曝氣生物濾池工藝應用存在問題分析
摘 要：結合實際工作經驗以及相關文獻，詳細討論了曝氣生物濾池運行的主要影響因素的存在問題，如填料、水力負荷、二沉池、放空與防堵、污泥、反沖洗、填料層高度等。并指出充分了解工藝的影響因素之后才能取得良好的運行效果。
關鍵詞： 曝氣生物濾池； 應用； 存在問題
曝氣生物濾池工藝技術起源于法國，技術引進至國內至今已有十余年時間，該工藝具有處理效率高、占地面積小、基建費用低、流程簡單、可靠性好等優點，現已廣泛應用于城市廢水處理、中水回用及微污染源水的預處理，目前該工藝在國內工程應用和相關研究很多，但在工程應用過程中出現了較多缺陷和不足，以致于應用過該工藝的污水處理廠對該工藝進行全盤否定。但深入剖析，曝氣生物濾池因食物鏈較長，生物相豐富，對生物系統的管理相對比較簡單，之所以出現較多的問題與設計、建設及運行都有不同程度的關系，筆者在此結合自己接觸的有關BAF工藝的工作經驗，對影響處理效果的幾個主要因素進行分析探討如下。
1 填料相關問題
在曝氣生物濾池中起處理作用的微生物主要是生長在填料上［1］，設計負荷必須都是以填料為基礎進行計算的，確切的說應該是落實到單位比表面積上的負荷，所以比表面積不同，所承受的負荷也是不相同的，而通常的設計是按填料體積來計算的，這種計算方式科學性值得推敲。
筆者發現在工程應用過程中填料出現問題有：①填料粒徑不均勻，破碎的填料或小填料比較多。這種填料應用存在問題有：造成反沖洗困難，填料有效空間過小，填料層外孔隙被占用，影響生物膜的正常生長，也造成污水在填料中的實際停留接觸時間縮短，從而影響處理效果。②填料堆積容重問題。填料堆積容重過大固然不好，但筆者發現有關工程也存在容重過輕現象，分析原因有：填料加工過程不同，有些填料是用天然頁巖等材料制成的，所以過輕；燒制填料燒制所用成孔劑用量過多，溫度控制不當也會造成填料堆積容重過輕。這類填料應控制填料堆積容重，使其不因反沖洗而流失，控制其破碎磨損率及筒壓強度使其不易破碎磨損。處理辦法有：針對燒制填料應控制燒結溫度和成孔劑的添加量，以保證產品質量，使用單位應加強對每批次產品的到貨質量控制。作為輔助控制，應在反沖洗排水渠前端設置柵形紊流擋板，以防止填料流失。通常曝氣生物濾池設計填料裝填高度都達3m以上，有的工程填料裝填高度甚至達到4m以上，濾池的流態又以上向流居多，裝填高度過高加大了濾池反沖洗的難度。而據有關文獻報道［2］，碳化濾池對有機物的截留和降解最主要集中在填料層下部2m以下的空間，而曝氣生物濾池又以碳化濾池（以去除ＢＯＤ為主要處理目的，通常用于一級生物濾池）截污最多，反沖洗最為困難，所以碳化濾池的填料裝填高度不宜設置的過高。而硝化濾池因濾池進水懸浮物濃度已經比較低，反沖洗比較容易，填料裝填高度則不必過低（同類工程中硝化濾池裝填高度有很多都在3m以下，筆者認為這種設計裝填高度不可取），增加土建工程建設費用。
2 負荷設計過程中存在問題
缺乏經驗的設計人員往往盲目的參照有關資料設計水力負荷和填料容積負荷，但進水濃度不同，水力負荷也不同，當污水處理廠進水中含有一定的工業廢水成分時，負荷取值也不同，因為有機物的結構不同，其降解時間和降解速率也是不同的［3］，所以應結合廢水性質、濃度及排放標準進行科學合理的設計。
