张 华
（上海市政工程设计研究院， 上海 200092） 摘要： 由于黄浦江支流的严重污染，上海浦东水源水质恶化。为了提高饮用水水质，以多年来的科研成果为基础，在惠南水厂工程设计中增设了生物预处理工艺，并取得了稳定运行的效果。
关键词：生物预处理；设计优化；运行效果；经济分析
中图分类号：TU991.2
文献标识码：A
文章编号：1000-4602(2000)08-0012-03 Performance of Biological Pretreatment Process in Huinan Water Works, Shanghai ZHANG Hua
(Shanghai Munic.Eng.Design and Res.Institute,Shanghai 200092 ,China) Abstract：The quality of source water in Pudong area in Shanghai was deterior ated due to the heavy pollution of tributaries of Huangpujiang River. In order t o improve drinking water quality, a biological pretreatment process was added to the engineering design of Huinan Water Works on the basis of scientific researc hes for years. The operation of the water works showed that the biological pretr eatment process was satisfactory and stable.
Keywords: biological pretreatment; design optimization; performance; economic analysis 上海惠南水厂位于上海浦东的南汇县境内，可供水厂选择的供水水源有两条，一条是大治河，它是南汇县境内唯一的一条水量比较充沛、水质相对较好的河流；另一条是南汇县与闵行区交汇处的黄浦江，后者的水量水质要略优于前者，但由于距离远及种种复杂的原因，工程实现的可能性很小。?
大治河近年来受有机污染的程度逐年加大，氯化有机物含量时有超标，水中 色度较高，氨氮、亚硝酸盐、耗氧量及铁、锰的含量也偏高；在污染严重时，水中氨氮值高达4～5mg/L，色度最高达60～70倍，源水的总体水质状况已低于国家颁布的《地面水环境质量评价标准》(GB3838—88)的四级水指标。?
为了降低出厂水色度、氨氮和有机污染物的含量，水厂在常规处理工艺中加大了氯的投加量，但其效果不明显，反而增加了出厂水中三氯甲烷等卤代烃和致突变物质的含量，且水的异味严重。因此，采用新型的预处理工艺，改善源水水质，是水厂提高出水水质的重要环节。
国家的“七五”、“八五”和“九五”科技规划中都把微污染源水预处理技术的攻关放在重 要地位，推出了生物流化床、生物滤池、生物接触氧化池等几项实用的生物预处理工艺。这些研究成果表明，生物预处理技术是去除污染源水中氨氮和有机污染物的一种行之 有效的方法，在环境温度适宜的条件下，氨氮去除率可达85%以上，对耗氧量、铁、锰和酚等污染指标均有较好的去除效果。这样不仅可以减少水处理中氯的消耗量和水中卤代有 机物的 生成量，提高饮用水的安全性，而且还可减少加氯量、加矾量，降低运行成本，使后续处理工艺简单、易于操作。 1 生物预处理工程设计 上海惠南水厂的设计规模为24×104m3/d，其中一期工程的设计规模为12×104m3/d。?
1.1 预处理工艺选择
本工程处理对象为大治河微污染源水，污染物去除的对象主要是NH3-N、NO-2-N，其次是色度、Fe、Mn、CODMn、BOD5等。针对这种类型的微污染源水，本设计采用的主要措施是在常规水处理工艺前增加一道生物预处理工艺。?
生物接触氧化工艺是结合生物滤池和生物曝气池的特点演变过来的，属于固着型生物处理方 法。该工艺具有去除氨氮和有机物效果好、容积负荷高、处理时间较短、耐冲击负荷、出水水质好且稳定、动力消耗相对较低、污泥产率低、运行灵活、操作管理方便等优点。该工艺 自国外引进后，国内在微污染源水预处理方面针对停留时间、曝气方法、填料品种，排泥和操作技术等工艺要素做了大量的试验研究，取得了比较成熟的经验。据此，设计决定采用 生物接触氧化法作为预处理工艺，并在总结过去经验的基础上，强化水处理过程，增加调节和控制手段，以达到适应负荷变化，完善整个系统的目的。?
1?2 工艺参数和特点
生物接触氧化池采用推流式池型,分两组,每组有两格池子,每格池子平面尺寸为71.5m× 42.9m，有效水深为4.2m，水力停留时间1.45h，生物载体采用弹性丝填料，曝气器采用微孔曝气器，气水比为(0.8～1.5)∶1，进水采用溢流堰加穿孔配水墙，出水采用指形槽，排泥采用穿孔排泥管。?
