葛 旭， 陆坤明
（深圳市自来水〈集团〉有限公司，广东深圳 518031） 摘 要：研究了由生物预处理、预臭氧化、常规处理和深度处理组成的八种工艺流程对深圳水库微污染源水的处理情况。试验结果表明，各工艺流程出水水质皆达到了国家建设部颁布的《城市供水行业2000年技术进步发展规划》中规定的一类水司88项水质标准的合格率。通过对各流程出水水质的全面对比分析和研究表明，在各种工艺流程中，生物预处理+常规处理+臭氧生物活性炭工艺的出水水质最优。
关键词：给水处理；微污染源水；生物预处理；深度处理
中图分类号：TU991.2
文献标识码：A
文章编号：1000-4602(2000)09-0001-04
Integration Processes for Treatment of Micro-Polluted Source Water
GE Xu， LU Kun?ming，
(Shenzhen Water Supply Co.Ltd.,Shenzhen 518031,China)
Abstract：Eight kinds of different water treatment processes which consist of biological pretreat-ment, pre-ozonization, conventional, treatment and advanced treatment were studied for treatment of micro-polluted source water from the Shenzhen Reservoir.The results showed that the effluent from all processes could meet the water quality requirement in Technical Progress Development Plan for Urba Water Supply Industry in 2000 issued by the Ministry of Construction.Through comprehensive analys-is of all processes,the treated water quality from biological pretreatment-conventional treatment-ozo-nization-biological activated carbon was thebest.
Keywords:water treatment; micro polluted source water; biological pretreatment; advanced treatment 根据监测资料，深圳水库的水质污染趋势不断加重，总氮、总磷、氨氮、亚硝酸盐氮、生化需氧量和锰等指标经常超标，藻类含量高达107个/L，原水水质呈现明显的微污染特征。由于深圳水司各水厂均采用常规处理工艺，缺乏对微污染源水的处理能力，因此各水厂出水中的氨氮、亚硝酸盐氮、锰和矿物油浓度等时有超标。原水富营养化所带来的高藻含量，一方面使水厂滤池堵塞，过滤周期缩短，冲洗水量增加；另一方面为控制藻类而采用过高的前加氯使水中产生很多致突变物质，出厂水的Ames试验阳性增强。
为解决原水水质下降和水质标准不断提高的矛盾，从1997年开始研究组合工艺流程对微污 染源水的处理特点和88项指标的达标率以及Ames试验结果，希望找到适合于深圳微污染源水水质特点的一整套处理工艺集成和优化技术，为深圳市各水厂的工艺改造和今后的新建水厂提供最佳的工艺选择和设计依据。 1 试验情况介绍 1.1 试验地点与水源
试验地点设在深圳H水厂，规模为生产性中试。试验采用的水源主要为深圳水库水，也包括西丽水库和铁岗水库水源。试验期间深圳水库水共使用330d,西丽水库水110d,铁岗水库水65d。水质分析分为常规分析项目和全分析项目，全分析项目按照国家建设部规划的一类水司88项水质标准加上藻类和Ames试验共90项；常规分析项目包括：水温、pH、色度、浊度、嗅阈值、氨氮、高锰酸盐指数、亚硝酸盐氮、锰和藻类等指标。
1.2 各种工艺组合流程
1.3 试验装置简介
①预处理主要包括生物预处理和臭氧预处理两部分，其中生物预处理共有三种池型：生物接触氧化池I型、生物接触氧化池Ⅱ型和生物陶粒滤池（简称Ⅲ型），各生物预处理池的主要设计参数详见表1。 表1 三种生物预处理构筑物的设计参数| 项目 | 生物预处理Ⅰ型 | 生物预处理Ⅱ型 | 生物预处理Ⅲ型 | | 设计流量（m3/h) | 5.0 | 3.3 | 3.0 | | 水力负荷[m3/(m3.h)] | 1.0 | 1.0 | | | 空床滤速（m/h） | | | 3.96 | | 分隔级数 | 2 | 3 | 1 | | 气水比 | 1:1 | 1:1 | 1:1 | | 水力停留时间（h） | 1 | 1 | 1 | | 水深（m） | 4.55 | 5.40 | 4.10 | | 填料类型 | YDT弹性填料 | YDT弹性填料 | 生物陶粒 | | 曝气方式 | 2个KBB-215微孔曝气器，
