李懷正，傅威，白月華，張杰
(同濟大學環境科學與工程學院，上海20009 2)

　　摘要：結合一些工程實例，就目前普遍應用的生物接觸氧化法處理微污染源水的一些設計參數進行了探討，包括氨氮負荷、曝氣強度的確定、曝氣方式的選擇等。
　　關鍵詞：微污染源水；生物接觸氧化法；氨氮負荷；曝氣強度；曝氣方式
　　中圖分類號：X52
　　文獻標識碼：C
　　文章編號： 1000-4602(2001)02-0043-03

　　1 池容的確定

　　生物接觸氧化法預處理微污染源水是最近幾年新興的處理工藝，其池容的設計參數基本上是沿用污水生物處理的設計思想，即采用水力停留時間來確定的。然而，微污染源水與一般的污水水質有較大的差異，污水水質相對于微污染源水而言顯得較為穩定，或者說污水濃度每天發生變化的程度不大(由于污水中污染物質濃度較大，因而濃度的微量變化不會對處理效果產生較大的影響)，而微污染源水中的污染物質濃度本身就很低，一旦發生變化，即使是“微量”的變化也會對處理效果產生很大的影響。一些實際工程的運行情況表明，采用“氨氮負荷(Nf)”來設計微污染源水預處理中生物接觸氧化池的池容是較為合理的，因為它綜合考慮了進水水量和水質等方面的影響因素。氨氮負荷是指根據進水水量、進水的氨氮濃度以及填料體積等來確定接觸氧化池池體的大小。氨氮負荷(Nf)的表達式如下 ：

　　N_f＝(Q×N)/(Vt×1000)

　　則：V_t＝Q×N/(N_f×1000) (1)

　　式中　Q——處理水量，m³/d
　　　　　N——進池的NH⁺4-N濃度，mg/L
　　　　　Vt——填料的體積，m³

　　氨氮負荷Nf可根據試驗確定，也可采用經驗數據。Nf取值一般為0.05～0.08kg/(m³·d)，則氨氮的年平均去除率可達75%。當所處理水體平均溫度較高時氨氮負荷取高值，相反則取低值。通過式(1)，可以計算出生物接觸氧化池中所需填料體積Vt，然后就可以利用下面的公式來確定接觸氧化池的平面尺寸。

　　A₀＝V_t/h₀ (2)

　　式中　h₀——填料安裝高度，m

　　為了增加氧的利用率，有效水深應適當取深一些，但過深又會增加動力負荷，因此建議有效水深在3.5～6.0m。

　　2 曝氣強度的確定

　　生物接觸氧化池中曝氣除了充氧、傳質作用外，還可通過對水體的擾動達到強制脫膜、防止填料積泥、保持生物活性的作用。傳統的曝氣量計算方法是根據充氧量即氨氧化和有機質降解過程的需氧量來計算氣水比的。計算公式如下：

　　

　　從上式可知，將1mg/LNH4⁺-N氧化為NO2^--N需耗氧3.43mg/L，將1mg/LNO₂^--N氧化成NO₃^--N需耗氧1.14mg/L。因此，將1 mg/LNH₄⁺-N完全氧化成NO₃^--N，需耗氧4.57mg/L。去除BOD51mg/L以需氧1mg計。通常情況下，微污染源水的進水氨氮含量在2 mg/L左右，出水氨氮要求降為0.5mg/L，即需降低1.5mg/L；BOD5由4mg/L降到3mg/L，即需降低1mg/L，則理論上需氧量約為8.0 mg/L。當鼓風機向水中鼓入空氣(空氣含氧量為0.29kg/m³)，對于穿孔管曝氣系統來說，其在清水中的充氧 效率一般為5%～6%，則氣水比約為0.46～0.55；對于微孔曝氣系統，其充氧效率一般為12%～15%，則氣水比約為0.2～0.25。而通常為達到去除效果所采用的設計氣水比均在0.8∶1～1.5∶1之間，也就是說最終確定氣水比的因素并不是生化需氧量，而是上面所提到的另一個 因素——氣體對水體的擾動程度，稱之為“曝氣強度”用Gs表示。曝氣強度就是在工程 實踐中總結出來的能夠達到生化池中生化反應所要求的氣體強度的一個概念，它的單位是m³/(m²·h)，即單位時間、單位生化池面積所通過的氣體量。
　　以上海浦東張江水廠實際運行情況為例，該水廠設計處理量為2.5×10⁴m³/d，設計有效水深為6.0m，設計氣水比為1.07∶1，折算成曝氣強度為7.70m³/(m²·h)，設計水力停留時間為1.5h。根據1998、1999兩年的實際運行情況來看，氣水比只有0.6∶1左右，曝氣強度仍然保持在4.32m³/(m²·h)，出水也能保持良好的水質。因此，在滿足曝氣強度和供氧量的情況下，氣水比可以適當降低，從而降低運行成本。
　　和氨氮負荷一樣，曝氣強度也是一個經驗值，其取值范圍大致在4.0～5.5 m³/(m²·h)，也可根據試驗確定，但一般不宜小于4.0m³/(m²·h)。當生物接觸氧化池的總有效容積和有效水深確定后，對于一定的曝氣強度，則有確定的供氣量(20℃、1.015×10² kPa 狀態下的空氣量)，如下式所示：

