簡介： 東深原水生物硝化工程采用生物接觸氧化法對(duì)微污染原水進(jìn)行處理，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為400萬m3/d。通過半年的試運(yùn)行，可以初步認(rèn)為，生物接觸氧化工藝適于處理東深微污染原水，對(duì)氨氮去除率在75%以上，對(duì)其它10多項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)也有不同程度的降解，基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵字：原水工程 微污染原水 生物接觸氧化 試運(yùn)行

0　前言

東江-深圳供水工程是向香港、深圳和東莞鄉(xiāng)鎮(zhèn)供應(yīng)原水的跨流域大型引水工程。從工程建成投產(chǎn)的1965年初至1998年底，已累計(jì)向香港供水108.35億m3 ，向深圳市供水27.52億m3，為香港的繁榮穩(wěn)定和深圳特區(qū)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。

80年代初期，東深供水水質(zhì)仍保持了東江原水的較高質(zhì)量水平。進(jìn)入90年代以后，隨著流域經(jīng)濟(jì)從過去以農(nóng)業(yè)為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀齺硪谎a(bǔ)的工業(yè)為主，外來人口急劇增加，污水排放量逐年遞增，東深工程原水的污染速度加快。面對(duì)水質(zhì)日益惡化，近年來東深局會(huì)同有關(guān)科研院所開展了多項(xiàng)采用生物措施改善供水水質(zhì)的科研項(xiàng)目，并進(jìn)行實(shí)地考察。試驗(yàn)研究和現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果表明，采用生物接觸氧化工藝處理微污染原水是切實(shí)可行的，是適用于處理東深原水微污染要求的。

1997年廣東省計(jì)委、建委先后組織和通過了該工程的項(xiàng)目可行性研究和初步設(shè)計(jì)評(píng)審，經(jīng)省政府批準(zhǔn)，決定興建東深供水原水生物硝化工程。1998年1月5日工程正式開工，經(jīng)過全體建設(shè)者日以繼夜的奮戰(zhàn)，工程于1998年12月28日通過省水利廳組織的驗(yàn)收，實(shí)現(xiàn)了當(dāng)年開工、當(dāng)年建成、當(dāng)年投產(chǎn)的建設(shè)目標(biāo)。

1 生物硝化工程概況

本工程位于深圳水庫庫尾，設(shè)計(jì)處理規(guī)模為400萬m3/d，即設(shè)計(jì)流量為46.3m3/s，按生物處理池24h運(yùn)行，流量為16.7萬m3/h。工藝流程如下：

東深原水經(jīng)沉砂區(qū)去除大的砂粒，再由粗格柵攔截大的漂浮物，細(xì)格柵攔截小的漂浮物及懸浮物后，進(jìn)入該工藝的主體--生物處理池，使有機(jī)污染物和氨氮因氧化作用而得到降解。詳見東深供水原水生物處理工程工藝流程(圖1)。

生物處理池最大外形尺寸為316.5m×200m，面積約6.33萬m2，屬砼和鋼筋砼結(jié)構(gòu)，設(shè)6條寬25m，長27m過水廊道，生物池底坡降采用2.5‰，進(jìn)出水口分別設(shè)進(jìn)水閘門和出水閘門，處理池頂垂直于廊道隔墻設(shè)三座人行橋，在處理池的中央隔墻頂設(shè)61m×10m鼓風(fēng)機(jī)房一座。詳見東深供水原水生物處理工程總平面布置圖(圖2)。

泄洪閘及填筑壩并排設(shè)在生物處理池右側(cè)，總長188m，其中水閘總長41m，寬60.2m，分5 孔，每孔凈寬10m，高6.5m。變電站配電廠房布置在生物池的左岸，長46.64m寬19.0m。

生物處理池工藝部分主要設(shè)計(jì)參數(shù)：
水力停留時(shí)間：55.40min；
填料接觸時(shí)間：39.3min；
有效水深：3.8m；
填料高度：3.0m；
氣水比：1∶1。

本工程填料支架采用固定式不銹鋼支架，為便于安裝和管理，支架由多種構(gòu)件拼裝成一個(gè)方陣，每個(gè)方陣尺寸為：長×寬×高=12.0m×25.0m×3.7m，每條廊道安裝20個(gè)，6條廊道120個(gè)方陣，共安裝不銹鋼1400t。

根據(jù)東深原水工藝優(yōu)化試驗(yàn)，YDT彈性立體填料掛膜、脫膜容易，使用壽命長，處理效果好，運(yùn)輸和安裝也較為方便，因此綜合填料比表面積、價(jià)格和試驗(yàn)結(jié)果，確定本工程選用 YDT彈性立體填料。填料在現(xiàn)場加工后，安裝在不銹鋼支架上，填料體積占生物池體積的71.1%，共安裝填料10.7萬m3。

