北京团城湖水生物处理试验研究

孙瑞征 阮如新

　　摘要：本文介绍了陶粒生物滤料处理北京团城湖水的试验结果，探索了水温低于5℃且有机污染质含量很低时生物处理的可行性，其结果甚为乐观。

　　1 引言

　　工业化的进程使得原有的天然洁净水受到不同程度的污染，生活水平及生活质量的提高对饮用水水质的要求不断完善。近年来有关饮用水的除污染技术发展较快，不少轻度污染及微污染水净化技术已在工程中得到应用，至今已有的工艺包括物理吸附、化学氧化、光化学氧化、生物氧化等等。目前倍受重视的当属生物处理技术。
　　生物处理技术是借助于微生物群体的新陈代谢活动，对水中的有机污染物、氨氮或是无机污染质如Fe、Mn等进行有效的处理。这样既可以改善水的混凝沉淀性能;又可通过可生物降解物质的去除，减少水中“三致”物前驱物含量，改善出水水质;还由于水中有机物及氨氮的减少降低了引起管网水微生物繁殖的有效基质含量，提高水的生物稳定性。

　　2 团城湖水质

　　试验期间团城湖的水质状况见表1、表2。

表1 冬季试验水质（1997.12～1998.1） 水质 COD_cr NH₃—N 浊度 色度 pH 水温 TOC BOD₅ 嗅阈值 项目 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 夏季试验水质（1998.5～1998.9） 水质 COD_cr NH₃—N 浊度 色度 pH 水温 嗅阈值 藻类 项目 mg/l mg/l NTU ℃ 万个/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 试验工艺流程

　　3.1 工艺流程
　　生物处理试验工艺流程见图1。

　　3.2 主要装置
　　本试验的主要装置为模拟淹没式生物滤池的生物陶粒柱，具体规格为:Φ100有机玻璃柱，柱体总高3.4m。陶粒粒径d=2～5mm，厚度1.5m。
　　3.3 设计参数
　　试验采用的主要参数如下:
　　①水力负荷2.0m³/m²·h，停留时间45.0min。
　　②水力负荷4.0m³/m²·h，停留时间22.5min。
　　③水力负荷6.0m³/m²·h，停留时间15.0min。
　　④水力负荷8.0m³/m²·h，停留时间11.3min。
　　3.4 试验过程
　　冬季试验:1997.12～1998.01
　　夏季试验:1998.05～1998.09。
　　3.5 测定分析项目
　　3.5.1 常规测定项目
　　主要测定进出水中的pH、DO、水温、TOC、COD_cr、NH₃—N、浊度、色度、BOD₅、嗅阈值等。其中水温为每日测定；DO、TOC、BOD₅为不定期测定；其它项目一般每周测定2次。均按标准分析方法测定。
　　3.5.2 微量有机物质分析
　　主要是Geosmin、2—MIB的GC—MS定量分析。
　　3.5.3 生物相观测
　　正常运转过程中在填料不同深度（0.1、0.5、1.0、1.5m）处分层取样，进行生物相电子扫描镜检或显微镜定性观测。
　　3.5.4 其它项目的分析
　　在对常规项目进行测定及分析的基础上，本试验还就生物处理工艺对团城湖水中AOC、BDOC及不同分子量物质的去除情况进行了测定。

　　4 试验结果

　　4.1冬季时生物处理工艺的运转效果
　　冬季时生物处理工艺的运转效果见表3。

表3 冬季时生物处理工艺的运转效果 水力负荷 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 浊度 70.9 66.5 色度 25.7 20.6

　　4.2 夏季时生物处理工艺的运转效果
　　夏季时生物处理工艺的运转效果见表4。

表4 夏季时生物处理工艺的运转效果 水力负荷 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 浊度 73.1 85.1 84.6 79.6 色度 28.6 44.4 33.3 20.8 嗅阈值 / / 50.0 50.0 藻类 / / 64.1 /

　　4.3 生物处理工艺对Geosmin及2—MIB的去除
　　生物处理工艺对Geosmin及2—MIB的去除效果见表5及表6。

表5 Geosmin的平均去除效果 水力负荷 原水 出水 去除率 水温 （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 水力负荷 原水 出水 去除率 水温 （m³/m²·h） （ng/l） （ng/l） （%） （℃） 6.0 2.12 0.27 87.3 23.5

　　4.4 生物处理工艺对嗅阈值的去除
　　生物处理工艺对嗅阈值的去除效果见表7。

表7 嗅阈值的平均去除效果 水力负荷 原水 出水 去除率 水温 （m³/m²·h） （%） （℃） 6.0 24 12 50.0 26.0 8.0 24 12 50.0 23.0

　　4.5 生物处理工艺对AOC、BDOC及不同分子量物质的去除
　　生物处理工艺对AOC、BDOC及不同分子量物质的去除效果见表8。

表8 AOC、BDOC及不同分子量物质的去除效果 项 目 原水 出水 去除率 水温 （%） （℃） AOC（μg/l） 540 293 45.7 26.0 BDOC（mg/l） 1.74 0.61 64.9 26.0 分子量＜10万 3.98 2.08 47.7 26.0 分子量＜1万 3.37 1.66 50.7 26.0 分子量＜500 1.69 0.75 55.6 26.0

　　5 几点认识

　　5.1 生物处理对温度的适用范围
　　以往人们通常认为，当水温在5℃以下的时候，生物处理是基本无效的。然而本试验的结果表明，当水温在1℃以下、水力负荷≤4.0m³/m²·h时，生物处理工艺对COD_cr的去除率接近30%、NH₃-N的去除率50%。应当说对于有机质如此稀薄的团城湖水，这样的去除率是很可观的。因此，可以认为生物处理工艺是可行的。
　　5.2 生物处理对有机污染质浓度的适用范围
　　团城湖水来自密云、怀柔水库，有机污染质含量很低，试验期间其水中COD_cr为5.8～14.9mg/l、NH₃-N为0.03～0.24mg/l，我们姑且称之为稀薄水。试验前曾一度担心有机质如此稀薄的水能否经生物处理后得到有效的进一步净化。然而试验结果证明，对于这样的水体，陶粒生物滤池是成功的，对有机质的去除具有较为理想的效果。
　　5.3 生物处理在给水净化工艺流程中的位置
　　从分子量的角度而言，生物处理依靠膜的传质作用主要去除的是水中分子量小于1,000道尔顿的亲水性有机物，对大分子量有机物的去除则依靠的是低等生物的吸附作用。而给水净化工艺中的混凝沉淀主要去除的是分子量大于10,000道尔顿的有机物。因此，当被处理原水中的有机物主要是由大分子量有机质构成时，生物处理不应作为预处理手段，而宜放在混凝沉淀之后，才更能发挥其特长；当被处理原水中的有机物主要由小于数千道尔顿的有机物构成时，方可考虑将生物处理做为预处理工艺加以采用。稀薄污染质的水源肯定是以数千道尔顿的有机质为主要污染物的（密云、怀柔水库水中分子量小于3,000道尔顿的有机物约占90%以上），因此，对于这样的水源，可以考虑采用生物预处理工艺。这可能也正是生物处理对低温的、污染质稀薄的团城湖水能有效处理的主要原因之一。

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作者：孙瑞征，北京市市政工程设计研究总院研究所高级工程师。北京市西城区大帽胡同26号（100035）。电话：86-010-66167230，传真：86-010-66167320。
　　　阮如新，北京市市政工程设计研究总院研究所高级工程师。北京市西城区大帽胡同26号（100035）。电话：86-010-66167314，传真：86-010-66167320。