给水厂氨氮控制工艺

给水厂氨氮控制工艺常颖，沈军（广州市自来水公司，广州广东510600）摘要：为实现NH3<0.5 mg/L 的水质目标，本文综述了目前主要应用的生物预处理的工艺形式及如何实现生物预处理与常规处理工艺系统的有机结合，强化生物处理作用，以提高对富营养化水体的有效处理，提升供水水质。

关键词：强化生物处理；生物预处理；氨氮根据国家环保总局公布的2006 年中国淡水环境状况公报，全国地表水总体水质属中度污染。

在国家环境监测网实际监测的745 个地表水监测断面中（其中，河流断面593 个，湖库点位152个），Ⅰ～Ⅲ类，Ⅳ、Ⅴ类，劣Ⅴ类水质的断面比例分别为40%、32%和28%，主要污染指标为高锰酸盐指数、氨氮和石油类等。

七大水系中，氨氮在地表水体超标污染物中出现的频率非常高，氨氮污染已经成为我国饮用水处理中普遍面临的问题。

虽然到目前为止还没有发现饮用水中氨氮的存在对健康的明显影响，但氨氮的存在有利于亚硝化菌和硝化菌在水处理构筑物中及配水系统中生长，一方面使水处理增加了困难，另一方面也间接提高了给水厂出水有机质含量，并对水的气味有不良影响。

因此需重视氨氮对饮用水水质的影响，降低原水中的氨氮含量有重要的现实意义。

目前欧洲多数国家对饮用水中的氨氮浓度有较严格的规定。

我国除了对饮用水水源的氨氮浓度有类似限值外，新行标《城市供水水质标准》（CJ/T 206-2005）和新国标《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）也开始提出控制饮用水氨氮浓度的标准。

这必将会带来传统饮用水技术的变革，一是考虑增加生物预处理工艺，改善原水水质；二是强化常规工艺的生物处理功能，持续发挥生物预处理的生物降解作用，在有效去除氨氮的基础上，强化对有机物（COD Mn）的去除等。

1 生物预处理工艺生物预处理是目前解决饮用水中的氨氮问题最有效和最经济的方法。

生物预处理是在常规处理之前进行生物处理，该工艺不仅能去除60％～90％的原水氨氮，而且对水中有机物（COD Mn、TOC 等）、浊度、色度和锰等均有一定的去除效果，减少消毒副产物的生成量和保证饮用水的生物稳定性。

