葛 旭， 陸坤明
（深圳市自來水〈集團〉有限公司，廣東深圳 518031） 摘 要：研究了由生物預處理、預臭氧化、常規處理和深度處理組成的八種工藝流程對深圳水庫微污染源水的處理情況。試驗結果表明，各工藝流程出水水質皆達到了國家建設部頒布的《城市供水行業2000年技術進步發展規劃》中規定的一類水司88項水質標準的合格率。通過對各流程出水水質的全面對比分析和研究表明，在各種工藝流程中，生物預處理+常規處理+臭氧生物活性炭工藝的出水水質最優。
關鍵詞：給水處理；微污染源水；生物預處理；深度處理
中圖分類號：TU991.2
文獻標識碼：A
文章編號：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 根據監測資料，深圳水庫的水質污染趨勢不斷加重，總氮、總磷、氨氮、亞硝酸鹽氮、生化需氧量和錳等指標經常超標，藻類含量高達107個/L，原水水質呈現明顯的微污染特征。由于深圳水司各水廠均采用常規處理工藝，缺乏對微污染源水的處理能力，因此各水廠出水中的氨氮、亞硝酸鹽氮、錳和礦物油濃度等時有超標。原水富營養化所帶來的高藻含量，一方面使水廠濾池堵塞，過濾周期縮短，沖洗水量增加；另一方面為控制藻類而采用過高的前加氯使水中產生很多致突變物質，出廠水的Ames試驗陽性增強。
為解決原水水質下降和水質標準不斷提高的矛盾，從1997年開始研究組合工藝流程對微污 染源水的處理特點和88項指標的達標率以及Ames試驗結果，希望找到適合于深圳微污染源水水質特點的一整套處理工藝集成和優化技術，為深圳市各水廠的工藝改造和今后的新建水廠提供最佳的工藝選擇和設計依據。 1 試驗情況介紹 1.1 試驗地點與水源
試驗地點設在深圳H水廠，規模為生產性中試。試驗采用的水源主要為深圳水庫水，也包括西麗水庫和鐵崗水庫水源。試驗期間深圳水庫水共使用330d,西麗水庫水110d,鐵崗水庫水65d。水質分析分為常規分析項目和全分析項目，全分析項目按照國家建設部規劃的一類水司88項水質標準加上藻類和Ames試驗共90項；常規分析項目包括：水溫、pH、色度、濁度、嗅閾值、氨氮、高錳酸鹽指數、亞硝酸鹽氮、錳和藻類等指標。
1.2 各種工藝組合流程
1.3 試驗裝置簡介
①預處理主要包括生物預處理和臭氧預處理兩部分，其中生物預處理共有三種池型：生物接觸氧化池I型、生物接觸氧化池Ⅱ型和生物陶粒濾池（簡稱Ⅲ型），各生物預處理池的主要設計參數詳見表1。 表1 三種生物預處理構筑物的設計參數| 項目 | 生物預處理Ⅰ型 | 生物預處理Ⅱ型 | 生物預處理Ⅲ型 | | 設計流量（m3/h) | 5.0 | 3.3 | 3.0 | | 水力負荷[m3/(m3.h)] | 1.0 | 1.0 | | | 空床濾速（m/h） | | | 3.96 | | 分隔級數 | 2 | 3 | 1 | | 氣水比 | 1:1 | 1:1 | 1:1 | | 水力停留時間（h） | 1 | 1 | 1 | | 水深（m） | 4.55 | 5.40 | 4.10 | | 填料類型 | YDT彈性填料 | YDT彈性填料 | 生物陶粒 | | 曝氣方式 | 2個KBB-215微孔曝氣器，
后改為4個KBB-150 | DN15穿孔管曝氣，
孔徑φ4，后改為φ2 | DN15穿孔管曝氣，
孔徑φ1 | | 池體平面尺寸（m） | 2（0.8×0.8) | 3（0.48×0.48) | （0.87×0.87) | 預臭氧系統由臭氧接觸池和臭氧發生器組成，臭氧接觸池為內徑300mm的不銹鋼圓柱，有效水深為5.7m，逆向接觸式。臭氧發生器采用OZONIA公司的LN103型臭氧發生器，以純氧為氣源，臭氧發生量為2～5mg/h。
② 常規處理由混合、絮凝、沉淀、砂濾池組成，設計水量為3.0m3/h，混合時間為6s，反應時間為23mφφin；沉淀池為斜管沉淀池，上升流速為1.39mm/s；砂濾池濾速為6.49m/h，濾料為石英砂均質濾料，粒徑為0.8～1.0mm，反沖洗方式為水沖，沖洗強度為21L/(m2·s)。
