南方地区自来水处理生物技术的研究

南方地区自来水处理生物技术的研究

黄文雍

增城新和自来水有限公司511340

摘要：生活饮用水源分为两大类：地表水源和地下水源。地表水源水量充沛取水方便，近来地下水位下降不能满足大量用水需要，以地表水为给水水源的城市、企业更普遍。氨氮在地表水体超标污染物中出现的频率非常高，氨氮及有机物污染已成为我国饮用水处理中普遍面临的问题。

关键词：南方地区；自来水处理；生物技术

一、技术调研

让广大市民喝上“放心水、安全水、健康水”是供水企业面临的当务之急。欧美等发达国家非常重视水源水质的保护，不少城市采用长距离饮水取用优质源水，目前国内大中型城市也相继采用远距离引取优质水源。水源的有机污染、水质富营养化给自来水厂处理工艺带来挑战。目前，国内外的饮用水处理技术主要有常规处理技术、强化常规处理技术、深度处理技术、膜处理技术等。我国99%以上的自来水厂采用传统常规饮用水处理工艺，一般流程为：混凝—沉淀—过滤—消毒。常规处理工艺以去除水中的悬浮物、胶体颗粒物、无机物、大分子有机物、细菌、病毒为主，对水源中溶解性有机物污染的去除能力则明显不足，未能有效去除氨氮及溶解性有机物。

国内外大量饮用水处理技术研究课题表明：生物预处理是解决饮用水中氨氮问题的有效且经济的方法。生物处理对氨氮的降解过程按“氨化—亚硝化—硝化”分阶段进行，首先利用其填料表面生长的氨化菌将有机氮转化为氨态氮，再利用填料表面的亚硝化菌将氨态氮转化为亚硝酸氮，最后利用填料表面的硝化菌将亚硝酸氮转化为硝酸氮，硝酸氮是该过程的最终产物。生物预处理是在自来水常规处理之前进行生物处理，在水温较高的条件下，该工艺不仅能去除60%～90%的原水氨氮，而且对水中有机物、浊度、色度和锰等均有一定的去除效果，减少消毒副产物的生成量和保证饮用水的生物稳定性。

目前国内给水生物预处理工艺的工程应用尚处于初期阶段，生物预处理要求的水温不能过低，目前在国内应用于东南沿海地区，成功例子包括：①广东省东深供水工程硝化处理站，利用生物接触氧化法处理东江原水供往香港及深圳地区的自来水厂，处理水量400万m3/d；②浙江海宁第二水厂，利用生物接触氧化法处理原水，处理水量10万m3/d；③浙江桐乡果园桥水厂，利用生物接触氧化法处理原水，处理水量8万m3/d。在国外也有许多应用例子，特别是在日本，如日本芡城县水厂，处理水量13.5万m3/d。

给水生物预处理工艺形式多样，在经济较发达地区更适合采用生物膜法，尤其是接触氧化法。对生物膜法，采用何种填料成为生物预处理接触氧化法的关键。国内外多年的研究表明：曝气生物滤池形式的生物预处理的填料比表面积最大，水质处理效率更高，但曝气生物滤池生物预处理的工程应用并不多见。

二、中试验证

由于曝气生物滤池的水质处理效率更高，首选为工程推荐工艺形式。但生物预处理对不同条件的原水的设计和运行参数有所区别，在生物预处理的工程设计前，应先用原水做该工艺的试验，试验时间宜经历冬夏两季。

在南方某水厂内，为生物预处理工程确定生物预处理推荐工艺及提供可靠的工艺流程和关键技术参数，开展工艺中试研究。试验主要包括两种工艺形式联合运行：轻质滤料生物滤池（生物预处理）工艺，及后续设置涡流反应－斜管沉淀－V型滤池的常规处理工艺。