生物预处理的工艺型式较多，下面主要对目前应用较多的悬浮球工艺、曝气生物滤池工艺分析和总结如下：（1）悬浮球生物接触氧化池该工艺以悬浮球体作为生物载体。

球体的大小和形状多种多样，如10 cm 圆球和2 cm 斜切面柱体等。

目前，已应用于浙江海宁第二水厂（处理规模10 万m3/d）、桐乡果园桥水厂（处理规模8 万m3/d）、平湖古横桥水厂（处理规模5 万m3/d）等。

该工艺：①可依据降解的污染浓度要求，调整球体的大小和填充比例，增加生物量。

②泥量较少，运行管理简单、方便，对自动化控制程度的要求不高。

③处理效果受水温的影响较大，水力停留时间长，占地面积大。

④为保持球体的悬浮运行状态，需维持一定的气水比要求，能耗较高。

⑤每个池的出水断面处易出现悬浮球的堆积问题，日晒后，球易老化破损。

⑥水质较好时，悬浮球上易生长螺丝或壳类生物，增加其比重。

曝气生物滤池（BAF）技术已被引入给水处理领域，并逐渐成为对氨氮原水进行生物预处理的有效手段之一。

采用BAF 具有占地面积小、处理效果好、抗冲击负荷能力强、能耗省、填料经久耐用等优点。

BAF 的处理效果与填料类型和工艺运转方式有着密切的关系，保证填料的比表面积大、单位容积生物池的生物膜量与膜活性高是其处理效果高的根本原因。

基于不同的填料选择，及与之配合的配水配气方式、生物膜更新方式、排泥方式等组合的工艺型式，BAF 的应用和发展日渐成熟和丰富。

（2）BIOSMEDI 滤池国内，在采用轻质滤料的BAF 中具有代表性的是上海市政工程设计研究院开发的BIOSMEDI滤池。

目前，已应用于上海徐泾水厂（处理规模7 万m3/d）等。

该滤池以轻质发泡塑料珠为过滤介质，大小为5 mm，价格约500 元/m3。

滤层厚度一般为2 m～3 m，气水同向升流式运行。

滤池的反冲洗周期48 h，反冲洗时间15 min，最大冲洗强度可达到100 L/(m2·s)，运行能耗低。

采用不锈钢穿孔管进行曝气。

BIOSMEDI 滤池，由于滤料较轻，正常运行时滤料呈向上压实状态，滤池顶部设有格网或滤板以防止滤料的流失，出水经顶部出水装置进入上部清水区后排出。

反冲洗采用脉冲冲洗方法。

反冲洗时首先关闭进水阀和曝气管，打开滤池下部的反冲进气管把气室中的大部分水压出，形成一定高度的气垫层，然后打开放气阀把气垫层中的空气瞬时排空，这时上部滤层中的水由上而下快速进入气室，把被压实的滤料冲散，滤料得到清洗，反冲出水从滤池底部排出，如此反复几次就可达到有效清洁滤料的目的。

冲洗过程中可以发现，在瞬时强烈向下的水流作用下，滤层中会出现强烈的扰动，冲洗较为彻底，且在冲洗过程中，耗水、耗气量较少。

该滤池：①轻质滤料为工业原料，来源广泛、化学稳定性好、价格便宜。

②轻质滤料粒径均匀，孔隙率大，滤层水头损失小，可降低反冲洗频率；且对浊度的截留率较低，在流程上有利于与后续混凝沉淀相配合。

③只需要工艺曝气，保证生物呼吸所需要的氧和促进生物膜的更新，充氧效率较高，简单的穿孔曝气即可满足要求，工程投资较省。

④冬季低温期的处理效果较差。

（3）SAF 滤池该滤池是由美国水环纯水务集团（Severn Trent Services, STS）公司设计的浸没式固定膜好氧生物反应池（SAF 滤池）。

目前，已应用于浙江嘉兴亭子桥水厂（处理规模2.5 万m3/d）等。

该滤池的设计值为，水温10℃时，NH3 由10 mg/L 降至0.5 mg/L。

滤料为天然卵石，粒径25mm～40 mm，圆整度0.8，孔隙率40％，价格400 元/吨（未加进口运费）。

滤层厚度6.1 m，滤料层空隙停留时间45 min，气水同向升流式运行。

气水比2.5∶1，单池配曝气鼓风机。

排泥周期20 h～48 h，时间3 min，穿孔管排泥。

曝气系统为高密度水泥和高强度的PVC 构铸件形成的水气分布块—“T”型砖，起到支撑滤料和均匀配水配气的作用。

水气分布块四周布置成4 mm 的均匀间隙，过水断面积占总面积的4％（比有嘴曝气大3 倍），曝气均匀。

滤池进水和排泥同管。

该滤池：①滤料坚硬耐腐蚀，长期使用，无需补充。

②卵石间空隙较大，不需要反冲洗，需定期排泥。

③为保证水中悬浮物和脱落的生物膜不堵塞滤池，主要是通过足够的气水比，大气量运行，因而能耗较高。

④对高浓度氨氮原水的处理效果较好，抗冲击负荷能力强。

（4）二级曝气生物滤池目前，国内应用较多的主要是从法国得利满公司引入的用于污水处理的二级BAF，如大连马栏河污水处理厂（处理规模12 万m3/d）、厦门篔筜污水处理厂（处理规模30 万m3/d）等。

