曝气生物滤池设计与施工的若干问题讨论.doc

曝气生物滤池设计与施工的若干问题讨论胥晓瑜 冯立平（北京市市政工程设计研究总院，北京100082）摘要 曝气生物滤池是一种新型的水处理工艺，它是在生物接触氧化工艺的基础上引入饮用水处理中过滤的思想而产生的一种好氧废水处理工艺。突出特点是在一级强化处理的基础上将生物氧化与过滤结合在一起，滤池后面不设沉淀工序，通过反冲洗实现滤池的周期运行。本文结合试验与工程实践，从滤料、气水比、滤料层高度、滤料层膨胀率、池型选择、滤板滤梁、滤头与开孔率、空气压缩系统、滤头防堵、土建质量、空气管道吹扫以及调试等方面讨论污水处理上向流曝气生物滤池设计与施工过程应注意的问题。关键词 曝气生物滤池 上向流 Discussion on the problems of aerated bio-filter design and constructionXu Xiaoyu Feng Liping（Beijing General Municipal Engineering Design & Research Institute, Beijing 100082）Abstract: Bio-filter is a kind of new style waste water treatment process. It is developed from biological contacting & oxidation process and the idea of filtration in the potable water treatment process. The prominent characteristics for this process is that it combined the biological oxidation & filtration process on the base of Grade I treatment. The sedimentation tank is no need to be set followed the filter and it is operated through the cycling back wash process. This paper will discuss the problems occurred in the design and construction of the up-flow bio-filter in the details of filtration material, air-water ratio, thickness of filtration material, expansion ration of filtration material, selection of filter tank type, filter board and beam, filter head and hole ratio, air pressing system, block prevention of filter head, civil construction quality, sweep of air pipeline and debugging of the bio-filter, etc.Keywords: bio-filter; up-flow曝气生物滤池是在生物接触氧化工艺的基础上引入饮用水处理中过滤的思想而产生的一种好氧废水处理工艺，20世纪70年代末80年代初起源于欧洲。由于其良好的性能表现，应用范围不断扩大，在经历了20世纪80年代中后期的较大发展后，到20世纪90年代初已基本成熟。20世纪90年代以后，它的发展方兴未艾，工艺形式不断推陈出新，功能逐步完善、扩展。20世纪90年代中前期以前，曝气生物滤池主要用于中低浓度的污水处理，而且与其他工艺结合较少，20世纪90年代中后期，曝气生物滤池已经逐步与其他工艺结合处理各种各样的污水，其中涉及造纸废水、饲料废水等工业废水。比如巴西就将曝气生物滤池与UASB结合起来，成功地处理养猪厂废水。曝气生物滤池在处理腐殖质的过程中同样获得满意结果。可以说曝气生物滤池与其他工艺的结合必将是它发展的新领域。本文结合工程实践讨论污水处理上向流曝气生物滤池设计施工应注意的若干问题。1 滤料滤料及其上面的生物膜是处理工艺的核心部分，所以滤料性质的重要性不言而喻。滤料选择除粒度、密度、空隙率、挂膜特性、机械强度、化学稳定性、不含毒、害物质等方面的要求外，最重要的是比表面积。比表面积越大，单位滤料中生长的微生物量越多，生化处理效率越高。材质可用轻质陶粒、球形有机填料、无烟煤、石英砂、塑料等，以园形轻质陶粒滤料和球形有机填料较佳。采用的颗粒填料粒径一般为3.55mm。从化工原理的角度看，填料技术的改进是对反应器内部构造的改造，是加强传质、改善反应器内水力条件、生化反应条件的基本手段，是提高负荷的基本途径。