深圳市飲用水源來自3座水庫，都已受到不同程度的污染。為提高出水水質，滿足現行的35項飲用水水質標準及1992年國家建設部提出的《城市供水行業2000年技術進步發展規劃》中一類水司的88項水質指標要求，進行了多種不同工藝及其組合的試驗。其中采用PWT立體網狀填料作為生物接觸氧化池處理受污染水庫水的試驗連續進行了12個月，取得了滿意的效果。
1 填料
PWT型立體網狀填料采用改性親水性聚丙烯材料經微機控制機械加工而成。圖1為填料立體圖。填料單體用兩根中心繩串接，單體間豎向間距h采用45mm和70mm兩種形式。
PWT填料具有如下特點：
①采用機械化生產制作，對保證填料的質量提供了必要條件，避免了手工操作產生的誤差；
②填料在空間上分布均勻，布氣布水性能良好，有利于傳質；
③填料單位組裝間距可調，間距越小比表面積越大，實際使用中可根據原水水質狀況合理確定；
④填(tian)料單體短絲向下(xia)，能夠對由下(xia)而上的氣泡(pao)加強切割作用，提高充氧效率(lv)。
2 試驗方法
2.1試驗裝置
試(shi)驗設備采用鋼結構。平面(mian)尺寸2m×0.4m×0.4m，結構高(gao)度(du)(du)4.19m，填料區高(gao)度(du)(du)2.95m，二級串聯穿孔管曝氣，斗(dou)底排泥。采用轉子流量計(ji)進行水(shui)、氣計(ji)量。圖2為試(shi)驗裝置。
2.2試驗用原水
試(shi)驗期間采用了3座水庫水進行試(shi)驗，其水質(zhi)詳見表1。
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表1 試驗用原水水質
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水質指標
|
水庫A
|
水庫B
|
水庫C
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最大值(zhi)
|
最小值
|
平(ping)均(jun)值
|
最大(da)值
|
最小(xiao)值
|
平均值
|
最大(da)值(zhi)
|
最小值(zhi)
|
平(ping)均值
|
|
|
水溫(wen)（℃
|
30.0
|
13.8
|
22.5
|
31.3
|
24.0
|
27.1
|
29.0
|
26.5
|
28.3
|
|
|
PH
|
7.03
|
6.00
|
6.64
|
7.64
|
7.04
|
7.27
|
6.97
|
6.72
|
6.87
|
|
|
色度（度）
|
80
|
13
|
32
|
42
|
19
|
24
|
35
|
10
|
21
|
|
|
濁(zhuo)度(du)（NTU）
|
51.00
|
2.70
|
7.71
|
29.40
|
4.64
|
8.23
|
11.70
|
4.09
|
6.93
|
|
|
嗅閾值
|
60
|
6
|
26
|
30
|
12
|
19
|
60
|
40
|
52
|
|
|
氨氮(dan)（mg/L)
|
4.03
|
0.16
|
1.95
|
0.44
|
0.04
|
0.11
|
0.26
|
0.01
|
0.09
|
|
|
高錳酸鹽指數（mg/L）
|
6.05
|
2.01
|
3.16
|
4.87
|
2.13
|
2.79
|
3.65
|
1.77
|
2.64
|
|
|
亞硝酸鹽氮（mg/L）
|
0.790
|
0.020
|
0.202
|
0.094
|
0.006
|
0.038
|
0.089
|
0.006
|
0.029
|
|
|
藻類（104個/L）
|
1.696
|
70
|
472
|
1598
|
256
|
483
|
3800
|
57
|
771
|
|
|
錳（mg/L）
|
0.94
|
0.09
|
0.27
|
0.99
|
0.06
|
0.26
|
0.41
|
0.09
|
0.20
|
|
|
UV254
|
0.0826
|
0.0645
|
0.0744
|
|
|
|
|
|
|
|
|
由表1可知，三座水庫色度、濁度、嗅閾值、氨氮及藻類等水質參數相差較大，因而其試驗結果有一定的廣泛意義和代表性。
2.3 試驗運行
中試裝置設在深圳市，從1997年12月初至1998年12月底連續運行一年多。處理水量1.0～1.6m3/h，氣水比1∶1～0.56∶1，水溫13.8～31.3℃，填料水力負荷1.06～1.70m3/(m3·h)。斗底排泥，排泥間隔7d。
試驗期間原水為中性偏酸性，未對處理效果產生不良影響。
3 試驗結果與分析
3.1不同填料間距的凈化效果對比
試驗選用了(le)2種(zhong)填料(liao)間距，其運(yun)行工況如(ru)表2，凈化效果見表3。
|
表2 不同填料間距的運行工況
|
|
填(tian)料間距（mm）
|
水力負荷[m3/m3.h)]
|
氣水比
|
|
70
45
|
1.06～1.27
1.06～1.70
|
0.83～1.00
0.57～0.83
|
|
|
表3 不同填料間距去除效果
|
|
項目
|
填料間距（mm）
|
進水
|
出水
|
去除率（%）
|
|
水溫（℃）
|
45
70
|
31.3
26.0
|
21.3
13.8
|
26.9
18.7
|
|
|
|
|
|
|
|
PH
|
45
70
|
7.03
7.46
|
6.21
6.48
|
6.65
6.90
|
7.22
7.51
|
6.28
6.57
|
6.77
6.87
|
|
|
|
|
嗅(xiu)閾值(zhi)
|
45
70
|
60
25
|
25
6
|
40
12
|
40
15
|
6
6
|
17
7
|
80.0
50.0
|
33.3
0.0
|
56.7
45.0
|
|
氨(an)氮*（mg/L）
|
45
