曝气生物滤池在上海周家渡水厂的应用

周云¹，戴 婕¹，王占生²，朱亮³，张文妍³
( 1.上海市自来水浦东有限公司， 上海 200127；2.清华大学环境科学与工程系，北京100084；
3.河海大学水文水资源与环境学院，江苏南京 210098)

　　摘　要：介绍了上海周家渡水厂采用曝气生物滤池(BAF)预处理黄浦江原水的生产性试验结果，包括BAF的设计参数、运行情况等。试验数据表明，采用BAF预处理工艺对原水浊度、铁、锰、氨氮、亚硝酸盐、COD_Mn和可同化有机碳(AOC)的去除率分别为40.9%、53.1%、36.6%、39.9%、40.1%、15.4%和54%，提高了出水水质和生物稳定性。
　　关键词：BAF；生物陶粒；预处理
　　中图分类号：TU991.21
　　文献标识码：A
　　文章编号：1000-4602(2002)10-0006-03

Application of Biological Aerated Filter in Shanghai City Zhoujiadu Water Plant
ZHOU Yun¹, DAI Jie1, WANG Zhan-sheng², ZHU Liang³, ZHANG Wen-yan³
( 1.Shanghai Municipal Water-works Pudong Co.Ltd.,Shanghai 200127,China; 2.Dept of Environmental Science and Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China; 3.School of Hydrology,Water Resource and Environment,Hehai Universit y,Nanjing 210098,China)

　　Abstract：Biological aerated filter (BAF) was used for the pretreatment of raw water in Huangpu River in a full-scale test made in Zhoujiadu Water Plant.In this paper the test results including design parameters of BAF and running data were described.The test data are showed as follows:the removal rate of turbidity,iron,manganese,ammonia nitrogen,nitrite,CODMn,and assimilatory organic carbon (AOC) is respectively 40.9%,53.1%,36.6%,39.9%,40.1%,15.4% and 54%.In addition,finished water quality and its biological stabilization are also improved.
　　Keywords:biological aerated filter (BAF); ceramsite; biological pretreatment

1 概述

　　周家渡水厂是上海市自来水浦东有限公司下属的一家老水厂，从1999年起进行了深度处理改造，到2001年2月基本完工。改造后的水厂以黄浦江上游水为原水，制水能力为1×10⁴m³/d，有2条采用BAF预处理工艺的平行处理流程：BAF→常规处理→臭氧→活性炭。活性炭滤池出水加少量氯消毒后进入清水池，再经水泵提升输入管网(见图1)。
　　BAF的构造和气水反冲快滤池相比仅增加了曝气系统，在滤料底部采用穿孔管进行连续曝气，用1台罗茨鼓风机供气(风量为5.5 m³/min，风压为29kPa)。采用气水联合反冲洗，配气、配水系统采用滤板和长柄滤头。BAF结构示意见图2，主要设计参数见表1。

表1 BAF主要设计参数 项 目 设计参数 项 目 设计参数 处理水量(m³/d) 5 000 填料高度(m) 2.0 滤速(m/h) 5.5 空床停留时间(min) 22 气水比 (0.7～1)∶1 曝气方式 底部设微孔扩散装置，连续曝气 平面尺寸(m×m) 11.20×7.50 反冲洗方式 气冲2～3 min,再水冲5 min 单格面积(m²) 14 冲洗周期(d) 5～7 池顶标高(m) 9.50 冲洗强度［L/(m²·s)］ 气、水冲洗?强度均为15 池底标高(m) 4.50 　 　 滤池总高度(m) 5.00 　 　

　　BAF工艺中选择的是QT系列陶粒滤料，其主要特点是：①陶粒以优质粘土为原料、加入少量辅料后加工而成，其表面粗糙、多微孔、不结釉，解决了其他片状陶粒表面结釉的问题；②强度高、孔隙率大、比表面积大、化学和物理稳定性好，与聚氯乙烯等形状规则的填料相比，具有生物附着力强、挂膜性能良好等优点；③陶粒为球形，体积质量适中，流态好，容易进行反冲洗；④粒径可根据需要制作，截污能力强，过滤周期长。
　　周家渡水厂采用的球形陶粒的粒径为3～5mm，有效粒径为3.2mm，呈棕褐色，体积质量为1.7kg/L，堆积的体积质量为0.85 kg/L，比表面积＞1.5×10⁴cm²/g，孔隙率为50%左右。

2 BAF的运行

　　BAF的生产性试验于2001年7月开始，进水流量为170～300m³/h，滤速为4.05～7.14m/h，滤料容积负荷为2～3.6m³/(m³·h)，空床停留时间为30～17min。在进水的同时进行曝气，气量为330m³/h, 气水比为(1.9～1.1)∶1。冲洗周期与原水浊度有关(一般控制为7～10d)，当水头损失为15～18kPa时进行反冲洗(先气冲3min，再水冲5min左右)，若运行中反冲洗不及时就会产生气阻而影响过滤效果。开启鼓风机曝气时池中水面应低于进水槽，运行时各格水面应平齐以使曝气均匀。
　　运行中采用连续曝气时出水的溶解氧明显增加，平均比进水增加1.6倍，最高时增加7.5倍。若原水氨氮较低(＜1mg/L)且DO/NH₃-N＞5时，可停止曝气以节约运行费用。
　　于2001年8、9、10月分别取滤池中的陶粒滤料进行了镜检，结果见表2。

