微污染水源水预处理技术_生物接触氧化法_杜鑫

陈代谢活动，对水中的有机污染物、氨氮、亚硝酸盐及铁、锰等无机污染物进行初步去除，这样既改善了水的混凝沉淀性能，使后续的常规处理更好发挥作用，也减轻了常规处理和后续深度处理过程的负荷，延长过滤或活性炭吸附等物化处理工艺的使用周期和使用容量，最大可能地发挥水处理工艺整体作用，降低水处理费用，更好地控制水的污染。目前生物预处理工艺主要有生物滤池、生物流化床、生物活性炭、生物转盘以及生物接触氧化法。生物接触氧化法是生物预处理工艺中一种有代表性、研究较深入和应用较多的类型。本文仅就生物接触氧化法预处理微污染源水工艺作一介绍。

２　生物接触氧化法的发展过程

生物接触氧化法又叫淹没式生物滤池，是一种介于活性污泥法和生物滤池之间的生物膜法工艺，主要由池体、填料、布水装置和曝气系统４部分组成。

将生物接触氧化法工艺用于污染原水的净化，是由日本小岛贞男博士于１９７１年研究成功。他提出了用浸没式生物膜接触氧化装置来预处理多摩川河水的方案，浸没水中的微生物膜载体——填料用塑料蜂窝斜管，在水中人工通入空气充氧，取得了良好的去除污染效果。２０世纪７０—８０年代初，日本进行了大量的生物处理原水的工程实践［１］。

生物预处理用于给水中的研究在国内正在不断发展、深化。２０世纪８０年代国内清华大学、同济大学和中国市政工程中南设计院等单位对微污染源水生物接触氧化预处理技术进行了系统的实验和研究，取得了很好的效果，表明这种方法是一种行之有效的方法。近年来，国内许多自来水厂已开始采用该工艺对微污染源水进行预处理。结果表明，生物预处理对氨氮有较好的去除效果，去除率在８０％以上，ＣＯＤＭｎ　去

微污染水源水预处理技术——生物接触氧化法

杜鑫 张维佳 徐乐中 苏州科技学院环境科学与工程学院 ２１５０１１

１　前言

我国水源普遍存在着溶解性有机物增多、ＮＨ４＋－Ｎ浓度高、水体有异味、色度增高、藻类大量繁殖等问题。由于传统的常规净水工艺系统很难去除受污染的原水中有害人体健康的污染物，并且其强化氯化消毒工艺过程还可能产生许多卤代有机物，其中有许多为致癌、致畸、致基因突变的物质。因此，对饮用水源中微污染状况进行系统普查，并据此采取合适的在传统工艺基础上的预处理是当前供水企业的理想选择。

生物预处理是借助于微生物群体的新

除２０％～３０％，浊度去除５０％左右［２］，达到了预处理的目的，减少了混凝剂的投加量。

３　生物接触氧化法去除污染物效果分析

生物接触氧化预处理工艺能去除常规方法不能去除的污染物，对污染原水中可生物降解的有机物、合成有机化合物、氨氮、硝酸盐、色度、嗅味、浊度、藻类以及铁、锰等均有良好的去除效果。

３．１　氨氮和亚硝酸盐氮的去除

生物接触氧化池内同时存在着两种主要的生物作用：一是生物硝化作用，一是有机物的生物氧化作用。在净水厂中创造富集好氧微生物的有利条件，在亚硝化杆菌和硝化杆菌的作用下进一步把微污染源水中含氮有机物硝化合成ＮＯ２－和ＮＯ３－；最后完成有机物的无机化过程。

生物接触氧化法对ＮＨ４＋－Ｎ去除效果很好。同济大学采用弹性立体填料生物接触氧化法，用橡皮膜片式微孔曝气器进行充氧，于１９９３～１９９４年在宁波梅林水厂进行了３６０ｍ３／ｄ的中试研究。在池水停留时间１．２～２ｈ，气水比（０．５～０．７）：１的条件下，氨氮和亚硝酸盐氮的去除率在夏秋原水水质差时期一般均达到８０％～９０％以上［１］。

