浙江 嘉兴 314000）摘要：以嘉兴地区主要净水厂近年来应用多种生物氧化预处理技术处理微污染原水为例，介绍了实际运行效果，具有投资省，工艺和运行管理简单，成本低等优点。并对弹性立体/LT/YS型悬浮球等不同填料的生物预处理工艺进行了比较。关键词：生物预处理；生物氧化；填料；微污染原水；水处理Comparison of Biotreatment Using Different Media Which Application in Waterworks in JiaXing CityXUBing ，Helaoji（Jiayuan Water Supply and Sewerage Co. Ltd.，Jiaxing 314000，China）Abstract：Taking the main water treament plants in JiaXing as an example , many years practical operation shows that the NH3N removal efficiency is up to 70% , which treating micro-pollution raw by using biological contact oxidation for pretreatment . It has the advantages of less investment， operation saving ，and operation cost effective ， with comparison of different media such as stereo elastic/LT/YS et.Key words：Biotreatment；Biological oxidation；Media；Micro-pollution raw；Treatment嘉兴地处长江三角洲杭嘉湖平原，面积3659km2，人口约320万，下辖五县市，城乡供水主要净水厂有：嘉兴市区的石臼漾水厂，桐乡市果园桥水厂，平湖市古横桥水厂，海宁市双喜桥水厂，嘉善、海盐地面水厂，嘉兴港区乍浦水厂等。因条件制约，目前各主要水厂均以太湖平原河网水系的过境运河水为原水。近年来，随着工农业生产的快速发展，原水普遍受到严重污染，极大部分水体水质为类，主要超标因子为氨氮、CODMn等，见表1。表1：2005年原水部分水质指标Tab.1 Raw water quality in 2005 项目/水厂名称嘉兴石臼漾桐乡果园桥平湖古横桥氨氮/mg/LMAX3.623.479.63MIN0.200.180.65AVG0.801.494.62CODMn/ mg/LMAX9.868.2317.92MIN3.614.945.92AVG6.156.609.621 生物预处理技术的应用水源中的氨氮本身没有什么毒性作用，但会影响嗅味等感官指标，它还是一种有机污染的指示因子，一般原水含有氨氮意味着水体新近受到有机污染。2005年建设部发布的城市供水水质标准对氨氮的限值为0.5mg/L，因此，降低氨氮在净水工艺中应引起我们高度重视。相关研究和资料表明，应用原水生物预处理技术浸没式填料生物接触氧化法，采用不同类型的填料，通过自然挂膜，使微生物生长富集，借助微生物的新陈代谢作用，能高效去除水体中的氨氮等污染物。由于本地县市各主要净水厂分别建于80年代和90年代初，原设计均采用混凝/沉淀/砂滤/氯消毒常规净水工艺。实际运行表明，常规净水处理工艺难以有效去除氨氮等有机污染。因此，石臼漾水厂率先于1994年在二期建设中，引入了立体弹性填料生物预处理技术。桐乡果园桥水厂于2002年在水厂技术改造和2003年二期水厂扩建工程中，分别引入了立体弹性填料和LT100悬浮球填料生物预处理技术。平湖古横桥水厂也于2004年引入了YS圆柱斜切悬浮填料生物预处理，2005年嘉兴港区乍浦水厂引入了美国“STS”公司的卵石填料的“SAF”生物滤池等。各水厂对原水氨氮的去除，均取得了较满意的运行效果。以下就不同形式填料的生物预处理在本地区水厂的应用作一比较。2 不同填料生物预处理的应用比较2.1 主要参数一览表本地净水厂中代表性的不同填料生物预处理工艺的主要参数，见表2。