生物慢濾池在汽車工廠中水處理中的應(yīng)用研究

張慶東

（吉林省同仁建筑設(shè)計(jì)有限公司，長(zhǎng)春130000）

慢濾水處理工藝是1804年由英格蘭的John Cibb為其漂白廠制取高度潔凈的水而發(fā)明的。該工藝因占地面積大，后來(lái)被美國(guó)人發(fā)明的快濾池所取代。但隨著水質(zhì)污染日益加重，以及人們對(duì)水質(zhì)要求標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，慢濾水處理工藝因其在處理有機(jī)物及各種微生物等方面優(yōu)勢(shì)又開(kāi)始被世界上許多國(guó)家所采用。

1 生物慢濾池

1.1 生物慢濾池的構(gòu)造及設(shè)計(jì)參數(shù)

生物慢濾池的構(gòu)造與快濾池類似，由上至下分為進(jìn)水系統(tǒng)、過(guò)濾層、承托層和排水系統(tǒng)4部分。水從濾池的上部進(jìn)入，緩慢流過(guò)多孔砂床后，經(jīng)承托層從底部流出。生物慢濾池進(jìn)水水質(zhì)要求如下：（1）濁度低于30度；（2）沒(méi)有季節(jié)性水華，葉綠素質(zhì)量濃度低于0.05mg／L；（3）如果生物慢濾池中沒(méi)有粒狀活性炭，原水中應(yīng)避免含有農(nóng)藥和殺蟲(chóng)劑；（4）對(duì)于黏土含量高的水，采用粗濾作為預(yù)處理；（5）不能含有殘留的氧化劑，如余氯；（6）溶解氧質(zhì)量濃度不低于3mg／L。

生物慢濾池分為密閉式和敞口式。生物慢濾池在運(yùn)行過(guò)程中，要求保持恒定濾速，避免頻繁地改變?yōu)V速，尤其應(yīng)避免頻繁地開(kāi)關(guān)出水口閥門，為保證生物慢濾池按設(shè)計(jì)負(fù)荷運(yùn)行，出水口應(yīng)設(shè)置流量計(jì)和流量調(diào)節(jié)閥。頻繁地停止和開(kāi)啟生物慢濾池會(huì)影響出水水質(zhì)，因此要求慢濾設(shè)計(jì)成24h運(yùn)行。

在寒冷氣候下，生物慢濾池要加蓋以防止上層水結(jié)冰。生物慢濾池個(gè)數(shù)應(yīng)不少于2個(gè)。生物慢濾池的承托層厚度一般為0.30m。濾料層厚度一般在0.65～1.20m之間，不得小于0.65m。濾料采用粒徑為0.15～0.40mm的石英砂或普通河沙。過(guò)濾層上面一般應(yīng)保證0.70～1.50m的水深。水力負(fù)荷一般按0.10～0.30m3／（m2·h）設(shè)計(jì)。

1.2 生物慢濾池的工作原理

生物慢濾池的凈水機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜，是在機(jī)械篩濾、生物吸附降解、沉淀、擴(kuò)散及靜電吸附等物理化學(xué)和生物化學(xué)作用下完成凈水過(guò)程的。與快濾機(jī)理相比，慢濾的水力負(fù)荷低，無(wú)反沖洗，在過(guò)濾層上部表面能形成一層生物黏膜，這層生物黏膜含有細(xì)菌、藻類、原生動(dòng)物及各種微生物的分泌物，生物的吸附降解在慢濾的凈水過(guò)程中起到了很重要的作用。生物慢濾池的機(jī)械篩濾作用，在濾料成熟，即表層具有黏性的生物濾膜形成后，能得到充分發(fā)揮。這是由于這種生物黏膜的存在，使濾料的間隙減小，幾乎可以截留水中所有的懸浮雜質(zhì)。生物慢濾池的濾層中所吸附的有機(jī)物及礦物質(zhì)為微生物的生長(zhǎng)繁殖提供了營(yíng)養(yǎng)，于是在濾料表面存在著各種類型的微生物群體甚至微型動(dòng)物，形成了有機(jī)物—細(xì)菌—原生動(dòng)物的食物鏈。在微生物作用下，含碳有機(jī)物被氧化成水和二氧化碳；含氮有機(jī)物被氧化成氨，進(jìn)而在亞硝化菌作用下轉(zhuǎn)化成亞硝酸，又在硝化菌作用下轉(zhuǎn)化為硝酸；在缺氧條件下，這些硝酸在反硝化菌作用下還可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為氮?dú)鈹U(kuò)散到水中，由此去除了水中可導(dǎo)致嬰兒鐵血蛋白癥的硝酸鹽。在生物慢濾池中，存在的生物化學(xué)降解過(guò)程可表示如下：

通過(guò)以上生物化學(xué)過(guò)程，水中的有機(jī)物幾乎完全除去。而細(xì)菌或者由于食物鏈的存在被捕食，或者被下層濾料截留后被捕食，或者在濾層內(nèi)死亡，成為其他菌體的營(yíng)養(yǎng)源。研究表明，當(dāng)溫度在10℃以上，濾層厚度大于600mm時(shí)，慢濾幾乎可除去水中所有的致病微生物。

2 生物慢濾池制取中水的工藝

2.1 傳統(tǒng)中水工藝

隨著國(guó)家推進(jìn)綠色環(huán)保工廠建設(shè)的進(jìn)程，汽車工廠項(xiàng)目不僅污水治理標(biāo)準(zhǔn)在提高，對(duì)污水再生回用的業(yè)主也在增多?，F(xiàn)有汽車工廠的污水處理工藝，通常對(duì)生產(chǎn)污水（如涂裝污水）采用物化法預(yù)處理，預(yù)處理后的生產(chǎn)污水與生活污水混合進(jìn)行生化處理達(dá)到國(guó)家二級(jí)或一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)達(dá)標(biāo)排放污水大多采用物理化學(xué)法進(jìn)行深度處理制取中水。汽車工廠中水處理的幾種工藝見(jiàn)表1。