在曝气生物滤池工艺中，填料一方面起着生物载体的作用，为生物膜提供良好的生长环境，另一方面也起着过滤的作用。事实上，曝气生物滤池性能的优劣很大程度上取决于填料的特性。2 气水比气水比与出水SS、出水COD、出水BOD5和出水氨氮都有着密切的关系，因此它是一个十分重要的参数。由试验可知，随着气水比的增加，反应器出水SS有增加的趋势，与之对应，去除率趋于降低，因出水中的SS主要由脱落的生物膜组成，而气水比的增加，无疑增加了工艺曝气对好氧区生物膜的冲刷，此外，气水比的增加，必然会对滤床内生物相组成及生物活性高低产生影响。气水比对COD去除有较大的影响。这一点与生活污水的可生化性高有直接关系。因为在原水水力负荷不变，回流比固定，有机负荷、停留时间不变的情况下，增加气水比本质意味着生化反应的增加，也就直接体现为出水COD的降低。提高气水比不仅会对滤池处理可降解物质的能力产生影响，对于难降解物质的去除也会产生有益的作用；此外，传质作用的加强，乃至生物同化不可降解物质水平的提高，均会对出水COD 的降低产生积极作用。虽然气水比采用4：1或5：1对COD均有一定去除率，但试验和实践证明，在气水比6：1的工况中，出水COD的降低可以获得更为令人满意的效果。气水比对出水BOD5的影响趋势与气水比对COD 处理的影响相类似，但程度较小，主要原因是气水比4：1时反应器的出水BOD5就较低，生化处理的效果比较好。但气水比的影响还是能看出来。出水的BOD5随气水比的增加逐渐降低。试验可知，随着水力负荷的增加，有机负荷的加大，气水比的影响程度还会进一步加大。试验和实践证明，气水比对氨氮去除的影响较大，随着气水比的增加，出水氨氮有较大幅度的降低。去除率的增幅更加明显，试验和实践证明，气水比6：1的工况下，氨氮的去除效果较为明显。3 滤料层高度滤料层高度对于出水COD、出水BOD5和出水氨氮都有着重要的影响，因此是一个不可忽视的参数。试验可知，COD沿程去除的主要作用区是在缺氧区和好氧区的前半部，分析其原因主要是：滤料层底部除了通过过滤作用截留一部分以SS形态存在的COD外，同时也通过生物降解去除部分COD，包括反硝化中消耗的C源。在好氧区前部，好氧微生物处于强代谢状态，大量降解水中的污染物质。而到了好氧区后半段，COD的含量已经减少，生物量也相对减少，去除作用减弱。因为反应器的水力特性经过试验证实主要是推流式的。相比之下，好氧区对COD降解的贡献要大于缺氧区。BOD5的沿程去除作用与COD相似。氨氮沿滤料高度的去除情况与COD、BOD5沿滤料高度的去除情况不同，去除作用主要发生在好氧区的后半部，试验可知，越在好氧区后部，去除作用越明显。其根本原因在于自养硝化菌与异养菌的相互作用关系。氨氮的去除条件是严格好氧的，在缺氧区不发生硝化作用。即使在好氧区的靠前部分，硝化作用也会由于异氧菌生长占优势，硝化菌养料、传质等条件的限制而处于被抑制状态。而在好氧区的后半部，一方面，由于有机质已经大部分降解，水中生成有大量硝化菌用以同化的物质；另一方面，由于氧的传质条件的改善，提供了硝化菌的良好生长条件，所以硝化能力大幅度提高。因此定性讲，反应器好氧区的高度应由氨氮的去除情况决定。综合以上三种因素，滤料层高度原则上应由试验决定，一般取2.54.5m。4 滤料层膨胀率滤料层膨胀率是一个十分重要的参数。在膨胀率很小的前提下，反冲气强度即使较大，也只能搅动滤料层底部的部分滤料，随着滤料层膨胀率的增加，同样气反冲洗强度能够搅动更多的滤料，可以设想膨胀率达到一定程度时，该反冲洗气的强度能够将整个滤料层搅动。就是说，该膨胀率是在此气反冲强度下能够有效搅动滤料层的最小膨胀率。随着膨胀率进一步增加，该反冲洗气强度必然能充分搅动整个滤料层。但搅动的程度会有所不同。反冲的直接作用因素颗粒的碰撞、摩擦也会不同。如果膨胀率足够大，那么颗粒间的碰撞、摩擦几率都将会减少。那么，滤料怎样“剧烈”的搅动才是适合的。填料颗粒间处于怎样的相互碰撞、摩擦的状态才是合理的？对此问题的解决首先是从反冲效果出发，即高效地去除滤床内截流的SS和过量的生物膜，又保证填料表面留有足够的生物量，满足下一周期的处理要求。一般情况下，滤层膨胀率取10%较为适宜。5 池型为了保证反冲洗效果，单池面积不宜太大，一般小于100 m2，形状上通常采用矩形，单侧配水配气，纵横向长度比11.211.5，短边长小于8 m，并在长边沿全长设配水配气室均匀地配水配气。进水孔位于滤池底板面上。进气孔顶应与滤板底持平或稍低，孔径一般为5080mm，不宜过大。6 滤板、滤梁滤板、滤梁的制作是曝气生物滤池制作的关键环节。曝气生物滤池滤板、滤梁的设计施工要求与给水V型滤池相同，滤梁设计除了保证纵向强度外还应具备必要的横向刚度，以抵御滤板安装时可能发生的水平力的作用。滤板、滤梁的强度应比池体砼提高一级，其制作、安装的精度要求很高，一般土建单位难以达到，应交由专业厂家用专用钢模生产。