微污染水源的生物预处理系统

二、微污染水源的生物预处理系统

1.微污染水源水的生物预处理的去除目标

水源水预处理的主要目标是降低有机物和氨氮。由于微污染水源水中有机物含量远低于生活污水，普遍存在碳源不足，反硝化困难，因此，在预处理中要外加碳源，过去用甲醇，现在一般改用乙醇，去除有机物和氨氮所用的供氢体则用乙醇和糖。

2.微污染水源的生物预处理系统

由于活性污泥法难以保持微生物的生物量和降解活性，而生物膜法则能截留微生物和有机物，因此生物预处理技术主要是各种生物膜工艺，如生物过滤、生物滤塔、生物转盘、生物接触氧化、生物流化床等，以及在水源地通过堤岸、沙丘等渗透的土地处理系统等类型，其机理与废水生物处理相似。

(1)生物滤池

生物滤池是目前生产上常用的生物预处理方法，有淹没式生物滤池、煤/砂生物过滤及慢滤池等。常用的生物填料有卵石、砂、无烟煤、活性炭、陶粒等。滤池中装有比表面积较大的颗粒填料，填料表面形成固定生物膜，水流经生物膜的不断接触过程中，使水中有机物、氨氮等营养物质被生物膜吸收利用而去除，同时颗粒填料滤层还发挥着物理筛滤截留作用。曝气生物滤池通过输入压缩空气，不仅为生物膜生长提供足够的溶解氧，而且有助于生物膜的更新，保证有较高生物活性。该工艺的特点是运行费用低，处理效果稳定，污染物去除效果好，污泥产量少，且受外界环境变化的影响较小，处理出水在有机物、臭味、氨氮、铁、锰、细菌、浊度等方面均有不同程度的降低，使后续常规工艺的混凝剂耗量与消毒用氯耗量减少。但运行一定时间的生物滤池易出现填料堵塞、曝气不均匀的现象，需要进行周期性的反冲洗。

(2)生物塔滤

生物塔滤预处理是非淹没式生物接触氧化中的一种形式，特点是池身较高，填料分段安装，可用弹性填料，也可用粒状填料，水从上方喷洒流下，与填料的生物膜接触，自然通风供氧。工作原理是污染原水自上而下喷淋在滤池的填料上，使水在填料表面形成薄水层，处理水与生长在填料表面的好氧性生物膜接触。由于水和生物膜之间的分子扩散和物质传递，以及好氧性微生物的吸附作用，使污染原水中的有机污染物从薄水层向生物膜转移，从而使污染水得到净化。

在生物过滤技术的研究与应用过程中，人们发现高度大于8m左右时，可以克服滤料空隙小所造成的通风不良的困难，因此创造了池身很高的滤池。塔式滤池的主要优点是负荷高、处理水量大、占地面积小，且对水量、水质突然变化的适应性较强，其缺点是动力消耗较大，且运行管理较不方便。

一般来说，生物塔滤作为污染水源的预处理工艺，能有效地去除大部分污染物质，但要获得安全水质，还必须结合适当的后续处理。

(3)生物转盘

生物转盘在污水处理中已广泛采用，目前在给水处理领域，对某些污染程度较为严重的微污染水进行了一些探索。日本、我国台湾地区以及国内学者的试验研究表明，采用生物转盘预处理在适宜水力负荷下可有效改善微污染水水质。生物转盘的特点表现为，生物膜能够周期性运行于空气与水两相之中，微生物能直接从大气中吸收需要的氧气(降低了溶液中氧传质的难度)，更有利于生物降解过程的进行。转盘上生物膜生长面积大，生物量丰富，不存在类似于生物滤池的堵塞情况，有较好的耐冲击负荷能力，脱落膜易于清理处置。缺点是生物氧化接触时间较长，构筑物占地面积大，盘片价格较贵，基建投资高。

(4)生物接触氧化

该工艺是在池内设置人工合成的填料，经过充氧的水，以一定的速度循环流经填料，通过填料上附着的生物膜的絮凝吸附和氧化作用，使水中可生化利用的污染物质得到降解去除。生物接触氧化法的主要优点是处理能力大，对冲击负荷有较强的适应性，污泥生成量少;缺点是填料间水流缓慢，水力冲刷小，如果不另外采取工程措施，生物膜只能自行脱落，更新速度慢，膜活性受到影响，某些填料，如蜂窝管式填料还易引起堵塞，布水布气不易达到均匀。另外填料价格较贵，加上填料的支承结构，投资费用较高。

现有生物接触氧化法在曝气充氧方式、生物填料上都有所改进。国内填料已从最初的蜂窝管式填料，经软性填料、半软性填料，发展到近几年的YDT弹性立体填料;曝气充氧方式也从最初的单一穿孔管式，发展到现在的微孔曝气头直接充氧以及穿孔管中心导流筒曝气循环式，这些都在一定程度上，促进了膜的更新，改善了传质效果。

(5)生物膨胀床与流化床

生物膨胀床是介于固定床和流化床之间的一种过渡状态。反应器中的填料随水、气流的上升流速的增加而逐渐由固定床经膨胀床最后成为流化床。生物膨胀床与流化床通过选用适度规格粒径(约为0.2～1.0mm)的生物载体，如砂、焦炭、活性炭、陶粒等，采用气、水同向混合自下而上，使载体保持适度膨胀或流化的运转状态。与固定床相比，从两个方面强化了生物处理过程:一方面，载体粒径变小，比表面积增大，单位容积的比表面积可达到2000～3000m²/m³，这大大提高了单位容积的生物量。另一方面，由于颗粒在反应器中处于自由运动(膨胀或流化)状态，避免了生物滤池的堵塞现象，提高了水与生物颗粒的接触机会;同时可采用控制膨胀率的办法来控制水流紊动对生物颗粒表面的剪力水平，进而控制填料上生物膜的厚度，有利于形成均匀、致密、厚度较薄且活性较高的生物膜。这些都大大强化了水中可生物降解基质向生物膜内的传递过程，使生物膨胀床、流化床单位容积的基质降解速率得到提高，形成活性较高的生物膜，使处理水力负荷增大，并保证出水水质良好。

在生物流化床反应器中，生物膜是均匀分布的，生物膜与营养基质(溶解氧、C、N、P等)接触几率增加，传质效果得以改善，基质在液相和生物膜之间的转移加快，使生物氧化反应速度更快，提高了处理效率。该类型的生物预处理对有机物及氨氮有较好的处理效果(对TOC去除5%～30%，氨氮去除80%～100%)，起到了改善水源水质的作用。

(6)土地处理系统

利用土地生态系统对水源进行预处理，也是一种重要的预处理技术，该方法对有机化合物尤其是有机氯和氨氮均有较好的去除效果，至今仍有不少水厂采用该方法作为处理流程中的第一个环节。在控制污染过程中，土壤中生长的大量微生物起到了十分重要的作用。运行试验表明土地生物处理系统对TOC的去除率可达60%～70%，氨氮去除率可达80%～100%。