上海惠南水廠位于上海市南匯區，以大治河作為取水水源，由于沿途工業廢水和生活污水的排人，大治河的水質達不到生活飲用水水源水質標準的二級標準（CJ3020-1993）（見表1）。為此，水廠在常規處理的基礎上增加了生物接觸氧化池。本文就惠南水廠生物接觸氧化池的處理效果及對常規處理工藝的影響進行了研究總結。
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表1 水源水水質和CJ3020-93二級標準的比較
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項目
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原水
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CJ3020-93二級標準
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濁度/NTU
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30～60
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色度/度
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30～70
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不應有明顯的其它異色
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pH值
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7.6～7.7
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6.8～8.5
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溶解氧/(mg·L-1)
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2.0～5.0
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氨氮/(mg·L-1)
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1.5～4.0
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≤1.0
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亞硝酸鹽/(mg·L-1)
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0.1～0.15
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鐵/(mg·L-1)
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1.50～1.90
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≤0.5
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錳/(mg·L-1)
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1.30～1.80
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≤0.1
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ρ(CODMn)/(mg·L-1)
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5.41～6.50
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≤6
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1 接觸氧化池的設計參數
設計能力：12×104m3/d，分2座，單池設計能力6×104m3/d，平面尺寸為76.9m×17.2m，其內分成獨立的2格。有效水深4.2m，水力停留時間1.45h。
填料：YDJ彈性波紋立體填料，規格φ173×3500，φ173×3000（主要用于出水渠下）2種，布置為中密度，呈梅花形組裝（3.0～3.5kg/m3）。曝氣器采用KBB型微孔曝氣器，平均孔徑70～80μm，單個曝氣器空氣流量為0.6～0.9m3/h，服務面積0.5m2/個，充氧效率5.0kg/(kW·h)。鼓風機房設有4臺BE200三葉羅茨鼓風機，其中3臺風量為46.1m3/min，1臺風量為30.7m3/min，風壓均為59kPa。
另外每格接觸氧化池底部設DN200穿孔排泥管24根，頂部設水力沖洗裝置。
2 接觸氧化池的運行
2.1 生物膜的培養
生物膜培養采用自然掛膜法。生物膜培養時間持續3周，培養期間每天取樣2次。接觸氧化池水溫在27～31℃。進、出水水質變化如表2所示。由表2可見，在掛膜階段，生化池對NH3-N、濁度、色度等均有較好的處理效果，其中以NH3-N的效果最為明顯。
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表2 生物膜培養階段水質變化
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指標
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進 水
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出 水
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濁度/
NTU
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色度/
度
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ρ(NH3-N)/
(mg·L-1)
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ρ(CODMn)/
(mg·L-1)
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濁度/
NTU
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色度/
度
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ρ(NH3-N)/
(mg·L-1)
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ρ(CODMn)/
(mg·L-1)
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范圍
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7.5～67
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30～70
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1.24～3.92
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5.45～8.39
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5～38.5
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26.3～42.2
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0～1.68
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5.02～7.39
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平均
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31.9
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39.8
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2.45
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6.76
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16.8
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32.8
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0.51
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6.21
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去除率/％
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47.34
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17.59
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79.18
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8.14
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圖1是生物膜培養階段NH3-N去除率變化曲線。由圖1可見，在培養的初期NH3-N去除率與培養時間成正比，隨時間的延長而迅速提高，至第3天時，去除率已達70%以上，如生物膜成熟以NH3-N去除率達到70%以上為標準。則可以認為運行至第3天時生物膜已培養成熟。
2.2 氣水比的控制
水中保持足夠的溶解氧對保證生化池的處理效果是十分必要的。當水中溶解氧不足時，會影響微生物的新陳代謝，從而影響處理效果，因此，一般情況下，氣水比應控制在0.69:1，冬季可采用1.15:1。從運行情況可知，在溫暖季節，控制氣水比0.69:1時，水中溶解氧為6～8mg/L，可以滿足微生物新陳代謝的需要。
2.3 沖洗方式