筆者發現有設計單位在其設計過程中，濾池的碳化負荷取到3．5kgＢＯＤ／（m3填料·ｄ）以上，硝化負荷取到0．9kgＮＨ3－Ｎ／（m3填料·ｄ）以上，從而造成達標困難被迫整改或降低處理負荷現象，這些都是應引以為戒的。并不是說負荷不可以取到某一負荷高度，但作為設計單位應該在設計之前進行調查研究的，另外應考慮在工程實施中可能存在一些不足之處，以致于使設計效果不能充分發揮而要考慮的設計余量。
在進行負荷計算時，很多設計人員往往以去除負荷來計算，筆者和有關同行交流，并參照部分采用該處理工藝的污水處理廠運行數據后認為，污水設計負荷應以承受負荷來計算更穩妥。如果以去除負荷來計算，則應考慮一定的設計余量。針對氨氮設計負荷問題，考慮更多的應是低溫環境對處理效果的影響，目前市政污水處理廠普遍執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（ＧＢ18918－2002），該標準雖然也考慮了溫度（以12℃為界）對處理效果的影響，但實際應用中硝化細菌（自養菌）受溫度的影響較碳化細菌（異養菌）更明顯，有文獻報道，曝氣生物濾池硝化最佳溫度應在18．6℃以上［4］，而污水處理廠因規模原因，在冬季通常無法采取增溫措施，只能在設計過程中考慮采取合適的負荷，以保證冬季仍能取得較好的處理效果。
3 二沉池設置問題
關于曝氣生物濾池的宣傳往往是不需設置二沉池，但實際應用的曝氣生物濾池出水中仍然有一定的懸浮物，而且往往在10mｇ／Ｌ以上，更高的甚至可達到30mｇ／Ｌ以上，懸浮物不僅影響感官效果，也在一定程度上影響了出水的ＣＯＤ、總磷值和消毒效果，所以推薦設置二次沉淀池。由于固體負荷不高，二沉池設計表面負荷可以取值在1．0～1．5m／ｈ以上，不能直接套用氧化溝及其他活性污泥法工藝的二沉池表面負荷（一般采用氧化溝工藝的二沉池表面負荷取值在0．6～0．8m／ｈ之間）。至于曝氣生物濾池工藝的處理優點，筆者認為主要是其處理負荷高，停留時間短，因不存在污泥膨脹問題，尤其適合營養失衡的工業園區或工業污水處理廠，但不能因為該優點而盲目宣傳其可以不設二沉池，工業廢水的懸浮物排放標準相對市政污水處理廠要寬松，則可以考慮曝氣生物濾池后端不設二沉池。在這里需要明確的是，曝氣生物濾池構筑物因建筑難度較大，施工精度較高，單位池容的建設費用比活性污泥法工藝要高，但濾池總池容要比活性污泥法工藝低很多，因此造價要比延時曝氣氧化溝等活性污泥法工藝要低20％左右。
4 放空和防堵塞設計
曝氣生物濾池工藝對預處理要求比較嚴格，預處理設計應非常謹慎，因已有相關資料介紹，在此不再重復敘述［5］。這里所要說明的是，因曝氣生物濾池工藝牽涉管道比較多，設計人員普遍缺乏設計經驗，往往忽視了濾池的降水放空設計（反沖洗之前先快速降水再反沖洗），尤其是碳化濾池放空設計尤為重要，硝化濾池和深度處理用濾池則視情況而定，其重要性遠不如碳化濾池重要。因曝氣生物濾池在其應用過程中曾碰到濾頭堵塞，濾板因此而受損現象，后期設計的曝氣生物濾池往往在濾頭進口端設置防堵罩。但從目前應用情況看，由于只考慮了防堵設計，而未充分考慮到濾池的放空設計和防堵罩自身堵塞問題，同樣影響了濾池的正常穩定運行。另外硝化濾池和深度處理用濾池，由于進濾池懸浮物和漂浮雜物非常少，防堵設計則有些多余。
5 污泥問題