表1 制取中水的幾種工藝

表1中列出的幾種中水處理工藝主要優(yōu)點(diǎn)：水質(zhì)處理的效果良好，出水COD可在20～50mg／L范圍，濁度小于5度，無(wú)異味，總大腸菌群0～3個(gè)／L，符合GB 50335—2002《污水再生利用工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中城市雜用水水質(zhì)控制指標(biāo)。

表1中列出的幾種中水處理工藝存在的共性缺點(diǎn)如下：（1）工藝流程復(fù)雜，操作管理煩瑣；（2）機(jī)械設(shè)備多，維護(hù)維修工作量較大；（3）水泵類用電量多，不節(jié)能；（4）砂過(guò)濾、活性炭吸附、超濾等均需定期的反沖洗，造成一定水量的浪費(fèi)，特別是超濾還需要定期化學(xué)清洗超濾膜，產(chǎn)生二次污染；（5）中水殺滅細(xì)菌使用消毒劑20～30mg／L，水中含有的氯離子對(duì)綠化的土地加速板結(jié)和鹽堿化；（6）中水制水成本高，約0.8元／t（不含固定資產(chǎn)折舊）。

2.2 生物慢濾池制取中水工藝

為解決傳統(tǒng)中水工藝的缺點(diǎn)，依據(jù)生物慢濾池在凈水工藝和現(xiàn)有污水處理中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和特性，提出在汽車工廠中采用達(dá)到國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的污水作為原水，采用生物慢濾池制取中水的工藝設(shè)計(jì)方案，其工藝流程如圖1。

圖1 工藝流程圖

生物慢濾池的主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于可以去除的污染物種類很多，除了能去除細(xì)菌、病毒和病原性微生物外，還可去除人工合成有機(jī)物、天然有機(jī)物、腐殖質(zhì)、重金屬離子等，可減少消毒劑的用量。

生物慢濾池出水水質(zhì)，除COD指標(biāo)與傳統(tǒng)中水處理工藝相當(dāng)外，其他水質(zhì)指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)中水工藝出水水質(zhì)。

生物慢濾池工藝的主要優(yōu)點(diǎn)如下：（1）運(yùn)行管理簡(jiǎn)便，技術(shù)要求低，運(yùn)行費(fèi)用省；（2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，建設(shè)容易；（3）節(jié)省能源、人工，不使用化學(xué)藥品，無(wú)二次污染；（4）出水水質(zhì)好；（5）由于慢濾水處理工藝不需要反沖洗，因此其自耗水量相當(dāng)?shù)?，一般為產(chǎn)出水量的0.1%左右；（6）處理成本約0.1元／t。

生物慢濾池工藝的主要缺點(diǎn)：該工藝因水力負(fù)荷低，所以占地面積大，在工程設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)合理利用站房建筑空間。根據(jù)不同的生產(chǎn)規(guī)模，汽車工廠污水量約為480～1 280m3／d，相應(yīng)的污水站面積約為756～1 080m2，生物慢濾池的設(shè)計(jì)水力負(fù)荷取0.10m3／（m2·h），相應(yīng)的濾池面積約為250～600m2，所以可將生物慢濾池布置在污水處理設(shè)備下方，以減少建筑面積，解決生物慢濾池占地面積大的缺點(diǎn)。

生物慢濾池在汽車工廠中處理中水的適用性：（1）汽車工廠中達(dá)到國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的污水的濁度一般小于10度，最大不超過(guò)30度，符合生物慢濾池的進(jìn)水對(duì)濁度的要求。（2）汽車工廠中達(dá)到國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)的污水的溶解氧質(zhì)量濃度大于3mg／L，符合生物慢濾池的進(jìn)水對(duì)溶解氧質(zhì)量濃度的要求。（3）如果污水處理系統(tǒng)只有物化處理，應(yīng)在生物慢濾池前端設(shè)預(yù)曝氣池對(duì)前級(jí)水進(jìn)行曝氣處理，使溶解氧質(zhì)量濃度達(dá)到3mg／L即可。

3 生物慢濾池的運(yùn)行管理

3.1 生物慢濾池的調(diào)試

為了使濾料表面盡快形成生物膜，生物慢濾池在投入運(yùn)行前應(yīng)進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試前為了排除濾層內(nèi)的空氣，應(yīng)先從底部向?yàn)V池內(nèi)充水。直接采用設(shè)計(jì)濾速進(jìn)水，出水pH值穩(wěn)定后，標(biāo)志濾料成熟。調(diào)試期間由于出水中含有微生物，因此出水需要排放或循環(huán)進(jìn)入生物慢濾池進(jìn)行再處理，直至出水水質(zhì)經(jīng)化驗(yàn)合格后，方可供用戶使用。

3.2 生物慢濾池的濾料清洗與回填方法

生物慢濾池的運(yùn)行周期較長(zhǎng)，一般幾個(gè)月，長(zhǎng)的可達(dá)一年以上。當(dāng)濾料堵塞需要清洗時(shí)，可采用人工方法進(jìn)行，清洗方法是將池內(nèi)水位控制在砂層內(nèi)某一高度，用鏟將表層25～30mm厚度的濾層鏟出清洗，將清洗后的濾料回填到濾池中。由于濾料在清洗過(guò)程會(huì)有損耗，濾池內(nèi)濾料厚度會(huì)不斷減小，應(yīng)特別注意不宜使濾層厚度小于650mm。

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