70
|
2.73
3.94
|
0.55
0.44
|
1.68
2.32
|
0.32
1.20
|
0.07
0.08
|
0.17
0.58
|
94.5
94.1
|
84.5
63.1
|
89.6
75.2
|
|
高錳酸(suan)鹽指數（mg/L）
|
45
70
|
4.87
3.86
|
1.85
2.58
|
2.97
3.01
|
3.52
3.62
|
1.47
2.07
|
2.27
2.66
|
57.8
23.3
|
7.2
1.2
|
23.4
11.5
|
|
錳（mg/L)
|
45
70
|
0.52
0.99
|
0.11
0.08
|
0.27
0.30
|
0.21
0.62
|
＜0.05
＜0.05
|
0.11
0.16
|
89.6
74.3
|
35.3
0.1
|
60.1
46.3
|
|
色度(du)（度(du)）
|
45
70
|
80
42
|
13
19
|
31
32
|
44
26
|
8
15
|
17
20
|
62.5
57.1
|
26.7
5.3
|
44.8
37.3
|
|
亞硝(xiao)酸鹽(yan)氮（mg/L）
|
45
70
|
0.790
0.280
|
0.009
0.012
|
0.156
0.158
|
0.714
0.176
|
0.001
0.002
|
0.041
0.099
|
97.1
84.6
|
3.3
-103.8
|
73.9
37.3
|
|
藻類（104個(ge)/L）
|
45
70
|
3800
633
|
72
70
|
847
317
|
360
146
|
9
9
|
90
52
|
94.2
97.0
|
66.1
52.9
|
89.3
83.6
|
|
濁度(du)（NTU）
|
45
70
|
43.50
32.00
|
3.32
4.49
|
7.83
8.39
|
4.81
19.00
|
1.17
2.50
|
2.05
4.66
|
92.9
62.4
|
20.9
18.4
|
73.8
44.4
|
|
UV254
|
45
|
0.0826
|
0.0645
|
0.0753
|
0.0785
|
0.0373
|
0.0657
|
53.8
|
4.0
|
12.7
|
|
注(zhu) *忽略原水氨氮＜0.40mg/L的數據。
|
|
由表3可以看出，45 mm間距填料的預處理裝置在水力負荷較高、氣水比較低的條件下，嗅閾值、氨氮、高錳酸鹽指數、錳、色度、藻類、濁度等方面顯著優于70 mm間距填料的預處理裝置。
3.2 對不同水質的凈化效果
3.2.1有機污染物
采用高錳酸鹽指數作為反映有機物污染程度的指標。試驗期間高錳酸鹽指數一般為2～4 mg/L，少數時候接近5mg/L，平均3mg/L，屬Ⅱ類至Ⅲ類水體。
生物接觸氧化池對高錳酸鹽指數的去除率表現為：隨著生物池運行歷時的增加，去除率逐漸增大，說明生物膜成熟，活性增強；填料間距減少(比表面積增大)，生物膜量增大，去除率升高；去除率亦隨進水濃度的升高而增大。
3.2.2濁度
試驗中原水濁度變化較大，而出水濁度變化范圍遠小于原水。生物接觸氧化對濁度的去除主要靠生物吸附、生物降解和生物絮凝作用，一般運行穩定的生物接觸氧化池可以去除50%左右的濁度，因此生物接觸氧化池不僅能除濁，而且對常規處理工藝實際起到了調節水質的作用。
3.2.3錳
生物接觸氧化對錳的去除效果較好，主要是靠曝氣的作用將Mn2+氧化成Mn4+，并有生物氧化作用。生物接觸氧化裝置出水錳為0.21～0.05 mg/L，平均0.11 mg/L，再經常規工藝處理可達到0.10 mg/L以下。
3.2.4藻類
試驗對(dui)水(shui)(shui)庫(ku)水(shui)(shui)藻(zao)(zao)類(lei)(lei)種屬及在(zai)(zai)水(shui)(shui)庫(ku)中的(de)(de)(de)豎向分布(bu)進行了分析，其藻(zao)(zao)類(lei)(lei)種屬60個左右(you)，以(yi)隱藻(zao)(zao)、針桿藻(zao)(zao)、顫藻(zao)(zao)、蘭纖(xian)維藻(zao)(zao)為(wei)主(zhu)，占總(zong)量的(de)(de)(de)70%左右(you)，其他種屬的(de)(de)(de)藻(zao)(zao)類(lei)(lei)約(yue)占30%。藻(zao)(zao)類(lei)(lei)在(zai)(zai)水(shui)(shui)庫(ku)中的(de)(de)(de)豎向分布(bu)大致為(wei)表層藻(zao)(zao)類(lei)(lei)種屬多(duo)、數量大，沿水(shui)(shui)深的(de)(de)(de)方向逐漸減(jian)少。表4為(wei)生(sheng)物接觸氧化池對(dui)不(bu)同(tong)藻(zao)(zao)類(lei)(lei)種屬的(de)(de)(de)去(qu)除(chu)率，可見其對(dui)不(bu)同(tong)藻(zao)(zao)類(lei)(lei)去(qu)除(chu)率均較高。
|
表4 生物接觸氧化池對不同藻類種屬的去除率
|
|
|
水(shui)樣
|
數量（104個/L）
|
隱藻
|
|
|
|
|
|
|
數量(liang)（104個/L）
|
比例（104個/L）
|
數量（104個/L）
|
比例(li)（104個/L）
|
數量（104個/L）
|
比例（104個(ge)/L）
|
數(shu)量(liang)（104個/L）
|
比例（104個/L）
|
數(shu)量（104個(ge)/L）
|
比(bi)例（104個/L）
|
|
|
原(yuan)水
|
504
|
75
|
14.8
|
15
|
3.0
|
82
|
16.3
|
52
|
10.3
|
280
|
55.