曝氣生物濾池工藝應用于市政污水處理廠，所產生的污泥主要是初沉污泥和濾池反沖洗水中所夾帶的懸浮物、脫落生物膜。一般關于污泥處理系統設計都是沿用活性污泥法處理系統關于污泥系統的設計。這樣則無形中忽視了一個問題，活性污泥處理系統可以依靠提高污泥濃度來儲存一定量的污泥（雖然對活性污泥的性狀有一定影響，但只要污泥濃度沒有大幅度提高，影響相對不是很大），所以即使污泥處理系統短期內存在問題也不嚴重影響系統的運行。但曝氣生物濾池工藝由于自身不具有存儲污泥功能，填料上所截留懸浮物和老化生物膜必須及時通過反沖洗而排出處理系統。因此初沉池必須及時排泥，如果排泥不及時則會嚴重影響濾池進水水質，進而影響濾池處理效果。如果在這期間污泥處理系統短期內存在問題，則會嚴重影響污水處理效果。所以設計必須考慮污泥脫水機的備用或考慮一定的污泥儲存池容，以防止因污泥處理系統存在問題而影響污水處理系統的處理效果。
6 反沖洗問題
曝氣生物濾池反沖洗通常是采用先氣洗、再氣水聯合反沖洗，最后水漂洗模式。設計過程中，設計人員往往僅考慮了反沖洗強度問題，而未充分考慮反沖洗強度與濾板開孔率的相關關系。盲目的套用規范上規定的反沖洗強度，則危害無窮。在濾池濾梁、濾柱、濾板結構設計時，有些結構設計人員往往僅考慮了填料層的重力而未考慮反沖洗時反沖洗水向上的力，從而導致某些工程出現未設計濾柱或濾柱設置數量太少的現象。
某些工業廢水處理工程應用曝氣生物濾池工藝，采用氮氣（制氧機的副產品）作為反沖洗的氣源，但因缺乏經驗未對反沖洗氣源進行控制，反沖洗氣的壓力過大，造成濾板受損現象。所以推薦反沖洗時應注意觀察反沖洗室的壓力，壓力異常時應及時分析并采取相應措施。
7 其他問題
配水均勻性關系到濾池的處理效果能否得到充分發揮，所以設計過程中應充分考慮如何設計以使配水更均勻。此外，很多文獻都報道說曝氣生物濾池氧利用率高，但筆者觀察曝氣生物濾池的曝氣氣泡，明顯較活性污泥法要大很多，雖然不排除氣泡在上升過程會出現聚集導致氣泡變大現象，但對曝氣生物濾池充氧效率應進行客觀公正的評價和測定，不能盲目進行沒有依據的宣傳。
8 結論
曝氣生物濾池工藝最大的優點在于對溶解性污染物和氨氮的去除上，雖然在國內某些工程應用上存在一些問題，但曝氣生物濾池因生物相豐富，食物鏈長，生化系統管理簡單，絲狀菌生長反而有助于提高處理效果。曝氣生物濾池在應用過程中之所以出現諸多問題，筆者認為最主要原因是沒有充分了解該處理工藝，從而導致設計和建設過程中對設計質量和工程質量（如填料采購質量和工程施工質量）無法很好把關。只有客觀充分認識該工藝，該工藝才能夠成熟的應用和推廣。
參考文獻：
［1］田文華，文湘華，崔燕平，等．填料粒徑對曝氣生物濾池硝化性能的影響［Ｊ］．中國給水排水，2003，19（5）：48－50．
［2］金吳云，劉燦燦，沈耀良，等．填料層高度對曝氣生物濾池處理效果的影響［Ｊ］．江蘇環境科技，2008，21（3）：1－4．
［3］邱立平，馬軍，張立聽．水力停留時間對曝氣生物濾池處理效能及運行特性的影響［Ｊ］．環境污染與防治，2004，26（6）：433－436．
［4］程小文，郭麗娜，張文藝．溫度對曝氣生物濾池中亞硝化過程的影響［Ｊ］．安徽工業大學學報，2006，23（4）：459－461．
［5］楊興華，董海燕，崔超，等．曝氣生物濾池的設計、施工和運行情況調研［Ｊ］．中國給水排水，2006，22（12）：92－95．
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