３．２　可生物降解有机物、色度、嗅味的去除

微污染源水以一定的流速流经接触氧化池中的填料时，与填料上长满的生物膜接触，通过生物膜上微生物自身的生命活动降解去除水中可生化的有机污染物。对有机物进行生物降解的主要是异养菌，异养菌通过氧化分解和合成作用，降解水中的有机物。

污染原水中产生色度的主要物质是腐殖质、藻类及其腐败物；嗅味的有机源包括活性的或降解的微生物、腐烂的植物及合成有机物，高氨氮也能引起水中嗅味。色度的去除在一定程度上反映了水中有机物及嗅味的去除。

３．３　藻类的去除效果

生物处理除藻类可能主要依赖于以下作用：生物膜的吸附、附着，微生物的氧化分解，原生动物等的捕食作用，脱落生物膜对藻类的生物絮凝、沉淀作用，其机理有待于进一步的研究。据有关研究表明，饮用水中的致突变物与藻类有关。而生物接触氧化法预处理就可有效地去除富营养水体中的藻类。此外，气水比和水温也影响藻类去除效果。供气量增大，水温升高，均可提高藻类去除率。

４　生物接触预化预处理工艺水质净化的主要影响因素

影响生物接触氧化工艺水质净化效果的主要因素有原水水质、水温、气水比、水

力停留时间、ｐＨ值、填料类型等。

４．１　原水水质

生物接触氧化工艺对有机物的去除主

要是源水中溶解性可生物降解有机物，由

于原水中溶解性可生物降解有机物的比例

并不高，影响了有机物去除效率的进一步

提高。而且过高的有机物浓度会使生长速

率较高的异养菌迅速繁殖，生长速率低得

多的硝化细菌则受到抑制，使硝化速率降

低，影响了氨氮的去除率。

４．２　水温

温度对微生物原水生物预处理工程中

的微生物有着较大的影响。好氧微生物的

适宜温度范围是１５￣３５℃，一般水温低于１５℃时，将对生物预处理的净化效果产生一

些不利影响，为此为了保证生物预处理池

的去除效果，常采用增加水力停留时间的

方法来达到目的。在温度较高的夏季，生物

预处理的效果很好；而在冬季水温较低，生

物膜的活动性受到抑制，处理效果受到影

响。

４．３　气水比

生物接触氧化预处理池内的溶解氧已

经能够充分满足生物膜生长的需要，但气

水比的大小却对生物膜的生长起着重要的

作用。因为较高的气水比一方面可以提供

充足的溶解氧，保证微生物对氧的需求；另

一方面，上升的气泡以及由其上升所引起

的水的流动都会对生物膜的表面形成较大

的冲刷作用，提高池内水流紊动程度，以利

污染物、生物膜和氧气的充分接触，保证传

质效果。但气水比过高会对生物膜造成强

烈的冲刷，造成生物膜流失，这对世代周期

长的硝化细菌极为不利；另外气水比过高会增加能耗，在经济上考虑是不可取的。因

此气水比是生物接触氧化工艺的一个重要

控制参数。虽然填料对气泡有较好的切割作用，但为了保证下部填料表面生物膜所需的溶解氧，在设计时还应适当选用偏大的气水比。国内试验和生产性应用采用气水比多数为０．８：１～１．５：１［２］。４．４　水力停留时间（ＨＲＴ）ＨＲＴ是影响污染物去除率的重要参数，微生物对机制的降解过程必须有一定的接触反应时间作为保证，水力停留时间越长，处理效果越好，反之效果越差。对微污染水来说，停留时间过长可能使微生物出于内源呼吸状态，从而影响处理效果。停留时间短，其紊流剪切作用有助于控制生物膜厚度，改善传质。过短的停留时间会造成水力冲刷太大，生物膜流失从而降低了生物处理的净化效果。应根据实际情况选择合适的停留时间。４．５　ｐＨ值硝化反应是一个耗碱的过程，其适宜的ｐＨ范围为７．０～８．５，超出其适宜范围，硝

