BIOSMEDI生物滤池处理微污染源水

邹伟国　　　　　　　上海市政工程设计研究院
李春森　万毅峰 郑一宁　　上海石油化工股份有限公司水厂

　　摘要：本文对BIOSMEDI生物预处理的结构及运行原理进行简要介绍，同时通过对不同生物预处理形式对原水预处理试验比较表明，BIOSMEDI生物滤池预处理具有处理效率高、阻力损失小、反冲洗耗水、耗气量小等优点

　　生物预处理以运转费用低、运行管理方便、去除效果好等优点，已经普遍得到了人们的认同，为提高出厂水水质，上海石油化工股份有限公司水厂针对不同的预处理进行了较长时间的试验，结果表明：相对于其它生物预处理装置，BIOSMEDI生物滤池具有处理效果较好，运行管理方便等一系列优点，下面对该滤池对金山水厂原水预处理的情况及结果作简要介绍。

1、 BIOSMEDI生物滤池基本结构及运行原理

1.1基本结构
　　BIOSMEDI生物滤池是上海市政工程设计研究院针对微污染原水开发的一种新型生物滤池，该滤池以轻质颗粒滤料为过滤介质，滤料比重较小，一般约在0.1左右，粒径的大小为4～5mm左右，比重及粒径的大小可根据实际需要选择确定，这种滤料具有来源广泛、滤料比表面积大、表面适宜微生物生长、价格便宜（300～500元/米3）、化学稳定性好等一系列优点。
　　BIOSMEDI生物滤池原理如图1：

　　滤池上部采用钢筋混凝土板（板上采用倒滤头出气和水）抵制滤料的浮力及运行的阻力。在滤层下部，用混凝土板或钢板分隔在滤层下部形成气囊，在反冲洗时下部形成空气室。
1.2、运行原理
　　原水从进水阀进入气室，通过中空管进入滤层，在滤料阻力的作用下使滤池进水均匀，空气布气管安装在滤层下部，空气通过穿孔布气管进行布气，经过滤层去除水中的有机物、氨氮后，出水经倒滤头进入上部清水区域排出。

滤池反冲洗采用脉冲冲洗的方法，首先关闭进水阀及曝气管，打开滤池下部的反冲洗气管，在滤层下部形成一段气垫层，当气垫层达到一定高度后，此时瞬时把气垫层中的空气通过阀门或虹吸的方法迅速排空，此时滤层中从上到下冲洗的水流量瞬时突然加大，导致滤料层突然向下膨胀，脉冲几次后，可以把附着在滤料上的悬浮物质脱落，再打开排泥阀，利用生物滤池的出水进行水漂洗，可有效地达到清洁滤料的目的。

2、试验方法

2.1 试验原水
　　试验在金卫泵房旁进行，原水从紫石泾取水，由张埝泵房提升后经13公里输送到金卫泵房，试验采用金卫泵房出水进行试验，原水中污染主要是有机物、锰、铁、色度等污染，原水中CODMN多在7～9之间，铁含量一般在0.5～2mg/l之间，锰含量在0.2～1mg/l左右，色度在30～40之间，而试验期间氨氮普遍不高，多在1mg/l以下，原水中很多指标已经超过《地表水环境质量标准》Ⅲ类水质标准，在不预加氯的情况下，对锰的去除效果不佳，过滤后出水锰的含量一般在0.1mg/l以上，导致管道未端常反应有"黄水"出现，为此，在原水中投加大量氯，以氧化锰，降低出厂水色度，但这样一方面导致氯与水中的有机物还会反应产生三卤甲烷(THMs)和其它的卤化副产物，有害有机物明显升高，水中氯味较重。
　　本次试验的主要内容主要针不同的预处理构筑物对水中的有机物、氨氮、锰进行处理。
2.2 工艺流程及试验装置
　　原水经计量后从轻质滤料滤池底部进入（弹性填料接触氧化池、陶粒滤池试验同时进行），实验装置池高4.5m，直径为600mm，其中反冲洗气囊厚度为0.75m，滤层出水区高度为0.75m，滤层厚度为2.0m，滤料粒径为3～5mm，滤池下采用穿孔配气管和集水管，气水逆流，出水采用穿孔管集水，滤池出水装有转子流量计，并设有放空管、排泥管，试验装置如图2所示。

3、试验结果与分析

3.1 自然挂膜
　　试验采用自然挂膜，实验从2001年1月20日开始试运行，至2月1日开始正式运行，挂膜时滤速一般在5～8m/h，气水比控制在1：1左右，挂膜期间原水温度平均在6℃～10℃之间，挂膜期间原水氨氮多在0.6～1.0mg/l之间，经测定滤池对水中NH3-N去除率逐渐增加，至3月初，进水氨氮0.5～1.0mg/l时，出水中NH3-N达0.1mg/l左右，对氨氮的去除率达到80％以上，基本完成挂膜过程，由此可见，即使在温度较低的情况下，采用自然挂膜是可行的。

