全流程生物氧化技术处理微污染原水

随着我国经济的高速发展，人民生活水平的显著提高，如何解决水环境中出现的污染问题一直是困扰水处理工作者的一个难题，同时，饮用水的水质又与人们的生活水平和身体健康息息相关。2001年卫生部提出了比现行饮用水水质标准（GB 5749－85）严格得多的《生活饮用水水质卫生规范》，该规范于2001年9月1日在全国实行。但我国现阶段的经济发展水平决定了水源水质不可能在短时间内有根本的好转，因此水质标准提高和水源水质恶化的矛盾在一定时期内还会存在。针对水源水质来改进水厂的常规处理工艺、提高供水水质已是给水工作者不可推诿的任务。
生物接触氧化法是近30多年来给水处理中兴起的一个热点课题，它通过生物氧化的方法将饮用水水源中的污染物质去除。同济大学环境科学与工程学院“微污染原水处理”课题组的有关教授、副教授与众多博士生、硕士生，从小试至生产性试验，进行了近20年时间的探索与试验研究，积累了丰富的实践与理论经验。本书的诞生正是他们多年来辛勤研究成果的结晶，书中的每一点经验与成果都渗透了他们的心血与汗水。各地自来水公司的同行们在我们的研究中给予了大力帮助，特别是上海浦东川沙自来水总公司的周洪才总经理，在为期一年半的试验中给予了我们充足的科研经费帮助，在此我们对你们致以最真诚的感谢，没有你们的参与和协作我们将一事无成，我们的成果也凝结着你们的辛勤劳动。
本书大部分内容是研究与工程实践的总结。全书内容共分11章。主要内容有：微污染原水试验工艺流程设计及设计参数的选择、全流程生物氧化技术处理微污染原水、水力因素对生物接触氧化工艺挂膜的影响、两级生物接触氧化工艺处理微污染原水、臭氧生物活性炭与生物活性炭、生物接触氧化法所用的填料及曝气系统的比较、微污染原水生物预处理工程实例及存在问题解决方案、YDT弹性波纹立体填料生物接触氧化预处理池的设计、紫外UVC技术在微污染原水处理中的应用和生物接触氧化预处理节约混凝剂和液氯用量研究等。这些技术的研究现状、基本原理、工艺流程、试验数据、应用实例或全部或部分在本书中都予以介绍和阐述。书中的有些内容是作者公开发表的最新研究成果，同时也有部分内容是阶段性研究小结，之所以将其写入本书，是因为生物接触氧化预处理工艺技术的新观点和新理论还在层出不穷。本书对于这些尚未成熟的理论进行阐述的目的，旨在希望和同行进行交流与切磋，更期望能得到专家和读者的赐教与斧正。
本书中的许多内容是由同济大学环境工程学院肖羽堂博士、张东博士、王冠平硕士所提供的论文研究组成，对一些公开发表的研究成果也做了相应的引用。在写作的过程中许建华教授、叶善训先生、浙江省建设厅的钱荣孙总工、福建新大陆集团的陈健博士都为作者提供了大量的素材、资料与指导，对他们的殷切关怀，作者借本书发表之际深表谢意，但因作者自身学术水平和研究实践经验有限，写作时间又紧迫，书中难免有不全面乃至错误之处，敬请专家和读者批评指正。

作者
2003年3月于同济大学

本书共分11章，大部分内容是研究与工程实践的总结。主要内容有：微污染原水试验工艺流程设计及设计参数的选择、全流程生物氧化技术处理微污染原水、水力因素对生物接触氧化工艺挂膜的影响、两级生物接触氧化工艺处理微污染原水、臭氧生物活性炭与生物活性炭、生物接触氧化法所用的填料及曝气系统的比较、微污染原水生物预处理工程实例及存在问题解决方案、YDT弹性波纹立体填料生物接触氧化预处理池的设计、紫外UVC技术在微污染原水处理中的应用和生物接触氧化预处理节约混凝剂和液氯用量研究等。这些技术的研究现状、基本原理、工艺流程、试验数据、应用实例在本书中都予以了介绍和阐述。书中的有些内容是作者公开发表的最新研究成果，同时也有部分内容是阶段性研究小结。

第1章概论1
11受污染原水净化的意义1
12我国水环境现状2
121水环境污染现状2
122影响水质特征的几个主要因素5
123受城市污染的地表水污染特征6
124受污染原水净化的意义7
13有机物和氨氮对水源水的污染及其处理方法8
131有机物对水源水的污染及其处理方法8
132氮化物对水源水的污染法及其处理方法9
1321氮化物污染的主要危害10
1322氮化物限量标准11
1323氮化物的处理方法11
14常规水处理工艺及其局限性13
15强化混凝15
151强化混凝及其目的15
152影响强化混凝作用的因素15
16深度处理技术17
161颗粒活性炭吸附17
162臭氧氧化18
163臭氧活性炭18
164生物活性炭19
165光催化氧化19
166正在研究中的新技术21
167深度处理技术的局限性21
17预处理技术23
171吸附预处理技术23
172生物接触氧化预处理24
18本书研究的目的、意义和内容26
第2章微污染原水试验工艺流程设计及设计参数的选择28
21微污染原水水质概况28