化细菌的活性便急剧下降，降低氨氮的去

除效果。合肥市四水厂预处理运行结果表明：ｐＨ值大于８．４时，氨氮的去除率急剧下降。生物预处理池进水的ｐＨ值应控制在６．５～８．５之间［３］。４．６　填料类型目前国内外生物预处理工艺都大同小异，区别之处就在于生物池内的填料。填料作为生物接触氧化预处理工艺中微生物的载体，它首先决定了生物处理反应器内附着生长的微生物的量，在一定的水力负荷和曝气强度下，又决定了反应器内传质条件和氧的利用率，从而对工艺处理效果影响很大。５　生物接触氧化预处理工艺的优势和局限性生物接触氧化法具有处理水量大，处理时间短，容积负荷高，对冲击负荷有较强的适应性，耐停运，出水水质较稳定，污泥产率低，运行费用低，占地面积小，运行灵活，操作管理方便等优点，对促进给水事业发展具有普遍和重大的现实意义。生物接触氧化工艺的运行效果受诸多因素的影响，如原水水质、水量及水温的变化、操作管理水平的高低、填料本身的理化性质等。特别是水温对ＮＨ４＋－Ｎ去除有较大的影响，当水温低于５～８℃时，ＮＨ４＋－Ｎ去除率较低。另外，与物化处理设备相比，生物处理需要进行生物挂膜，所以需要更长的启动时间。生物预处理工艺出水对人体健康的影响，还有待进一步研究。生物处理中的微生物活性产物，如内毒素、溶解的微生物产物（ＳＭＰ）

，及未完全降解的有机化合物等对健康的影响尚不清楚。目前还不能肯定生物处理出水中是否含有内毒素。６　结语

在加强水源保护的同时，鉴于我国水源污染现状，传统水处理工艺已不能保证出水水质要求，对传统的处理工艺进行改进，将生物接触氧化处理技术引入给水处理工艺流程，已经逐渐成为处理微污染源水、

改善饮用水水质的有效手段。精度三维采集费用。

２．４　新增可观油气地质储量，明确了增储建产的方向

新三维地震资料的成功应用，解决了困扰油田多年的构造问题，０７年利用新构造图，结合油藏精细认识，在Ｌ３区块发现了西山窑组油藏，新增探明储量３８０万吨。同时在油田内部三间房组发现多个未动用小断块，面积总计１．０ｋｍ２，未动用石油地质储量３２０万吨；在油田南部新增含油面积

１．７ｋｍ２

，预测新增石油地质储量超过３００万吨。在油田外围北部重新落实的陵北５构造圈闭群，圈闭面积总计５．０ｋｍ２；在油田深层下侏罗纪和三叠系１２个圈闭，面积总计３５ｋｍ２，预测资源量近亿吨。另外油田内部小断层的精细落实及断裂系统的逐步完善，推动了对三间房油藏的动用程度重新认识，为二次开发井网重构提供依据。

２．５　提高了地震资料解决开发问题的能力

（１）钻井和高精度三维地震解释构造深度误差均在１０ｍ以内，相对误差＜３‰。应用钻井资料编制的砂岩厚度图和地震反演储层预测砂岩厚度图对比表明，地震反演储层预测砂岩厚度平面展布特征基本一致，在储层预测误差允许范围之内，能够满足油藏精细描述及二次开发需要。

（２）首次将多子波地震道分解与重构新技术应用于小断层解释。图６是多子波重构前后地震剖面对比图。

（３）首次将谱分解相位调谐体应用于小断层识别，效果显著。图７是相位调谐体识别小断层图。

３　结论

高精度三维地震有利于准确构建油田地下地质格架体系、提升油藏地质特征认识水平、发现油田内部及周边油气储量，是老油田稳产必须推广应用的数字地震技术。丘陵油田高精度地震采集、处理、解释和油藏开发一体化联合攻关模式，是富油凹陷精细勘探、油田二次开发必须遵循的三维地震技术路线。丘陵高精度三维实施过程中积累的技术与经验，必将提升高精度三维地震在精细勘探和油田二次开发中的应用水平和效益。