饮用水除污染优化组合净水技术

2微污染原水的生物预处理技术

微污染原水中的有机基质、氨氮和亚硝酸氮等浓度，相对于污水中的相应物质浓度来说都是很低的。用生物预处理方法来处理微污染原水，一般均用生物膜法培养以亚硝酸化细菌(nitritebacteria)和硝酸化细菌(nitrobacteria)等贫营养性微生物为主的生物处理技术。在曝气充氧条件下，微污染原水中的低浓度可生物降解有机基质被生物膜中的好氧微生物降解并吸收利用，获得能量，合成新的细胞物质。各种生物预处理工艺常选用不同的惰性介质(如石英砂、陶粒、粒状活性炭、塑料蜂窝管填料和弹性立体填料等)作为生物载体，在水中溶解氧充分的条件下，水中氨氮在亚硝酸化细菌和硝酸化细菌作用下被硝化成亚硝酸盐和硝酸盐：

与此同时，生化反应器中的填料表面生物膜上也有一些异养型微生物氧化分解水中的有机基质，使水的有机物综合指标COD_Mn、TOC和UV₂₅₄降低：

弹性立体填料的主要特点：(1)比表面积较大，全部填料表面都容易附着生长生物量较大的生物膜；(2)各填料单元松散状布置，既适应原水通过，发挥挂膜硝化除污染作用，不会被原水中的悬浮杂质堵塞，又便于及时脱落老化的生物膜，保持填料表面的生物活性；(3)填料丝条长期浸泡在池水中，始终保持弹性和幅射状张展，经久耐用，对填料下方的曝气上升气泡有良好的切割分散作用，有助于布气配水均匀和提高氧的利用率；(4)弹性立体填料每1m³空间布置的填料单价约人民币130～140元／m³，仅是φ35管径的塑料蜂窝管填料每1m³单价的1／3左右，可显著节约生物接触氧化池的基建投资；(5)弹性立体填料生化池中的填料过水部分水流阻力小，可节约日常运行电费。弹性立体填料生化池技术在浙江省嘉兴市、上海市和广东省深圳市等地的多处水厂或工程中推广使用，也取得了经济且便于管理的良好除污染效果。

3生物接触氧化预处理对后续挣水工艺的影响

生物接触氧化预处理显著降低原水中的氨氮、亚硝酸氮及部分降低水中的COD_Mn、TOC后，还应研究其与后续工艺的系统优化组合除污染问题。由于生化池出水中仍存在硝化细菌等微生物，若对生物池出水预加氯，可能杀死部分微生物或抑制后续混凝沉淀池和滤池砂粒间微生物的生命代谢活动，影响后续挣水工艺的生化除污染效果。因此生化预处理后应取消预加氯，使生化除污染效应在沉淀、过滤工艺中能继续起作用，同时也可防止预氯化使水中增加THMs和HAAs类消毒副产物。同济大学和上海市浦东新区自来水总公司合作，于1999年3月至2000年9月在川沙城镇水厂进行了川杨河受污染水源水的弹性立体填料生物接触氧化预处理+常规净水工艺+生物活性炭深度处理等。不同组合的原水Q＝１m³／hr的中试试验，并与该水厂的常规净水工艺生产流程及张江水厂的弹性立体填料生物接触氧化池+常规挣水工艺生产流程的处理效果作适当对照研究。
中试的试验工艺流程图[2]见图3。

中试试验期间，为了具体研究生化池出水预加氯可能对后续常规净水工艺硝化除氨氮效果的影响程度，1999年9月25日～11月1日在生化池出水处预加氯2～4mg/L，与其前5月5日～6月10日期间无预加氯上况作了各工艺除氨氮效果的对比研究，具体数据整理列于表1中。

从表1有关数据可得：生化池出水在无预加氯的情况下，经沉淀池和砂滤池后续处理后氨氮总去除率比生化池出水预加氯2～4mg/L情况下的后续沉淀池和砂滤池的氨氮总去除率要高35％以上。其中无预加氯的砂滤池生物硝化作用除氨氮效果非常突出，可见生化出水对后续净水工艺的生物硝化延伸效应必须重视利用，生化池出水不应再预加氯。
经对上述中试阶段生化池出水无预加氯和预加氯二种工艺试验对后续常规工艺出水的除COD_Mn效果的检测结果对照，预加氯的沉淀池一砂滤池对COD_Mn的平均总去除率为31.0％，略高于无预加氯的沉淀池一砂滤池的COD_Mn平均总去除率30.2％。
建于某城市供水水库库尾的弹性立体填料生物处理工程，建成投产后经2年的连续水质监测记录统计整理结果显示，该工程出水氨氮值平均比进水氨氮值降低60％以上。而同期由于该水库库水的生物硝化自净作用的延伸效应，到水库另一端水厂取水口的氨氮平均值，比该生物硝化工程进水端氨氮平均值降低达80％以上。与生物处理工程建成前该水库因水质污染而自净能力逐渐下降情况相比，生物处理工程建成投产后，明显提高了该水库对水中氨氮的自净率，这再次佐证了生物硝化延伸效应不容忽视的明显作用。
整个中试工艺流程在水温较高阶段(平均水温28.5℃)和水温较低阶段(平均水温8.5℃)，生化池出水无预加氯情况下的各单元工艺的氨氮去除效果见表2和表3。

注：1999的8月10—8月30日平均水温28.5℃

注：2000年2月15日——2月25日平均水温8.5℃

从表2和表3的数据可知：
(1)平均水温8.5℃的低温时段，生化池NH4+—N平均去除率只有33.33％，仅相当于平均水温28.5℃的高温时段生化池NH₄⁺-N平均去除率64.79％的一半多些，水温影响显著。低水温时，生化池的后续各净水工艺的NH₄⁺-N平均去除率也相应明显下降。
(2)较高水温时或较低水温时，川杨河微污染原水净水流程中，臭氧化生物活性炭工艺出水与生物活性炭工艺出水的Ntt4’一N去除率基本相同。该水源水经生化预处理十常规净水工艺处理后的深度处理工艺，宜采用不加臭氧的生物活性炭工艺，可节约基建投资和日常运行费用。
中试工艺流程各单元在乎均水温为27.5℃时对COD_Mn的去除效果见表4。

注：1999年6月25–7月25日平均水温27.5℃

从表4可知：
(1)生化池的COD_Mn平均去除率虽然只有10.57％，但由于生化的延伸效应及混凝沉淀和砂滤工艺的物理化学净水效果，至砂滤池出水的COD_Mn平均累计去除率已达42.71％，大大减轻后续生物活性炭池的有机负荷。
(2)臭氧化生物活性炭工艺出水的COD_Mn平均值为2.55mg/L，低于不加臭氧的生物活性炭工艺出水的COD_Mn平均值2.86mg/L，该2种深度处理工艺的出水COD_Mn平均值都已达到COD_Mn<3.Omg/L的生活饮用水卫生规范的要求。
由于各地受污染水源的污染源、污染物性质和组成、污染程度等各不相同，因此将受污染水源水处理成符合生活饮用水水质标准的除污染优化组合工艺流程，也不可能有统一模式。应结合当地水源水质具体情况，根据众多物理、化学和生物方法的各个单元净水工艺的除污染功能特点，研究选用经济合理、切实可行的优合组合净水工艺流程。