鄒偉國　　　　　　　上海市政工程設計研究院
李春森　萬毅峰 鄭一寧　　上海石油化工股份有限公司水廠

　　摘要：本文對BIOSMEDI生物預處理的結構及運行原理進行簡要介紹，同時通過對不同生物預處理形式對原水預處理試驗比較表明，BIOSMEDI生物濾池預處理具有處理效率高、阻力損失小、反沖洗耗水、耗氣量小等優點

　　生物預處理以運轉費用低、運行管理方便、去除效果好等優點，已經普遍得到了人們的認同，為提高出廠水水質，上海石油化工股份有限公司水廠針對不同的預處理進行了較長時間的試驗，結果表明：相對于其它生物預處理裝置，BIOSMEDI生物濾池具有處理效果較好，運行管理方便等一系列優點，下面對該濾池對金山水廠原水預處理的情況及結果作簡要介紹。

1、 BIOSMEDI生物濾池基本結構及運行原理

1.1基本結構
　　BIOSMEDI生物濾池是上海市政工程設計研究院針對微污染原水開發的一種新型生物濾池，該濾池以輕質顆粒濾料為過濾介質，濾料比重較小，一般約在0.1左右，粒徑的大小為4～5mm左右，比重及粒徑的大小可根據實際需要選擇確定，這種濾料具有來源廣泛、濾料比表面積大、表面適宜微生物生長、價格便宜（300～500元/米3）、化學穩定性好等一系列優點。
　　BIOSMEDI生物濾池原理如圖1：

　　濾池上部采用鋼筋混凝土板（板上采用倒濾頭出氣和水）抵制濾料的浮力及運行的阻力。在濾層下部，用混凝土板或鋼板分隔在濾層下部形成氣囊，在反沖洗時下部形成空氣室。
1.2、運行原理
　　原水從進水閥進入氣室，通過中空管進入濾層，在濾料阻力的作用下使濾池進水均勻，空氣布氣管安裝在濾層下部，空氣通過穿孔布氣管進行布氣，經過濾層去除水中的有機物、氨氮后，出水經倒濾頭進入上部清水區域排出。

濾池反沖洗采用脈沖沖洗的方法，首先關閉進水閥及曝氣管，打開濾池下部的反沖洗氣管，在濾層下部形成一段氣墊層，當氣墊層達到一定高度后，此時瞬時把氣墊層中的空氣通過閥門或虹吸的方法迅速排空，此時濾層中從上到下沖洗的水流量瞬時突然加大，導致濾料層突然向下膨脹，脈沖幾次后，可以把附著在濾料上的懸浮物質脫落，再打開排泥閥，利用生物濾池的出水進行水漂洗，可有效地達到清潔濾料的目的。

2、試驗方法

2.1 試驗原水
　　試驗在金衛泵房旁進行，原水從紫石涇取水，由張埝泵房提升后經13公里輸送到金衛泵房，試驗采用金衛泵房出水進行試驗，原水中污染主要是有機物、錳、鐵、色度等污染，原水中CODMN多在7～9之間，鐵含量一般在0.5～2mg/l之間，錳含量在0.2～1mg/l左右，色度在30～40之間，而試驗期間氨氮普遍不高，多在1mg/l以下，原水中很多指標已經超過《地表水環境質量標準》Ⅲ類水質標準，在不預加氯的情況下，對錳的去除效果不佳，過濾后出水錳的含量一般在0.1mg/l以上，導致管道未端常反應有"黃水"出現，為此，在原水中投加大量氯，以氧化錳，降低出廠水色度，但這樣一方面導致氯與水中的有機物還會反應產生三鹵甲烷(THMs)和其它的鹵化副產物，有害有機物明顯升高，水中氯味較重。
　　本次試驗的主要內容主要針不同的預處理構筑物對水中的有機物、氨氮、錳進行處理。
2.2 工藝流程及試驗裝置
　　原水經計量后從輕質濾料濾池底部進入（彈性填料接觸氧化池、陶粒濾池試驗同時進行），實驗裝置池高4.5m，直徑為600mm，其中反沖洗氣囊厚度為0.75m，濾層出水區高度為0.75m，濾層厚度為2.0m，濾料粒徑為3～5mm，濾池下采用穿孔配氣管和集水管，氣水逆流，出水采用穿孔管集水，濾池出水裝有轉子流量計，并設有放空管、排泥管，試驗裝置如圖2所示。