　　Gs＝G/A₀＝GH/V 　　　　　(3)

　　G＝Gs×A₀＝Gs×V/H　　　　(4)

　　式中　G ——供氣量，m³/h
　　　　　H ——生化池有效水深，m
　　　　　A₀——生化池平面面積，m²
　　　　　V——生化池總有效容積，m³

　　3 曝氣方式的選擇

　　曝氣設備是生物接觸氧化工藝的重要組成部分，微污染源水生物接觸氧化處理工藝多采用擴散曝氣設備，常用的主要有穿孔曝氣管和微孔曝氣器。穿孔管曝氣系統擴散出來的氣泡較大，氧的利用率較低，一般為5%～6%，但其阻力損失較小，對水流的擾動程度大，孔眼不易堵塞，且構造較簡單，施工安裝、養護管理方便。而微孔曝氣器雖然氧的利用率較高(一般為12%～15%)，但卻易堵塞、破損，運行一段時間后出氣不易均勻，且當源水濁度較高的時候下部填料容易堵塞。
　　據東深供水工程源水生物處理優化試驗運行情況表明，微孔曝氣器在運行兩個月左右后出氣變得不均勻，將接觸氧化池中水放空后發現微孔曝氣器橡膠膜片不同程度地被灰褐色生物膜緊密粘附，觸摸有滑膩感，指甲刮出呈泥炭狀，同時膜片上不同程度地粘結泥沙， 在將堵塞的曝氣器卸下清洗后，仍不能正常出氣。將部分曝氣器換上新的以后，新、舊曝氣 器曝氣無法達到均勻。而在同樣條件下平行運行的穿孔管曝氣接觸氧化池卻效果良好、曝氣均勻，未出現管孔堵塞等問題。根據優化試驗的結果，東深供水工程源水生物處理 采用的是穿孔管曝氣。該工程自1999年正式運行以來，處理效果一直比較穩定，而上海浦東張江水廠采用的是微孔曝氣，自1998年正式運行以來，在不到一年的時間已經連續發生幾次曝氣器膜片破損、出氣不均勻的情況。因此，在實際工程中不宜大規模使用微孔曝氣系統，穿孔管曝氣雖然氧利用率低，但其對水流的擾動程度大，有利于生化池內傳質效果的改善，故在微污染源水生物接觸氧化處理工程中提倡使用穿孔管曝氣方式。

　　4 水溫

　　水溫以兩種形式對生物接觸氧化工藝產生影響：一是影響生物酶的催化反應速率，二是影響 污染物質向微生物細胞擴散的速率。生物酶的影響作用又分為有機質降解的影響和氨氮硝化的影響(由實踐經驗所得，NH₄⁺-N的超標濃度遠大于有機物的超標濃度，因此對處理 效果影響的因素應以NH₄⁺-N為主，故此處不考慮溫度對有機質降解的影響)。
　　東深供水工程源水生物處理的實際運行數據(1999年1月—7月每天運行數據)見圖1。

　　由圖1可知，當溫度在10～30 ℃時，氨氮去除量隨溫度的變化可用下式表示：

　　y＝-16.3_x2+551.3_x+3 310.5

　　R²＝0.8451

　　當溫度在15～25℃之間時，氨氮去除總量幾乎隨溫度的升高而直線上升，證明在此溫度段水溫對氨氮去除量有較大的影響。而當溫度＞25℃以后，曲線的變化較為平緩，說明此時溫度對氨氮去除量的影響不是很大，且在溫度＞25℃時，氨氮去除量始終保持在一個較好的去除水平上。
　　水溫對反應物質向微生物細胞擴散速率的影響主要是通過影響水的粘度來實現的。水溫降低 時，水的粘度增大，致使反應物質在水和生物膜內的擴散阻力增大，從而使擴散系數減小。由于擴散系數與擴散速率呈正比，所以水溫的降低會導致反應物質擴散速率的下降。

　　5 結論

　　綜上所述，用生物接觸氧化法對微污染源水進行預處理時設計參數的選擇，不應完全參照污水生物接觸氧化處理的設計參數，而應該在原來的基礎上加以改進，即使用氨氮負荷來確定生物接觸氧化預處理池容、利用曝氣強度來確定供氣量的方法等。同時，對如何選擇曝氣方式以及水溫對于生物接觸氧化預處理的影響等，從整體上給出了一條新的設計思路 。

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收稿日期：2000-12-21