曝氣方式采用穿孔管曝氣。曝氣管道系統(tǒng)中的主干管及干管布置在地面上或隔墻中，采用鋼制管道，其防腐要求為埋管部分涂瀝青漆及兩層以上瀝青玻璃絲布，外露部分涂環(huán)氧防銹底漆和面漆，干膜厚度不少于250μm。管道布置形式為在生物池的每條廊道內(nèi)布置一套穿孔曝氣系統(tǒng)，DN50穿孔曝氣管相鄰水平間距為0.7m。其穿孔管孔口同側(cè)孔距為200mm，異側(cè)孔距100mm。曝氣支管采用ABS工程塑料管。

鼓風(fēng)機(jī)采用丹麥HVTURBO公司生產(chǎn)的6臺(tái)KA44SVGL225型機(jī)組，每臺(tái)電機(jī)功率為550kW，設(shè)計(jì)單機(jī)風(fēng)量為555.6m3/min，6臺(tái)機(jī)組總裝機(jī)容量為3300kW。

2 生物硝化工程運(yùn)行情況

2.1 工藝啟動(dòng)過程

自1998年11月24日生物池通水以來，東深供水原水生物處理工程已進(jìn)入工藝啟動(dòng)試運(yùn)行階段，從11月24日至12月1日，基本處理完與連續(xù)過水及均勻曝氣密切相關(guān)的工程有關(guān)問題，1 2月2日完成6條生物池的曝氣均勻性的初步調(diào)試。12月1日開始對(duì)已過水曝氣的處理池進(jìn)、出水進(jìn)行現(xiàn)場人工采樣與監(jiān)測(cè)，共采樣8個(gè)點(diǎn)，每天對(duì)水溫、DO、pH、NH3－N、NO3－N、CODMn、SS、濁度等8個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.1.1 工藝條件的控制

在試運(yùn)行階段，工藝啟動(dòng)過程的主要任務(wù)是培養(yǎng)生物膜。通過控制生物池過水流量為320 萬m3/d(即13.33萬m3/h)和各池的水位能保證淹沒池體前、后端的填料和支架，以及通過大、小閥門調(diào)節(jié)使曝氣均勻等措施，維持良好的工藝條件保證生物池發(fā)揮正常處理功能。

從1998年12月12日開始，生物處理池基本能夠按照試運(yùn)行程序中規(guī)定的工藝條件穩(wěn)定運(yùn)行。

2.1.2 工藝啟動(dòng)過程運(yùn)行狀況分析

本工程工藝啟動(dòng)過程采用自然接種方式，通過培養(yǎng)馴化，使填料掛膜，形成系統(tǒng)的生物硝化能力。啟動(dòng)過程完成的主要標(biāo)志是處理系統(tǒng)形成穩(wěn)定的氨氮去除率和硝酸鹽生成率。

由于本工程試運(yùn)行處于冬季，低水溫的環(huán)境條件對(duì)工藝啟動(dòng)過程是不利的，另外工藝啟動(dòng)工程中，機(jī)電設(shè)備等還處于調(diào)試狀態(tài)，水量、氣量和水位等工藝運(yùn)行條件的波動(dòng)對(duì)填料的掛膜也有一定程度的影響。

2.1.3 生物硝化效果的變化

本工程采用生物接觸氧化工藝處理微污染原水中的氨氮，硝化是該工藝最主要的生化過程，故下面分析主要圍繞氨氮去除效果。為簡化數(shù)據(jù)分析，將6條處理池作為一個(gè)處理系統(tǒng)，考察工藝啟動(dòng)過程中整個(gè)處理系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的變化，下面的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)均采用6條生物池的總體平均值。

2.1.3.1 氨氮去除效果的變化

1998年12月1日～27日，處理系統(tǒng)氨氮去除率的歷時(shí)變化如表1和圖3所示。

從圖3可見，運(yùn)行一周后，處理系統(tǒng)開始出現(xiàn)去除氨氮的現(xiàn)象，但氨氮去除率很小，這段時(shí)間主要是原水中的微生物在處理池內(nèi)填料上富集接種，以及硝化細(xì)菌對(duì)新的生長環(huán)境逐步適應(yīng)的過程；運(yùn)行10d后，處理系統(tǒng)開始對(duì)氨氮具有初步的去除效果，表明硝化細(xì)菌經(jīng)歷了緩慢生長的調(diào)整期；運(yùn)行兩周后，處理系統(tǒng)開始對(duì)氨氮具有較為明顯的去除效果，氨氮去除率達(dá)到20%，并在滯緩幾天后，以較快的速度上升，最高時(shí)，氨氮去除率已達(dá)84%，平均去除率達(dá)74.07%。這表明填料上的硝化細(xì)菌經(jīng)三周多時(shí)間的培養(yǎng)后，在具備了一定的生物量的基礎(chǔ)上，進(jìn)入了快速生長階段。

