周云¹，戴 婕¹，王占生²，朱亮³，張文妍³
( 1.上海市自來水浦東有限公司， 上海 200127；2.清華大學環境科學與工程系，北京100084；
3.河海大學水文水資源與環境學院，江蘇南京 210098)

　　摘　要：介紹了上海周家渡水廠采用曝氣生物濾池(BAF)預處理黃浦江原水的生產性試驗結果，包括BAF的設計參數、運行情況等。試驗數據表明，采用BAF預處理工藝對原水濁度、鐵、錳、氨氮、亞硝酸鹽、COD_Mn和可同化有機碳(AOC)的去除率分別為40.9%、53.1%、36.6%、39.9%、40.1%、15.4%和54%，提高了出水水質和生物穩定性。
　　關鍵詞：BAF；生物陶粒；預處理
　　中圖分類號：TU991.21
　　文獻標識碼：A
　　文章編號：1000-4602(2002)10-0006-03

Application of Biological Aerated Filter in Shanghai City Zhoujiadu Water Plant
ZHOU Yun¹, DAI Jie1, WANG Zhan-sheng², ZHU Liang³, ZHANG Wen-yan³
( 1.Shanghai Municipal Water-works Pudong Co.Ltd.,Shanghai 200127,China; 2.Dept of Environmental Science and Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China; 3.School of Hydrology,Water Resource and Environment,Hehai Universit y,Nanjing 210098,China)

　　Abstract：Biological aerated filter (BAF) was used for the pretreatment of raw water in Huangpu River in a full-scale test made in Zhoujiadu Water Plant.In this paper the test results including design parameters of BAF and running data were described.The test data are showed as follows:the removal rate of turbidity,iron,manganese,ammonia nitrogen,nitrite,CODMn,and assimilatory organic carbon (AOC) is respectively 40.9%,53.1%,36.6%,39.9%,40.1%,15.4% and 54%.In addition,finished water quality and its biological stabilization are also improved.
　　Keywords:biological aerated filter (BAF); ceramsite; biological pretreatment

1 概述

　　周家渡水廠是上海市自來水浦東有限公司下屬的一家老水廠，從1999年起進行了深度處理改造，到2001年2月基本完工。改造后的水廠以黃浦江上游水為原水，制水能力為1×10⁴m³/d，有2條采用BAF預處理工藝的平行處理流程：BAF→常規處理→臭氧→活性炭。活性炭濾池出水加少量氯消毒后進入清水池，再經水泵提升輸入管網(見圖1)。
　　BAF的構造和氣水反沖快濾池相比僅增加了曝氣系統，在濾料底部采用穿孔管進行連續曝氣，用1臺羅茨鼓風機供氣(風量為5.5 m³/min，風壓為29kPa)。采用氣水聯合反沖洗，配氣、配水系統采用濾板和長柄濾頭。BAF結構示意見圖2，主要設計參數見表1。

表1 BAF主要設計參數 項 目 設計參數 項 目 設計參數 處理水量(m³/d) 5 000 填料高度(m) 2.0 濾速(m/h) 5.5 空床停留時間(min) 22 氣水比 (0.7～1)∶1 曝氣方式 底部設微孔擴散裝置，連續曝氣 平面尺寸(m×m) 11.20×7.50 反沖洗方式 氣沖2～3 min,再水沖5 min 單格面積(m²) 14 沖洗周期(d) 5～7 池頂標高(m) 9.50 沖洗強度［L/(m²·s)］ 氣、水沖洗?強度均為15 池底標高(m) 4.50 　 　 濾池總高度(m) 5.00 　 　

　　BAF工藝中選擇的是QT系列陶粒濾料，其主要特點是：①陶粒以優質粘土為原料、加入少量輔料后加工而成，其表面粗糙、多微孔、不結釉，解決了其他片狀陶粒表面結釉的問題；②強度高、孔隙率大、比表面積大、化學和物理穩定性好，與聚氯乙烯等形狀規則的填料相比，具有生物附著力強、掛膜性能良好等優點；③陶粒為球形，體積質量適中，流態好，容易進行反沖洗；④粒徑可根據需要制作，截污能力強，過濾周期長。
　　周家渡水廠采用的球形陶粒的粒徑為3～5mm，有效粒徑為3.2mm，呈棕褐色，體積質量為1.7kg/L，堆積的體積質量為0.85 kg/L，比表面積＞1.5×10⁴cm²/g，孔隙率為50%左右。

2 BAF的運行

　　BAF的生產性試驗于2001年7月開始，進水流量為170～300m³/h，濾速為4.05～7.14m/h，濾料容積負荷為2～3.6m³/(m³·h)，空床停留時間為30～17min。在進水的同時進行曝氣，氣量為330m³/h, 氣水比為(1.9～1.1)∶1。沖洗周期與原水濁度有關(一般控制為7～10d)，當水頭損失為15～18kPa時進行反沖洗(先氣沖3min，再水沖5min左右)，若運行中反沖洗不及時就會產生氣阻而影響過濾效果。開啟鼓風機曝氣時池中水面應低于進水槽，運行時各格水面應平齊以使曝氣均勻。
　　運行中采用連續曝氣時出水的溶解氧明顯增加，平均比進水增加1.6倍，最高時增加7.5倍。若原水氨氮較低(＜1mg/L)且DO/NH₃-N＞5時，可停止曝氣以節約運行費用。
　　于2001年8、9、10月分別取濾池中的陶粒濾料進行了鏡檢，結果見表2。