二级BAF 均采用气水同向升流式运行。

一级BAF（C/N 池）主要是去除含碳有机物及进行硝化；二级BAF（N 池）主要是去除氨氮进行硝化。

为防止滤层堵塞，BAF 前配有S3D 池和2 mm的细格栅，S3D 池具沉砂、隔油、斜板沉淀等功能，其出水的SS 较低。

大连马栏河污水处理厂，滤料为3 mm~6 mm 的膨胀硅铝酸盐，表面呈灰黑色，其中C/N 池滤层厚4 m，粒径偏小值，N 池滤层厚4.5 m，粒径偏大值。

单池面积12×6 m2，C/N 池与N 池一一对应，串联运行，滤速5.8 m/h。

单池配曝气鼓风机。

反冲洗周期36 h，反冲洗时间约34 min，分气、气水同时、水三大阶段，12 小段，全自动控制。

单孔膜和滤头曝气。

冬季低温期，仍可到NH3<0.2 mg/L 的出水水质。

厦门篔筜污水处理厂，为满足脱氮除磷的要求，在二级BAF 前，增设一级升流式厌氧生物滤池（DN 池）和化学药剂投加。

单池面积10.8×10.8 m2。

DN 池采用圆形滤料，粒径4.7 mm；CN－N 池采用粗细二种滤料，粒径4.7 mm 和2.6 mm。

DN－CN－N 池的反冲洗周期分别为6 h、13h 和23 h，反冲洗时间80 min。

运行电耗0.45 kWh/m3。

曝气鼓风机集中布置。

为保证曝气的均匀性，每个滤池的曝气管上都安装有流量计。

厂内的设备较多，共2800 多台，其中1300 多台是进口设备，1400 多台是国产设备。

工艺运行对自动化的控制程度要求较高，控制点多达16000 多个。

此外，广州市自来水公司和华南理工大学还合作开发了一种叠式二级曝气生物滤池工艺（已申请国家专利技术），即初级的降流式大颗粒滤池和第二级的升流式曝气生物滤池组合工艺用于给水处理。

初级滤池设置的目的主要是为了保证第二级滤池的高效运行拦截悬浮物质，防止堵塞。

该工艺：①出水水质稳定，可靠性高、处理效果好。

②冬季低温期具有较强的耐受能力。

③停留时间短，占地面积小。

④机电设备较多，运行管理复杂，自动化控制程度要求高。

如何优选适合的生物预处理工艺型式，将主要是结合水源水质特点、污染物浓度、后续工艺情况、用地情况、人员素质等展开。

2 强化生物处理的常规工艺目前，我国近80％的给水厂采用“混凝－沉淀－过滤－消毒”的常规处理工艺，净水构筑物的设计一般均以建设年代的水质标准为基础，工艺水平主要表现为对水中浊度和细菌病毒的去除。

随着水源的富营养化和水质标准的提高，常规工艺的局限性也日渐突出的暴露出来。

因此，增加生物预处理工艺，如何实现其与常规工艺过程的协调统一，借助生物预处理工艺出水中含有的大量生物菌，强化常规工艺对氨氮和有机物的去除效果，最大限度地发挥生物降解作用，也是需要进行深入细致研究的课题。

下面将主要探讨如何实现生物预处理工艺与常规工艺的有机结合，通过在强化生物处理的常规工艺部分，引进新的净水工艺以及对原有工艺进行改造，强化其悬浮物去除和增加生物降解功能等，建立以生物处理为主线的饮用水净化处理技术体系。

2.1 强化混凝－沉淀的浓缩污泥回流工艺为进一步改善混凝－沉淀条件和增加生物降解功能，可考虑增加浓缩污泥回流工艺，如高密度澄清池工艺等。

该工艺是在常规混凝－沉淀的基础上，通过有机高分子助凝剂的应用，部分回流经过浓缩后的污泥至机械混和前，与原水和混凝剂充分混合，改善混凝条件，提高沉淀和生物处理效果。

其结构布置紧凑、停留时间短、对水源波动的适应好、可消除污泥处理的回流水对净水工艺的影响、兼有污泥浓缩功能，排出的泥水不需要浓缩即可直接脱水，特别适用于场地条件较为紧张的水厂建设和改造。

对该工艺的应用需开展：（1）优化池体设计。

根据水源水质特点合理设置混合－絮凝－沉淀各区间的反应时间，通过回流污泥的生物絮凝作用进一步强化其对污染物的沉降去除和生物降解作用。

（2）优化对混凝剂、助凝剂和回流污泥的自动控制，建立三者间与出水浊度、NH3 和COD Mn 的平衡变化关系，合理确定三者的投加方式、投加点和投加量，实现依据原水水质和水量变化对药剂投加和污泥回流的自动控制，获得稳定的处理效果。