22微污染原水试验工艺流程设计及设计参数的选择30
221全流程生物氧化试验工艺流程设计及参数的选择30
2211试验工艺流程30
2212中试初期试验工艺流程31
2213生物接触氧化池设计参数及曝气系统31
222球形轻质填料生物氧化预处理试验工艺设计34
223张江陆家大桥水厂生产性工艺流程36
224城镇水厂生产性工艺流程37
23水质的分析测定38
231常规水质分析项目与测定方法38
232非常规分析项目与测定方法38
2321挥发性和半挥发性有机物分析方法38
2322Ames试验方法39
2323异养细菌、氨化细菌、硝酸细菌与亚硝酸细菌的测定
方法40
2324亚甲蓝吸附值测定41
2325碘吸附值测定42
2326测定亚甲蓝吸附值与碘吸附值所需的主要仪器装置44
24生物膜分析技术44
241生物膜重量的确定45
2411机械剥落技术45
2412超声剥落技术45
2413超声+化学剥落技术45
242生物膜干重46
243生物膜TOC46
244生物膜COD47
245生物膜多聚糖47
246生物膜总蛋白质47
247生物膜中的磷脂测定方法48
25生物膜厚度的确定49
251直接显微镜法49
252微米计阻力法50
253微米计电导法50
254膜侧线法50
255间接计算法51
第3章全流程生物氧化技术处理微污染原水52
31加氯对含有生物接触氧化工艺的水处理各单元除污染效果的
影响53
311混凝沉淀前预加氯对常规净水工艺除氨氮效果的影响54
312凝沉淀前预加氯对常规工艺CODMn去除效果的统计比较
分析63
313混凝沉淀前预加氯对常规工艺UV254去除效果的影响66
32预加氯对中试及城镇水厂常规工艺各单元出水三氯甲烷和四氯化
碳的影响72
33滤后水加氯试验73
331生物活性炭池出水加氯试验74
332Ames试验77
34生物接触氧化工艺与水厂常规净水工艺单元除亚硝酸氮的
比较81
341常规净水工艺中亚硝酸氮的去除82
3411较低加氯量对常规净水工艺去除NO-2N的影响82
3412较高加氯量对城镇水厂常规工艺去除NO-2N的影响84
342生物氧化各工艺单元亚硝酸氮的去除86
35全流程生物接触氧化的探讨88
351生物处理试验结果89
352实现EPBO的措施91
36生物预处理池除NO-2N作用效果诸影响要素分析93
361原水NH+4N浓度的影响作用93
362原水中亚硝酸盐的浓度对生物预处理池去除亚硝酸盐效果
的影响94
363原水CODMn对生物预处理池除NO-2N效果的影响96
364水温对生物预处理池去除NO-2N效果的影响98
365生物预处理池NO-2N的浓度累积及影响因素分析100
37生物预处理池除有机物和色度作用效果与影响因素分析102
371生物预处理池除CODMn效果与影响因素分析102
372生物预处理池除色度作用效果分析105
38生物预处理池去除浊度效果与影响因素分析107
381生物预处理池常温下除浊度效果分析108
382生物预处理池去除浊度作用效果影响因素分析109
383原水浊度对生物预处理池浊度去除效果的影响111
384生物预处理池去除原水浊度机理分析112
39生物预处理的除藻功能及除藻机理分析113
310生物膜特性研究117
第4章水力因素对生物接触氧化工艺挂膜的影响123
41YDT弹性波纹立体填料挂膜试验124
411挂膜期间原水水质概况及工艺运行参数124
412YDT弹性波纹立体填料挂膜试验研究124
413生物膜成熟与否判断的依据127
42PS轻质填料的挂膜过程128
421挂膜期间水质概况128
422PS填料型生物接触氧化滤柱的运行参数简介及挂膜试验
设计128
423BCO滤柱挂膜研究129
4231第一阶段挂膜试验129
4232第二阶段挂膜试验135
4233第三阶段挂膜试验136
4234第四阶段挂膜试验137
4235第五、第六挂膜试验阶段137
4236影响生物膜氨氮去除率的最低氨氮浓度限值138
424挂膜期间CODMn的去除140
425挂膜试验结论140
43水力因素——生物膜形成与成熟的主要影响因素141
431微生物向载体表面的输送141
432微生物的附着过程142
433影响微生物附着的因素144
44结论145
第5章两级生物接触氧化工艺处理微污染原水146
51YDT弹性波纹立体填料分层取样试验146
52PS填料分层取样试验149
53PS填料中微生物在不同高度处的分布151
54两级生物接触氧化工艺处理微污染原水的可行性探讨154
第6章臭氧生物活性炭与生物活性炭157
61常规处理、生物接触氧化预处理与活性炭处理的关系158
611常规处理与活性炭处理的关系158
612生物预处理对活性炭吸附的影响159
62中试全流程生物氧化系统对水中氨氮与有机物的去除160
