（市政工程专业论文）扬水曝气原位生物接触氧化组合技术改善水源水质的试验研究.pdf

西安建筑科技大学硕士论文 扬水曝气+ 原位生物接触氧化组合技术改善水源水质的试验研究 专业：市政工程 硕士生：周真明 导师：黄廷林 教授 捅矍 目前国内弹性填料生物接触氧化技术用于微污染水源水预处理的研究已有不少成 果，但这些研究严格上讲都是不属于原位生物预处理，因此，课题组首次开展扬水曝气 + 原位生物接触氧化组合技术改善水源水质的可行性研究，本文主要研究悬挂于自然水 体中的生物填料表面在扬水曝气条件下能否形成活性生物膜，考察该组合技术改善水源 水质效果，探讨其影响因素，初步确定该组合技术下一步生产性试验研究的运行参数。 试验研究结果表明：在扬水曝气、水温为】6 3 0 、溶解氧为5 9 5 m g l 、水力停 留时间为2 4 h 条件下，悬挂于距扬水曝气器周围0 2 5 m 、距水面o 3 m 水深的生物填 料对c o d 、t o c 、u v 2 5 4 、u v 4 1 0 、溶解性c o d m 。、n h 4 + - n 、叶绿素a 、藻类计数、 真实色度、总f e 、总m n 、溶解性f e 和溶解性m n 的平均去除率分别为1 0 2 、1 0 7 、 5 9 、4 0 2 、6 8 、6 8 7 、4 4 3 、3 8 、4 7 9 、5 1 8 、4 4 5 、3 5 1 和1 4 6 。 可见，该组合技术改善水源水质是可行的。 水深在o 3 m 范围内变化对该组合技术净化水质效果影响较小：水力停留时间在 2 4 h 范围内对净化水质效果有一定影响，针对不同污染物表现出不同程度的影响；生物 填料悬挂于距扬水曝气器0 2 5 m 范围内，随着距离的增大，净化水质效果逐渐降低； 在该试验水质条件下，水温、溶解氧、p h 及进水水质的变化对该组合技术净化水质效 果影响不大。 该组合技术下一步生产性试验研究的运行参数初步确定如下：y d t 弹性立体波纹填 料可悬挂于距水面0 3 m 水深区、扬水曝气器周围2 5 m 范围内，在扬水曝气造就水力条 件下自然挂膜，水力停留时间应大于2 3 h 。 关键词：扬水曝气；原位生物接触氧化；水源水：滦河水 论文类型：应用研究 西安建筑科技大学硕士论文 t h ec o m b i n e dt e c h n i q u eo f w a t e r - l i f t i n ga e r a t i o na n do n s i t e b i o - c o n t a c to x i d a t i o np r o c e s sf o rs o u r c ew a t e rq u a l i t yc o n t r o l s p e c i a l t y ：m u n i c i p a le n g i n e e r i n g a 删血o ez h o uz h e n m i n g s u p e r v i s o r ：p r o f h u a n gt i n g l i n a b s t r a c t aw e a l t ho fs t u d yr e s u l t so fs t r e t c h ym e d i u mb i o c o n t a c tp r o c e s sf o rp r e t r e a t m e n to f m i c r o - p o l l u t e ds o u r c ew a t e rw e r er e p o r t e da tp r e s e n ta th o m e ，b u tt h e s es t u d i e sw e r en o t b e l o n gt oo n s i t eb i o l o g i c a lp r e t r e a t m e n ti nt h es t r i c ts e n s eo ft h ew o r l d ，s ot h es u b j e c tg r o u p f i r s tc a r r yo nt h ef e a s i b i l i t ys t u d yo ft h ec o m b i n e dt e c h n i q u eo fw a t e r l i f t i n ga e r a t i o na n d b i o c o n t a c to x i d a t i o np r o c e s sf o rs o u r c ew a t e rq u a l i t yc o n t r o lf o rw a t e rq u a l i t yc o n t r 0 1 t h e p r e s e n ta r t i c l em a i n l yd e a l sw i mt h es t u d yo fw h e t h e rt h es u r f a c eo fb i o l o g i c a lm e d i u mc a n f o r ma c t i v eb i o - m e m b r a n eu n d e