3、試驗結果與分析

3.1 自然掛膜
　　試驗采用自然掛膜，實驗從2001年1月20日開始試運行，至2月1日開始正式運行，掛膜時濾速一般在5～8m/h，氣水比控制在1：1左右，掛膜期間原水溫度平均在6℃～10℃之間，掛膜期間原水氨氮多在0.6～1.0mg/l之間，經測定濾池對水中NH3-N去除率逐漸增加，至3月初，進水氨氮0.5～1.0mg/l時，出水中NH3-N達0.1mg/l左右，對氨氮的去除率達到80％以上，基本完成掛膜過程，由此可見，即使在溫度較低的情況下，采用自然掛膜是可行的。

3.2 試驗結果
　　試驗期間對色度、氨氮、有機物、Mn的去除效果詳見表：

水溫 流量 色度 氨氮 COD Mn 進水 出水 去除率 進水 出水 去除率 進水 出水 去除率 進水 出水 去除率 3月15日 13℃ 2.6 28 28 0% 0.5 0.04 92% 7.6 6.8 11% 0.22 0.12 45% 3月20日 14℃ 2.5 31 28 10% 0.45 0.04 91% 7.44 7.12 4% 0.14 0.1 29% 3月21日 14℃ 2.5 0.45 0.07 84% 7.28 6.96 4% 0.12 0.05 58% 3月22日 15℃ 3 29 28 3% 0.5 0.07 86% 7.44 7.36 1% 0.3 0.28 7% 3月27日 14℃ 1.3 1 0.08 92% 7.43 7.51 -1% 0.32 0.13 59% 3月28日 15℃ 3.1 1.1 0.05 95% 8.49 8.24 3% 0.32 0.12 63% 4月3日 15 3 0.32 0.07 78% 8 7.18 10% 0.12 0.12 0% 4月12日 16 3.5 29 28 3% 0.75 0.04 95% 7.42 7.25 2% 0.15 0.1 33% 4月18日 18 1.7 0.38 0.08 79% 7.91 7.58 4% 0.12 0.12 0% 4月19日 18 3.9 0.5 0.08 84% 9.23 8.98 3% 0.12 0.1 17% 4月24日 17 4 32 29 9% 1 0.15 85% 7.39 6.67 10% 0.14 0.08 43% 4月25日 17 4 1 0.04 96% 7.23 6.91 4% 0.15 0.11 27% 4月26日 17 4 0.9 0.14 84% 7.07 6.59 7% 4月27日 4 0.98 0.12 88% 7.07 6.75 5% 0.14 0.05 64% 4月28日 18 3.8 0.98 0.11 89% 6.43 6.43 0% 0.14 0.04 71% 5月8日 20 4 35 38 0.78 0.8 -3% 7.91 7.91 0% 0.18 0.06 67% 5月15日 3.3 38 38 0.55 0.13 76% #DIV/0! 0.32 0.13 59% 5月16日 3 0.5 0.22 56% 8.88 7.54 15% 0.32 0.04 88% 6月12日 3 1 0.32 68% 10.4 10.4 0% 0.45 0.11 76% 6月13日 24 3 1 0.18 82% 10.5 10.2 3% 0.6 0.1 83% 6月14日 3 1 0.12 88% 9.22 9.06 2% 0.48 0.12 75% 6月19日 25 3 45 45 1.3 0.25 81% 8.65 8.49 2% 0.35 0.15 57% 6月20日 26 3 0.78 0.35 55% 8.65 8.97 -4% 0.38 0.12 68% 6月26日 3 1.16 0.35 70% 8.81 9.05 -3% 0.8 0.14 83% 7月3日 30 3 48 48 2.5 0.35 86% 10.8 10.6 1% 0.45 0.1 78% 平均 0.86 0.17 80% 8.21 7.94 3% 0.28 0.11 61%

