曝氣生物濾池設(shè)計(jì)與施工

   曝氣生物濾池是二十世紀(jì)八十年代后期開發(fā)的一種污水處理新工藝，1990年法國OTV公司建造了****座曝氣生物濾池，稱之為“淹沒式固定生物膜曝氣濾池”。由于它克服了活性污泥法占地面積大、易散發(fā)臭氣及運(yùn)行不穩(wěn)定等缺點(diǎn)而備受關(guān)注。

目前全**建成運(yùn)行的曝氣生物濾池已達(dá)幾百座。它屬于生物膜法的范疇，又兼具有活性污泥法某些特點(diǎn)。濾池內(nèi)放置直徑只有幾個毫米的多孔濾料作為生物群落的附著繁殖介質(zhì)，通過設(shè)在濾層下面的配氣系統(tǒng)（也有置于濾層中間者）向生物群落供氣（氣源為鼓風(fēng)機(jī)）。對污水的凈化除主要依靠濾料上的生物膜外，濾層內(nèi)還截留了大量類似活性污泥的懸浮生物，對污染物質(zhì)也具有吸附、降解作用。水流方向多采用上向流式，即池底進(jìn)水池頂出水，有的也用下向流式。上向流式采用穿孔管池底配水，鋼筋混凝土濾板及濾頭則安裝于池的頂部，以阻擋濾料流失并收集出水。下向流式采用大阻力配水系統(tǒng)。輕質(zhì)多孔濾料粒徑小、比表面積大，容積負(fù)荷可以很高，濾池面積可大大縮小。由于水流方向與濾料壓密方向一致，可同時完成生物接觸氧化與固液分離，通常可省去后續(xù)的二沉池。隨著過濾進(jìn)程，生物膜不斷增厚、老化、脫落，濾層截留的懸浮物也逐漸增多，過濾阻力同步增加，需定期進(jìn)行反沖洗以恢復(fù)其凈化能力。

沖洗方式為三段式氣水反沖洗，即先氣洗，氣水聯(lián)合沖洗然后單獨(dú)水洗。反洗空氣由鼓風(fēng)機(jī)通過池底的配氣系統(tǒng)提供。反洗水流方向則自上而下（上向流濾池）或自下而上（下向流濾池）。上向流濾池的沖洗水貯存于濾板之上，利用同組濾池的出水進(jìn)行重力沖洗，不需要沖洗水泵。

近年來我國建設(shè)了若干座上向流曝氣生物濾池（UBAF），形式有所變化，其構(gòu)造類似給水V型濾池。配水配氣系統(tǒng)設(shè)于濾池底部，采用鋼筋混凝土濾板和長柄濾頭。為防止濾料流失，在出水堰前加設(shè)柵形穩(wěn)流板，出水堰頂面做成60°斜坡。沖洗方式仍為三段式氣水反沖洗，需設(shè)反洗水泵。當(dāng)對出水有脫氮要求時，一般需采用兩級曝氣生物濾池，通過控制供氧在濾層內(nèi)分別造就缺氧或好氧環(huán)境，令生物膜上繁殖的優(yōu)勢菌種分別為好氧異養(yǎng)菌或硝化菌、反硝化菌，從而達(dá)到除碳及脫氮目的。除磷則以化學(xué)絮凝法為主（濾前投加鐵鹽或鋁鹽），濾池內(nèi)聚磷菌在厭氧與好氧交替情況下對污水中磷的過剩攝取能力進(jìn)行生物除磷為輔。

此外，我國還有在給水預(yù)處理上應(yīng)用曝氣生物濾池的范例。它成功地降低了微污染原水的COD、NH3-N、NO2和AOC，提高出廠水的水質(zhì)和生物穩(wěn)定性。曝氣生物濾池具有流程筒單，水力負(fù)荷及容積負(fù)荷大，占地小，投資省，運(yùn)行成本較低，出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)，既適用于大中小型的城市生活污水及某些工業(yè)廢水處理（如啤酒、印染、食品加工廢水），也可用于給水預(yù)處理。但是，它的池體結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，設(shè)備較多，自動化程度較高，要求較高的建造質(zhì)量及運(yùn)行管理水平。本文結(jié)合工程實(shí)踐討論污水處理上向流曝氣生物濾池（UBAF）設(shè)計(jì)施工應(yīng)注意的若干問題。