生物接触氧化池应用于微污染源水预处理与废水处理有很大不同，设计针对微污染源水的特点，着重于过程控制，对填料系统、曝气系统和排泥系统等几个关键部分进行优化设计，采用国内外多项专利技术和科研成果以达到提高系统处理效率、降低系统造价、简化系统操作和维护的目的。如填料支架采用预应力混凝土梁和紧绷支架；曝气系统采用专用曝气器和曝气器支架，采用分阶段控制曝气的运行方式，池内各段的生物量可按实际情况调整，池内设有较完善的脱膜设施，生化池进出水段装有在线水质检测仪表；排泥采用斗式槽内设穿孔排泥管，池底排泥槽装有污泥浓度计，可根据实际运行状况和处理效果分别调整各段的运行参数，并可根据生化池的运行规律编排不同的运行模式由PLC自控运行。 2 工程运行效果 惠南水厂生物预处理工程于1999年8月初开始投入运行，一个星期后挂膜成熟，氨氮去除率 达85%以上，出厂水氨氮＜0.5 mg/L，浊度去除率达35%以上，出厂水色度＜4倍，色度去除率达85%以上。在生物预处理工程运行以前，水厂沉淀池内水质比较混浊，色质暗淡，有气味，水面漂浮油，总体感官性状较差。在生物预处理工程投运后，沉淀池内水质清澈，呈 淡绿色，水深能见度较高，异味和浮油消失，总体感官性状指标大为改善，出厂饮用水口感甘醇，水质指标中氨氮等指示性污染物含量已达到国家制定的《2000年城市自 来水行业 水质标准》中一类水司的出厂水质要求。惠南水厂出厂水的综合水质指标目前在上海地区已属先进水平，生物预处理工程自投产运行三个月以 来的水质分析如表1。 表１ 上海惠存南水厂生化池水质分析表| 分析项目 | 原水 | 生化池出水 | 去除率
（％） | 沉淀池出水 | 去除率
（％） | 快滤池出水 | 去除率
（％） | 出厂水 | 总去除率
（％） | | 浊度 | 50-60 | 30-36 | 40-45 | 4-6 | 90-92 | 0.4-0.8 | 98-99 | 0.3-0.6 | 98-99 | | 30-50 | 15-23 | 50-55 | 2-4 | 92-93 | 0.2-0.4 | 98-99 | 0.2-0.3 | 98-99.5 | 色度
（倍） | 60-70 | 35-40 | 40-43 | 5-6 | 90-91 | 5.0-5.5 | 90-92 | 5.0-5.5 | 90-92 | | 30-60 | 25-40 | 20-30 | 2-4 | 90-92 | 2.0-2.5 | 90-92 | 1.8-2.0 | 90-92 | | PH | 7.6-7.7 | 7.5-7.6 | | 7.5-7.6 | | 7.5-7.6 | | 7.5 | | DO
（mg/L) | 2.0-3.0 | 8.0-8.5 | | | | | | 7.0-7.5 | | | 4.5-5.0 | 6.5-6.5 | | | | | | 6.0-6.5 | | 氨氮
（mg/L) | 1.5-2.0 | 0.15-0.25 | 88-99 | 0.015-0.025 | 98-90 | 0.01-0.02 | 98-99 | 0.01-0.015 | 98-99.5 | | 2.0-3.0 | 0.20-0.42 | 86-90 | 0.08-0.12 | 95-96 | 0.05-0.10 | 95-97 | 0.05-0.08 | 96-98 | | 3.0-4.0 | 0.3-0.6 | 85-90 | 0.3-0.5 | 85-90 | 0.3-0.45 | 85-91 | 0.3-0.4 | 85-92 | 亚硝酸盐
（mg/L） | 0.1-0.15 | 0.01-0.02 | 88-90 | 0.01-0.015 | 89-90 | 0.00-0.01 | 89-90 | 0.008-0.01 | 89-90 | 铁
（mg/L) | 1.5-1.90 | 1.05-1.45 | 25-30 | | | | | 0.08-0.10 | 93-95 | 锰
（mg/L) | 1.30-1.80 | 0.52-0.0.85 | 50-60 | | | | | 0.008-0.015 | 98-99 | CODMn