|
|
|
出水
|
42
|
2
|
4.8
|
＜1
|
|
8
|
19.0
|
4
|
9.5
|
28
|
66.7
|
|
|
去除(chu)率（%）
|
91.7
|
97.3
|
＞99
|
90.2
|
92.3
|
90.0
|
|
|
注 1998年5月4日取樣(yang)分(fen)析。
|
|
|
3.2.5 氨氮、亞硝酸鹽氮
生物接觸氧化對氨氮、亞硝酸鹽氮的去除是該工藝的主要目的之一，穩定運行時去除效果較好，氨氮去除率一般為70%～90%，亞硝酸鹽氮去除率大于50%，經后續工藝處理后，能夠滿足飲用水水質標準。當氨氮濃度＞4 mg/L時，提高供氧量，增加水中溶解氧和水力接觸時間是維持和提高處理效率的關鍵。
3.2.6 異臭
使水體產生異臭的主要生物有：放線菌、藻類和真菌。通常水的霉臭由放線菌引起，芳香臭、植物臭(如藻臭、青草臭)、魚腥臭等由藻類引起，尤以藍藻最易使水發生異臭。由于藻類在新陳代謝過程中會分泌發臭物質，當某種藻類大量繁殖時，水中某種發臭物質含量劇增，致使水體帶有某種異臭。異臭物濃度很低的原水通過常規處理后不會產生不適感。
對水異臭狀況的評價常用嗅閾值(TON)，TON是將水樣用無臭水稀釋到剛剛能聞出臭味時的稀釋倍數。TON越大，表示水中發臭物質的含量越高。
水源發生異臭和水溫有密切關系，一般在水溫較高時發生。試驗期間，5月—11月TON一般30～60；12月—來年4月則較低，一般10～20。生物接觸氧化除臭較經濟，不產生副產物，對TON的去除率一般為40%～60%，最高達80%，平均57%。國家對嗅閾值目前尚無具體規定，但一般認為小于8即可滿足要求。試驗結果表明，該工藝是處理異臭水的有效方法之一。
3.2.7色度
生物接觸氧化池對色度的去除率在一定范圍內較為穩定。
3.2.8紫外吸光度
UV254是水樣經0.45mm膜過濾后在254 nm波長下用2 cm比色皿測得的紫外吸光度，主要代表水體中芳香烴化合物的相對量，也可作為THMs前體物的替代參數。試驗表明，對其去除率約為4%～54%，平均13%。接觸氧化工藝對較難降解的芳香烴化合物也有一定的去除效果。
3.3立體網狀填料的運行特點
試驗中，PWT立體網狀填料表現出較好的性能：
①填料上生物膜分布均勻，沒有明顯積泥，未產生堵塞現象。如果填料本身存在空間上的不均勻分布，在密實的地方會產生積泥，會減少有效的生物膜量，并影響配水的均勻，從而降低處理效果。
②運行中不需要反沖洗，可直接排泥。在一年的運行期間，沒有反沖洗過而效果未受影響，實現了連續運行，并節省了反沖洗費用。其他幾種不同形式或不同填料的生物預處理裝置反沖洗需時30～90 min，反沖洗耗水量及反沖洗后初排水水量相當于總處理水量的0.5%～3%。
③充氧效率高。在同樣采用穿孔管曝氣的條件下，較其他填料充氧效率高，接近微孔曝氣。試驗中原水溶解氧0.08～2.14 mg/L，在氣水比0.6∶1的條件下充氧35～40min后，出水溶解氧提高到6.32～8.96mg/L，與微孔曝氣器的充氧效率接近。另外，穿孔曝氣管的制作、維護費用相對較低。
④掛膜期短，在水溫15 ℃左右歷時25～30 d；水溫25～28 ℃僅需10～15d。
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