3.2 试验结果
　　试验期间对色度、氨氮、有机物、Mn的去除效果详见表：

水温 流量 色度 氨氮 COD Mn 进水 出水 去除率 进水 出水 去除率 进水 出水 去除率 进水 出水 去除率 3月15日 13℃ 2.6 28 28 0% 0.5 0.04 92% 7.6 6.8 11% 0.22 0.12 45% 3月20日 14℃ 2.5 31 28 10% 0.45 0.04 91% 7.44 7.12 4% 0.14 0.1 29% 3月21日 14℃ 2.5 0.45 0.07 84% 7.28 6.96 4% 0.12 0.05 58% 3月22日 15℃ 3 29 28 3% 0.5 0.07 86% 7.44 7.36 1% 0.3 0.28 7% 3月27日 14℃ 1.3 1 0.08 92% 7.43 7.51 -1% 0.32 0.13 59% 3月28日 15℃ 3.1 1.1 0.05 95% 8.49 8.24 3% 0.32 0.12 63% 4月3日 15 3 0.32 0.07 78% 8 7.18 10% 0.12 0.12 0% 4月12日 16 3.5 29 28 3% 0.75 0.04 95% 7.42 7.25 2% 0.15 0.1 33% 4月18日 18 1.7 0.38 0.08 79% 7.91 7.58 4% 0.12 0.12 0% 4月19日 18 3.9 0.5 0.08 84% 9.23 8.98 3% 0.12 0.1 17% 4月24日 17 4 32 29 9% 1 0.15 85% 7.39 6.67 10% 0.14 0.08 43% 4月25日 17 4 1 0.04 96% 7.23 6.91 4% 0.15 0.11 27% 4月26日 17 4 0.9 0.14 84% 7.07 6.59 7% 4月27日 4 0.98 0.12 88% 7.07 6.75 5% 0.14 0.05 64% 4月28日 18 3.8 0.98 0.11 89% 6.43 6.43 0% 0.14 0.04 71% 5月8日 20 4 35 38 0.78 0.8 -3% 7.91 7.91 0% 0.18 0.06 67% 5月15日 3.3 38 38 0.55 0.13 76% #DIV/0! 0.32 0.13 59% 5月16日 3 0.5 0.22 56% 8.88 7.54 15% 0.32 0.04 88% 6月12日 3 1 0.32 68% 10.4 10.4 0% 0.45 0.11 76% 6月13日 24 3 1 0.18 82% 10.5 10.2 3% 0.6 0.1 83% 6月14日 3 1 0.12 88% 9.22 9.06 2% 0.48 0.12 75% 6月19日 25 3 45 45 1.3 0.25 81% 8.65 8.49 2% 0.35 0.15 57% 6月20日 26 3 0.78 0.35 55% 8.65 8.97 -4% 0.38 0.12 68% 6月26日 3 1.16 0.35 70% 8.81 9.05 -3% 0.8 0.14 83% 7月3日 30 3 48 48 2.5 0.35 86% 10.8 10.6 1% 0.45 0.1 78% 平均 0.86 0.17 80% 8.21 7.94 3% 0.28 0.11 61%

3.3 试验结果分析
3.3.1、对氨氮的去除
　　经对3月～6月统计，进水氨氮浓度一般为0.5～2.5mg/l，平均0.86mg/l，试验时温度为6～30℃，在进水流量为2～4m3/h（滤速在6～15m/h）的情况下，出水氨氮平均为0.17mg/l，轻质生物滤池对氨氮的去除率达到80％，根据以上数据可以看出，即使在温度较低的情况下，生物滤池对氨氮仍有较好的去除效果，同样在不同滤速情况下（滤速达到15m/h）,生物滤池对氨氮的去除率均较高，这说明生物轻质滤料滤池生物预处理在不同温度及滤速下对水中的氨氮去除有较好的稳定性。
　　在相同进水条件下，弹性填料水力停留时间为1.4～2小时，而陶粒滤池滤速为4～10m/h，水力停留时间为25～60min，轻质滤料滤池滤速为6～15m/h，停留时间为17～35min，三种不同预处理方法对氨氮的去除情况比较见图：

3.3.2、对有机物的去除
　　生物预处理对水中可降解的有机物BDOC、AOC具有较好的去除效果，水的生物稳定性有明显的提高，从而防止管网中细菌进一步繁殖，考虑在水厂中一般采用CODMn来反应水中有机物的含量，实验采用CODMn来反应生物滤池对有机物的去除作用,经对2～4月数据统计表明，水中有机物含量较高，一般情况下，CODMn在6～9mg/l之间，试验进水平均CODMn为8.21mg/l，经生物预处理后，出水CODMn为7.94mg/l，生物预处理对CODMn统计平均去除率为3％，由此可见，生物预处理对该水源中的CODMn的去除效果不明显。
3.3.3、对Mn、色度的去除
　　试验期间，统计进水Mn的浓度平均0.28mg/l，在进水流量为2～4m3/h（滤速在6～15m/h）的情况下，出水锰平均浓度为0.11mg/l，生物预处理对锰的去除率达到61％，试验中发现，单纯混凝沉淀处理，对Mn的去除效果基本无效果，但生物预处理与常规处理相结合，混凝沉淀后出水在0.01～0.02mg/l左右，水中的锰的去除率可达到95％以上，这说明：单独的生物预处理和混凝沉淀对锰不能够彻底的去除，把生物预处理与常规混凝沉淀相结合起来，能够有效的去除水中的锰。可能是因为生物预处理可以把锰进行氧化（由二价锰变为四价锰），再经过混凝处理，则锰的基本去除。
　　原水中色度较大,一般在30～40左右，在不预加氯氧化的情况下，经常规混凝沉淀过滤处理后色度基本在16～17之间，很难达到生活饮用水水质标准，从生物预处理数据可知，同样，生物预处理对原水中的色度去效果不明显，但生物预处理与常规处理相结合，使出水中的色度降到12左右，比常规混凝处理的出水色度有明显改善，这说明，增加生物预处理，有利于促进混凝沉淀对色度的去除，但生物预处理本身对色度的去除效果不明显。
3.3.4对浊度的去除
　　试验期间生物预处理对浊度的去除情况进行测定，试验期间不同生物预处理对浊度的去除情况统计结果见下表