2.1.3.2 氨氮硝化量的變化

氨氮經(jīng)生物硝化作用最終轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮，從1998年12月1日～28日硝酸鹽氮生成量的變化(見表2和圖4)，也可以反映出工藝啟動(dòng)過程運(yùn)行狀態(tài)的變化。

由表2可見，隨著填料上硝化細(xì)菌的生長繁殖，處理池消化能力的逐步發(fā)揮，雖然氨氮去除率有時(shí)因進(jìn)水氨氮濃度突增而波動(dòng)，但硝酸鹽氮生成量仍穩(wěn)步增加，這也表明池內(nèi)生物膜正日趨成熟。

2.1.3.3 進(jìn)、出水DO和pH的變化

生物硝化過程是一個(gè)耗氧、耗堿度的過程，故處理系統(tǒng)進(jìn)、出水DO和pH的變化說明了填料掛膜的進(jìn)程和生物硝化作用進(jìn)行的程度(見圖5和圖6)。

圖5表明在工藝啟動(dòng)初期，由于水溫度較低，只有16℃左右，填料掛膜緩慢，硝化細(xì)菌數(shù)量少，活性低，耗氧量少，因此池內(nèi)DO接近飽和狀態(tài)。隨著填料掛膜日趨成熟，生物處理池硝化作用日漸發(fā)揮，池內(nèi)DO呈逐步下降趨勢(shì)。

圖6表明隨著填料上硝化細(xì)菌的生長，系統(tǒng)硝化能力的增加，氨氮的轉(zhuǎn)化量也穩(wěn)步上升，原水中的堿度消耗量逐漸增加，導(dǎo)致出水pH日趨下降。

2.1.3.4 水溫對(duì)工藝啟動(dòng)過程的影響

從雁田優(yōu)化試驗(yàn)已經(jīng)知道，水溫對(duì)生物硝化工藝的運(yùn)行效果影響較大，并且對(duì)工藝啟動(dòng)過程的不良影響尤為明顯，工藝啟動(dòng)過程水溫的變化見圖7。

由圖7可見，處理系統(tǒng)投產(chǎn)后，前3天水溫尚能維持在22℃以上，第4天則陡降至20.6℃ ，隨后水溫逐日下降，到第10天下降至15.3℃，從第17天開始，水溫緩慢上升，這有利于硝化細(xì)菌的生長，又剛好正值其快速生長期，處理系統(tǒng)氨氮去除率和硝化能力逐漸加快。試驗(yàn)證明，水溫低的環(huán)境條件對(duì)生物硝化工藝運(yùn)行效果有明顯的影響。

在工藝啟動(dòng)試運(yùn)轉(zhuǎn)階段，我們對(duì)生物處理池內(nèi)活動(dòng)填料上的生物膜定期進(jìn)行鏡檢，這有利于了解填料掛膜的進(jìn)程，分析工藝啟動(dòng)狀況。綜合工藝啟動(dòng)過程幾次鏡檢的情況可發(fā)現(xiàn)，隨著填料絲上生物膜的生長，絮狀膜逐漸覆蓋整個(gè)填料絲，外觀顏色由淺逐漸變成黃褐色，紅棕和棕褐色，并有一定程度的積泥，填料絲上還附著鐘蟲、累枝蟲、吸管蟲等動(dòng)物類，表層填料絲上藻類很多。

填料上生物膜狀態(tài)的變化反映了填料掛膜的進(jìn)程。鏡檢結(jié)果表明，掛膜期間填料上生物膜和各類動(dòng)物、藻類的生長較為正常，與生物池的工藝運(yùn)行狀況基本相對(duì)應(yīng)，基本符合工藝設(shè)計(jì)要求。

2.2 工藝運(yùn)行穩(wěn)定后的情況

本工程完成工藝啟動(dòng)后，進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行階段。通過半年的運(yùn)行證明，工藝運(yùn)行比較穩(wěn)定，處理效果比較滿意。截至1999年6月底，已處理水量7.076億m3，最大日處理水量475.4萬m3，已超出設(shè)計(jì)規(guī)模，氨氮去除率最高達(dá)90.1%，降解氨氮總量為1237.64t，最大日降解氨氮量為10.96t。由于處理效果比較明顯，大大改善了港深兩地的供水質(zhì)量。