rt h eo p e r a t i o no fm u l t i f i m c t i o n a ld e v i c ef o rw a t e rl i f t i n ga n d a e r a t i o n t h ee f f e c t t h em o d i l y i n gf a c t o r sa n dt h eg r o u n dd e t e r m i n eo nt h eb e s to p e r a t i o n p a r a m e t e ro f t h et e c h n i q u ef o rw a t e rq u a l i t yc o n t r 0 1 t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tu n d e rt h eo p e r a f i o no fm u l t i f u n c t i o n a ld e v i c ef o r w a t e rl i f t i n ga n da e r a t i o n ，t h et e m p e r a t u r eo ft h ew a t e rw a s1 6 - 0 3 0 。c ，t h ed i s s o l v e do x y g e n w a sm o r et h a n5 m g 。l ，t h eh y d r a u l i cr e s i d e n t i a lt i m ew a s2 - 4 h ，b i o l o g i c a lm e d i u mw a s s u s p e n d e do rf i x e da r o u n dt h ew a t e r - l i f t i n ga e r a t o r0 - 2 5 m a n du n d e rt h ew a t e rs u r n e e0 - 3 m ， t h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo fc o d r “m ，t o c ，u v 2 5 4 ，u v 4 1 0 ，d i s s o l v e dc o d m n ，n h 4 + - n ， c h l o r o p h y l l a ，a l g a ec o u n t ，r e a lc o l o r , t o t a li r o n ，t o t a lm a n g a n e s e ，d i s s o v l e di r o na n d m a n g a n e s eb yt h et e c h n i q u ew e r e1 0 2 ，1 0 7 ，5 9 ，4 0 2 ，6 8 ，6 8 7 ，4 4 3 ，3 8 ， 4 7 9 ，5 1 8 ，4 4 5 ，3 5 1 a n d1 4 6 r e s p e c t i v e l y t h en o t i c e a b l ee n o u g he f f e c ti n d i c a t e d t h a tt h ec o m b i n e dt e c h n i q u eo fw a t e r - l i f t i n ga e r a t i o na n db i o c o n t a c to x i d a t i o np r o c e s sf o r s o u r c ew a t e rq u a l i t yc o n t r o lw a sf e a s i b l e o nt h es m a l ls i d et h ec h a n g eo fw a t e rd e p t hw i t h i n0 - 3 mi n f l u e n c e do nt h ee f f e c tw h i c h t h ec o m b i n e dt e c h n i q u ec o n t r o l l e ds o u r c ew a t e rq u a l i t y t h eh y d r a u l i cr e s i d e n t i a lt i m ew i t h i n 2 - 4 ha f f e c t e dt h er e m o v a le f f e c to fc o n t a m i n a t i o ni ns o m ed e g r e e a i m i n ga tt h ed i f f e r e n t c o n t a m i n a t i o nt h eh y d r a u l i cr e s i d e n t i a lt i m es h o w e dd i f f i r e n td e g r e e so fi n f l u e n c e w h e nt h e b i o l o g i c a lm e d i u mw a ss u s p e n d e