孫瑞征 阮如新

　　摘要：本文介紹了陶粒生物濾料處理北京團城湖水的試驗結果，探索了水溫低于5℃且有機污染質含量很低時生物處理的可行性，其結果甚為樂觀。

　　1 引言

　　工業化的進程使得原有的天然潔凈水受到不同程度的污染，生活水平及生活質量的提高對飲用水水質的要求不斷完善。近年來有關飲用水的除污染技術發展較快，不少輕度污染及微污染水凈化技術已在工程中得到應用，至今已有的工藝包括物理吸附、化學氧化、光化學氧化、生物氧化等等。目前倍受重視的當屬生物處理技術。
　　生物處理技術是借助于微生物群體的新陳代謝活動，對水中的有機污染物、氨氮或是無機污染質如Fe、Mn等進行有效的處理。這樣既可以改善水的混凝沉淀性能;又可通過可生物降解物質的去除，減少水中“三致”物前驅物含量，改善出水水質;還由于水中有機物及氨氮的減少降低了引起管網水微生物繁殖的有效基質含量，提高水的生物穩定性。

　　2 團城湖水質

　　試驗期間團城湖的水質狀況見表1、表2。

表1 冬季試驗水質（1997.12～1998.1） 水質 COD_cr NH₃—N 濁度 色度 pH 水溫 TOC BOD₅ 嗅閾值 項目 mg/l mg/l NTU ℃ mg/l mg/l 最高值 12.8 0.11 3.64 11 8.50 0.5 6.03 3.4 16 最低值 7.1 0.03 0.98 9 7.90 0.1 3.36 0.3 13 平均值 9.7 0.06 2.02 10 8.20 0.2 3.96 1.7 15

表2 夏季試驗水質（1998.5～1998.9） 水質 COD_cr NH₃—N 濁度 色度 pH 水溫 嗅閾值 藻類 項目 mg/l mg/l NTU ℃ 萬個/l 最高值 14.9 0.24 7.85 18 8.50 29.0 40 1474.0 最低值 5.8 0.04 1.10 5 7.90 20.0 20 68.1 平均值 11.1 0.16 4.61 15 8.25 23.2 25 451.8

　　3 試驗工藝流程

　　3.1 工藝流程
　　生物處理試驗工藝流程見圖1。

　　3.2 主要裝置
　　本試驗的主要裝置為模擬淹沒式生物濾池的生物陶粒柱，具體規格為:Φ100有機玻璃柱，柱體總高3.4m。陶粒粒徑d=2～5mm，厚度1.5m。
　　3.3 設計參數
　　試驗采用的主要參數如下:
　　①水力負荷2.0m³/m²·h，停留時間45.0min。
　　②水力負荷4.0m³/m²·h，停留時間22.5min。
　　③水力負荷6.0m³/m²·h，停留時間15.0min。
　　④水力負荷8.0m³/m²·h，停留時間11.3min。
　　3.4 試驗過程
　　冬季試驗:1997.12～1998.01
　　夏季試驗:1998.05～1998.09。
　　3.5 測定分析項目
　　3.5.1 常規測定項目
　　主要測定進出水中的pH、DO、水溫、TOC、COD_cr、NH₃—N、濁度、色度、BOD₅、嗅閾值等。其中水溫為每日測定；DO、TOC、BOD₅為不定期測定；其它項目一般每周測定2次。均按標準分析方法測定。
　　3.5.2 微量有機物質分析
　　主要是Geosmin、2—MIB的GC—MS定量分析。
　　3.5.3 生物相觀測
　　正常運轉過程中在填料不同深度（0.1、0.5、1.0、1.5m）處分層取樣，進行生物相電子掃描鏡檢或顯微鏡定性觀測。
　　3.5.4 其它項目的分析
　　在對常規項目進行測定及分析的基礎上，本試驗還就生物處理工藝對團城湖水中AOC、BDOC及不同分子量物質的去除情況進行了測定。

　　4 試驗結果

　　4.1冬季時生物處理工藝的運轉效果
　　冬季時生物處理工藝的運轉效果見表3。

表3 冬季時生物處理工藝的運轉效果 水力負荷 2.0 4.0 去除率（％） （m³/m²·h） （m³/m²·h） COD_cr 29.5 27.3 NH₃—N 50.0 50.0 濁度 70.9 66.5 色度 25.7 20.6