為使接觸氧化池填料上附著生長的生物膜加速更新，保持高度活性，應定期對填料進行沖洗。沖洗方式采用曝氣風機局部加大空氣量對填料進行沖洗，每次只對生化池的四分之一的區域進行沖洗，間隔3-5d后，再接著沖洗下一個區域，依次循環，工作周期為10～15d。
2.4 排泥方法及控制參數
生化工藝采用的是穿孔排泥管，其主要特點是排泥管布孔均勻，排泥徹底。通過近兩年的運轉表明，這種排泥方法整體上是成功的，經過近兩年的試驗，生化池的排泥可按以下工藝參數實行。
①前部三分之一：排泥周期24h，排泥歷時1.5～2min；
②后部三分之一：排泥周期48h，排泥歷時1～2min。
3 接觸氧化池的預處理效果
試運行時間16個月歷經春、夏、秋、冬各類季節，接觸氧化池對主要水質指標的處理取得了滿意的效果，達到了預期的目的。預處理效果見表3。
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表3 接觸氧化池預處理效果
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項目
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ρ(NH3-N)/(mg·L-1)
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ρ(CODMn)/(mg·L-1)
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濁度/NTU
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總鐵/(mg·L-1)
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總錳/(mg·L-1)
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色度/度
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進水
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0.19～5.79
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2.72～7.84
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10.50～72.00
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0.01～1.25
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0.03～0.62
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10～70
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出水
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0～1.94
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2.26～6.96
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2.10～60.00
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0～0.61
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0～0.22
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8～50
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去除率/％
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33.0～92.4
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2.35～29.02
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10.53～89.61
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12.10～2.58
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13.24～100
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4.30～51.45
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NO2-在生化池中的變化與生物膜是否處于高效段有很大的關系。試驗期間，當生物膜處于高效段時，硝化菌能將原水中的NH3-N及NO2-轉變為NO3-，使出水中的NO2-小于原水的NO2-，其去除率在1.67%～80%，平均去除率為53.47%；當生物膜活性較低時，處理效果下降，NO2-出水濃度則可能小于進水濃度，也有可能大于進水。
總的看來，生物預處理是綜合改善微污染水源水質的有效途徑，能有效去除微污染源水中的氨氮、鐵、錳、濁度、色度，降低水源水中有機污染物（CODMn）等。據國家城市水質監測網上海監測站檢測，在30項原水指標中，經生物處理后，有18項指標得到了改善。
4 生物預處理對常規凈水工藝的影響
4.1 對水處理效果的影響
生物預處理的目的是為了去除常規水處理中較難處理或處理成本很高的污染物質，如氨氮等。惠南水廠采用生物接觸氧化作為預處理后，對出廠水主要污染指標有了很大的改善，平均濁度從0.79降至0.63，且有70%的時間在0.5度以下。從2000年11月以來，濁度全部低于0.5度。平均出水色度從11.6度降至5.95度，降低5.65度，且有68.2%的時間小于5度。進入2000年11月以來，在正常情況下，色度低于5度。增加接觸氧化池前后主要污染物的去除車見表4。
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表4 增加接觸氧化池前后主要污染物去除率的比較
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項 目
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CODMn/％
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NH3-N/％
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濁度/％
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色度/％
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處理前（平均值）
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15～37.27（22.59）
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（18.2）
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82.1～9.6（96.5）
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40～85.7（67.9）
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處理后（平均值）
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28.09～48.75（38.04）
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69.8～95（92.9）
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86.7～99.95（97.8）
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57.1～96（8.4）
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比較結果（平均值）
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提高15.45個百分點
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提高78.7個百分點
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提高1.3個百分點
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提高16.5個百分點
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5 預處理對制水費用的影響
5.1 降低了加礬的費用
由于生物處理可以去除水中部分懸浮顆粒和膠體物質，同時降低受有機污染物影響的膠粒的ζ電位，使膠粒在混凝時更易脫穩，從而降低混凝劑的投加量。攪拌試驗結果表明，經接觸氧化預處理的原水在同樣出水濁度下，可節省30%左右的投加量，而16個月的運行表明，采用生物預處理后，混凝劑（液體堿式氯化鋁）的投加量，由原來的27.63mg/L降至24.68mg/L，降低用量10.68%，液體堿式氯化鋁價格按2200元/t考慮，成本降低0.65分/m3，且投加量的變化幅度大大減少，使運行管理更加方便。
5.2 減少了加氯費用
在采用生物預處理以前，加氯量為6.97mg/L，采用生物預處理后，加氯量為6.17mg/L，單位體積的用量減少11.48%，液氯價格按2500元/t考慮，成本降低0.20分/m3，且由于氨氮的大幅度下降，出廠水中余氯控制的穩定性大大提高。
5.3 增加了電費
接觸氧化預處理以1臺BE200三葉羅茨風機供氣，其風量為46.1m3/min，風壓59kPa，額定功率75kW，如1kw·h按0.76元計，產水量以10×104m3計，則每立方米水增加的費用為75×24×100×0.76/(10×104)=1.368分/m3。綜合上述3項費用，采用接觸氧化預處理后運行成本增加了1.368-0.65-0.20=0.518分/m3。
6 結論
通過近兩年的試驗，可以得到以下結論：在水溫為27～30℃之間，接觸氧化池的生物膜經過了3d的自然培養就可成熟。微污染原水通過接觸氧化預處理后，NH3-N，色度，CODMn，濁度，鐵，錳的去除率分別為78.7%，24.13%，12.36%，64.43%，48.64%，69.3%，對原水水質有明顯的改善；整個制水工藝的NH3-N，CODMn去除率的百分點分別提高78.7和15.45。而每立方米自來水的制水費用只增加了0.518分錢。
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