do rf i x e da r o u n dt h ew a t e r - l i f t i n ga e r a t o rw i t h i n0 2 5 m ，a s i l 西安建筑科技大学硕士论文 t h ed i s t a n c eb e c a m es m a l l e r ，t h er e m o v a le f f e c to fc o n t a m i n a t i o nb e c a m eb e t t e r t h e t e m p e r a t u r eo ft h ew a t e r ，t h ed i s s o l v e do x y g e n ，p ha n dt h ec h a n g eo fw a t e rq u a l i t yo fi n f l u e n t w e r eh a dn oc o n s i d e r a t i o nw h i c hi n f l u e n c e do nc o n t r o l l i n gs o u r c ew a t e rq u a l i t yb yt h e c o m b i n e dt e c h n i q u e t h ep a r a m e t e r so ft h ec o m b i n e dt e c h n i q u ei na c t u a lp r o d u c t i o na p p l i c a t i o n sa r ea s f o l l o w i n g t h eh y d r a u l i cr e s i d e n t i a lt i m ei sl a r g e rt h a n2 - 3 h ，t h ey d tb i o l o g i c a lm e d i u m c o u l db es u s p e n d e do rf i x e da r o u n dt h ew a t e r - l i f t i n ga e r a t o r0 - 2 5 ma n du n d e rt h ew a t e r s u r f a c e0 - 3 m k e yw o r d s ：w a t e rl i f t i n ga n da e r a t i o n ；o n s i t eb i o c o n t a c to x i d a t i o n ；s o u r c ew a t e r ；l u a n h e r i v e rw a t e r p a p e rt y p e ：a p p l i e dr e s e a r c h 1 1 1 声明 y9 7 0 6 3 0 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他 人在其它单位已申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同 志对本研究所做的所有贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：阢哨 魄删歹 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阕：学校可以公布 论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 竺泛魏榜尉 做储繇阉嚷硝导9 嗲镬垛期：卅- 多r 拄：清将此页附在论文首页。 西安建筑科技大学硕士论文 1 i 地表水环境污染现状 第1 章绪论 2 0 0 4 年中国环境状况公报【1 】公布了地表水环境现状，地表水水质无明显变化，珠江、 长江水质较好，辽河、淮河、黄河、松花江水质较差，海河水质差。七大水系水质污染 状况如表1 1 所示。 表1 1七大水系水质污染状况 湖泊水库水质：i i 类占7 5 ，i i i 类占1 8 5 ，i v 类占1 4 8 ，v 类占2 2 2 ，劣 v 类占3 7 ，其中“三湖”( 太湖、巢湖、滇池) 水质均为劣v 类；主要污染指标为 t n 、t p 。“三湖”水质污染状况如表1 2 所示。 表1 2“三湖”湖区水质 其他大型淡水湖水质污染状况如表1 3 所示。 西安建筑科技大学硕士论文 表】_ 3 其他大型淡水湖水质污染状况 湖库名称营养状态指数营养状态级别 水质状况主要污染指标 兴凯湖li类 洱湖4 27 中营养1 1 i 类 博斯腾湖1 1 1 类 鄱阳湖5 34 轻度营养劣v 类t p 、t n 镜泊湖 5 0 5 轻度营养i v 类 c o d m i l 、t p 、t n 洞庭湖4 6 5 中营养v类tp、tn 大赉湖 6 1 7 中度营养劣v 类t p 、t n 洪泽湖 5 5 8 轻度营养劣v 类t n 、t p 南四湖 5 4 6 轻度营养 劣v 类 i n 、t p 城市内湖水水质评价结果如表1 4 所示。 