中试采用地表河水，开展两年多的工艺中试研究，试验结论如下：

（1）轻质滤料生物滤池质处理效率高。经生物预处理及常规处理系统终端出水水质符合相关要求；

（2）滤池采用气水同向流，可达到较高滤速，减少占地面积，同时滤池配水简单，可有效防止滤层阻塞；

（3）滤池采用气囊反冲洗方式，反冲洗设备少，反冲洗周期为6—10天，冲洗耗水量0.1%左右，耗气、耗水量小。

三、工程应用及效果分析

3.1生物预处理工程设计概况

轻质滤料曝气生物滤池已应用于南方某水厂，设计处理规模50万m3/d。原水通过堰跌落均匀配水，每格滤池有效面积为6.5m×6m，滤池总深度为5.5m，滤速为6.5m/h，有效水力停留时间为45min。滤池共12格，成双排布置，两个中间上部设有进水管，下部设有滤池反冲洗气囊，每格滤池设为进水管、排泥管、放气管、曝气管及放空管等。轻质颗粒滤料粒径为5—6mm，滤料厚度为2.0m。滤池气水比可根据需要控制为0.4∶1—1.2∶1，生物滤池曝气采用穿孔管进行曝气，穿孔管孔径为3mm。采用工程塑料滤板，长条形开缝，缝宽约2mm。滤板安装在滤池上部分，通过工字钢分区固定。

轻质滤料滤池采用混凝土池壁构造，其滤料采用轻质悬浮球形颗粒滤料，滤料比重小于1，根据滤池填料的特点，在滤池构造方面，该滤池在进出水配水方式、滤池内部构造及滤池反冲洗方面等方面与传统的滤池方面具有较大区别。

3.2生物预处理新工艺技术特点

轻质滤料曝气生物滤池工艺的特点是高度紧凑，其是在一个工艺构筑物中结合去除降解污染物的生化反应器和去除由于降解净化而产生的悬浮物质的沉降分离阶段。定期的逆向流反冲洗可去除过剩的生物膜和所截留的悬浮物，而不需要使它通过整个滤床。向下的水冲洗可在最短路线内把截留物冲出滤床，并且是截留物重力落下的方向。

3.3生物预处理新工艺运行水质效果

每座滤池分为2格，两格中间上部设有出水槽，下部设有滤池反冲洗气囊。每格滤池上部采用阀门连通，便于反冲洗时滤池上部出水相互补充。滤池曝气采用罗茨风机4台（3用1备），每台风机流量20m3/min，功率30kW，气水比可根据需要控制为（0.4—1.2）∶1。反冲洗风机2台（1用1备），每台风机流量3m3/min，功率7.5kW。滤池下部沉淀的悬浮物质及滤池反冲洗的生物膜通过穿孔排泥管排至厂区污泥池。

运行时，反冲洗耗水率低于1%，滤层阻力不大于0.5m。经生物预处理后，原水水中的氨氮去除率达80%左右，达到设计目标。在开启1台风机的情况下，出水溶解氧能基本在5mg/L以上，水厂沉淀池加药量降低约20%。

四、净水新技术的应用前景分析

南方地区自来水厂基于生产需求，经过技术分析、经济分析、调研、中试等前期准备，在传统常规处理系统基础上增加生物预处理工艺，大大提高饮用水质，是科研与应用相结合的成功实证。

由于污水处理率很低，水体富营养化，我国饮用水源受污染率较高，非点源的污染日益突出，可能将成为主要污染源。在相当长时期内，受污染水的强化处理将会是给水处理的主要问题。在加强对水资源保护的同时，必须增加受污染水处理的研究力度，尽快将研究成果推广应用，提高饮用水水质。

结束语：分析南方某地自来水处理工艺中应用新的生物预处理工艺的研发及工程应用实证，论述如何实现科研与应用相衔接、中试与工程相结合。改造工程达到改善水源，提升供水水质的效果，所取得“经济运行，确保水质”的成果值得推广应用。

参考文献

[1]何文杰，李伟光，张晓健等．安全饮用水保障技术［M］．北京：中国建筑工业出版社，2010

[2]刘辉．全流程生物氧化技术处理微污染原水［M］．北京：化学工业出版社，2013