③ 深度處理由活性炭(GAC)濾池和臭氧—生物活性炭(O3—BAC)濾池組成，兩濾池的處理水量均為1.45～1.50m3/h，濾速均為9.66～9.99m/h；O3—BAC濾池的臭氧接觸時間為9～11min。 2 試驗結果與討論
2.1 八種組合工藝流程的對比
表2 為八種工藝流程的常規分析項目試驗結果情況。 表2 八種工藝流程的處理效果匯總| 工藝類別 | 濁度
（NTU） | 氨氮
（mg/L) | 亞硝酸鹽氮
（mg/L） | CODMn
（mg/L) | TON嗅閾值 | 錳
（mg/L) | 色度
（倍） | 藻類
（萬個/L） | | 常規處理工藝 | 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%) | | 生物處理+常規處理 | 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%) | | 生物處理+常規+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%) | | 常規處理+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%) | | 預臭氧化+常規處理 | 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%) | | 常規處理+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%) | | 生物處理+常規+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%) | | 強化常規處理 | 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）表中括號內的數值為去除率；（2）在強化常規處理流程中，方式1為降低水力負荷的25%，方式2為投加粉末活性炭，投加量為20mg/L，方式3為投加高錳酸鉀氧化劑，投加量為0.5-0.7mg/L；（3）試驗期間的原水水質為：PH=6.3-7.5，水溫=13-31℃，濁度=2.85-51NTU,氨氮=0.05-4.03mg/L，亞硝酸鹽氮=0.01-0.95mg/L，高錳酸鹽指數=1.85-6.05mg/L，錳=0.06-0.94mg/L，色度=13-80倍。嗅閾值=10-80mg/L，藻類=（95-3800）×104個/L。 | 經過對比分析，我們不難得出以下結論：
① 從各工藝流程的出水濁度看，出水平均值都＜0.5NTU，整體去除率大都＞90%，出水濁度總體相差不大。這說明對于深圳水庫低濁度原水，在常規處理工藝基礎上無論是增加生物預處理、預氧化、深度處理還是采用強化常規處理等措施，對降低出廠水的濁度影響不大，濁度的去除主要還是靠常規工藝部分。
② 從氨氮和亞硝酸鹽氮的去除情況看，含有生物預處理工藝的流程去除效果明顯。由于常規+O3—BAC工藝也有一定的生物作用，故氨氮和亞硝酸鹽氮的去除效果亦較好，但仍低于含有生物預處理工藝流程約10%，這說明對于去除氨氮和亞硝酸鹽氮必須依靠生物的作用。值得注意的是，采用預臭氧工藝，對氨氮有一定的去除率，但出水亞硝酸鹽氮去除率為負，說明增加預臭氧化使硝化反應的第二步進行得不徹底，造成出水亞硝酸鹽氮大幅度增加。
③ 對于有機物的去除，試驗結果表明，含有深度處理的工藝流程出水效果要明顯優于其他工藝流程，效果最明顯的是常規+GAC和生物處理+常規+O3—BAC流程，分別高達80%和75%。試驗結果還表明，投加粉末活性炭和氧化劑以及降低水力負荷，都會提高有機物的去除率。
④ 對于嗅閾值、色度和錳，總體去除效果都比較好。通過分析嗅閾值的去除效果表明，含有GAC和BAC的工藝流程要明顯高于含有生物預處理和預氧化工藝的流程。而對于色度去除來說，深度處理、生物預處理、預氧化工藝的流程，其去除效果都比較好。各種工藝錳的去除率也比較好，大部分都在檢出限以下。