1.主要參數(shù)

進(jìn)水水質(zhì)（mg/l）∶COD 100-1000BOD5 50-350SS 50-350TKN 15-60NH3-N10-40

出水水質(zhì)（mg/l）∶COD<40BOD5<20SS<20NH3-N<10TKN<15

容積負(fù)荷NS∶2-6 kg BOD5/(m3.d)4-12 kgCOD/(m3.d)

NS取值與進(jìn)水、出水水質(zhì)密切相關(guān)。有機(jī)物容積負(fù)荷越高，出水中有機(jī)物剩余濃度也越大。例如，城市污水要求出水BOD510-20 mg/l，NS可取3.5-5.0，當(dāng)要求出水BOD55-10 mg/l時，NS則應(yīng)降為2.5-3.2。當(dāng)NS>3時，NH3-N的去除受抑制，NS>4時，NH3-N的去除受明顯抑制。有硝化脫氮要求時，還應(yīng)考慮硝化負(fù)荷，一般為0.3-0.8kgNH3-N/(m3.d)。故應(yīng)根據(jù)原水性質(zhì)及處理要求選取合適的NS值。

水力負(fù)荷∶3-6m3/m2.h

去除率∶COD>90% BOD5>90%NH3-N>90%SS>90%

濾料∶濾料選擇除粒度、密度、空隙率、機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性、不含毒、害物質(zhì)等方面的要求外，*重要的是比表面積。比表面積越大，單位濾料中生長的微生物量越多，生化處理效率越高。材質(zhì)可用輕質(zhì)陶粒、無煙煤、石英砂、塑料等，以奧林濾材園形輕質(zhì)生物陶粒濾料較佳。粒徑3-6mm，濾層厚度2.5-4.5m。

沖洗強(qiáng)度∶水4-10 l/m2.s ，氣12-20 l/m2.s ，濾層膨脹率約10%。

沖洗方式∶長柄濾頭配水配氣。先氣洗3-5min，然后氣水聯(lián)合洗3-5min，*后單水洗3-5min。通過沖洗把濾層內(nèi)截留的污泥及老化的生物膜排出，但沖洗強(qiáng)度不可過大，以保留足夠的活性生物膜，為下一周期生化處理能力的恢復(fù)創(chuàng)造條件。沖洗耗水量為濾水量的7-10%。

曝氣∶為微生物提供生長繁殖所需的溶解氧，并有攪動濾層，促進(jìn)老化膜脫落更新的功能。需氧量約0.42－0.8kgO2/kg BOD5，可用安裝于濾板面上的穿孔管或空氣擴(kuò)散器（曝氣頭）配氣。為防止水倒流，反沖洗空氣干管及曝氣干管的管底應(yīng)局部抬高至濾池*高水位之上500mm。

工作周期∶24-48h

單格過濾面積∶50-100m2

2. 池型

為了保證反沖洗效果，單池面積不宜太大（≤100 m2），平面上通常采用矩形，單側(cè)配水配氣，縱橫向長度比1∶1.2－1∶1.5，縱向（短邊）長≤8 m并應(yīng)在橫向（長邊）前端沿全長設(shè)配水配氣室均勻地配水配氣。進(jìn)水孔位于濾池底板面上。進(jìn)氣孔頂應(yīng)與濾板底持平或稍低，孔徑（50-80mm）不宜過大。某工程設(shè)計(jì)池橫向兩端各一米多長無進(jìn)水進(jìn)氣孔，濾梁頂面又無平衡孔；進(jìn)氣孔位于濾板底下300mm處，孔徑d100mm，導(dǎo)致反沖洗時濾池兩側(cè)由于濾梁阻隔沒有反洗空氣通過，中部則發(fā)生嚴(yán)重的射流，布?xì)怙@然無均勻可言。

