張 華
（上海市政工程設計研究院， 上海 200092） 摘要： 由于黃浦江支流的嚴重污染，上海浦東水源水質惡化。為了提高飲用水水質，以多年來的科研成果為基礎，在惠南水廠工程設計中增設了生物預處理工藝，并取得了穩定運行的效果。
關鍵詞：生物預處理；設計優化；運行效果；經濟分析
中圖分類號：TU991.2
文獻標識碼：A
文章編號：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 上海惠南水廠位于上海浦東的南匯縣境內，可供水廠選擇的供水水源有兩條，一條是大治河，它是南匯縣境內唯一的一條水量比較充沛、水質相對較好的河流；另一條是南匯縣與閔行區交匯處的黃浦江，后者的水量水質要略優于前者，但由于距離遠及種種復雜的原因，工程實現的可能性很小。?
大治河近年來受有機污染的程度逐年加大，氯化有機物含量時有超標，水中 色度較高，氨氮、亞硝酸鹽、耗氧量及鐵、錳的含量也偏高；在污染嚴重時，水中氨氮值高達4～5mg/L，色度最高達60～70倍，源水的總體水質狀況已低于國家頒布的《地面水環境質量評價標準》(GB3838—88)的四級水指標。?
為了降低出廠水色度、氨氮和有機污染物的含量，水廠在常規處理工藝中加大了氯的投加量，但其效果不明顯，反而增加了出廠水中三氯甲烷等鹵代烴和致突變物質的含量，且水的異味嚴重。因此，采用新型的預處理工藝，改善源水水質，是水廠提高出水水質的重要環節。
國家的“七五”、“八五”和“九五”科技規劃中都把微污染源水預處理技術的攻關放在重 要地位，推出了生物流化床、生物濾池、生物接觸氧化池等幾項實用的生物預處理工藝。這些研究成果表明，生物預處理技術是去除污染源水中氨氮和有機污染物的一種行之 有效的方法，在環境溫度適宜的條件下，氨氮去除率可達85%以上，對耗氧量、鐵、錳和酚等污染指標均有較好的去除效果。這樣不僅可以減少水處理中氯的消耗量和水中鹵代有 機物的 生成量，提高飲用水的安全性，而且還可減少加氯量、加礬量，降低運行成本，使后續處理工藝簡單、易于操作。 1 生物預處理工程設計 上海惠南水廠的設計規模為24×104m3/d，其中一期工程的設計規模為12×104m3/d。?
1.1 預處理工藝選擇
本工程處理對象為大治河微污染源水，污染物去除的對象主要是NH3-N、NO-2-N，其次是色度、Fe、Mn、CODMn、BOD5等。針對這種類型的微污染源水，本設計采用的主要措施是在常規水處理工藝前增加一道生物預處理工藝。?
生物接觸氧化工藝是結合生物濾池和生物曝氣池的特點演變過來的，屬于固著型生物處理方 法。該工藝具有去除氨氮和有機物效果好、容積負荷高、處理時間較短、耐沖擊負荷、出水水質好且穩定、動力消耗相對較低、污泥產率低、運行靈活、操作管理方便等優點。該工藝 自國外引進后，國內在微污染源水預處理方面針對停留時間、曝氣方法、填料品種，排泥和操作技術等工藝要素做了大量的試驗研究，取得了比較成熟的經驗。據此，設計決定采用 生物接觸氧化法作為預處理工藝，并在總結過去經驗的基礎上，強化水處理過程，增加調節和控制手段，以達到適應負荷變化，完善整個系統的目的。?
1?2 工藝參數和特點
生物接觸氧化池采用推流式池型,分兩組,每組有兩格池子,每格池子平面尺寸為71.5m× 42.9m，有效水深為4.2m，水力停留時間1.45h，生物載體采用彈性絲填料，曝氣器采用微孔曝氣器，氣水比為(0.8～1.5)∶1，進水采用溢流堰加穿孔配水墻，出水采用指形槽，排泥采用穿孔排泥管。?
