王曉娟，趙雪蓮

（北京桑德環(huán)境工程有限公司，北京 101102）

0 引言

我國(guó)第一座［1］曝氣生物濾池（Biological Aerated Filter，BAF）正式投產(chǎn)運(yùn)行是在2001年7月，位于大連馬欄河污水處理廠，設(shè)計(jì)規(guī)模12×104m3/d，其單獨(dú)作為二級(jí)生物處理工藝，主要用于去除城市生活污水中的CODCr，BOD5，SS，NH+4-N，出水可達(dá)回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求［2］。BAF是集濾料層的截留過濾和生物膜的氧化降解于一體的多功能污水處理技術(shù)，經(jīng)過20年的應(yīng)用發(fā)展，形式多樣，且可以與其他水處理工藝聯(lián)合，用于不同性質(zhì)污水以及給水的水質(zhì)處理。通常污水處理構(gòu)筑物功能的實(shí)現(xiàn)，其設(shè)計(jì)合理性具有先決作用。多數(shù)學(xué)者在曝氣生物濾池參數(shù)設(shè)定［3-4］、濾料選擇［5］、自動(dòng)控制［6］以及運(yùn)行工況優(yōu)化［7-8］等方面進(jìn)行了大量研究。本文結(jié)合某石化廢水?dāng)U建工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與運(yùn)行情況，提出了曝氣生物濾池氣沖工藝的若干優(yōu)化設(shè)計(jì)建議。

1 工藝流程及主要設(shè)計(jì)參數(shù)

1.1 工藝流程

本文依托某石化廢水?dāng)U建工程項(xiàng)目，主要處理經(jīng)過企業(yè)預(yù)處理的石化工業(yè)廢水，工藝流程與一期相同，見圖1。有壓污水進(jìn)入隔油調(diào)節(jié)罐去除大部分浮油和重油，并進(jìn)行水量水質(zhì)調(diào)節(jié)；調(diào)節(jié)后的出水進(jìn)入氣浮池進(jìn)一步去除污水中的乳化油類，降低油類對(duì)后續(xù)設(shè)備及生化系統(tǒng)的不良影響。氣浮池出水與二沉池回流污泥一起進(jìn)入水解酸化池，將較難降解的大分子有機(jī)污染物分解為易降解的小分子污染物質(zhì)，提高污水可生化性。水解酸化池出水進(jìn)入A/O生物池，進(jìn)行反硝化、碳化、硝化，去除系統(tǒng)中有機(jī)物、氨氮、總氮和磷。生物池出水自流進(jìn)入二沉池進(jìn)行泥水分離，然后進(jìn)入高效澄清池，通過絮凝沉淀去除廢水中的懸浮物，出水經(jīng)提升后進(jìn)入臭氧高級(jí)氧化工藝，進(jìn)一步提高污水可生化性后進(jìn)入曝氣生物濾池，進(jìn)一步去除被臭氧工藝分解后的可生物降解的有機(jī)物、少量氨氮和懸浮固體物質(zhì)，最后經(jīng)紫外消毒后，出水外排出水水質(zhì)可達(dá)到GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。

圖1 污水處理廠工藝流程

1.2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

本項(xiàng)目應(yīng)用的是上向流形式的曝氣生物濾池，設(shè)計(jì)水量1.25×104m3/d，總變化系數(shù)為1.1，設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)CODCr=60 mg/L，BOD5=12 mg/L，NH+4-N=7 mg/L，根據(jù)CECS 265—2009曝氣生物濾池工程技術(shù)規(guī)程［9］，作為深度處理工藝，設(shè)計(jì)濾池表面水力負(fù)荷取5 m3/（m2·h），BOD5負(fù)荷取0.5 kg/（m3濾料·d），氨氮負(fù)荷取0.23 kg/（m3濾料·d），空床水力停留時(shí)間取45 min。曝氣生物濾池反洗時(shí)，按氣沖-氣水同時(shí)沖-水沖的程序周期性進(jìn)行。

2 工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1 反沖洗空氣干管的設(shè)計(jì)