表2 生物鏡檢結果 采樣時間 細菌(菌落)數(10⁵ 個) 菌膠團的形態 8月24日 0.5 大、小菌膠團都有，但較疏松,沒有發現原生動物和后生動物 9月18日 0.7 大、小菌膠團都有，但較疏松 10月10日 0.7 大、小菌膠團都有，但較疏松,有原生動物和后生動 注： 取2 g陶粒濾料進行測定。

3 處理效果

　　7月20日—9月20日的試驗數據見表3。
3.1 對濁度的去除
　　試驗期間BAF對濁度有良好的去除效果，且曝氣時去除率較低(對濾層有攪動)，不曝氣時較高。BAF的除濁原理有兩方面：一是靠濾層截留(和砂濾池類似)；二是靠生物吸附和絮凝降解作用(生物除濁)，微生物代謝時分泌出的莢膜、細胞外粘液和多糖類物質使懸浮顆粒粘附在生物膜表面，成為生物膜的一部分或粘結細小顆粒成為較大的絮體而被濾層截留。另外，因進水未加混凝劑而未能使濁質脫穩，陶粒間孔隙又大于砂濾池，所以BAF對濁度的去除率低于一般砂濾池。據分析，BAF去除濁度不宜過高，若過高時則泥沙會包裹生物膜，影響其正常生長。

表3 BAF的處理效果 項 目 原水 BAF出水 最大/平均去除率(%) 平均值 最大值 最小值 平均值 最大值 最小值 濁度(NTU) 57.2 154 32.9 35.5 103 10.5 69.3/40.9 色度(倍) 28.4 36 10 25.8 36 10 33.3/7.8 鐵(mg/L) 2.1 7.5 0.4 1.0 3.5 0.05 97.5/53.1 錳(mg/L) 0.2 0.3 0.1 0.1 0.25 0.01 93.3/36.6 CODMn(mg/L) 6.3 7.67 4.75 5.3 6.93 3.4 39.5 /15.4 氨氮(mg/L) 0.2 0.4 0.05 0.1 0.35 0.04 85.7/39.9 亞硝酸鹽(mg/L) 0.022 0.09 0.001 0.008 0.08 0.001 98.8/40.1 UV₂₅₄(cm^-1) 0.221 0.346 0.177 0.221 0.281 0.162 28.6/0.0 溶解氧(mg/L) 3.9 6.2 0.7 6.4 8.7 3.4 　

3.2 對鐵、錳的去除
　　運行1周后BAF對鐵的去除率明顯增加，可認為除物化作用外，還產生了生物除鐵作用。在濾層中生成的鐵細菌能通過酶的生物催化作用在較低的氧化還原電位下快速將鐵氧化，被氧化的鐵以γ-羥基鐵的形式沉積在細胞的鞘膜中。
　　運行2周后BAF對錳的去除效果明顯。
3.3 對CODMn和UV254的去除
　　有機物可作為異養菌的電子供體和碳源，為異養菌提供能量并參與細胞合成。BAF對CODMn的平均去除率為15.4%。UV₂₅₄代表了水中含不飽和鍵的有機物含量，而這些有機物多是難生物降解有機物及致突變物，所以BAF對其去除率很低。
3.4 對氨氮的去除
　　出廠水中的氨氮會造成管網中的硝化細菌和亞硝化細菌的繁殖，從而影響出水的穩定性。BAF運行1個月后對氨氮有明顯去除效果。因試驗期間原水氨氮含量低(平均為0.2mg/L)，所以實際去除率比期望值低。
3.5 對亞硝酸鹽的去除
　　原水中的氨氮會因硝化反應而產生亞硝酸鹽，在2000年建設部頒布的1類水司標準中嚴格規定其含量不準超過0.1mg/L。BAF由于曝氣充分，對亞硝酸鹽的去除效果較好，出水的平均亞硝酸鹽含量＜0.1mg/L。
3.6 對AOC的去除
　　AOC的濃度與細菌的再生繁殖潛力有關，目前國際上用AOC來判斷管網水的生物穩定性。根據取樣測定結果，周家渡水廠原水的AOC為619μg/L，而BAF出水為284μg/L，說明BAF對AOC有明顯的去除效果。另外，測得BAF進、出水的電導率，pH值基本不變，試驗期間的水溫為32～13℃。?

4 結果與討論

　　①BAF預處理工藝具有接觸時間短、占地面積小、操作簡單(和砂濾相同)、排泥方便等優點。
　　②QT系列陶粒濾料具有易掛膜、不易板結、強度高、不易破碎、水流阻力小、易沖洗等優點。
　　③周家渡水廠的生產性試驗數據表明，通過BAF的預處理可提高出水的水質和生物穩定性。
　　④通過生產性試驗發現，BAF預處理工藝更適用于原水氨氮較高的情況，采用該工藝時要考慮在預處理后加消毒劑來解決沉淀池和砂濾池中的藻類和其他浮游生物過量生長的問題，否則會影響系統的運行和出水水質。
　　致謝：本研究得到上海市自來水浦東有限公司周克明總經理和其他有關領導的大力支持，參加試驗研究的還有倪加林、朱心、李志紅等人，在此一并表示感謝。?

　　作者簡介：周云(1952- )，男，四川渠縣人，碩士，高級工程師，研究方向為水處理技術和水質管理。
　　電　　話：(021)58706887?
　　E-mail: zhouyun2@sh163b.sta.net.cn
　　收稿日期：2002-04-08