表1 4 城市内湖水水质评价结果 湖泊名称 营养状态指数营养状态级别 水质状况主要污染指标 昆明湖 5 2 2 轻度营养v类tn 西湖5 4 6 轻度营养v类tp、tn 玄武湖 6 2 3 中度营养v类tn、tp 东湖6 34 中度营养劣v 类t p 、t n 大明湖 6 3 4 中度营养劣v 类t n 、t p 大型水库水质评价结果如表1 5 所示。 表1 5 大型水库水质评价结果 湖库名称 营养状态指数 营养状态级别水质状况主要污染指标 石门书库类 密云水库3 5 2 中营养类 千岛湖293贫营养类 董铺水库4 5 6 中营养类 于桥水库4 4 0 中营养类tn 丹江口水库 3 1 4 中营养类 t p 松花湖4 4 0 中营养类t n 、口 大伙房水库4 3 0 中营养v类tn 崂山水库4 9中营养v类tn 门楼水库4 3 3 中营养劣v类tn 西安建筑科技大学硕士论文 饮用水源地水质：在4 7 个重点城市中，饮用水源地水质达标率为1 0 0 ，9 9 9 , - - 8 0 ， 7 9 9 0 - - - 6 0 ，5 9 9 一o 1 和0 的城市分别为2 5 个、8 个、3 个、1 0 个和1 个，城市饮 用水源地水质达标率略有提高。近几年水源污染趋势相当严峻。监测表明，约6 3 的城 市河段受到了中度或严重污染，根据全国3 1 个大中型城市1 9 9 9 年和2 0 0 0 年水源水质 调查资料，c o d m 。平均值分别为2 6 m g 。l 。1 和3 7m g l ，个别城市水源水超过9m g l 。 我国各地水源水质条件差异明显，大部分水厂多采用地表水源，分别取自江河、湖 泊和水库。按照原水水质条件和水处理要求的不同，地表水源大致有以下5 类【2 】：( 1 ) 未受污染或轻度污染的地表水；( 2 ) 微污染的地表水；( 3 ) 高浊度地表水；( 4 ) 低 温低浊度地表水；( 5 ) 高含藻地表水。 综上所述，七大水系主要污染指标为c o d m 。、n h 4 + - n 、石油类、b o d 5 ，湖泊水库 主要污染指标为t p 、t n 、c o d 。“三河三湖”污染仍较严重。和往年相比，地表水 环境污染程度基本持平，但污染仍然比较严重，许多水源地都受到不同程度的污染，从 而影响饮用水水质。水处理工作者面临新的挑战，严峻的现实将促使人类共同行动，控 制污染，保护水源。 1 2 水源水中微污染物的危害及其去除方法 水源水中主要微污染物包括有机物、n h 4 + - n 、藻类、f e 、m n 等。微污染物产生的 问题有：微生物再生长；嗅和味；消毒副产物；需氯量增加；管道腐蚀；管垢引起管道 阻力增加。但微污染物产生的主要问题是微生物再生长口1 。以下分别介绍污染物危害及 其去除方法。 1 2 1 水源水中有机污染物的危害及其去除方法 水源水中的有机污染物可以分为以下两类：天然有机物( n o m ) 和人工合成有机物 ( s o c ) 。天然有机化合物是指动植物在自然循环过程中经腐烂分解所产生的物质，包 括腐殖质、微生物分泌物、溶解的动物组织及动物的废弃物等，也称好氧有机物或传统 有机物。人工合成有机物大多数为有毒污染物，具有以下特点：难于降解，在环境中有 一定的残留水平，具有生物富集性、三致( 致突变、致畸变、致癌变) 作用和毒性【3 】。 水源水中的天然有机物主要是腐殖质，其分子量较低、为无定形的褐色或黑色的 酸性、亲水、高分散物质。主要通过动植物残体在化学合成以及生物降解作用下而形 成，其分子量在几百到数万之间。其组成可根据溶解性的不同分为三类，如腐殖酸、 富里酸及黑腐物。腐殖质是多种消毒副产物的前体，是导致饮用水致突变活性增加的 西安建筑科技大学硕士论文 主要因素1 4 j 。 水源水中有机物污染的危害主要有【4 j j ： ( 1 ) 是消毒副产物的前体，增加饮用水致 突变活性；( 2 ) 与金属离子鳌合，加大金属对人类健康的危害；( 3 ) 为水中微生物提 供养分，使得水中微生物再生长，增加水的嗅和味，引发流行病传播； ( 4 ) 加大制水 成本，减少管网的使用寿命，增加输水能耗，水厂常规处理工艺对溶解性有机物去除效 果很差。 水源水中有机污染物的去除方法主要有【4 ”：( 1 ) 强化常规处理工艺，一般是指“强 化混凝”，通过严格的p h 值控制和增混凝剂的量来提高有机物的去除率；( 2 ) 化学氧 化法，主要有臭氧、双氧水、高锰酸钾、光催化氧化及它们的联合工艺；( 3 ) 生物氧 化法；( 4 ) 臭氧生物膜过滤工艺； ( 5 ) 膜过滤工艺；( 6 ) 吸附过程。 1 2 2 水源水中氨氮的危害及其去除方法 氨氮( n h 4 + - n ) 以游离氨( n h 3 ) 或铵盐( n h 4 + ) 形式存在水中，两者的组成比例 取决于水中的p h 值或者水温，当p h 值偏高时，游离氨的比例较高，反之，则铵盐的 比例较高，水温则相反。在无氧环境中，水中存在的亚硝酸盐亦可受微生物作用，还原 为氨，在有氧环境中，水中氨亦可转变为亚硝酸盐，甚至继续转变为硝酸盐1 6 j 。 我国七大水系的绝大部分和湖泊水库均不同程度受氨氮的污染，因此如何经济有效 地去除氨氮是许多净水厂亟待解决的问题。