反沖洗空氣干管簡(jiǎn)稱反洗氣干管（下同），反洗氣干管接自鼓風(fēng)機(jī)。鼓風(fēng)機(jī)一般布置在廠區(qū)內(nèi)的鼓風(fēng)機(jī)房室內(nèi)地面，出風(fēng)管標(biāo)高相對(duì)較低。如圖2所示，在曝氣生物濾池管廊內(nèi)，反洗氣干管從近濾池底部（L3）的高度進(jìn)入濾池。濾池一般為半地上設(shè)計(jì)的構(gòu)筑物，由于濾料高度及濾料淹沒水深（清水區(qū)）的要求，導(dǎo)致池內(nèi)常液位（L2）一般較高，L2和L3之間存在h2=5 800 mm的高差。當(dāng)氣沖結(jié)束時(shí)，通過自動(dòng)控制系統(tǒng)，先停止鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行，再關(guān)閉反洗氣干管上的電動(dòng)閥門。在關(guān)閉鼓風(fēng)機(jī)的一瞬間，由于風(fēng)管內(nèi)強(qiáng)大的負(fù)壓抽吸作用，會(huì)導(dǎo)致濾池內(nèi)的水倒流進(jìn)入風(fēng)機(jī)而損壞設(shè)備，因此，反洗氣干管的最高點(diǎn)（L1）應(yīng)高出濾池常液位（L2）一定的高度（h1），依據(jù)多項(xiàng)工程項(xiàng)目實(shí)際設(shè)計(jì)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，建議h1設(shè)計(jì)在1.8 m～2.2 m范圍內(nèi)較為適宜，以削減空氣反流所形成的強(qiáng)大負(fù)壓抽吸作用力，避免風(fēng)機(jī)設(shè)備損壞。

2.2 排氣管的設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目一期工程曝氣生物濾池為常規(guī)設(shè)計(jì)，運(yùn)營(yíng)人員反饋隨運(yùn)行時(shí)間的推移曝氣生物濾池的氣沖程序運(yùn)行不穩(wěn)定。設(shè)計(jì)人員分析此情況原因后，在二期擴(kuò)建工程曝氣生物濾池中加設(shè)排氣管，其作用是在氣沖結(jié)束后排出濾板底部氣墊層處的剩余空氣，以保證下次氣沖效果。如圖2，圖3所示，為保證排氣管功能的正常實(shí)現(xiàn)，排氣管從反洗氣干管立管底部接出，接口位于反洗手動(dòng)閥門之后（順反洗氣流方向），進(jìn)入濾池之前的反洗氣干管管路上。管徑的大小以盡快排掉氣墊層內(nèi)的空氣為宜，設(shè)計(jì)為管徑DN50 mm，排氣管上設(shè)置電動(dòng)閥門，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟停。

圖2 反洗氣干管和排氣管剖面圖

圖3 A向視圖

2.3 過氣孔的設(shè)計(jì)

濾池的設(shè)計(jì)尺寸為5 000 mm×6 000 mm，濾板尺寸為960 mm×960 mm，池內(nèi)設(shè)計(jì)有支柱和濾梁，單池內(nèi)的30塊濾板即是通過5道濾梁的支撐，平鋪在濾池的整個(gè)平面上。

曝氣生物濾池每次氣沖前，會(huì)先向?yàn)V池底部通氣，空氣向上行走，在濾頭進(jìn)氣孔上部至濾板下部空間內(nèi)形成30 mm～50 mm的氣墊層，氣墊層的作用是使布?xì)饩鶆颍瑸閷?shí)現(xiàn)更好的氣沖效果提供基礎(chǔ)條件。正常運(yùn)行的曝氣生物濾池氣沖時(shí)，濾梁底部充滿未能排空的污水，污水會(huì)阻擋空氣的流動(dòng)，當(dāng)反洗空氣通入后，為避免氣體被污水和濾梁阻擋造成局部氣沖，影響氣沖效果，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)在濾梁上部開一些小凹槽，以使氣體通過并使其在濾梁之間均勻的布滿整個(gè)濾板底部空間。如圖4所示，過氣孔是在濾梁的上表面設(shè)計(jì)的，但高度低于濾梁頂標(biāo)高的凹槽，依據(jù)多項(xiàng)工程經(jīng)驗(yàn)，深度一般為30 mm，過氣孔長(zhǎng)度（X）根據(jù)濾梁長(zhǎng)度均勻分布。