(mg/L） | 5.41-6.50 | 4.05-5.52 | 20-25 | | | | | | | 根据表1分析，①在源水浊度低时，由于生物絮凝作用，生化池出水的浊度去除 率可达50%以上，已基本满足直接过滤的要求，若维持原常规工艺不变，则可相应减少加矾量。②由于源水的色度主要是腐殖酸引起，经生物预处理后，水中悬浮胶体的分子结构和电性得以改善，再经常规处理，色度去除率大为提高，由此可见生物氧化和絮凝作用对提高常 规工艺处理效率可起很大作用。③在环境温度适宜的条件下，当源水氨氮浓度＜3mg/L时， 生化池的氨氮去除率达85%以上，整个工艺流程氨氮去除率可稳定在90%以上。当源水氨氮浓 度在3～5 mg/L时，整个工艺流程氨氮去除率也可达80%以上。由于源水的有机污染主要是以生活污染为主，生化池的亚硝酸盐去除率可达85%以上，而再经常规工艺处理后去除率的增加不明显，说明溶解性有机污染物的去除以生物氧化为主，常规工艺的沉淀和过滤作用有限 。④生化池的铁和锰去除率分别为25%和50%以上，经生物氧化和生物絮凝后，有机铁和锰的沉淀过滤性能大为改善，去除率可达92%以上，锰的去除效果明显优于铁，这有助于大大缓解 出水对管道的腐蚀性。⑤生化池的耗氧量去除率仅20%左右，说明生化池的生物氧化作用具有以氨氮硝化为主、碳源性有机物降解为辅的特性，须后续补充深度处理工艺才能较大幅度 地提高后者的去除率。⑥生化池常规运行的最小气水比为0.8∶1.0，小幅度提高气水比对增加有机物的去除效果影响不大，在水质条件较差的情况下，调整气水比有助于稳定处理效率 。⑦从去年8月初至今年4月的运行状况表明，水温在10～30℃之间时对生化池处理效果影 响不大，但当水温＜10℃时对处理效果有一定影响。去年上海经历了多年少见的持续低温 天气，最低水温跌至3.5 ℃，主要水质指标的处理效果比正常时期下降7%～10%。⑧通畅排泥和定期脱膜是生化池正常运转的保证，经过八个多月的生产运行探索，生化池的排泥规律 如下：a.生化池沿水流方向污泥沉积量逐渐减少，污泥成分以脱落的老化生物膜和腐殖泥为主；b.排泥时，污泥浓度从高到低快速变化，可在1.5min左右趋于稳定。据此，生化 池的排泥可按以下工艺参数实行：排泥周期为两周；排泥历时为每池分三个区段，池前区段排泥历时2min，中段历时1.5～2min，后段历时1～1.5min。这些参数及污泥浓度 监测参 数输入排泥PLC站可使生化池排泥系统自控运行。生物膜运行一段时间后会产生老化现象，生物膜脱膜采用气冲洗，冲洗强度是正常运行的2～3倍，从前到后分区段冲洗。经8个多月 的生产运行探索，生化池的脱膜可按以下工艺参数实行：冲洗周期为3周；冲洗历时为10～15min。
经过半年多的生产运行考察，生化池的处理效果稳定，各工艺设施运转良好，产泥率低，排泥通畅，脱膜效果好，基本上达到了设计要求。 3 生化池的经济分析 惠南水厂生物预处理工程由生化池和鼓风机房两部分组成，工程造价约1500万元，其中因场地下有暗浜存在，须打密集桩基而超工程概算约400万元，整个生物预处理工程若不考虑超概算部分则单位造价约92元/t水。生物预处理工程的动力费用由两部分组成，一部分是因在常规处理工艺前增加生物预处理工艺需要一级泵房提升1.5m进水水头；另一部分是鼓风曝气的动力费用，生化池常规运行的气水比只需0.8∶1即可，以上两部分动力费用的单位成本约0.014 2元/t水［当地电费单价0.61元/(kW·h)］。又因生化池提高了有机物的降解效率，可使后续的常规处理工艺减少加药量，其中加氯量的减少尤为明显，约占原投药量的1/3～1/2，这部分加药量的单位成本约0.01元/t水(当地消毒剂价格为2500元/t )。这两者相减，生化池日常运行增加的主要运行成本仅0.0042元/t水；若再加上固定资产基本折旧、大修理基金提存、日常检修维护、人工工资福利及其他费用等(包括管理费、税款等)，生物预处理工艺的制水成本为0.035元/t水。由此可见，生物预处理技术是一种可应用于微污染源水预处理的低价高效的新型水处理工艺，它与传统的臭氧活性炭技术相比，造价和运行成本低，操作及维护管理简便，在当前饮用水源普遍受污染的情况下不失为一种具有广泛应用前景的技术。
作者简介：张华(1956-)，男，上海人，上海市政工程设 计研究院高级工程师，学士，研究方向：给水技术。
电 话：(021)65014940?
收稿日期：2000-02-28 | 