2.2.1 保證生物硝化工藝穩(wěn)定運(yùn)行的主要措施

(1)通過調(diào)節(jié)供氣管網(wǎng)的閥門開度，保證6條生物處理池曝氣的均勻性。

(2)通過調(diào)節(jié)生物處理池出口閘門開度，保證6條生物處理池的過水量和進(jìn)出水位基本一致。

(3)控制生物池進(jìn)水水位在合理范圍，使填料的淹沒深度維持在15～20cm范圍內(nèi)，以提高生物池的混摻效果。

(4)盡可能維持過水量的穩(wěn)定。因?yàn)�，�?dāng)通過生物池的水量太大時(shí)，由于流速增大，造成水力停留時(shí)間縮短，影響處理效果，且流速增大，也會(huì)使水力坡降增大，造成填料外露，使部分生物膜死亡；通過生物池的水量過小，會(huì)引起水力坡降偏小，使生物池前后水深差別太大，影響曝氣的均勻性，所以維持水量穩(wěn)定十分重要。

(5)加強(qiáng)機(jī)電設(shè)備、工藝設(shè)備的維護(hù)管理，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。但設(shè)備維護(hù)時(shí)必需采取有效措施，保護(hù)填料上生物膜的正常生長，使氨氮的去除效果不致于大幅度下降，應(yīng)有計(jì)劃地進(jìn)行設(shè)備改造和維修。1999年4～5月份由于連續(xù)進(jìn)行閘門改造，鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行不正常等，致使5月份的處理效果明顯低于其它各月。

2.2.2 氨氮去除效果

工藝啟動(dòng)階段完成后，隨著填料上生物膜不斷成熟，同時(shí)也隨著水溫的不斷回升，氨氮的去除效果也不斷提高，為了更全面反映生物池的處理效果，我們引入了氨氮降解量的概念。在運(yùn)行中我們發(fā)現(xiàn)，有時(shí)雖然氨氮去除率不高，但生物池運(yùn)行正常，究其原因，是去除率受氨氮進(jìn)水濃度的影響。當(dāng)來水氨氮濃度較低時(shí)，氨氮去除率很高，當(dāng)來水氨氮濃度高時(shí)其去除率就會(huì)降低，而氨氮降解量仍在增加，所以這并不反映生物處理池運(yùn)行不正常。

從表3可看出，1998年12月是工藝啟動(dòng)階段，氨氮降解量和去除率都比較低，工藝運(yùn)行穩(wěn)定后逐步升高；5月份由于設(shè)備維修，工藝運(yùn)行不穩(wěn)定，處理效果偏低；6月份已逐步恢復(fù)正常運(yùn)行。

從表3還可看出，氨氮去除率不能全面反映生物池的處理效果，因氨氮去除率受多種因素制約，如受日供水量變化的影響，受來水氨氮濃度變化的影響，另外氨氮去除率還受氣水比大小等因素的影響，所以用氨氮去除率難于判斷處理效果。

2.2.3 硝酸鹽氮生成量的變化

從表3、表4對(duì)比可看出，1999年2、3月份氨氮月平均去除率分別為80.1%和71.0%，相應(yīng)硝酸鹽氮的月平均單位生成量分別為2.64mg/L和2.915mg/L。

2.2.4 氣水比與溶解氧統(tǒng)計(jì)

通過每日監(jiān)測(cè)生物處理池進(jìn)出水溶解氧濃度的變化情況，能反映生物處理池內(nèi)的氧化反應(yīng)情況，詳見表5。

從表5可見，本工程的氣水比基本上是按設(shè)計(jì)1∶1運(yùn)行的，氣水比可隨進(jìn)水氨氮濃度的大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，但調(diào)節(jié)的余度不大。

3 結(jié)語

根據(jù)東深原水生物硝化工程半年的試運(yùn)行，可以初步得出如下結(jié)論：生物接觸氧化工藝是適合于處理東深原水微污染要求的，對(duì)氨氮等有機(jī)物處理效果顯著。并增加了深圳水庫水體的溶解氧，從而提高了水庫的自凈能力，同時(shí)生物處理工程還對(duì)色度、非離子氨、CODMn 、總氮、鐵、錳、鉛、鋅和藻類等10多項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均有不同程度的降解。由此可見，東深原水生物硝化工程對(duì)生化降解氨氮等有機(jī)物，改善和提高東深供水水質(zhì)的作用是十分顯著的。

為了進(jìn)一步完善生物硝化工程的運(yùn)行管理，我們正在開展試運(yùn)行階段的各項(xiàng)研究課題。如影響生物處理池處理效果的原因分析，填料結(jié)泥和沖排泥試驗(yàn)研究，生物處理池水流混摻特性試驗(yàn)等�？傊ㄟ^對(duì)上述課題的研究，找出規(guī)律，拿出解決問題的辦法，從而提高工程的效益。

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