生物接触氧化预处理源水的设计参数

CHINAWATER&WASTEWATER中国给水排水生物接触氧化预处理源水的设计参数李怀正，傅威，白月华，张杰(同济大学环境科学与工程学院，上海200092)摘要：结合一些工程实例，就目前普遍应用的生物接触氧化法处理微污染源水的一些设计参数进行了探讨，包括氨氮负荷、曝气强度的确定、曝气方式的选择等。关键词：微污染源水；生物接触氧化法；氨氮负荷；曝气强度；曝气方式中图分类号：X52文献标识码：C文章编号：1000-4602(2001)02-0043-031池容的确定生物接触氧化法预处理微污染源水是最近几年新兴的处理工艺，其池容的设计参数基本上是沿用污水生物处理的设计思想，即采用水力停留时间来确定的。然而，微污染源水与一般的污水水质有较大的差异，污水水质相对于微污染源水而言显得较为稳定，或者说污水浓度每天发生变化的程度不大(由于污水中污染物质浓度较大，因而浓度的微量变化不会对处理效果产生较大的影响)，而微污染源水中的污染物质浓度本身就很低，一旦发生变化，即使是“微量”的变化也会对处理效果产生很大的影响。一些实际工程的运行情况表明，采用“氨氮负荷(Nf)”来设计微污染源水预处理中生物接触氧化池的池容是较为合理的，因为它综合考虑了进水水量和水质等方面的影响因素。氨氮负荷是指根据进水水量、进水的氨氮浓度以及填料体积等来确定接触氧化池池体的大小。氨氮负荷(Nf)的表达式如下：Nf＝(Q×N)/(Vt×1000)则：Vt＝Q×N/(Nf×1000)(1)式中Q——处理水量，m3/dN——进池的NH+4-N浓度，mg/LVt——填料的体积，m3氨氮负荷Nf可根据试验确定，也可采用经验数据。Nf取值一般为0.05～0.08kg/(m3·d)，则氨氮的年平均去除率可达75%。当所处理水体平均温度较高时氨氮负荷取高值，相反则取低值。通过式(1)，可以计算出生物接触氧化池中所需填料体积Vt，然后就可以利用下面的公式来确定接触氧化池的平面尺寸。A0＝Vt/h0(2)式中h0——填料安装高度，m为了增加氧的利用率，有效水深应适当取深一些，但过深又会增加动力负荷，因此建议有效水深在3.5～6.0m。2曝气强度的确定生物接触氧化池中曝气除了充氧、传质作用外，还可通过对水体的扰动达到强制脱膜、防止填料积泥、保持生物活性的作用。传统的曝气量计算方法是根据充氧量即氨氧化和有机质降解过程的需氧量来计算气水比的。计算公式如下：从上式可知，将1mg/LNH4+-N氧化为NO2--N需耗氧3.43mg/L，将1mg/LNO2--N氧化成NO3--N需耗氧1.14mg/L。因此，将1mg/LNH4+-N完全氧化成NO3--N，需耗氧4.57mg/L。去除BOD51mg/L以需氧1mg计。通常情况下，微污染源水的进水氨氮含量在2mg/L左右，出水氨氮要求降为0.5mg/L，即需降低1.5mg/L；BOD5由4mg/L降到3mg/L，即需降低1mg/L，则理论上需氧量约为8.0mg/L。当鼓风机向水中鼓入空气(空气含氧量为0.29kg/m3)，对于穿孔管曝气系统来说，其在清水中的充氧效率一般为5%～6%，则气水比约为0.46～0.55；对于微孔曝气系统，其充氧效率一般为12%～15%，则气水比约为0.2～0.25。而通常为达到去除效果所采用的设计气水比均在0.8∶1～1.5∶1之间，也就是说最终确定气水比的因素并不是生化需氧量，而是上面所提到的另一个因素——气体对水体的扰动程度，称之为“曝气强度”用Gs表示。曝气强度就是在工程实践中总结出来的能够达到生化池中生化反应所要求的气体强度的一个概念，它的单位是m3/(m2·h)，即单位时间、单位生化池面积所通过的气体量。以上海浦东张江水厂实际运行情况为例，该水厂设计处理量为2.5×104m3/d，设计有效水深为6.0m，设计气水比为1.07∶1，折算成曝气强度为7.70m3/(m2·h)，设计水力停留时间为1.5h。根据1998、1999两年的实际运行情况来看，气水比只有0.6∶1左右，曝气强度仍然保持在4.32m3/(m2·h)，出水也能保持良好的水质。因此，在满足曝气强度和供氧量的情况下，气水比可以适当降低，从而降低运行成本。和氨氮负荷一样，曝气强度也是一个经验值，其取值范围大致在4.0～5.5m3/(m2·h)，也可根据试验确定，但一般不宜小于4.0m3/(m2·h)。当生物接触氧化池的总有效容积和有效水深确定后，对于一定的曝气强度，则有确定的供气量(20℃、1.015×102kPa状态下的空气量)，如下式所示：Gs＝G/A0＝GH/V(3)G＝Gs×A0＝Gs×V/H(4)式中G——供气量，m3/hH——生化池有效水深，mA0——生化池平面面积，m2V——生化池总有效容积，m33曝气方式的选择曝气设备是生物接触氧化工艺的重要