表2：主要技术参数一览表Tab.2 Schedule of parameters 水厂名嘉兴石臼漾桐乡果园桥平湖古横桥嘉兴港区乍浦填料名称YDT弹性填料LT型悬浮球YS型悬浮填料卵石填料生产规模/m3/d：10104710451042.5104池体结构尺寸尺寸/m：9616569 .821.156.837.7514.9625.610.688.0有效水深/m：34.54.56.1池容积/m3：4600660023101668填料特性外观，尺寸/ mm单元直径180单丝直径为0.5球形，100圆柱斜切（带螺旋齿槽），2020卵石， 2.04.0cm比表面积/ m2/m3：24106500200密度/g/cm3：0.980.990.980.992.6 曝气方式：微孔曝气器穿孔管曝气系统鸭嘴阀曝气系统“T”型气水分布器运行工艺参数HRT/h：11.510.75气水比：0.6:1（11.5）:1（0.81.5）:12.8:1填料高度/填充率：2.50m30%50%30%50%6.0m填料单价/元/m319015002000800水头损失/m0.40.60.40.60.40.60.81.0排泥停池冲洗/排泥一般不积泥一般不积泥2.2 填料和设施填料间最大的区别是比表面积不同，YS圆柱斜切悬浮填料因其特殊的叶片构造，比表面积最大，在有限的体积内可以得到更大的生物膜面积，LT型悬浮球填料次之，YDT弹性填料比表面积最小（见表2）。不同填料的区别还有：悬浮填料可直接投加到生化池中，不需要固定、支掌支架等附属物，减少了安装工程及相应的维护保养，但因多格串联，故需垂直档板及不锈钢格栅，以防止悬浮填料随水流方向移动。悬浮填料因其散放在生化池中，密度接近于水，在充足曝气对水体的扰动下填料在池中呈流化状态，在气、水作用下不断运动，提高了溶解氧的传质效率。另外，悬浮填料呈流化状态时，可减小水阻，并且其随水流旋转、平移，频繁碰撞，可充分接触DO、有机污染物，有利于微生物完成繁殖生长和衰老脱落，保持生物膜新陈代谢的活性和数量，且不易积泥，而YDT弹性填料在池内是固定的，因而填料本身极易积泥。值得我们重视的还有曝气系统的布置和选用，本地区现有水厂中选用的有圆盘橡胶板可闭微孔曝气器、穿孔管曝气和鸭嘴阀曝气系统。实际使用表明，圆盘橡胶板可闭微孔曝气器充氧效率要高于穿孔管曝气（实测一般水体DO可达到68mg/L），但国产的微孔曝气器使用年限一般在5年左右，因其长时间受气体压力，易出现橡胶板老化和曝气头连接管断裂现象。同时，微孔曝气器对水体的搅拌作用较弱，较易积泥堵塞，价格相对也较高。穿孔管曝气虽然氧的传质效率低些，但布置和管理简单，价格便宜。鸭嘴阀曝气系统对水体的搅拌作用强，传质效率也较好，但其价格较高。而“SAF”滤池的“T型”布气布水，有它的独到之处，布水布气管均在“T型”压块下面，与卵石填料不接触，不易损坏。2.3 运行的工艺参数各水厂生物预处理工艺的运行技术参数：水力停留时间、气水比、填料填充率是该工艺单元运行效果的关键影响因素，因原水水质和设计参数选用的差异，有所区别。实际运行表明，要达到同样的处理效果，YDT立体弹性填料生物预处理所需的水力停留时间相对要长，一般均在1h以上。为保证悬浮填料处于流化状态，则LT/YS悬浮填料生物预处理所需的气水比则相对较高，通常大于1：1，而“SAF”滤池的水力停留时间最短，约0.75h，所需的气水比则最高，约2.8：1，见表2。填料的填充率一般控制在50%左右。根据生产运行的实际情况，不同分格内的悬浮填料，生物挂膜效果有较大差别。进水的第一、第二分格内的悬浮填料挂膜量明显多于后格内的填料挂膜，因此，不同分格的填料填充率，可根据生产实际运行情况进行适当调整，以利于节约运行成本。2.4 运行效果比较各水厂生物预处理工艺2005年的平均运行效果，见表3。表3：2005年平均运行效果（部分）Tab.3 Annual average of treatment results in 2005项目/水厂石臼漾果园桥古横桥立体弹性填料立体弹性填料LT型悬浮球YS型悬浮填料氨氮去除率/%7069.772.486.2最大去除氨氮/mg/L2.302.503.504.80亚氮去除率/%17.955.996.828.3CODMn去除率/%6.511.312.56.2F e去除率/%2230.530.760色度去除率/%1111.310.912浊度去除率/%3549.030.327.8从表3可知，各水厂生物预处理工艺均能高效去除氨氮。一般，当原水氨氮2.00mg/L，去除率可高达70%以上。其中悬浮球填料对氨氮、亚氮、CODMn、F e的去除效果较好。