后改为4个KBB-150 | DN15穿孔管曝气，
孔径φ4，后改为φ2 | DN15穿孔管曝气，
孔径φ1 | | 池体平面尺寸（m） | 2（0.8×0.8) | 3（0.48×0.48) | （0.87×0.87) | 预臭氧系统由臭氧接触池和臭氧发生器组成，臭氧接触池为内径300mm的不锈钢圆柱，有效水深为5.7m，逆向接触式。臭氧发生器采用OZONIA公司的LN103型臭氧发生器，以纯氧为气源，臭氧发生量为2～5mg/h。
② 常规处理由混合、絮凝、沉淀、砂滤池组成，设计水量为3.0m3/h，混合时间为6s，反应时间为23mφφin；沉淀池为斜管沉淀池，上升流速为1.39mm/s；砂滤池滤速为6.49m/h，滤料为石英砂均质滤料，粒径为0.8～1.0mm，反冲洗方式为水冲，冲洗强度为21L/(m2·s)。
③ 深度处理由活性炭(GAC)滤池和臭氧—生物活性炭(O3—BAC)滤池组成，两滤池的处理水量均为1.45～1.50m3/h，滤速均为9.66～9.99m/h；O3—BAC滤池的臭氧接触时间为9～11min。 2 试验结果与讨论
2.1 八种组合工艺流程的对比
表2 为八种工艺流程的常规分析项目试验结果情况。 表2 八种工艺流程的处理效果汇总| 工艺类别 | 浊度
（NTU） | 氨氮
（mg/L) | 亚硝酸盐氮
（mg/L） | CODMn
（mg/L) | TON嗅阈值 | 锰
（mg/L) | 色度
（倍） | 藻类
（万个/L） | | 常规处理工艺 | 0.35
(98%) | 1.97
(7.5%) | 0.337
(28.8%) | 1.97
(14.4%) | 11.0
(51.1%) | 0.07
(74.1%) | 9
(68.2%) | 58
(94.9%) | | 生物处理+常规处理 | 0.38
(94.6%) | 0.07
(94.2%) | 0.01
(95.8%) | 1.65
(42.7%) | 6.0
(71.4%) | 0.06
(87.2%) | 7
(76%) | 14
(97.5%) | | 生物处理+常规+GAC | 0.36
(97.8%) | 0.05
(95.7%) | ＜0.001
(＞99.7%) | 1.02
(65.1%) | 2
(91.4%) | ＜0.05
(＞87%) | ＜5
(＞83%) | ＜5
(＞98.1%) | | 常规处理+GAC | 0.31
(98.3%) | 1.98
(7%) | 0.19
(59.8%) | 0.65
(80.3%) | 1.6
(92.9%) | 0.06
(77.8%) | ＜5
(＞89%) | 5
(98.4%) | | 预臭氧化+常规处理 | 0.21
(94.9%) | 0.33
(84.0%) | 0.304
(-84.0%) | 2.36
(34.6%) | 5.9
(68.6%) | ＜0.05
(＞77%) | 5.5
(82.3%) | 7
(98.7%) | | 常规处理+O3-BAC | 0.47
(89.5%) | 0.30
(84.5%) | 0.009
(80.6%) | 1.21
(58.2%) | 0.86
(96.1%) | ＜0.04
(＞85%) | ＜5
(＞84%) | 37
(96.7%) | | 生物处理+常规+O3-BAC | 0.35
(97.9%) | 0.06
(94.9%) | ＜0.001
(＞99.7%) | 0.73
(75.0%) | 0
(100%) | ＜0.05
(＞95%) | ＜5
(＞90%) | 14
(98.8%) | | 强化常规处理 | 1 | 0.33
(96%) | 1.11
(14%) | 0.100
(35.9%) | 1.91
(31.3%) | 16
(55.6%) | ＜0.10(＞75%) | ＜9
(＞96%) | 4
(99.3%) | | 2 | 0.34
(93%) | 1.99
(7%) | 0.203 | 1.83
(47.6%) | 5
(66.7%) | ＜0.05(＞95%) | ＜5
(＞95%) | 4
(98.8%) | | 3 | 0.42
(97%) | 0.04
(37.1%) | 0.029
(23.7%) | 1.46
(43.2%) | | ＜0.05(＞96%) | ＜5
(＞96%) | 96
(96.2%) | | 注：（1）表中括号内的数值为去除率；（2）在强化常规处理流程中，方式1为降低水力负荷的25%，方式2为投加粉末活性炭，投加量为20mg/L，方式3为投加高锰酸钾氧化剂，投加量为0.5-0.7mg/L；（3）试验期间的原水水质为：PH=6.3-7.5，水温=13-31℃，浊度=2.85-51NTU,氨氮=0.05-4.03mg/L，亚硝酸盐氮=0.01-0.95mg/L，高锰酸盐指数=1.85-6.05mg/L，锰=0.06-0.94mg/L，色度=13-80倍。嗅阈值=10-80mg/L，藻类=（95-3800）×104个/L。 | 经过对比分析，我们不难得出以下结论：