氨氮的主要危害有如下几个方面：( 1 ) 氨 氮是水体黑臭的导因；( 2 ) 氨氮是水体富营养化的重要因素，水中氨氮过量存在易使 藻类迅速繁殖；( 3 ) 氨氮氧化要消耗水中的溶解氧；( 4 ) 管网中的氨氮将会成为再生 细菌的养料；( 5 ) 一旦氨氮转化为亚硝酸氮，对人体有毒害作用；( 6 ) 氨氮对水处理 工艺的影响有：造成除锰困难，生成氯化氰消毒副产物，影响水中有机物的氧化效率【4 ，7 1 。 氨氮的去除方法有【4 ，7 】( 1 ) 曝气除氨法；( 2 ) 折点加氯除氨；( 3 ) 沸石除氨； ( 4 ) 生物氧化法除氨，主要由生物滤池、生物接触氧化和生物流化床。 1 _ 2 3 水源水中藻类的危害及其去除方法 藻类过量繁殖是水体富营养化的最明显特征，其中蓝藻水华就是富营养化水体中常 见的现象，水体中藻类的危害主要表现在：( 1 ) 藻类会散发恶臭的气味，某些藻类( 如 蓝藻等) 在一定环境下产生藻毒素，对健康有害，会引起肠道疾病，甚至引起“三致”； ( 2 ) 藻类和有机物还是消毒副产物的前体物，使饮用安全性下降；( 3 ) 微型藻类会堵 塞滤池，缩短冲洗周期，而且消耗较多的混凝剂和液氯，提高制水成本；( 4 ) 穿透滤 西安建筑科技大学硕士论文 池进入管网的藻类和营养物质作为微生物生长、繁殖的基质，引起配水管网中的细菌再 生长；( 5 ) 藻类有机质很容易被氧化，因而系统中需要的余氯被消耗掉【4 矗9 1 ； 藻类的去除方法【4 ，8 ，引：( 1 ) 物理方法，常用的有微滤机法、气浮法、直接过滤法、 大梯度磁滤器法和活性炭吸附法等；( 2 ) 化学药剂法，常用的除藻剂有氯、二氧化氯、 臭氧、高锰酸钾等；( 3 ) 强化混凝沉淀法，常用的混凝剂有铝盐类( 聚硅硫酸铝、聚 合氯化铝、硫酸铝等) 和铁盐类( 聚硅硫酸铁、聚硅氯化铁等) ；( 4 ) 生物处理法， 常用生物除藻方法有生物接触氧化、双层滤料滤池等；( 5 ) 组合工艺法，常用的有臭 氧气浮联用工艺，臭氧活性炭深度处理工艺，生物膜处理与其他处理工艺联用 除藻( 臭氧生物陶粒等) 。 1 2 4 水源水中f e 、m n 的危害及其去除方法 水体中f e 含量过高能促进管网中铁细菌的繁殖生长，在管网内壁形成黏性膜，造 成洗涤衣物、器皿着色和形成令人反感的沉淀或异味。f e 毒性的动物实验表现为神经抑 制、快而浅的呼吸、昏迷、痉挛、呼吸衰竭和心跳停止，还有致癌性【l o l 。 水体中m n 含量过高会使饮用水发出令人不快的味道，并使器皿和洗涤衣物着色， 二价锰氧化会形成沉淀造成结垢，水管内壁形成一层被覆物，并随水流流出，造成黑色 沉淀。慢性m n 的暴露会引起生殖功能的改变，虽然有一些动物试验研究表明，适量的 m n 具有一定的抗癌作用，但过量摄入m n 会增加肿瘤的发生率【。 水源水中f e 、m n 的去除方法j ：( 1 ) 曝气氧化法；( 2 ) 生物接触氧化法； ( 3 ) 化学氧化法；( 4 ) 混凝法。 综上所述，水源污染给城市水处理带来了极大的困难，其具体表现为【2 】：( 1 ) 处理 后水质感官性指标不良，色度高、有异味，与水中的氨氮、高锰酸盐指数高有关，另一 方面也与水中溶解氧低有关。富营养化的湖泊水，藻类繁殖，产生土昧素( g e o s m i n ) 及二甲基异茨醇( 2 一m i b ) 等物质。藻类还产生致病、致癌毒素；( 2 ) 氨氮使加氯的消 毒作用降低。若采用折点加氯消毒，加氯量大，造成消毒后水中的t h m s 及其他消毒副 产物增加，其中包括致突变物和致癌物；( 3 ) 水源水中有毒害物质及三致物质难以去 除，常规水处理工艺只能去除分子量1 0 0 0 0 道尔顿以上的物质，对于1 0 0 0 j 0 0 0 0 分子 量的化合物只能去除2 0 3 0 ，对于5 0 0 - 1 0 0 0 分子量的物质基本上不能去除。水中三 致物的分子量大多在5 0 0 以下，常规工艺去除困难；( 4 ) 有些污染物目前还难以检测。 西安建筑科技大学硕士论文 1 3 水源水的生物接触氧化技术国内外研究现状 生物接触氧化技术是借助于微生物群体的新陈代谢活动即生物絮凝、生物吸附、生 物氧化等作用，对水中有机污染物、藻类及其排泄物、氨氮、亚硝酸盐及铁、锰等无机 污染物进行初步去除。改善了水的混凝沉淀性能，减轻了常规处理和后续深度处理过程 的负荷，延长过滤或活性炭吸附等物理化学工艺设施的使用周期和使用用量，最大可能 发挥水处理工艺的整体性，不仅减少了水中“三致”前体物的含量，改善出水水质，同 时也减少细菌在配水管网中重新滋生的可能性。 生物接触氧化法是池内设置填料，已经充氧的污染源水浸没全部填料，并以定的 速度流经填料。将生物接触氧化工艺用于污染源水的净化，是日本小岛贞男博士于1 9 7 1 年研究成功的。 1 9 6 5 年日本东京玉川水厂的取水水源多摩川河水污染严重，氨氮高达5 m g l ，并 有a b s 、农药、臭味等污染。日本的小岛贞男经过对多摩川实地调查，受孽生微生物的 河卵石对水质生物净化作用的启发，经多年研究提出了用淹没式生物膜接触氧化装置来 预处理多摩川河水的方案，浸没水中的生物膜载体填料采用塑料蜂窝斜管，在水中 人工通入空气充氧，取得了良好的去除污染效果。由于填料的比表面积和孔隙率较大、 重量轻、强度大、脱膜容易，整体上处理效果较好。