上海惠南水厂位于上海市南汇区，以大治河作为取水水源，由于沿途工业废水和生活污水的排人，大治河的水质达不到生活饮用水水源水质标准的二级标准（CJ3020-1993）（见表1）。为此，水厂在常规处理的基础上增加了生物接触氧化池。本文就惠南水厂生物接触氧化池的处理效果及对常规处理工艺的影响进行了研究总结。
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表1 水源水水质和CJ3020-93二级标准的比较
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分析项目
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原水
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CJ3020-93二级标准
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浊度/NTU
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30～60
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色度/度
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30～70
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不应有明显的其它异色
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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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亚硝酸盐/(mg·L-1)
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0.1～0.15
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铁/(mg·L-1)
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1.50～1.90
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≤0.5
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锰/(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 接触氧化池的设计参数
设计能力：12×104m3/d，分2座，单池设计能力6×104m3/d，平面尺寸为76.9m×17.2m，其内分成独立的2格。有效水深4.2m，水力停留时间1.45h。
填料：YDJ弹性波纹立体填料，规格φ173×3500，φ173×3000（主要用于出水渠下）2种，布置为中密度，呈梅花形组装（3.0～3.5kg/m3）。曝气器采用KBB型微孔曝气器，平均孔径70～80μm，单个曝气器空气流量为0.6～0.9m3/h，服务面积0.5m2/个，充氧效率5.0kg/(kW·h)。鼓风机房设有4台BE200三叶罗茨鼓风机，其中3台风量为46.1m3/min，1台风量为30.7m3/min，风压均为59kPa。
另外每格接触氧化池底部设DN200穿孔排泥管24根，顶部设水力冲洗装置。
2 接触氧化池的运行
2.1 生物膜的培养
生物膜培养采用自然挂膜法。生物膜培养时间持续3周，培养期间每天取样2次。接触氧化池水温在27～31℃。进、出水水质变化如表2所示。由表2可见，在挂膜阶段，生化池对NH3-N、浊度、色度等均有较好的处理效果，其中以NH3-N的效果最为明显。
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表2 生物膜培养阶段水质变化
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指标
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进 水
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出 水
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浊度/
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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浊度/
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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范围
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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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图1是生物膜培养阶段NH3-N去除率变化曲线。由图1可见，在培养的初期NH3-N去除率与培养时间成正比，随时间的延长而迅速提高，至第3天时，去除率已达70%以上，如生物膜成熟以NH3-N去除率达到70%以上为标准。则可以认为运行至第3天时生物膜已培养成熟。
2.2 气水比的控制
水中保持足够的溶解氧对保证生化池的处理效果是十分必要的。当水中溶解氧不足时，会影响微生物的新陈代谢，从而影响处理效果，因此，一般情况下，气水比应控制在0.69:1，冬季可采用1.15:1。从运行情况可知，在温暖季节，控制气水比0.69:1时，水中溶解氧为6～8mg/L，可以满足微生物新陈代谢的需要。
2.3 冲洗方式
为使接触氧化池填料上附着生长的生物膜加速更新，保持高度活性，应定期对填料进行冲洗。冲洗方式采用曝气风机局部加大空气量对填料进行冲洗，每次只对生化池的四分之一的区域进行冲洗，间隔3-5d后，再接着冲洗下一个区域，依次循环，工作周期为10～15d。
2.4 排泥方法及控制参数
生化工艺采用的是穿孔排泥管，其主要特点是排泥管布孔均匀，排泥彻底。通过近两年的运转表明，这种排泥方法整体上是成功的，经过近两年的试验，生化池的排泥可按以下工艺参数实行。
①前部三分之一：排泥周期24h，排泥历时1.5～2min；
②后部三分之一：排泥周期48h，排泥历时1～2min。
3 接触氧化池的预处理效果
试运行时间16个月历经春、夏、秋、冬各类季节，接触氧化池对主要水质指标的处理取得了满意的效果，达到了预期的目的。预处理效果见表3。