3.3 試驗結果分析
3.3.1、對氨氮的去除
　　經對3月～6月統計，進水氨氮濃度一般為0.5～2.5mg/l，平均0.86mg/l，試驗時溫度為6～30℃，在進水流量為2～4m3/h（濾速在6～15m/h）的情況下，出水氨氮平均為0.17mg/l，輕質生物濾池對氨氮的去除率達到80％，根據以上數據可以看出，即使在溫度較低的情況下，生物濾池對氨氮仍有較好的去除效果，同樣在不同濾速情況下（濾速達到15m/h）,生物濾池對氨氮的去除率均較高，這說明生物輕質濾料濾池生物預處理在不同溫度及濾速下對水中的氨氮去除有較好的穩定性。
　　在相同進水條件下，彈性填料水力停留時間為1.4～2小時，而陶粒濾池濾速為4～10m/h，水力停留時間為25～60min，輕質濾料濾池濾速為6～15m/h，停留時間為17～35min，三種不同預處理方法對氨氮的去除情況比較見圖：

3.3.2、對有機物的去除
　　生物預處理對水中可降解的有機物BDOC、AOC具有較好的去除效果，水的生物穩定性有明顯的提高，從而防止管網中細菌進一步繁殖，考慮在水廠中一般采用CODMn來反應水中有機物的含量，實驗采用CODMn來反應生物濾池對有機物的去除作用,經對2～4月數據統計表明，水中有機物含量較高，一般情況下，CODMn在6～9mg/l之間，試驗進水平均CODMn為8.21mg/l，經生物預處理后，出水CODMn為7.94mg/l，生物預處理對CODMn統計平均去除率為3％，由此可見，生物預處理對該水源中的CODMn的去除效果不明顯。
3.3.3、對Mn、色度的去除
　　試驗期間，統計進水Mn的濃度平均0.28mg/l，在進水流量為2～4m3/h（濾速在6～15m/h）的情況下，出水錳平均濃度為0.11mg/l，生物預處理對錳的去除率達到61％，試驗中發現，單純混凝沉淀處理，對Mn的去除效果基本無效果，但生物預處理與常規處理相結合，混凝沉淀后出水在0.01～0.02mg/l左右，水中的錳的去除率可達到95％以上，這說明：單獨的生物預處理和混凝沉淀對錳不能夠徹底的去除，把生物預處理與常規混凝沉淀相結合起來，能夠有效的去除水中的錳。可能是因為生物預處理可以把錳進行氧化（由二價錳變為四價錳），再經過混凝處理，則錳的基本去除。
　　原水中色度較大,一般在30～40左右，在不預加氯氧化的情況下，經常規混凝沉淀過濾處理后色度基本在16～17之間，很難達到生活飲用水水質標準，從生物預處理數據可知，同樣，生物預處理對原水中的色度去效果不明顯，但生物預處理與常規處理相結合，使出水中的色度降到12左右，比常規混凝處理的出水色度有明顯改善，這說明，增加生物預處理，有利于促進混凝沉淀對色度的去除，但生物預處理本身對色度的去除效果不明顯。
3.3.4對濁度的去除
　　試驗期間生物預處理對濁度的去除情況進行測定，試驗期間不同生物預處理對濁度的去除情況統計結果見下表

不同生物預處理對濁度去除情況表 時間（數據數量） 原水濁度 彈性填料 陶粒濾池 濾池 出水濁度 去除率 出水濁度 去除率 出水濁度 去除率 月17~4(54>組) 7.5 28.5 24% 21 44% 29.7 21%s 5月8日月3日組) 24.9 20.1 19% 17.5 29.7% 22 11.6%