夏季停留时间为1 2 o h ，b o d 去 除率为7 5 9 1 ，氨氮去除率为9 7 - , 1 0 0 ；冬季停留时间为2 o 3 o h ，b o d 去除率 为6 4 - , - 7 9 ，氨氮去除率为5 0 - - 7 0 。如下表1 5 所示。由表1 5 中可以看出，影响 生物接触氧化池水处理效果的主要因素有：停留时间、水温、填料的比表面积和孔隙率 等【1 2 一旧。 表15日本东京都t i l l 给水厂受污染水源水接触氧化处理效果 注：夏季水温2 6 3 0 。c ；冬季水温5 - 1 0 。c 7 0 、8 0 年代，生物接触氧化技术在日本得到了迅速的发展和运用。首先，在使用范 围上，生物接触氧化技术广泛运用于水体富营养化处理，生活污水处理，生活杂排水和 西安建筑科技大学硕士论文 食品加工，水果蔬菜罐头加工，鱼肉制品加工，酿造等工业废水处理中。日本进行了大 量的生物原水的工程实践，1 9 7 9 年日本大野城市的瓦田水厂建成料q = 9 0 0 0 m 3 - d 。的浸 没式生物膜接触氧化池，处理氨氮最高达3 m g l 。的牛颈原水，效果良好，n h 4 + - n 去除 率为8 2 ，c o d m 。为4 5 ，a b s 为8 0 ，色度为4 0 ，f e 、m n 的去除率也分别达到 5 7 和9 0 1 1 3 ，1 4 , 1 6 1 。 2 0 世纪7 0 年代中期以后，在生物接触曝气池的基础上，欧洲和苏联也进行了相应 的研究。苏联研究以砂为填料的接触氧化池，用于污水的深度处理。由于采用了颗粒填 料，所以有较大的接触面积和表面生物活性，促进了生物吸附过程。出水水质较好，b o d 去除率为7 5 , - 8 0 ，c o d l c m 为3 0 - 4 0 ，悬浮物为8 0 。9 0 1 1 8 1 。 生物预处理用于给水净化的研究在国内正在不断发展、深化。“六五”期间，同济 大学与上海自来水公司合作进行了生物滤池预处理黄浦江源水的研究取得了重要的进 展。在“六五”研究工作基础上，建设部在“七五”、“八五”和“九五”科技规划中 都把微污染源水处理技术的攻关放在重要地位，其中建设部在“八五”科技攻关计划中， 设立了“饮用水微污染净化技术”专题，其中“生物预处理去除微污染技术”子专题由 同济大学和清华大学共同承担研究。以下从几个方面介绍一下水源水的生物接触氧化技 术在国内研究现状。 ( 1 ) 国内试验研究现状 广州市自来水公司i 】9 j 采用生物接触氧化法对受污染的珠江水源水进行生物预处理， 中试结果表明：当填料负荷为l m 3 ( m 3 h ) 、气水比为2 ：1 时，可去除氨氮9 2 、亚硝 酸盐氮8 0 、生化需氧量8 5 、藻类6 9 ，处理效果好于塔式生物滤池，并可降低后续 工艺矾耗4 0 、氯耗3 9 2 。刘文君等【2 0 】进行了国内第一家生产规模饮用水生物接触氧 化预处理装置试验，结果表明：在气水比1 ：1 、滤速3 6 6 0 m h 1 时，生物预处理对源 水中有机物和氨氮的去除效率分别为1 3 6 - 2 0 5 和7 0 0 9 0 0 。中国市政工程中南 设计院【2 l j 以富营养化湖泊水进行半生产性试验，运行一年多来，效果明显而且稳定，在 水力停留时间1 3 h 内，氨氮去除率8 1 9 9 、c o d m , ，去除率1 8 - - 2 8 、色度去除率 3 0 6 0 、藻类去除率6 0 - 9 2 、浊度去除率4 0 6 0 ，出厂水水质明显改善。季民 【2 2 j 等对滦河水进行小试研究结果表明：生物填料为t a ，气水比为( o 8 1 5 ) ：1 ，水力 停留时间为2 3 h ，生物挂膜时间为3 0 d ，c o d m 。去除率为1 7 ，d c o d 为7 ；叶绿素 为4 5 8 ，浊度为5 0 6 ，氨氮为5 0 ，亚硝酸盐氮为4 0 。黄晓东【2 3 】等对深圳水库源 水进行中试研究结果表明：生物填料为陶粒，气水比为1 ：1 ，对氨氮去除率为8 4 ， c o d m i l 为2 1 4 ，浊度为6 2 ，色度为6 7 ，m n 为8 9 ，藻类为6 8 。夏四清f 2 4 】等对 黄浦江源水进行中试研究结果表明：生物填料为悬浮填料床，气水比为o 5 6 ：l ，水力 停留时间为l h ，氨氮去除率为7 4 。垄明树【2 5 】等青甸湖源水进行中试研究结果表明： 7 西安建筑科技大学硕士论文 生物填料为y d t ，气水比为( o 5 1 ) ：1 ，水力停留时间为1 4 1 7 5 h ，生物挂膜时间 为4 5 d ，氨氮去除率为6 7 - 9 1 ，c o d t , n 为9 - - 2 1 ，浊度为3 7 - - 6 9 ，色度为 3 7 4 5 。薛记中1 2 6 1 等对滏阳河源水进行中试研究结果表明：生物填料为陶粒，气水 比为j ：1 ，水力停留时间为4 0 m i n ，生物挂膜时间为3 f f - - 4 0 d ，c o d 去除率为4 0 一6 0 ， 氨氮为7 5 - 一9 9 ，浊度为5 3 9 2 ，色度为2 0 - - 4 0 ，f e 为5 0 9 0 。 ( 2 ) 国内实际工程应用 从9 0 年起，国内微污染源水生物接触氧化预处理技术开始进入实际工程的运用。 1 9 9 5 年嘉兴市石臼漾水厂二期扩建工程引入生物接触氧化工艺，采用微孔曝气方式对新 塍塘源水进行预处理，设计规模为1 0 万m 3 d ，于1 9 9 6 年6 月投入使用，生物填料为 y d t ，气水比为0 6 ：1 ，水力停留时间为1 h ，生物挂膜时间为1 2 d ，对氨氮去除率为 6 0 , - - 8 0 ，c o d m 。为6 5 【2 7 】。宁波市梅林水厂由斜管悬浮澄清池改建的采用弹性立体 填料和微孔曝气的生物接触氧化处理池( 处理能力为4 万m 3 d 1 ) 于1 9 9 6 年6 月初进入 生产应用阶段，该水厂为姚江源水，生物填料为y d t ，气水比为o 5 ：1 ，停留时间为 1 2 2 h ，c o d 的去除率提高2 7 5 。氨氮的去除率提高5 8 5 【2 8 】。上海张江陆家大桥 水厂利用弹性填料微孔曝气生物接触氧化预处理工程与常规处理工艺组合，净化较高浊 度张江原水，生物接触氧化池( 处理能力为3 5 万m 3 d 1 ) 于1 9 9 8 年1 1 月开始运行， 生物填料为y d t ，气水比为( 0 5 1 ) ：1 ，水力停留时间为1 0 2 h ，生物挂膜时间为3 0 d ， c o d 去除率为2 2 , - - 1 0 1 ，氨氮为4 0 - 6 0 1 2 。东深供水局采用生物接触氧化工艺 对供应香港和深圳特区的饮用源水进行预处理，工程于1 9 9 8 年1 月5 日开工建设，1 9 9 8 年1 2 月1 日投入运行，半年多来水质净化效果明显，大大改善源水水质和后续水库水 生态环境，生物填料为y d t ，规模为4 0 0 万m 3 d 。，气水比为( 0 9 1 2 ) ：1 ，水力停 留时间为0 9 h ，生物挂膜时间为2 5 d ，c o d m 。的去除率变化很快，氨氮去除率大于5 0 t 3 0 】。 上海惠南水厂采用生物接触氧化法的日处理1 2 万m 3 的大治河源水生物预处理工程于 1 9 9 9 年8 月投产运行，水质处理效果良好，生物填料为y d t ，气水比为0 6 9 ：1 ，1 1 5 ： 1 ( 冬季) ，c o d m 。去除率为1 0 以上，氨氮为5 4 7 6 口“。 ( 3 ) 国内生物膜上生物相研究现状 生物相的作用是生物膜中的微生物是以生物膜形态附着在固体填料的表面，因此种 类繁多的微生物是生物膜法的工作主体。处理后出水水质的好坏与微生物生物相密切相 关，在生物填料不同的位置都有特定的生物相。对生物相的研究与分析可以从微生物角 度考虑工艺设计的条件和参数，并为工艺的合理化运行管理及技术革新提供依据；通过 控制环境条件来控制优势菌群，可做到增加或减少某一菌种类型的数目。 陆俊炯口2 j 在祥符水厂采用生物接触氧化工艺预处理京杭运河源水，对生物膜上生物 相分析结果为生物膜较厚，镜检有大量菌胶团、丝状菌、藻类、钟虫、纤毛虫，另外生 西安建筑科技大学硕士论文 物膜上还有多种种属的原生动物。周建平1 33 j 在无锡市充山水厂采用生物接触氧化工艺预 处理梅梁湖为源水，对生物膜上生物相分析结果为较多菌胶团出现，并有大量分泌物， 以纤毛虫和轮虫为代表的原生动物活跃。陈洪斌 3 4 1 采用生物接触氧化工艺对东深微污染 源水生物预处理( 以深圳水库为源水) ，生物膜上生物相分析结果：有八个门的动物出 现。种类繁多，绝大多数属清水型动物，优势动物种有钟虫、累枝虫、盖纤虫、轮虫、 环节动物、苔藓虫等，生物膜沿池程分布呈倒金字塔。黄晓东f 35 】等采用生物陶粒反应器 预处理珠江源水，对生物陶粒上生物膜种生物相分析结果为陶粒表面及陶粒与陶粒空隙 之间都生长出典型的菌胶团生物膜，其问穿插生长着一些丝状菌；生物膜内和周围可见 一些原生动物及形体更大的后生动物；反应器内的细菌主要是贫营养菌，其优势菌种为 假单胞菌属；后生动物有轮虫和线虫原生动物有钟虫和等枝虫。陈洪斌【3 6 】采用生物接触 氧化工艺对东深微污染源水生物预处理( 以深圳水库为源水) ，生物膜上生物相分析结 果：有八个门的动物出现，种类繁多，绝大多数属清水型动物，优势动物种有钟虫、累 枝虫、盖纤虫、轮虫、环节动物、苔藓虫等，生物膜沿池程分布呈倒金字塔。 当苔藓虫正常生长时主要出现于池前半段的填料上，对微污染源水的净化有促进作 用；当其暴发性生长时会使填料的质量增加一倍以上，并改变了生物膜结构，当大量生 长趋于稳定后，处理池对氨氮、c o d m n 、藻类等的去除率有所增加，但会导致处理池的 沿程水头损失增加，其死亡残体不易脱落，对处理池的长期运行存在影响。强制水力冲 洗可作为工程上的控制措施，在设计时应对填料支架和填料层的布置作充分考虑如以悬 浮填料作为源水生物预处理的微生物载体，则可避免苔藓虫的大量生长1 3 ”。 椎实螺是原水生物预处理池内特有的一种较高等后生动物，容易在池内大量生长， 它在填料上优先取食膜上动物、藻类，然后是菌膜。当其数量稀少、个体小时，对原水 生物预处理的影响较小；当其大量生长、个体大时，可啃食生物膜，导致生物处理池污 染物的去除效果下降。淡水壳菜在填料中轴附近大量生长后填料总的表面积减少，填料 层的水头损失增大，影响原水预处理过程。