63生物活性炭池与臭氧生物活性炭池对CODMn与TOC的去除
效果163
631中试各工艺单元对CODMn的去除163
632中试各工艺单元对TOC的去除164
64生物活性炭与臭氧生物活性炭滤柱中活性炭上的微生物165
65Ames试验166
66生物活性炭池运行监控指标的确定168
661试验期间原水水质概况168
662试验工艺流程及参数选择169
663试验结果与分析169
6631碘吸附值比较169
6632亚甲蓝吸附值比较171
664生物活性炭运行指标的确定172
67微生物对活性炭的再生作用176
671“胞外酶”——活性炭生物再生的必要条件177
672孔径——生物再生的基础178
673浓差扩散——生物再生作用的动力179
674结论179
68臭氧生物活性炭处理效果并不优于生物活性炭182
69建议183
第7章生物接触氧化法所用的填料及曝气系统的比较185
71生物接触氧化法所用到的填料特点185
711填料的材质186
712填料的结构形式187
713填料的比表面积193
714填料的挂膜与脱膜195
72曝气装置与填料的配套选择196
721曝气装置的演变196
722生物接触氧化法中对曝气装置要考虑的几个问题198
723曝气均匀性200
73关于穿孔管曝气装置的建议201
731保证布气的均匀性201
732防止堵塞202
733管路变径连接技术202
74生物处理中曝气系统的选择与设计203
741设计参数203
742曝气器种类205
75几种不同填料在生物接触氧化预处理中部分性能评价比较208
751生物接触氧化预处理池清水充氧对比试验208
752不同生物预处理方式的特性分析211
753不同生物预处理方式的运行与管理217
76生物处理的优化调控220
第8章微污染原水生物预处理工程实例及存在问题解决方案225
81微污染原水处理工程实例简介226
811东江－深圳供水渠原水生物处理工程226
8111东深供水工程背景简介226
8112工程方案简介229
8113各主体处理单元简介231
8114池体布置233
8115运行管理235
8116鼓风曝气系统设计236
8117管道系统设计240
8118填料系统设计245
8119结语249
812上海张江陆家大桥生物预处理工程250
8121川杨河原水水质250
8122生物接触氧化法预处理工艺与常规净水系统优化组合
流程251
8123生物接触氧化预处理池工艺设计及运行参数252
8124浊度较高的污染原水生化净水系统除污染效果253
8125结语262
813上海南汇县惠南水厂生物预处理工程262
814宁波姚江生物氧化预处理工程272
82生物预处理工程运行当中所存在的问题及解决方案278
821生物接触氧化预处理池的排泥问题278
822YDT弹性波纹立体填料的冲洗278
823生物接触氧化预处理池的水力负荷太低279
824生物接触氧化处理池内的短流现象279
第9章YDT弹性波纹立体填料生物接触氧化预处理池的设计283
91YDT弹性波纹立体填料简介及布置要求283
911YDT弹性波纹立体填料简介283
912产品主要技术指标285
913YDT弹性波纹立体填料的安装与使用286
92影响YDT弹性波纹立体填料正常运行的因素288
921净化效果的影响因素与优化调控288
922YDT弹性波纹立体填料生物接触氧化池的启动挂膜292
93YDT弹性波纹立体填料预处理工程的设计要求296
931生物预处理池的池型选择296
932生物预处理池的进水及布气方式298
933关于生物接触氧化预处理池设计时的几个建议299
934生物接触氧化池的运行与维护300
第10章紫外UVC技术在微污染原水处理中的应用302
101水中藻类给饮用水生产带来的问题302
102现代紫外UVC技术简介304
103紫外UVC技术灭菌除藻的原理307
104现代紫外UVC灭菌除藻的技术特征307
1041灭活效率及杀灭的广谱性307
1042水化学变化310
1043介质中紫外UVC辐射311
105紫外UVC灭活微生物的动力学312
106紫外UVC除藻技术在工程运用中的要点313
107紫外UVC技术的经济技术比较317
1071投资成本核算317
1072运行维修成本318
108结论319
第11章生物接触氧化预处理节约混凝剂和液氯用量研究320
111净水工艺系统320
112生化净水工艺系统节约混凝剂用量研究321
113生化净水工艺系统节约液氯用量研究323
114生物接触氧化法除污染的效益分析324
1141生物接触氧化法除污染的社会效益分析324
1142生物接触氧化法除污染的经济效益分析324
115生物接触氧化法除污染的可行性与应用前景分析327
参考文献328