　　彈性填料與BIOSMEDI生物濾池對濁度的去除效果基本類似，相對于陶粒濾池，BIOSMEDI生物濾池氣、水速度高，生物濾池對濁度的截留率較低，有利于降低生物濾池反沖洗的頻率。

4、討論

4.1、濾池運行時阻力
　　試驗期間還對BIOSMEDI生物濾池運行時濾層阻力的進行了測定，首先對反沖洗后不同水、氣量的初始阻力損失如下表：

水流量(m3/h) 氣流量(m3/h) 濾層阻力損失(mm) 2 2 104 2 3 113 3 2 182 3 3 184 4 2 267 4 3 277

濾層厚度為2m，濾料粒徑為3～5mm

　　試驗還對水量3m3/h、氣量3m3/h情況下，濾層的水頭損失進行測定，經過20天的不間斷運行后，輕質濾層的水頭損失在0.4m以下，而在相同流量情況下，陶粒濾池經過三天的運行，其水頭損失達到1.5m以上，這是因為輕質濾料層采用氣水同向流，避免了氣水逆向流時水和氣速度抵消而造成能量的浪費，減少濾層的阻力，另外，由于輕質濾料濾層采用人工濾料，粒徑較均勻，孔隙率較大；
　　濾池運行過程中阻力損失較小，能夠延長反沖洗周期，降低運行過程中的能耗，同時還有利于與后續處理混凝沉淀池相配合。
4.2、供氣方式
　　生物預處理曝氣主要保證生物呼吸所需要的氧，其次是促進生物膜的更新，對于輕質濾料生物濾池，空氣經過濾層的分散、阻擋作用下，使空氣的利用率大大提高，通過對裝置中的溶解氧進行測定，在進水溶解氧濃度為2.5mg/l，氣水比0.5:1的情況下，出水中溶解氧為7.6mg/l(飽和溶解氧為8.8mg/l)，這說明，該濾池具有較高的充氧效率，只需要簡單的穿孔曝氣方式即可滿足要求。
4.3濾池反沖洗
　　該濾池反沖洗利用濾池的上部出水沖洗，使濾層在強烈的脈沖水作用下，粘在濾料上的生物膜在強烈的水剪切力作用下脫膜到水中，脈沖幾次后，開啟濾層下部設置排泥管，以排除原水中沖洗下來的生物膜及泥渣，同時利用出水對濾層進行漂洗。沖洗過程中可以發現，在瞬時強烈向下的水流作用下，濾層中出現較為強烈的擾動，沖洗較為徹底，且在沖洗過程中，耗水，耗氣量也較少。

5、結論

　　通過試驗，可以看出，采用BIOSMEDI生物濾池預處理，能有效地降低原水中的氨氮、錳等污染因子，具有較高的處理效率，同時與常規處理相結合，對水中的色度、錳具有較好的去除效果，同時采用BIOSMEDI生物濾池，具有以下優點：
　?、?、 較小的濾層阻力；采用氣水同向流，避免了氣水逆向流時水流速度和氣流速度的相對抵消而造成能量的浪費，另外，濾料粒徑較均勻，大大增加濾層的孔隙率，減少濾池運行時的水頭損失。
　?、凇?價格低、性能優的濾料；濾料具有來源廣泛、濾料比表面積大、表面適宜微生物生長、價格便宜（一般價格低于500元/m3）、化學穩定性好；濾料比表面積大，有利于氧氣的傳質，大大提高了充氧效率，布氣可采用穿孔管布氣即可，節省工程投資。
　　③、 獨特的脈沖反沖洗形式；傳統的水反沖、氣水反沖均難以奏效，該濾池采用獨特的脈沖反沖洗方式，不需要專門的反沖洗水泵及鼓風機，是一種高效、低能耗的反沖洗形式。