不同生物预处理对浊度去除情况表 时间（数据数量） 原水浊度 弹性填料 陶粒滤池 滤池 出水浊度 去除率 出水浊度 去除率 出水浊度 去除率 月17~4(54>组) 7.5 28.5 24% 21 44% 29.7 21%s 5月8日月3日组) 24.9 20.1 19% 17.5 29.7% 22 11.6%

　　弹性填料与BIOSMEDI生物滤池对浊度的去除效果基本类似，相对于陶粒滤池，BIOSMEDI生物滤池气、水速度高，生物滤池对浊度的截留率较低，有利于降低生物滤池反冲洗的频率。

4、讨论

4.1、滤池运行时阻力
　　试验期间还对BIOSMEDI生物滤池运行时滤层阻力的进行了测定，首先对反冲洗后不同水、气量的初始阻力损失如下表：

水流量(m3/h) 气流量(m3/h) 滤层阻力损失(mm) 2 2 104 2 3 113 3 2 182 3 3 184 4 2 267 4 3 277

滤层厚度为2m，滤料粒径为3～5mm

　　试验还对水量3m3/h、气量3m3/h情况下，滤层的水头损失进行测定，经过20天的不间断运行后，轻质滤层的水头损失在0.4m以下，而在相同流量情况下，陶粒滤池经过三天的运行，其水头损失达到1.5m以上，这是因为轻质滤料层采用气水同向流，避免了气水逆向流时水和气速度抵消而造成能量的浪费，减少滤层的阻力，另外，由于轻质滤料滤层采用人工滤料，粒径较均匀，孔隙率较大；
　　滤池运行过程中阻力损失较小，能够延长反冲洗周期，降低运行过程中的能耗，同时还有利于与后续处理混凝沉淀池相配合。
4.2、供气方式
　　生物预处理曝气主要保证生物呼吸所需要的氧，其次是促进生物膜的更新，对于轻质滤料生物滤池，空气经过滤层的分散、阻挡作用下，使空气的利用率大大提高，通过对装置中的溶解氧进行测定，在进水溶解氧浓度为2.5mg/l，气水比0.5:1的情况下，出水中溶解氧为7.6mg/l(饱和溶解氧为8.8mg/l)，这说明，该滤池具有较高的充氧效率，只需要简单的穿孔曝气方式即可满足要求。
4.3滤池反冲洗
　　该滤池反冲洗利用滤池的上部出水冲洗，使滤层在强烈的脉冲水作用下，粘在滤料上的生物膜在强烈的水剪切力作用下脱膜到水中，脉冲几次后，开启滤层下部设置排泥管，以排除原水中冲洗下来的生物膜及泥渣，同时利用出水对滤层进行漂洗。冲洗过程中可以发现，在瞬时强烈向下的水流作用下，滤层中出现较为强烈的扰动，冲洗较为彻底，且在冲洗过程中，耗水，耗气量也较少。

5、结论

　　通过试验，可以看出，采用BIOSMEDI生物滤池预处理，能有效地降低原水中的氨氮、锰等污染因子，具有较高的处理效率，同时与常规处理相结合，对水中的色度、锰具有较好的去除效果，同时采用BIOSMEDI生物滤池，具有以下优点：
　　①、 较小的滤层阻力；采用气水同向流，避免了气水逆向流时水流速度和气流速度的相对抵消而造成能量的浪费，另外，滤料粒径较均匀，大大增加滤层的孔隙率，减少滤池运行时的水头损失。
　　②、 价格低、性能优的滤料；滤料具有来源广泛、滤料比表面积大、表面适宜微生物生长、价格便宜（一般价格低于500元/m3）、化学稳定性好；滤料比表面积大，有利于氧气的传质，大大提高了充氧效率，布气可采用穿孔管布气即可，节省工程投资。
　　③、 独特的脉冲反冲洗形式；传统的水反冲、气水反冲均难以奏效，该滤池采用独特的脉冲反冲洗方式，不需要专门的反冲洗水泵及鼓风机，是一种高效、低能耗的反冲洗形式。