　　4.2 夏季時生物處理工藝的運轉效果
　　夏季時生物處理工藝的運轉效果見表4。

表4 夏季時生物處理工藝的運轉效果 水力負荷 2.0 4.0 6.0 8.0

去除率（％） （m³/m²·h） （m³/m²·h） （m³/m²·h） （m³/m²·h） COD_cr 34.9 35.4 31.3 23.0 NH₃—N 62.5 76.9 68.8 50.0 濁度 73.1 85.1 84.6 79.6 色度 28.6 44.4 33.3 20.8 嗅閾值 / / 50.0 50.0 藻類 / / 64.1 /

　　4.3 生物處理工藝對Geosmin及2—MIB的去除
　　生物處理工藝對Geosmin及2—MIB的去除效果見表5及表6。

表5 Geosmin的平均去除效果 水力負荷 原水 出水 去除率 水溫 （m³/m²·h） （ng/l） （ng/l） （%） （℃） 6.0 1.21 0.76 37.2 23.5

表6 2—MIB的平均去除效果 水力負荷 原水 出水 去除率 水溫 （m³/m²·h） （ng/l） （ng/l） （%） （℃） 6.0 2.12 0.27 87.3 23.5

　　4.4 生物處理工藝對嗅閾值的去除
　　生物處理工藝對嗅閾值的去除效果見表7。

表7 嗅閾值的平均去除效果 水力負荷 原水 出水 去除率 水溫 （m³/m²·h） （%） （℃） 6.0 24 12 50.0 26.0 8.0 24 12 50.0 23.0

　　4.5 生物處理工藝對AOC、BDOC及不同分子量物質的去除
　　生物處理工藝對AOC、BDOC及不同分子量物質的去除效果見表8。

表8 AOC、BDOC及不同分子量物質的去除效果 項 目 原水 出水 去除率 水溫 （%） （℃） AOC（μg/l） 540 293 45.7 26.0 BDOC（mg/l） 1.74 0.61 64.9 26.0 分子量＜10萬 3.98 2.08 47.7 26.0 分子量＜1萬 3.37 1.66 50.7 26.0 分子量＜500 1.69 0.75 55.6 26.0

　　5 幾點認識

　　5.1 生物處理對溫度的適用范圍
　　以往人們通常認為，當水溫在5℃以下的時候，生物處理是基本無效的。然而本試驗的結果表明，當水溫在1℃以下、水力負荷≤4.0m³/m²·h時，生物處理工藝對COD_cr的去除率接近30%、NH₃-N的去除率50%。應當說對于有機質如此稀薄的團城湖水，這樣的去除率是很可觀的。因此，可以認為生物處理工藝是可行的。
　　5.2 生物處理對有機污染質濃度的適用范圍
　　團城湖水來自密云、懷柔水庫，有機污染質含量很低，試驗期間其水中COD_cr為5.8～14.9mg/l、NH₃-N為0.03～0.24mg/l，我們姑且稱之為稀薄水。試驗前曾一度擔心有機質如此稀薄的水能否經生物處理后得到有效的進一步凈化。然而試驗結果證明，對于這樣的水體，陶粒生物濾池是成功的，對有機質的去除具有較為理想的效果。
　　5.3 生物處理在給水凈化工藝流程中的位置
　　從分子量的角度而言，生物處理依靠膜的傳質作用主要去除的是水中分子量小于1,000道爾頓的親水性有機物，對大分子量有機物的去除則依靠的是低等生物的吸附作用。而給水凈化工藝中的混凝沉淀主要去除的是分子量大于10,000道爾頓的有機物。因此，當被處理原水中的有機物主要是由大分子量有機質構成時，生物處理不應作為預處理手段，而宜放在混凝沉淀之后，才更能發揮其特長；當被處理原水中的有機物主要由小于數千道爾頓的有機物構成時，方可考慮將生物處理做為預處理工藝加以采用。稀薄污染質的水源肯定是以數千道爾頓的有機質為主要污染物的（密云、懷柔水庫水中分子量小于3,000道爾頓的有機物約占90%以上），因此，對于這樣的水源，可以考慮采用生物預處理工藝。這可能也正是生物處理對低溫的、污染質稀薄的團城湖水能有效處理的主要原因之一。

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作者：孫瑞征，北京市市政工程設計研究總院研究所高級工程師。北京市西城區大帽胡同26號（100035）。電話：86-010-66167230，傳真：86-010-66167320。
　　　阮如新，北京市市政工程設計研究總院研究所高級工程師。北京市西城區大帽胡同26號（100035）。電話：86-010-66167314，傳真：86-010-66167320。