圖4 過氣孔剖面圖

2.4 增設(shè)反洗氣管支管

反洗氣管支管是反洗氣干管上伸出的均勻布置的空氣支管，支管個(gè)數(shù)N=n+1，n為濾梁的個(gè)數(shù)。風(fēng)管的管徑根據(jù)反洗風(fēng)量和管內(nèi)風(fēng)速計(jì)算，干管風(fēng)速10 m/s～15 m/s，支管風(fēng)速4 m/s～5 m/s，支管出風(fēng)口的頂標(biāo)高低于濾板底部高度，小于50 mm，如圖5所示。增加反洗氣管支管設(shè)計(jì)的目的有兩個(gè)：1）氣沖時(shí)（即向池內(nèi)輸送反洗空氣時(shí)），可以將空氣均勻快速的輸送到濾板底部形成氣墊層，并使后續(xù)通入的空氣高效的通過長(zhǎng)柄慮頭的氣孔，實(shí)現(xiàn)氣沖功能，提高氣沖效果，避免空氣滯留污水內(nèi)，從而提高空氣利用率；2）排氣時(shí)（即氣沖結(jié)束時(shí)），濾板下氣墊層處的空氣可以更快速、更順利的從反洗氣管支管到反洗氣干管，再經(jīng)排氣管排出池內(nèi)，以提高池內(nèi)空氣的排出率，為曝氣生物濾池后續(xù)正常過濾及反洗等運(yùn)行提供保障條件。

圖5 反洗氣管支管剖面圖

3 污染物去除效果分析

本項(xiàng)目為擴(kuò)建工程，為了考察曝氣生物濾池氣沖工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)出水水質(zhì)的影響對(duì)一期工程（未優(yōu)化設(shè)計(jì)）和二期工程（優(yōu)化設(shè)計(jì)）的曝氣生物濾池出水污染物CODCr的質(zhì)量濃度的實(shí)際運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理對(duì)比分析。如圖6所示，雖然出水CODCr質(zhì)量濃度均可達(dá)到GB 18918—2002城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)50 mg/L以下，但經(jīng)過以上設(shè)計(jì)優(yōu)化后，二期工程的曝氣生物濾池出水CODCr質(zhì)量濃度明顯低于一期，去除率均值提高20%左右，并且出水污染物濃度更穩(wěn)定。

圖6 BAF出水CODCr質(zhì)量濃度對(duì)比

4 結(jié)語

圖紙?jiān)敿?xì)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性對(duì)工程項(xiàng)目的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)具有指導(dǎo)和決定作用，反洗氣干管、排氣管、過氣孔以及反洗氣管支管的設(shè)計(jì)，均是曝氣生物濾池氣沖詳細(xì)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，反洗氣管設(shè)計(jì)時(shí)注意防污水倒流，排氣管的設(shè)計(jì)可以排出池內(nèi)氣沖后剩余的空氣，過氣孔的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)均勻布?xì)?，減小濾梁的阻礙作用，最后反洗氣管支管的設(shè)計(jì)可以更好的實(shí)現(xiàn)布?xì)夂团艢?，是紐帶環(huán)節(jié)。以上是上向流曝氣生物濾池反洗工藝的若干優(yōu)化設(shè)計(jì)建議，可為曝氣生物濾池單體的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)提供參考依據(jù)；對(duì)降低曝氣生物濾池的反洗頻率，降低反洗風(fēng)機(jī)的電耗均具有較好的實(shí)際意義；也可提高污染物的去除率，為實(shí)現(xiàn)污水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放提供技術(shù)保障。