苏州河污染河水净化技术研究

夏四清 屈计宁 高廷耀
(同济大学环境科学与工程学院，上海 200092)

课题背景

　　上海市苏州河的污染是从20年代开始的，由于历史和人为的原因，到60年代已污染较为严重，至1978年苏州河上海市境内已全部遭受污染，极大损害了上海作为国际大都市的形象，影响了人民的身心健康和经济发展。经过长期人规划准备，上海市政府已投巨资实施苏州河环境综合整治的一期工程，以改善苏州河干流水质，现在一期工程的目标--使苏州河干流在2000年底基本消除黑臭已基本达到。苏州河治理的长期目标是干流有鱼、恢复生态、支流消除黑臭。为了保证干流水质不再恶化，一期工程中的一项措施是在支流入口处建闸，为解决闸后段死水黑臭区问题及闸门开启时支流污水对苏州河干流或黄浦江污染等问题，消除苏州河环境综合整治子项目综合调水工程和支流及虹口港建闸工程的负面环境影响，受上海市科委委托，本课题组开展了苏州河污染河水净化技术研究，主要是解决苏州河支流河水的净化问题，实施污染就地减量化处理，使当干流水质达到预定的目标后，保证苏州河干流水质不受支流水质的影响。

研究方法

　　根据苏州河支流的实际情况，拟在支流离干流较远点的岸边兴建污水处理装置，将支流闸后段污染严重的河水提升岸边处理，然后排入支流与干流交汇点，即近闸处，在支流内形成有效的净化循环，保证支流闸后段500～1000m范围内的河水达到CODCr≤50mg/l、BOD5≤12mg/l、NH3-N≤10mg/l、DO≥2.0mg/l的水质，有利于苏州河干流的水质改善。但由于不同支流的水质波动非常大，某支流24小时平均样的CODCr=44～232mg/l、NH3-N=5～36mg/l，瞬时样达到CODCr=449mg/l、NH3-N=46mg/l，因此单纯采用生物法处理水质变化如此之大的河水，若按照一般水平设计处理装置，则难以保证水质较差时处理达标；若要保证水质较差时出水也达标，必须按低负荷、长时间的准则进行设计，造成工程投资过高；同时，在人口和工厂稠密的上海市区很难取得大面积的处理用地，因此放弃单纯的生物处理法。根据以往经验，经初步试验和分析，拟采用生物和化学处理法相结合的处理工艺。
　　悬浮填料生物反应器是近几年国内外研究的一种新的附着生长型生物膜反应器，其核心部分是一种特殊填料能在反应器中保持悬浮状态。微生物在填料表面上生长的过程中，填料是在水中充分流化，以保持微生物得以充分利用溶解氧和良好的传质条件。本试验研究中利用同济大学开发的新型实用专利产品悬浮填料，在其它应用研究成功的基础上，利用高效悬浮填料生物反应器作为生物处理部分，以去除COD、BOD5、NH3-N等溶解性物质；利用新型的水处理药剂处理生化反应出水，确定药剂投加量和反应条件；根据各项研究结果，确定苏州河支流污染河水净化的最佳工艺。

　　生物反应器长3.0m，宽1.0m，高1.5m，有效水深1.2m，有效容积3.6m3，沿水流方向均匀分为三格，呈现串联状态。反应器中投加高效悬浮填料，采用空气压缩机进行曝气。
　　化学反应在实验室和现场进行。将上述生化出水置于1升的高型烧杯中，先后加入混凝剂和助凝剂，利用电动六联搅拌器进行搅拌，沉淀后的上清液为整个处理流程的最终出水。
　　测试指标及方法：CODCr、BOD5、NH3-N、SS均用标准方法：pH：pH计；DO：溶氧仪；水温：温度计；微生物镜检：显微镜；微生物量：105℃烘干称重法；重金属离子等：由国家重点实验室测定。

试验结果及讨论

　　研究表明，当投加率为50～55%时，气水比达到1：1以上即可实现全池流化。本试验在确定投加率时采用了几种不同的投加率，结果表明，填料投加率为50%时效果最好，KLa值达到无填料的2.21倍，因此选择50%作为生物反应器内填料的投加率。
　　本生物反应器在苏州河支流现场采用自然挂膜方式培养，不进行接种污泥。在挂膜期间定期进行微生物镜检，结果表明：30天后出现了大量轮虫、线虫等后生动物，标志着挂膜成功，同时也获得较稳定的出水。
　　试验期间进水24小时平均样的水质变化范围较大。为了确定生物反应时间对污染物的去除情况，分别在反应器的不同反应区域取样进行分析，各取样点的生物反应时间相差0.5小时。根据5个月的测试结果平均，得到生化反应池不同反应区域的运行结果列于表1中。

表1 生物反应器对污染物的去除效果 反应池
区域 溶解性CODCr(mg/l) NH3-M(mg/l) 溶解性BOD5(mg/l) 进水 出水 总去除率 进水 出水 总去除率 进水 出水 总去除率 第1格 72.8 56.7 22.1% 20.7 19.6 5.3% 21.8 16.7 23.4% 第2格 56.7 34.7 52.3% 19.6 17.5 15.5% 16.7 9.1 58.3% 第3格 34.7 30.7 57.8% 17.5 15.3 26.1% 9.1 7.3 66.5%

注：该段时间水温：6-15℃，第1，2，3格的HRT分别为0.5h,1h和1.5h。

　　试验数据表明，在试验条件下，生化反应时间超过0.5hr，即可保证出水的溶解氧高于2.0mg/l，达到出水要求，随着曝气时间的延长，出水的溶解氧进一步上升，但此时对溶解性污染物的去除较低。生化反应时间达到1.0小时，即使水温较低(日平均6～15℃)，溶解性COD、BOD的去除率已相当高，再延长反应时间，去除率增加不多，同时从生化反应的目的考虑，决定采用生化反应时间1hr。
　　化学处理以经生物处理1h的出水为主要对象。多次试验证实，相对于最初的河水，生物处理出水易进行化学处理，混凝沉淀效果好，可保证最终出水达标，且处理费用不高。由于生物反应器在较短时间内将可溶性的有机污染物转化为生物絮体，有利于化学混凝处理。近5个月的数据表明，如果进水的CODCr值不超过130mg/l，则混凝剂PAC的投加量在10mg/l左右即可保证出水CODCr和BOD5等达标；如果进水的CODCr值超过1340mg/l，则混凝剂PAC的投加量应相应增加，约为15mg/l～30mg/l可保证出水达标。助凝剂的用量均为0.3mg/l。
　　曾尝试单独采用化学混凝法处理该支流污染河水。由于混凝沉淀仅对水中的悬浮性污染物有较好的去除效果，对溶解性污染的作用不大，因此当污染河水中的溶解性污染物较多时，多数情况下单独采用化学法是不能达到出水CODCr≤50mg/l的要求的，这从另一方面说明生物反应器使溶解性有机物转化为生物絮体的必要性。
　　混凝剂PAC和助凝剂PAM不仅对水中的生物絮体处理效果良好，对重金属离子有较好的去除效果，特别是对锌和汞的去除达90%以上；另外，上述化学处理方法对磷也有很好的去除效果，可有效阻止水体的富营养化而且对水中的重金属离子也有很好的去除作用。