3.濾板、濾梁

曝氣生物濾池濾板、濾梁的設(shè)計(jì)施工要求與給水V型濾池相同，濾梁設(shè)計(jì)除了保證縱向強(qiáng)度外還應(yīng)具備必要的橫向剛度，以抵御濾板安裝時可能發(fā)生的水平力的作用。濾板、濾梁的強(qiáng)度應(yīng)比池體砼提高一級，其制作、安裝的精度要求很高，一般土建單位難以達(dá)到，應(yīng)交由專業(yè)廠家用專用鋼模生產(chǎn)。濾板宜采用臥式模具，每次生產(chǎn)一塊，脫模時間為24h（夏季高溫時應(yīng)不少于16h即兩天三脫模）。為縮短制作、安裝周期，有人曾采用ABS板材制作底模整體現(xiàn)澆濾板，但因底模凹凸不平，配氣配水不夠均勻，且造價與預(yù)制相比增加50-100％。 某單位采用立式模具，據(jù)稱每次可生產(chǎn)五塊。但模具內(nèi)氣體排除困難，所產(chǎn)濾板氣泡很多，強(qiáng)度很低；鋼筋位置難固定，露筋多；濾板邊緣密實(shí)度更低，毛刺、缺損、掉角甚多，導(dǎo)致全部翻工重做。某工程把濾梁交由濾池土建單位現(xiàn)場澆制，雖然施工時費(fèi)煞了苦心，但拆模后檢查仍有不少預(yù)埋螺栓偏位過大（濾板安裝位置不足，一格池甚至多達(dá)20塊濾板放不下），梁身彎曲不直（突出部位濾頭桿插入受阻，凹陷部位濾板支承面不夠，應(yīng)力過于集中），梁頂面*大水平誤差竟達(dá)19mm，直接影響濾板的安裝和使用壽命。

4.濾頭與開孔率

曝氣生物濾池通常采用小阻力配水系統(tǒng)（長柄濾頭）。濾池進(jìn)水雖然已經(jīng)預(yù)處理，其中的懸浮物質(zhì)仍然較多，且較粗大，特別是生活污水粘稠物質(zhì)多，水中混有許多塑料薄膜碎片，對濾頭危害很大。為了避免堵塞，濾頭縫隙應(yīng)比給水濾頭寬（2.0-2.5mm），每個濾頭縫隙總面積約250-350 mm2。開孔比可比給水濾池大，約0.011-0.015。配氣孔直徑2.0-2.5 mm，位置應(yīng)在濾桿絲扣之下或與濾板底面平，它與濾桿下端的配水條形孔的距離應(yīng)保持150-200mm以上。開孔比過大除了影響反沖洗均勻性外，還導(dǎo)致配水配氣穩(wěn)定性下降（對反洗系統(tǒng)內(nèi)其它因素的微小變化敏感）。某工程采用開孔比0.027，濾頭配氣孔（d=4mm）位置偏低（距濾板底238mm，距配水條形孔僅50mm），試運(yùn)轉(zhuǎn)時發(fā)現(xiàn)不僅沖洗不均勻，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的脈沖；而且當(dāng)空氣壓力變化氣墊層下界面發(fā)生波動時，大量空氣從下界面降低的區(qū)域內(nèi)之濾頭（通過配水條形孔）噴射而出，即產(chǎn)生所謂“氣墊層擊穿”現(xiàn)象。

5.承托層

給水V型濾池濾頭縫隙窄（0.25-0.3mm）,開孔比?。s0.008-0.01）配水較均勻，濾料一般采用均粒（0.9-1.2mm）石英砂，礫石承托層可簡化為一層（粒徑2-4mm，厚100-150mm）。曝氣生物濾池濾頭縫隙寬，開孔比大，沖洗強(qiáng)度較大，濾料為3-6mm的陶粒濾料，礫石承托層建議分為2-4mm，4-8mm，8-16mm三層布置，每層厚50-100mm。

6.濾頭防堵

上向流曝氣生物濾池從濾板下進(jìn)水，水中含較多懸浮物（特別是塑料薄膜碎片），長期運(yùn)行濾頭堵塞難以避免，一旦出現(xiàn)很難清洗。某污水廠曾因此而導(dǎo)致反沖洗時把濾板掀翻這樣的嚴(yán)重后果。設(shè)計(jì)上除在池壁濾板底高度下設(shè)檢修人孔外，還應(yīng)考慮必要時利用濾池水位迅速地從上而下逆向沖洗濾頭把堵塞物排走的相應(yīng)措施。