生产跟踪还检测到，YS型圆柱斜切悬浮填料最大去除氨氮负荷可达4.80mg/L，是LT型悬浮球最大去除负荷的137%，是立体弹性填料的200%多（见表3）。嘉兴港区乍浦水厂的上向流 “SAF”生物滤池（与平湖古横桥水厂取用同一河道原水），目前已建成正在调试中，其各项技术参数和处理效果还有待在生产实践中进一步稳定，但中试运行表明，对氨氮去除率可高达80%95%。特别是对高氨氮原水的适应性更强，经实测，最大去除氨氮负荷高达9.00mg/L以上，同时，抗氨氮冲击负荷能力也很强。2.5 成本分析比较经初步测算，各水厂不同填料生物预处理的造价和运行费用，见表4。表4：成本分析比较Tab.4 Comparison of cost水厂名石臼漾果园桥古横桥乍浦填料类型立体弹性填料立体弹性填料LT型悬浮球YS型悬浮填料卵石填料造价/元/m368706566填料单价/元/m319019015002000800运行费用/元/m30.0150.0190.0180.017备注1、工程造价指第一部分直接费。运行费用主要是动力费。2、石臼漾水厂未设冲洗、排泥设施，采用二格轮流停池冲洗。表中，弹性填料工艺虽然填料便宜，运行时气水比较低，但需增加配套的排泥及反冲洗设施；悬浮填料工艺填料费用高，为达到流化效果所需气水比相对较大，运行成本有所提高，但因其利用曝气器的强烈搅拌作用，解决了底部积泥问题，故可减少泥斗和排泥管、阀的数量，降低池子深度，相应地节约了土建费用及排泥设施费用。“SAF”滤池因其涉及到“T”型气水分布器需采用进口材料、及设计专利，故工程投资相对较大，同时，因采用大的气水比，故运行电耗较高。3 存在的主要问题弹性填料生物接触氧化预处理存在的主要问题是短流、池底和填料的积泥。由于填料区位于池中部，填料下部为排泥区，上部为淹没区，均无法布置填料，因此在池上下区域均会出现短流现象。同时，由于该型池前1/2处除浊效果较好，再加上老化生物膜脱落，池底存在积泥问题。池底积泥若不及时清除，会导致出水亚硝酸盐氮升高，还可产生厌氧腐化作用或孳生原生动物，严重积泥还会导致曝气系统堵塞和损坏，故池底排泥效果好坏是影响其长期处理效果的重要因素。解决的办法是采用穿孔排泥或泥斗排泥，通常每周排泥一次，缺点是排泥水量太大，而且由于池底面积较大，积泥情况复杂，若采用根据泥位计自动排泥的方式很难凑效，排泥管易堵塞；若采用人工操作几十根排泥管排泥，则造成管理繁琐，且排泥效果也不尽理想。弹性填料的再一个问题是运行一定时间后，由于生物作用，填料表面产生粘性，特别易粘积悬浮物和积泥，覆盖生物膜，使生物膜活性减弱，故需定期增开冲洗鼓风机对填料进行冲洗，但气冲效果较差。实际操作中通常每23月放空或半放空池子，用高压水枪冲洗填料，因为到目前为止，尚无一种较为理想的冲洗方式。悬浮填料存在的主要问题是，水厂运行中发现部分填料流化不充分或不够均匀，悬浮球填料在池体出现局部堆积现象，如在分格出口格网处存在少量堆积，故在合理的布气、布水设计及运行管理等方面还有待进一步优化。悬浮填料的使用寿命还有待生产实际进一步验证。悬浮填料的另一个问题是为了防止小型填料流失，各进出口均需设小间距格栅或格网，由于原水直接进入，长期运行后，藻类或淤泥可能会对格网产生堵塞，还有待在生产中进一步观察。温度的影响。不同填料的生物预处理工艺均还存在着当水温长时间低于5时，处理效果明显下降的问题。水生动物泛滥问题。弹性填料生物池内以椎实螺、小河蚌为主的水生动物有爆发性繁殖，数量众多。而悬浮球填料预处理池内，虽然由于水的紊动程度高，相当数量的小螺、小蚌随出水流走，池内的水生动物数量极少，但在后继的BAC滤池中，可观察到池壁及炭滤料表层，有大量的椎实螺孳生，因此，富氧的生物工艺单元内的水生动物泛滥问题，有待更好研究解决。4 结语原水生物预处理技术其实质是通过人工填料富集培养微生物，利用生物作用来加速实现水体的天然净化过程，不需要添加任何化学药剂。在嘉兴地区各水厂的应用表明，在常温条件下，原水生物预处理技术是去除水体中氨氮的最有效方法，对氨氮的去除率一般可达70%90%，可使氨氮超过类水体指标值的地表水处理达到符合国家对生活饮用水水源水水质的要求。同时，CODMn也有所降低，对铁、锰、色、嗅和味也有一定的去除作用，并能促进后继混凝工艺性能的提高，操作管理方便，运行成本较低。经综合比较，YS圆柱斜切悬浮填料较LT悬浮球填料及弹性立体填料性价比有一定的优势，可保证工艺要求的高效、稳定运行。总之，各种填料的生物预处理工艺各有优缺点，至于采用何种填料，要根据当地水源水质条件和污染物的具体情况，最好