⑤ 幾種工藝流程對于藻類的去除都在90%以上，但是常規工藝去除藻類以犧牲砂濾池的過濾周期來實現。采用各種預處理或深度處理都會提高藻類的去除率，從而降低砂濾池的負擔，改善濾池的過濾周期。
表3為各工藝流程88項指標的總體達標情況。
通過比較各流程的總體達標情況可以看出，生物處理+常規+臭氧—BAC的總體出水效果最好 ；
其次是生物處理+常規處理工藝、常規+臭氧—BAC工藝和生物處理+常規+GAC工藝，分別只有一項不合格。含有生物預處理工藝流程的優勢是去除氨氮和亞硝酸鹽氮，而含有深度處理工藝流程的優勢是去除有機物和嗅閾值。對各個工藝流程的全面衡量與評價后可以認為，八種工藝流程都可以滿足《供水規劃》中一類水司所要求的水質合格達標率。 表3 各工藝流程的出水達標情況| 流程 | 超標數量 | 超標項目 | | 常規處理工藝 | 3-5 | 氨氮、亞硝酸鹽氮、有機氯（總量）、苯并（α）芘、萘 | | 生物處理+常規處理工藝 | 1 | 有機氯（總量） | | 生物處理+常規+GAC工藝 | 1 | 萘（偶爾） | | 常規處理+GAC工藝 | 1-3 | 氨氮、亞硝酸鹽氮、有機氯（總量） | | 預臭氧+常規處理工藝 | 3-4 | 氨氮、亞硝酸鹽氮、有機氯（總量）、苯并（α）芘 | | 常規+臭氧-BAC工藝 | 1 | 萘 | | 生物處理+常規+臭氧-BAC | 0 | | | 強化常規處理工藝 | 3-4 | 氨氮、亞硝酸鹽氮、有機氯（總量）、酚 | | | | | 2.2 Ames試驗結果
Ames試驗是評價水質的衛生毒理學指標，以致突變比值(MR)表示:MR＝誘變菌落數(Rt)/自發回變菌落數(Rc)。當MR≥2，且MR與水樣劑量呈良好的線性相關時，認為致突變性呈陽性。試驗結果表明，深圳水質對TA100菌株的致突變性均很低，MR都＜2，因此本試驗著重考慮對TA98菌株的致突變性。由于Ames試驗復雜，在此只對主要結果作論述。在所設置的測試濃度范圍內（1、2、4 L/皿），原水大多呈陰性，出現次數占總測試次數的78.9%;在所有工藝流程中，常規工藝的致突變活性最強，出水呈陽性的致突變劑量大多數為1L/皿，出現比例高達80%。其他工藝流程都可以改善出水的致突變活性，其中以GAC和O3—BAC濾池的出水致突變活性最低，陰性出現比例為66.7%, 這一結論與GAC與O3—BAC濾池對有機物去除率最高相一致。 3 結論 ① 對于試驗中研究的八種工藝流程，其出水水質都可以達到《城市供水行業2000年技術進步發展規劃》中規定的一類水司88項水質標準的合格率。
② 對各工藝流程的常規項目測定分析表明，濁度的去除主要是靠常規處理工藝；而對氨氮和亞硝酸鹽氮的去除必須靠生物作用才能獲得滿意效果；采用深度處理工藝對有機物的去除效果最優；采用生物預處理、預氧化和深度處理措施，對提高出水水質的錳、色度、嗅閾值和藻類等指標都有較好的效果。
③ 各工藝流程的Ames試驗結果表明，原水呈陰性。在所有工藝流程中，常規工藝的致突變活性最強，而其他處理工藝都可以改善出水水質的致突變活性，其中以含有深度處理GAC和BAC工藝的出水致突變活性最低，這一結論與GAC、BAC對有機物去除率最高相一致。
④ 綜合考慮經濟和技術因素，生物預處理+常規處理工藝最具競爭力，該工藝的特點是88項指標中只有一項不合格，而且運行成本低；對于經濟條件較為優越的深圳經濟特區，為全面提高水質，在東深生物預處理工程已經運行的條件下，無疑在常規處理工藝上增加臭氧生物活性炭深度處理工藝是提高水質的最佳選擇。
作者簡介：葛旭(1968- )， 男，山東膠縣人，深圳自來水(集團)有限公司工程師，碩士，研究方向：給水處理技術。
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收稿日期：2000-04-07 | 