① 从各工艺流程的出水浊度看，出水平均值都＜0.5NTU，整体去除率大都＞90%，出水浊度总体相差不大。这说明对于深圳水库低浊度原水，在常规处理工艺基础上无论是增加生物预处理、预氧化、深度处理还是采用强化常规处理等措施，对降低出厂水的浊度影响不大，浊度的去除主要还是靠常规工艺部分。
② 从氨氮和亚硝酸盐氮的去除情况看，含有生物预处理工艺的流程去除效果明显。由于常规+O3—BAC工艺也有一定的生物作用，故氨氮和亚硝酸盐氮的去除效果亦较好，但仍低于含有生物预处理工艺流程约10%，这说明对于去除氨氮和亚硝酸盐氮必须依靠生物的作用。值得注意的是，采用预臭氧工艺，对氨氮有一定的去除率，但出水亚硝酸盐氮去除率为负，说明增加预臭氧化使硝化反应的第二步进行得不彻底，造成出水亚硝酸盐氮大幅度增加。
③ 对于有机物的去除，试验结果表明，含有深度处理的工艺流程出水效果要明显优于其他工艺流程，效果最明显的是常规+GAC和生物处理+常规+O3—BAC流程，分别高达80%和75%。试验结果还表明，投加粉末活性炭和氧化剂以及降低水力负荷，都会提高有机物的去除率。
④ 对于嗅阈值、色度和锰，总体去除效果都比较好。通过分析嗅阈值的去除效果表明，含有GAC和BAC的工艺流程要明显高于含有生物预处理和预氧化工艺的流程。而对于色度去除来说，深度处理、生物预处理、预氧化工艺的流程，其去除效果都比较好。各种工艺锰的去除率也比较好，大部分都在检出限以下。
⑤ 几种工艺流程对于藻类的去除都在90%以上，但是常规工艺去除藻类以牺牲砂滤池的过滤周期来实现。采用各种预处理或深度处理都会提高藻类的去除率，从而降低砂滤池的负担，改善滤池的过滤周期。
表3为各工艺流程88项指标的总体达标情况。
通过比较各流程的总体达标情况可以看出，生物处理+常规+臭氧—BAC的总体出水效果最好 ；
其次是生物处理+常规处理工艺、常规+臭氧—BAC工艺和生物处理+常规+GAC工艺，分别只有一项不合格。含有生物预处理工艺流程的优势是去除氨氮和亚硝酸盐氮，而含有深度处理工艺流程的优势是去除有机物和嗅阈值。对各个工艺流程的全面衡量与评价后可以认为，八种工艺流程都可以满足《供水规划》中一类水司所要求的水质合格达标率。 表3 各工艺流程的出水达标情况| 流程 | 超标数量 | 超标项目 | | 常规处理工艺 | 3-5 | 氨氮、亚硝酸盐氮、有机氯（总量）、苯并（α）芘、萘 | | 生物处理+常规处理工艺 | 1 | 有机氯（总量） | | 生物处理+常规+GAC工艺 | 1 | 萘（偶尔） | | 常规处理+GAC工艺 | 1-3 | 氨氮、亚硝酸盐氮、有机氯（总量） | | 预臭氧+常规处理工艺 | 3-4 | 氨氮、亚硝酸盐氮、有机氯（总量）、苯并（α）芘 | | 常规+臭氧-BAC工艺 | 1 | 萘 | | 生物处理+常规+臭氧-BAC | 0 | | | 强化常规处理工艺 | 3-4 | 氨氮、亚硝酸盐氮、有机氯（总量）、酚 | | | | | 2.2 Ames试验结果
Ames试验是评价水质的卫生毒理学指标，以致突变比值(MR)表示:MR＝诱变菌落数(Rt)/自发回变菌落数(Rc)。当MR≥2，且MR与水样剂量呈良好的线性相关时，认为致突变性呈阳性。试验结果表明，深圳水质对TA100菌株的致突变性均很低，MR都＜2，因此本试验着重考虑对TA98菌株的致突变性。由于Ames试验复杂，在此只对主要结果作论述。在所设置的测试浓度范围内（1、2、4 L/皿），原水大多呈阴性，出现次数占总测试次数的78.9%;在所有工艺流程中，常规工艺的致突变活性最强，出水呈阳性的致突变剂量大多数为1L/皿，出现比例高达80%。其他工艺流程都可以改善出水的致突变活性，其中以GAC和O3—BAC滤池的出水致突变活性最低，阴性出现比例为66.7%, 这一结论与GAC与O3—BAC滤池对有机物去除率最高相一致。 3 结论 ① 对于试验中研究的八种工艺流程，其出水水质都可以达到《城市供水行业2000年技术进步发展规划》中规定的一类水司88项水质标准的合格率。
② 对各工艺流程的常规项目测定分析表明，浊度的去除主要是靠常规处理工艺；而对氨氮和亚硝酸盐氮的去除必须靠生物作用才能获得满意效果；采用深度处理工艺对有机物的去除效果最优；采用生物预处理、预氧化和深度处理措施，对提高出水水质的锰、色度、嗅阈值和藻类等指标都有较好的效果。
③ 各工艺流程的Ames试验结果表明，原水呈阴性。在所有工艺流程中，常规工艺的致突变活性最强，而其他处理工艺都可以改善出水水质的致突变活性，其中以含有深度处理GAC和BAC工艺的出水致突变活性最低，这一结论与GAC、BAC对有机物去除率最高相一致。
④ 综合考虑经济和技术因素，生物预处理+常规处理工艺最具竞争力，该工艺的特点是88项指标中只有一项不合格，而且运行成本低；对于经济条件较为优越的深圳经济特区，为全面提高水质，在东深生物预处理工程已经运行的条件下，无疑在常规处理工艺上增加臭氧生物活性炭深度处理工艺是提高水质的最佳选择。
作者简介：葛旭(1968- )， 男，山东胶县人，深圳自来水(集团)有限公司工程师，硕士，研究方向：给水处理技术。
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收稿日期：2000-04-07 | 