生物接觸氧化池應用于微污染源水預處理與廢水處理有很大不同，設計針對微污染源水的特點，著重于過程控制，對填料系統、曝氣系統和排泥系統等幾個關鍵部分進行優化設計，采用國內外多項專利技術和科研成果以達到提高系統處理效率、降低系統造價、簡化系統操作和維護的目的。如填料支架采用預應力混凝土梁和緊繃支架；曝氣系統采用專用曝氣器和曝氣器支架，采用分階段控制曝氣的運行方式，池內各段的生物量可按實際情況調整，池內設有較完善的脫膜設施，生化池進出水段裝有在線水質檢測儀表；排泥采用斗式槽內設穿孔排泥管，池底排泥槽裝有污泥濃度計，可根據實際運行狀況和處理效果分別調整各段的運行參數，并可根據生化池的運行規律編排不同的運行模式由PLC自控運行。 2 工程運行效果 惠南水廠生物預處理工程于1999年8月初開始投入運行，一個星期后掛膜成熟，氨氮去除率 達85%以上，出廠水氨氮＜0.5 mg/L，濁度去除率達35%以上，出廠水色度＜4倍，色度去除率達85%以上。在生物預處理工程運行以前，水廠沉淀池內水質比較混濁，色質暗淡，有氣味，水面漂浮油，總體感官性狀較差。在生物預處理工程投運后，沉淀池內水質清澈，呈 淡綠色，水深能見度較高，異味和浮油消失，總體感官性狀指標大為改善，出廠飲用水口感甘醇，水質指標中氨氮等指示性污染物含量已達到國家制定的《2000年城市自 來水行業 水質標準》中一類水司的出廠水質要求。惠南水廠出廠水的綜合水質指標目前在上海地區已屬先進水平，生物預處理工程自投產運行三個月以 來的水質分析如表1。 表１ 上海惠存南水廠生化池水質分析表| 分析項目 | 原水 | 生化池出水 | 去除率
（％） | 沉淀池出水 | 去除率
（％） | 快濾池出水 | 去除率
（％） | 出廠水 | 總去除率
（％） | | 濁度 | 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 | 亞硝酸鹽
（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 | 鐵
（mg/L) | 1.5-1.90 | 1.05-1.45 | 25-30 | | | | | 0.08-0.10 | 93-95 | 錳
（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 | | | | | | | 根據表1分析，①在源水濁度低時，由于生物絮凝作用，生化池出水的濁度去除 率可達50%以上，已基本滿足直接過濾的要求，若維持原常規工藝不變，則可相應減少加礬量。②由于源水的色度主要是腐殖酸引起，經生物預處理后，水中懸浮膠體的分子結構和電性得以改善，再經常規處理，色度去除率大為提高，由此可見生物氧化和絮凝作用對提高常 規工藝處理效率可起很大作用。③在環境溫度適宜的條件下，當源水氨氮濃度＜3mg/L時， 生化池的氨氮去除率達85%以上，整個工藝流程氨氮去除率可穩定在90%以上。當源水氨氮濃 度在3～5 mg/L時，整個工藝流程氨氮去除率也可達80%以上。由于源水的有機污染主要是以生活污染為主，生化池的亞硝酸鹽去除率可達85%以上，而再經常規工藝處理后去除率的增加不明顯，說明溶解性有機污染物的去除以生物氧化為主，常規工藝的沉淀和過濾作用有限 。④生化池的鐵和錳去除率分別為25%和50%以上，經生物氧化和生物絮凝后，有機鐵和錳的沉淀過濾性能大為改善，去除率可達92%以上，錳的去除效果明顯優于鐵，這有助于大大緩解 出水對管道的腐蝕性。⑤生化池的耗氧量去除率僅20%左右，說明生化池的生物氧化作用具有以氨氮硝化為主、碳源性有機物降解為輔的特性，須后續補充深度處理工藝才能較大幅度 地提高后者的去除率。⑥生化池常規運行的最小氣水比為0.8∶1.0，小幅度提高氣水比對增加有機物的去除效果影響不大，在水質條件較差的情況下，調整氣水比有助于穩定處理效率 。⑦從去年8月初至今年4月的運行狀況表明，水溫在10～30℃之間時對生化池處理效果影 響不大，但當水溫＜10℃時對處理效果有一定影響。去年上海經歷了多年少見的持續低溫 天氣，最低水溫跌至3.5 ℃，主要水質指標的處理效果比正常時期下降7%～10%。⑧通暢排泥和定期脫膜是生化池正常運轉的保證，經過八個多月的生產運行探索，生化池的排泥規律 如下：a.生化池沿水流方向污泥沉積量逐漸減少，污泥成分以脫落的老化生物膜和腐殖泥為主；b.排泥時，污泥濃度從高到低快速變化，可在1.5min左右趨于穩定。據此，生化 池的排泥可按以下工藝參數實行：排泥周期為兩周；排泥歷時為每池分三個區段，池前區段排泥歷時2min，中段歷時1.5～2min，后段歷時1～1.5min。這些參數及污泥濃度 監測參 數輸入排泥PLC站可使生化池排泥系統自控運行。生物膜運行一段時間后會產生老化現象，生物膜脫膜采用氣沖洗，沖洗強度是正常運行的2～3倍，從前到后分區段沖洗。經8個多月 的生產運行探索，生化池的脫膜可按以下工藝參數實行：沖洗周期為3周；沖洗歷時為10～15min。
經過半年多的生產運行考察，生化池的處理效果穩定，各工藝設施運轉良好，產泥率低，排泥通暢，脫膜效果好，基本上達到了設計要求。 3 生化池的經濟分析 惠南水廠生物預處理工程由生化池和鼓風機房兩部分組成，工程造價約1500萬元，其中因場地下有暗浜存在，須打密集樁基而超工程概算約400萬元，整個生物預處理工程若不考慮超概算部分則單位造價約92元/t水。生物預處理工程的動力費用由兩部分組成，一部分是因在常規處理工藝前增加生物預處理工藝需要一級泵房提升1.5m進水水頭；另一部分是鼓風曝氣的動力費用，生化池常規運行的氣水比只需0.8∶1即可，以上兩部分動力費用的單位成本約0.014 2元/t水［當地電費單價0.61元/(kW·h)］。又因生化池提高了有機物的降解效率，可使后續的常規處理工藝減少加藥量，其中加氯量的減少尤為明顯，約占原投藥量的1/3～1/2，這部分加藥量的單位成本約0.01元/t水(當地消毒劑價格為2500元/t )。這兩者相減，生化池日常運行增加的主要運行成本僅0.0042元/t水；若再加上固定資產基本折舊、大修理基金提存、日常檢修維護、人工工資福利及其他費用等(包括管理費、稅款等)，生物預處理工藝的制水成本為0.035元/t水。由此可見，生物預處理技術是一種可應用于微污染源水預處理的低價高效的新型水處理工藝，它與傳統的臭氧活性炭技術相比，造價和運行成本低，操作及維護管理簡便，在當前飲用水源普遍受污染的情況下不失為一種具有廣泛應用前景的技術。
作者簡介：張華(1956-)，男，上海人，上海市政工程設 計研究院高級工程師，學士，研究方向：給水技術。
電 話：(021)65014940?
收稿日期：2000-02-28 | 