生物处理池前设置砂滤池，可以防止椎实螺 和淡水壳菜进入池内：当椎实螺在池内大量生长时，工程上可以采用静置水力冲洗或捞 出的方法清除p “。 原生动物的指示与代谢作用从系统运行初到运行一段时间观察，生物膜上的生物 均是由低等向高等演化的，其原因是低等生物对环境适应性较强。因此，系统刚刚运行 时，只见大量的细菌，其他微生物很少或不出现。在系统正常运行和生物膜降解良好时， 相应地出现许多较高等的微生物。生物相中占优势的原生动物以圃着性的纤毛虫为主， 如钟虫、小口钟虫、等枝虫等。其次还有游泳性纤毛虫( 如豆形虫) 和葡匐性( 如盾纤 虫) 等。系统运行稳定后，生物膜上的生物相也相对稳定，细菌与原生动物之间存在着 制约关系。这是因为原生动物( 如钟虫) 吞噬细菌抑制细菌群体的蔓延，而细菌被破坏 西安建筑科技大学硕士论文 后又要不断繁殖生长，这就需要以水源中的有机物为食料，进而达到净化水的目的。如 果源水营养状况有较大的改变，即系统非正常运行时，则原生动物中的游动型纤毛虫突 然增加，固着型钟虫减少，或表现不正常( 尾柄脱落，虫体消失) ，伴随着丝状菌稀少 和菌胶团结构松散，此时出水水质变差口“。 微型后生动物的指示与代谢作用在生物接触氧化法中的生物膜上存在惹大量的 后生动物如轮虫、线虫、红斑瓢体虫等。这些是以食死肉为主的动物，能软化生物膜， 促使生物膜脱落，从而经常保持活性和良好的净化功能。当轮虫等后生动物数量多且活 跃，个体肥大，则处理效果好；反之，处理效果差。生物是由低等向高等演化的，低等 动物对环境适应能力强，如细菌，一般在生化处理初期对生物膜上生物相镜检的结果只 有大量的细菌，其他微生物很少或不出现；而较高等生物则相反，随着生化处理逐渐成 熟，且系统运行更趋稳定时，生物膜上便相应地出现许多较高等微生物，例如钟虫和轮 虫等，它们对溶解氧和毒物特别敏感，这也与实际运行情况相符。故可以以原生动物和 微型后生动物是否出现为准，根据它们活动规律判断出水水质和生物水处理效果；同时 它们的捕食关系，可以维持处理系统的生态平衡，保证处理出水水质稳定【3 8 1 。 特殊动物的指示与代谢作用凡能凝聚呈绒粒的细菌统称为菌胶团属，是低等细菌 建立的胶粘物。菌胶团具有很强的吸附能力和分解能力，使有机物无机化。它对有机物 的吸附和分解为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境和附着场所。新生菌胶 团颜色浅、透明、结构紧密、生命力旺盛，吸附和氧化能力强，而老化的菌胶团则与之 相反。因此，通过菌胶团的颜色、透明度等外观情况可以初步判断生物膜中微生物生长 情况。在东深水源处理中，首次出现了椎丝螺这一较高级的无脊椎动物，椎丝螺属软体 动物的腹足类，喜居栖含氧高、食料丰富的静水环境，易在池内生长。数量稀少时，对 生物膜危害少，对生物预处理有促进作用，但若大量生长，则对生物预处理不利【3 8 】。 ( 4 ) 国内原位生物接触氧化法研究现状 目前国内生物接触氧化法的应用主要属于异位生物接触氧化范畴，也就是说在这些 应用中，整个预处理过程都是在生物接触氧化池中完成的，这样势必要在已建水厂增建 处理构筑物，往往要受到场地等因素的限制，同时也增加制水成本。直接在水源水中运 用生物接触氧化技术对水源水进行生物预处理，目前国内在这方面研究甚少，生物坝技 术原位修复受污染河流有相关报道。 生物坝( b i o d a m ) 技术是美国l a n t e c 公司提出的一种新的原位修复水体的技术概念。 它将生物接触氧化原理移植并应用于河流等污染水以进行原位生物修复。此处所谓生物 坝是指横跨污染河流，定位安装的生物膜净化设备，应呈水坝状，故称微生物坝。浸没 在受污染水体中的生物坝，由内装填可附着微生物的特种针球形填料的若干个生物箱连 接而成，流经生物箱的河水经箱底部曝气管连续充氧，从而保证填料表面生长能高效降 西安建筑科技大学硕士论文 解水中有机物的生物膜层，而且在针状球形结构填料表面上，不断增厚的生物膜可提供 不断扩大的表面与水体接触。当生物膜生长到一定厚度时，则会从塑料针头上脱落下来， 保证了塑料与生物膜交界处的微生物吸收氧气，既是填料表面保持足够的生物量，又使 生物膜始终保持代谢能力，这是生物坝对污染河道水体能发挥作用的简要原理和重要前 提。美国l a n t e c 公司提出生物坝又称为“全拦截式”生物坝。华东理工大学资源与环境 学院在l a n t e c 公司源生物坝理念的基础上，又提出一种不妨碍泄洪并视和航运，而且节 省大量填料和建设费用的新型生物坝。称之为“半拦截式”生物坝或者称“部分拦截式” 生物坝【3 9 】。 生物坝技术体现了就地原位生物修复的思路和特点，唐玉斌 4 0 , 4 1 】等在上海某模拟河 段，考察了生物坝对河水修复效果，并比较了“全拦截式”生物坝与“半拦截式”生物 坝修复河水效果。自然接种挂膜，挂膜时间为2 6 d ，水力停留时间为2 2 h ，“半拦截式” 生物坝对c o d 去除率为2 6 7 ，n h 4 + - n 为3 0 9 ，b o d 5 为8 7 4 ，t p 为3 1 4 ；“全 拦截式”生物坝对c o d 去除率为3 9 1 ，n h 4 + - n 为