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表3 接触氧化池预处理效果
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分析项目
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ρ(NH3-N)/(mg·L-1)
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ρ(CODMn)/(mg·L-1)
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浊度/NTU
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总铁/(mg·L-1)
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总锰/(mg·L-1)
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色度/度
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进水
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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-在生化池中的变化与生物膜是否处于高效段有很大的关系。试验期间，当生物膜处于高效段时，硝化菌能将原水中的NH3-N及NO2-转变为NO3-，使出水中的NO2-小于原水的NO2-，其去除率在1.67%～80%，平均去除率为53.47%；当生物膜活性较低时，处理效果下降，NO2-出水浓度则可能小于进水浓度，也有可能大于进水。
总的看来，生物预处理是综合改善微污染水源水质的有效途径，能有效去除微污染源水中的氨氮、铁、锰、浊度、色度，降低水源水中有机污染物（CODMn）等。据国家城市水质监测网上海监测站检测，在30项原水指标中，经生物处理后，有18项指标得到了改善。
4 生物预处理对常规净水工艺的影响
4.1 对水处理效果的影响
生物预处理的目的是为了去除常规水处理中较难处理或处理成本很高的污染物质，如氨氮等。惠南水厂采用生物接触氧化作为预处理后，对出厂水主要污染指标有了很大的改善，平均浊度从0.79降至0.63，且有70%的时间在0.5度以下。从2000年11月以来，浊度全部低于0.5度。平均出水色度从11.6度降至5.95度，降低5.65度，且有68.2%的时间小于5度。进入2000年11月以来，在正常情况下，色度低于5度。增加接触氧化池前后主要污染物的去除车见表4。
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表4 增加接触氧化池前后主要污染物去除率的比较
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项 目
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CODMn/％
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NH3-N/％
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浊度/％
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色度/％
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处理前（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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处理后（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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比较结果（平均值）
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提高15.45个百分点
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提高78.7个百分点
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提高1.3个百分点
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提高16.5个百分点
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5 预处理对制水费用的影响
5.1 降低了加矾的费用
由于生物处理可以去除水中部分悬浮颗粒和胶体物质，同时降低受有机污染物影响的胶粒的ζ电位，使胶粒在混凝时更易脱稳，从而降低混凝剂的投加量。搅拌试验结果表明，经接触氧化预处理的原水在同样出水浊度下，可节省30%左右的投加量，而16个月的运行表明，采用生物预处理后，混凝剂（液体碱式氯化铝）的投加量，由原来的27.63mg/L降至24.68mg/L，降低用量10.68%，液体碱式氯化铝价格按2200元/t考虑，成本降低0.65分/m3，且投加量的变化幅度大大减少，使运行管理更加方便。
5.2 减少了加氯费用
在采用生物预处理以前，加氯量为6.97mg/L，采用生物预处理后，加氯量为6.17mg/L，单位体积的用量减少11.48%，液氯价格按2500元/t考虑，成本降低0.20分/m3，且由于氨氮的大幅度下降，出厂水中余氯控制的稳定性大大提高。
5.3 增加了电费
接触氧化预处理以1台BE200三叶罗茨风机供气，其风量为46.1m3/min，风压59kPa，额定功率75kW，如1kw·h按0.76元计，产水量以10×104m3计，则每立方米水增加的费用为75×24×100×0.76/(10×104)=1.368分/m3。综合上述3项费用，采用接触氧化预处理后运行成本增加了1.368-0.65-0.20=0.518分/m3。
6 结论
通过近两年的试验，可以得到以下结论：在水温为27～30℃之间，接触氧化池的生物膜经过了3d的自然培养就可成熟。微污染原水通过接触氧化预处理后，NH3-N，色度，CODMn，浊度，铁，锰的去除率分别为78.7%，24.13%，12.36%，64.43%，48.64%，69.3%，对原水水质有明显的改善；整个制水工艺的NH3-N，CODMn去除率的百分点分别提高78.7和15.45。而每立方米自来水的制水费用只增加了0.518分钱。
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