滤板宜采用卧式模具，每次生产一块，脱模时间为24h（夏季高温时应不少于16h即两天三脱模）。为缩短制作、安装周期，有人曾采用ABS板材制作底模整体现浇滤板，但因底模凹凸不平，配气配水不够均匀，且造价与预制相比增加50100。也有的单位采用立式模具，但模具内气体排除困难，所产滤板气泡很多，强度很低；钢筋位置难固定，露筋多；滤板边缘密实度更低，毛刺、缺损、掉角甚多，甚至导致全部翻工重做。7 滤头与开孔率曝气生物滤池通常采用小阻力配水系统（长柄滤头）。滤池进水虽然已经预处理，其中的悬浮物质仍然较多，且较粗大，特别是生活污水粘稠物质多，水中混有许多塑料薄膜碎片，对滤头危害很大。为了避免堵塞，滤头缝隙应比给水滤头宽，约为2.02.5mm，每个滤头缝隙总面积约250350 mm2。开孔比可比给水滤池大，约0.011-0.015。配气孔直径2.02.5 mm，位置应在滤杆丝扣之下或与滤板底面平，它与滤杆下端的配水条形孔的距离应保持150200mm以上。如开孔比过大，除了影响反冲洗均匀性外，还导致配水配气稳定性下降，对反洗系统内其它因素的微小变化敏感。某工程采用开孔比0.027，滤头配气孔d=4mm，位置偏低，距滤板底238mm，距配水条形孔仅50mm，试运转时发现不仅冲洗不均匀，产生了强烈的脉冲；而且当空气压力变化气垫层下界面发生波动时，大量空气从下界面降低的区域内之滤头，通过配水条形孔喷射而出，即产生所谓“气垫层击穿”现象。8 滤头防堵上向流曝气生物滤池从滤板下进水，水中含较多悬浮物，特别是塑料薄膜碎片，长期运行滤头堵塞难以避免，一旦出现很难清洗。某污水厂曾因此而导致反冲洗时把滤板掀翻这样的严重后果。设计上除在池壁滤板底高度下设检修人孔外，还应考虑必要时利用滤池水位迅速地从上而下逆向冲洗滤头把堵塞物排走的相应措施。9 压缩空气系统曝气生物滤池与给水V型滤池一样通常采用气动蝶阀控制。后者的动力是压缩空气。压缩空气应经过仔细的过滤、干燥然后通过管道输送到各气动阀门的电磁阀上。压缩空气系统的管道由于接头多，施工时应注意其气密性。否则会由于漏气导致空压机频繁起动，既浪费能源又影响空压机的寿命。为减少空压机起动频率，系统内另配一个较大的贮气罐是必要的。通往各格滤池或设备（反洗水泵、鼓风机）的支管前端应有控制阀门（法兰连接），便于分段检修。10 土建质量曝气生物滤池对土建施工质量的要求与给水V型滤池相同。一般土建施工单位对此往往不了解或不重视。设计院及监理公司必须反复强调，加强过程监控，逐条逐项落实。尤其是某些关键部位，如池壁平直度，相邻池壁垂直度，进气进水孔孔中心标高、间距、方向，进出水溢流堰堰顶水平度及标高，预留孔、预埋件的位置及其固定程度，模板支撑的可靠性等等，更应层层把关，反复检查验收。池内壁下部四周的凸缘（支承滤板及不锈钢压板用）应与池壁同时浇筑，否则凸缘与池壁砼分离，反冲洗时接合面容易漏气。预埋钢板螺栓、防水套管的安装定位也是一个薄弱环节，必须在模板安装时把它们固死，防止浇灌砼过程中移位，否则会给后续的设备、管道安装带来很大的困难。某工程进气孔采用预埋d=100mmPVC短管形式，短管与该处池壁同厚（580mm）。由于设计文件对该孔安装精度没提要求，施工单位也疏忽大意安装不牢，结果各孔高低不一，方向各异，参差不齐，对配气均匀性影响很大。11 空气管道吹扫曝气生物滤池的空气管道有压缩空气管、反冲气管及曝气管，它们在通水冲洗、压力试验并排干水分后均需使用空气进行吹扫，曝气管吹扫应在曝气头安装前进行。吹扫风速宜不低于20m/s。应先吹扫压缩空气管道，后吹扫反冲气管及曝气管。吹扫气源最好分别利用已安装好的空压机、反洗鼓风机和曝气风机。吹扫顺序应按离气源先近后远，逐段吹扫，其余段应关闭相应支管的控制阀门。12 调试曝气生物滤池的配水配气及曝气系统安装过程应进行以下项目的验收测试滤板安装平整度测试 滤板制作的外表质量（指单块表面平整度、外形几何尺寸误差等）是保证安装质量的前提条件之一，其目的是使滤板安装后上、下表面尽可能水平、光滑，所有滤头杆上的气孔、配水条形孔保持在同一高度上，以提高气水反冲洗均匀性和稳定性。安装平整度测试在滤板安装后进行。用水平仪抽检（以毫米刻度的钢直尺为标尺）滤板的上表面，要求单块滤板安装平整度误差1 mm，单格滤池内安装平整度误差5 mm。滤板嵌缝气密性测试 滤板嵌缝养护完成后，检查嵌缝应平整、无气孔、无裂纹；不锈钢压板安装应平稳牢固。向全部滤头座拧上堵头（除其中一个接出气压表外），往池内注入约20cm深水，开动反洗风机或空压机供气，通过排气阀调整滤板下压力。试验压力0.040.05Mpa，恒压10min。所有嵌缝均无气泡冒出为合格。否则应详细记录漏点位置，排水修复后重新试验直至合格为止。本项测试务必控制好试验压力，压力过高会导致掀翻、打烂滤板滤梁。滤头配气均匀性测试 卸下堵头拧上滤头。滤头安装应由有经验的师傅使用扭矩钣手进行，防止用力不均。检查滤头无损坏，位置正确，安装牢固。放水入池，水位以淹没滤头顶部为准（此时已有足够水量通过滤头渗至滤板下面）。开