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(kāi)發(fā)的一種污水處理新工藝，1990年法國(guó)OTV公司建造了****座曝氣生物濾池，稱之為“淹沒(méi)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(gè)毫米的多孔濾料作為生物群落的附著繁殖介質(zhì)，通過(guò)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(duì)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(duì)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(shí)完成生物接觸氧化與固液分離，通?？墒∪ズ罄m(xù)的二沉池。隨著過(guò)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(guò)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(guò)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(lái)我國(guó)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(zhǎng)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(duì)出水有脫氮要求時(shí)，一般需采用兩級(jí)曝氣生物濾池，通過(guò)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(shì)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(duì)污水中磷的過(guò)剩攝取能力進(jìn)行生物除磷為輔。

此外，我國(guó)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(dòng)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(wèn)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(shí)，NS則應(yīng)降為2.5-3.2。當(dāng)NS>3時(shí)，NH3-N的去除受抑制，NS>4時(shí)，NH3-N的去除受明顯抑制。有硝化脫氮要求時(shí)，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(zhǎng)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(wú)煙煤、石英砂、塑料等，以?shī)W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(zhǎng)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(guò)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(guò)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(zhǎng)繁殖所需的溶解氧，并有攪動(dòng)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(guò)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(zhǎng)度比1∶1.2－1∶1.5，縱向（短邊）長(zhǎng)≤8 m并應(yīng)在橫向（長(zhǎng)邊）前端沿全長(zhǎng)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(guò)大。某工程設(shè)計(jì)池橫向兩端各一米多長(zhǎng)無(wú)進(jìn)水進(jìn)氣孔，濾梁頂面又無(wú)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(shí)濾池兩側(cè)由于濾梁阻隔沒(méi)有反洗空氣通過(guò)，中部則發(fā)生嚴(yán)重的射流，布?xì)怙@然無(wú)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(shí)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(jí)，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(shí)間為24h（夏季高溫時(shí)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(jià)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(chǎng)澆制，雖然施工時(shí)費(fèi)煞了苦心，但拆模后檢查仍有不少預(yù)埋螺栓偏位過(guò)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(guò)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(kāi)孔率

曝氣生物濾池通常采用小阻力配水系統(tǒng)（長(zhǎng)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(duì)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(gè)濾頭縫隙總面積約250-350 mm2。開(kāi)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(kāi)孔比過(guò)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(duì)反洗系統(tǒng)內(nèi)其它因素的微小變化敏感）。某工程采用開(kāi)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(shí)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(dòng)時(shí)，大量空氣從下界面降低的區(qū)域內(nèi)之濾頭（通過(guò)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(kāi)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(jiǎn)化為一層（粒徑2-4mm，厚100-150mm）。曝氣生物濾池濾頭縫隙寬，開(kāi)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(zhǎng)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(shí)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(shí)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(dòng)蝶閥控制。后者的動(dòng)力是壓縮空氣。壓縮空氣應(yīng)經(jīng)過(guò)仔細(xì)的過(guò)濾、干燥然后通過(guò)管道輸送到各氣動(dòng)閥門(mén)的電磁閥上。壓縮空氣系統(tǒng)的管道由于接頭多，施工時(shí)應(yīng)注意其氣密性。否則會(huì)由于漏氣導(dǎo)致空壓機(jī)頻繁起動(dòng)，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(dòng)頻率，系統(tǒng)內(nèi)另配一個(gè)較大的貯氣罐是必要的。管道材質(zhì)*好采用不銹鋼管（或無(wú)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(mén)（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(zhǎng)期運(yùn)行內(nèi)壁生銹，銹斑一旦脫落便會(huì)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(shí)在空氣壓力作用下接頭處容易脫開(kāi)。

8.土建質(zhì)量

曝氣生物濾池對(duì)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(duì)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(guò)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(shí)澆筑，否則凸緣與池壁砼分離，反沖洗時(shí)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(gè)薄弱環(huán)節(jié)，必須在模板安裝時(shí)把它們固死，防止?jié)补囗胚^(guò)程中移位，否則會(huì)給后續(xù)的設(shè)備、管道安裝帶來(lái)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(cuò)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(duì)該孔安裝精度沒(méi)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(cè)*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(duì)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?cè)谕ㄋ疀_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(mén)）。驗(yàn)收合格的標(biāo)準(zhǔn)是：待出風(fēng)口目測(cè)無(wú)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(guò)程應(yīng)進(jìn)行以下項(xiàng)目的驗(yàn)收測(cè)試∶

1、濾板安裝平整度測(cè)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(cè)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(cè)試

濾板嵌縫養(yǎng)護(hù)完成后，檢查嵌縫應(yīng)平整、無(wú)氣孔、無(wú)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(gè)接出氣壓表外），往池內(nèi)注入約500px深水，開(kāi)動(dòng)反洗風(fēng)機(jī)或空壓機(jī)供氣，通過(guò)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(wú)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(cè)試務(wù)必控制好試驗(yàn)壓力，壓力過(guò)高會(huì)導(dǎo)致掀翻、打爛濾板濾梁。

3、濾頭配氣均勻性測(cè)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(wú)損壞，位置正確，安裝牢固。放水入池，水位以淹沒(méi)濾頭頂部為準(zhǔn)（此時(shí)已有足夠水量通過(guò)濾頭滲至濾板下面）。開(kāi)動(dòng)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(wú)損壞、松脫（個(gè)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(cè)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(wú)松動(dòng)。往池內(nèi)注水，水位高于曝氣頭頂約500px。啟動(dòng)曝氣風(fēng)機(jī)，俟其運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，觀察檢查曝氣頭有無(wú)損壞、松動(dòng)（個(gè)別曝氣頭出氣特別大），配氣是否均勻。

結(jié)語(yǔ)

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(duì)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(duì)待，妥善解決。