7.壓縮空氣系統(tǒng)

曝氣生物濾池與給水V型濾池一樣通常采用氣動蝶閥控制。后者的動力是壓縮空氣。壓縮空氣應(yīng)經(jīng)過仔細(xì)的過濾、干燥然后通過管道輸送到各氣動閥門的電磁閥上。壓縮空氣系統(tǒng)的管道由于接頭多，施工時應(yīng)注意其氣密性。否則會由于漏氣導(dǎo)致空壓機(jī)頻繁起動，既浪費(fèi)能源又影響空壓機(jī)的壽命。為減少空壓機(jī)起動頻率，系統(tǒng)內(nèi)另配一個較大的貯氣罐是必要的。管道材質(zhì)*好采用不銹鋼管（或無縫鋼管），焊接接頭。通往各格濾池或設(shè)備（反洗水泵、鼓風(fēng)機(jī)）的支管前端應(yīng)有控制閥門（法蘭連接），便于分段檢修。鍍鋅鋼管（絲扣連接）接頭氣密性較差；長期運(yùn)行內(nèi)壁生銹，銹斑一旦脫落便會堵塞電磁閥。某工程采用鋁塑復(fù)合管，雖可防止銹蝕，但因其剛度不足，運(yùn)行時在空氣壓力作用下接頭處容易脫開。

8.土建質(zhì)量

曝氣生物濾池對土建施工質(zhì)量的要求與給水V型濾池相同。一般土建施工單位對此往往不了解或不重視。設(shè)計(jì)院及監(jiān)理公司必須反復(fù)強(qiáng)調(diào)，加強(qiáng)過程監(jiān)控，逐條逐項(xiàng)落實(shí)。尤其是某些關(guān)鍵部位，如池壁平直度，相鄰池壁垂直度，進(jìn)氣進(jìn)水孔孔中心標(biāo)高、間距、方向，進(jìn)出水溢流堰堰頂水平度及標(biāo)高，預(yù)留孔、預(yù)埋件的位置及其固定程度，模板支撐的可靠性等等，更應(yīng)層層把關(guān)，反復(fù)檢查驗(yàn)收。池內(nèi)壁下部四周的凸緣（支承濾板及不銹鋼壓板用）應(yīng)與池壁同時澆筑，否則凸緣與池壁砼分離，反沖洗時接合面容易漏氣。預(yù)埋鋼板螺栓、防水套管的安裝定位也是一個薄弱環(huán)節(jié)，必須在模板安裝時把它們固死，防止?jié)补囗胚^程中移位，否則會給后續(xù)的設(shè)備、管道安裝帶來很大的困難。某工程澆灌池壁后發(fā)現(xiàn)預(yù)埋不銹鋼螺栓（固定濾板用）少了十多支，便采用同口徑不銹鋼膨脹螺栓補(bǔ)足。這顯然是錯誤的。因?yàn)槁菟變?nèi)混凝土在水的侵蝕下一旦溶化，磨擦力便喪失殆盡。此情況下，建議采用化學(xué)錨著不銹鋼螺栓補(bǔ)救，但費(fèi)用較高。某工程進(jìn)氣孔采用預(yù)埋d=100mmPVC短管形式，短管與該處池壁同厚（580mm）。由于設(shè)計(jì)文件對該孔安裝精度沒提要求，施工單位也疏忽大意安裝不牢，結(jié)果各孔高低不一（實(shí)測*大誤差達(dá)95 mm），方向各異（指短管走向，明顯地向上下左右偏移的約占一半），參差不齊，對配氣均勻性影響很大。