表2 生物镜检结果 采样时间 细菌(菌落)数(10⁵ 个) 菌胶团的形态 8月24日 0.5 大、小菌胶团都有，但较疏松,没有发现原生动物和后生动物 9月18日 0.7 大、小菌胶团都有，但较疏松 10月10日 0.7 大、小菌胶团都有，但较疏松,有原生动物和后生动 注： 取2 g陶粒滤料进行测定。

3 处理效果

　　7月20日—9月20日的试验数据见表3。
3.1 对浊度的去除
　　试验期间BAF对浊度有良好的去除效果，且曝气时去除率较低(对滤层有搅动)，不曝气时较高。BAF的除浊原理有两方面：一是靠滤层截留(和砂滤池类似)；二是靠生物吸附和絮凝降解作用(生物除浊)，微生物代谢时分泌出的荚膜、细胞外粘液和多糖类物质使悬浮颗粒粘附在生物膜表面，成为生物膜的一部分或粘结细小颗粒成为较大的絮体而被滤层截留。另外，因进水未加混凝剂而未能使浊质脱稳，陶粒间孔隙又大于砂滤池，所以BAF对浊度的去除率低于一般砂滤池。据分析，BAF去除浊度不宜过高，若过高时则泥沙会包裹生物膜，影响其正常生长。

表3 BAF的处理效果 项 目 原水 BAF出水 最大/平均去除率(%) 平均值 最大值 最小值 平均值 最大值 最小值 浊度(NTU) 57.2 154 32.9 35.5 103 10.5 69.3/40.9 色度(倍) 28.4 36 10 25.8 36 10 33.3/7.8 铁(mg/L) 2.1 7.5 0.4 1.0 3.5 0.05 97.5/53.1 锰(mg/L) 0.2 0.3 0.1 0.1 0.25 0.01 93.3/36.6 CODMn(mg/L) 6.3 7.67 4.75 5.3 6.93 3.4 39.5 /15.4 氨氮(mg/L) 0.2 0.4 0.05 0.1 0.35 0.04 85.7/39.9 亚硝酸盐(mg/L) 0.022 0.09 0.001 0.008 0.08 0.001 98.8/40.1 UV₂₅₄(cm^-1) 0.221 0.346 0.177 0.221 0.281 0.162 28.6/0.0 溶解氧(mg/L) 3.9 6.2 0.7 6.4 8.7 3.4 　

3.2 对铁、锰的去除
　　运行1周后BAF对铁的去除率明显增加，可认为除物化作用外，还产生了生物除铁作用。在滤层中生成的铁细菌能通过酶的生物催化作用在较低的氧化还原电位下快速将铁氧化，被氧化的铁以γ-羟基铁的形式沉积在细胞的鞘膜中。
　　运行2周后BAF对锰的去除效果明显。
3.3 对CODMn和UV254的去除
　　有机物可作为异养菌的电子供体和碳源，为异养菌提供能量并参与细胞合成。BAF对CODMn的平均去除率为15.4%。UV₂₅₄代表了水中含不饱和键的有机物含量，而这些有机物多是难生物降解有机物及致突变物，所以BAF对其去除率很低。
3.4 对氨氮的去除
　　出厂水中的氨氮会造成管网中的硝化细菌和亚硝化细菌的繁殖，从而影响出水的稳定性。BAF运行1个月后对氨氮有明显去除效果。因试验期间原水氨氮含量低(平均为0.2mg/L)，所以实际去除率比期望值低。
3.5 对亚硝酸盐的去除
　　原水中的氨氮会因硝化反应而产生亚硝酸盐，在2000年建设部颁布的1类水司标准中严格规定其含量不准超过0.1mg/L。BAF由于曝气充分，对亚硝酸盐的去除效果较好，出水的平均亚硝酸盐含量＜0.1mg/L。
3.6 对AOC的去除
　　AOC的浓度与细菌的再生繁殖潜力有关，目前国际上用AOC来判断管网水的生物稳定性。根据取样测定结果，周家渡水厂原水的AOC为619μg/L，而BAF出水为284μg/L，说明BAF对AOC有明显的去除效果。另外，测得BAF进、出水的电导率，pH值基本不变，试验期间的水温为32～13℃。?

4 结果与讨论

　　①BAF预处理工艺具有接触时间短、占地面积小、操作简单(和砂滤相同)、排泥方便等优点。
　　②QT系列陶粒滤料具有易挂膜、不易板结、强度高、不易破碎、水流阻力小、易冲洗等优点。
　　③周家渡水厂的生产性试验数据表明，通过BAF的预处理可提高出水的水质和生物稳定性。
　　④通过生产性试验发现，BAF预处理工艺更适用于原水氨氮较高的情况，采用该工艺时要考虑在预处理后加消毒剂来解决沉淀池和砂滤池中的藻类和其他浮游生物过量生长的问题，否则会影响系统的运行和出水水质。
　　致谢：本研究得到上海市自来水浦东有限公司周克明总经理和其他有关领导的大力支持，参加试验研究的还有倪加林、朱心、李志红等人，在此一并表示感谢。?

　　作者简介：周云(1952- )，男，四川渠县人，硕士，高级工程师，研究方向为水处理技术和水质管理。
　　电　　话：(021)58706887?
　　E-mail: [email protected]
　　收稿日期：2002-04-08