9.空氣管道吹掃

曝氣生物濾池的空氣管道有壓縮空氣管、反沖氣管及曝氣管，它們在通水沖洗、壓力試驗(yàn)并排干水分后均需使用空氣進(jìn)行吹掃（曝氣管吹掃應(yīng)在曝氣頭安裝前進(jìn)行）。操作的依據(jù)是?工業(yè)金屬管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（GB50235-97）?，吹掃風(fēng)速宜不低于20m/s。應(yīng)先吹掃壓縮空氣管道，后吹掃反沖氣管及曝氣管。吹掃氣源*好分別利用已安裝好的空壓機(jī)、反洗鼓風(fēng)機(jī)和曝氣風(fēng)機(jī)。吹掃順序應(yīng)按（離氣源）先近后遠(yuǎn)，逐段吹掃（其余段應(yīng)關(guān)閉相應(yīng)支管的控制閥門）。驗(yàn)收合格的標(biāo)準(zhǔn)是：待出風(fēng)口目測無水漬、粉塵后，在該處放置一塊涂上白漆的木制靶板，5min內(nèi)靶板上不發(fā)現(xiàn)鐵銹、塵土、水分及其它雜物，即為合格。

10.調(diào)試

曝氣生物濾池的配水配氣及曝氣系統(tǒng)安裝過程應(yīng)進(jìn)行以下項(xiàng)目的驗(yàn)收測試∶

1、濾板安裝平整度測試

濾板制作的外表質(zhì)量（指單塊表面平整度、外形幾何尺寸誤差等）是保證安裝質(zhì)量的前提條件之一，其目的是使濾板安裝后上、下表面盡可能水平、光滑，所有濾頭桿上的氣孔、配水條形孔保持在同一高度上，以提高氣水反沖洗均勻性和穩(wěn)定性。安裝平整度測試在濾板安裝后進(jìn)行。用水平儀抽檢（以毫米刻度的鋼直尺為標(biāo)尺）濾板的上表面，要求單塊濾板安裝平整度誤差≤1 mm，單格濾池內(nèi)安裝平整度誤差≤5 mm。

2、濾板嵌縫氣密性測試

濾板嵌縫養(yǎng)護(hù)完成后，檢查嵌縫應(yīng)平整、無氣孔、無裂紋；不銹鋼壓板安裝應(yīng)平穩(wěn)牢固。向全部濾頭座擰上堵頭（除其中一個接出氣壓表外），往池內(nèi)注入約500px深水，開動反洗風(fēng)機(jī)或空壓機(jī)供氣，通過排氣閥調(diào)整濾板下壓力。試驗(yàn)壓力0.04－0.05Mpa，恒壓10min。所有嵌縫均無氣泡冒出為合格。否則應(yīng)詳細(xì)記錄漏點(diǎn)位置，排水修復(fù)后重新試驗(yàn)直至合格為止。本項(xiàng)測試務(wù)必控制好試驗(yàn)壓力，壓力過高會導(dǎo)致掀翻、打爛濾板濾梁。

3、濾頭配氣均勻性測試

卸下堵頭擰上濾頭。濾頭安裝應(yīng)由有經(jīng)驗(yàn)的師傅使用扭矩鈑手進(jìn)行，防止用力不均。檢查濾頭無損壞，位置正確，安裝牢固。放水入池，水位以淹沒濾頭頂部為準(zhǔn)（此時已有足夠水量通過濾頭滲至濾板下面）。開動反洗風(fēng)機(jī)向該池供氣。俟風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，觀察檢查濾頭有無損壞、松脫（個別濾頭出氣特別大），反沖洗配氣是否均勻。

4、曝氣頭配氣均勻性測試

曝氣頭及其配氣管道安裝完成后，檢查支架及曝氣頭安裝位置是否正確，有無松動。往池內(nèi)注水，水位高于曝氣頭頂約500px。啟動曝氣風(fēng)機(jī)，俟其運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，觀察檢查曝氣頭有無損壞、松動（個別曝氣頭出氣特別大），配氣是否均勻。

結(jié)語

曝氣生物濾池（BAF）是一種新型的給水、污水生物處理工藝，具有處理效率高、出水水質(zhì)好、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，值得進(jìn)一步研究推廣。但是其構(gòu)造相對復(fù)雜，建造質(zhì)量要求較高，必須在設(shè)計(jì)、施工中認(rèn)真對待，妥善解決。