某工程曝氣生物濾池填料與污泥粘連堵塞問題探討

管錫珺，曹宇浩，陳計洋，胡文韜，陳彥昭(青島理工大學 環(huán)境與市政工程學院，青島 266033)

曝氣生物濾池(Biological Aerated Filter，BAF)是20世紀80年代末在歐美興起的一種生物膜處理技術，兼有生物化學反應和過濾雙重功能，既可以有效去除水中的懸浮物和有機污染物，也可以脫氮除磷和去除有害物質[1].該工藝集曝氣、高濾速、截留懸浮物、定期反沖洗于一體，不需設置二沉池，具有容積負荷高、占地面積小、運行費用低、抗沖擊負荷能力強、自動化程度高等優(yōu)點，在世界各地都有著廣泛的應用[2].在設計時需要嚴格把控濾料的選擇、有機負荷、水力負荷、氣水比、反沖洗等方面，如果施工設計人員對其運行機理和使用方式了解不夠，設計出錯，就會出現(xiàn)濾料堵塞、跑泥、出水水質惡化等問題，甚至導致運行失敗.

本文針對日照某醫(yī)院曝氣生物濾池項目曝氣時出水量少、濾料堵塞、出水水質惡化等問題進行分析研究，提出解決方案，以期能給同行業(yè)設計及施工管理人員以啟示和幫助，在以后的施工管理過程中能夠規(guī)范建造，及時發(fā)現(xiàn)和應對相關問題.

1 項目概述

圖1 污水處理站工藝流程

圖2為改造前曝氣生物濾池的剖面示意，池內底部為承托層，內設布氣系統(tǒng)；上部作為濾料的填料層.項目整體采取地埋式設計，池體采用鋼筋混凝凝土結構；濾池平面布局采用雙格組合，單格底部尺寸為4.8 m×4.8 m，高度為6.8 m；填料層填料為生物陶粒，陶粒粒徑為5 mm，相對密度1.1，整個填料層厚度為2.4 m.

圖2 改造前曝氣生物濾池剖面示意

項目建成投產(chǎn)運行一段時間后發(fā)現(xiàn)，在正常進水曝氣時，排水管出水量較少，曝氣池內水位逐漸上升，部分水通過反沖洗管道流入集水池；一旦停止曝氣，出水管處開始迅速出水，但出水水質較差.進行反沖洗后正常進水曝氣，出水短暫恢復正常后很快又出現(xiàn)上述問題.其根本原因為濾層堵塞嚴重，大量固體懸浮物和過量污泥粘連在濾料之間，在曝氣時產(chǎn)生氣泛現(xiàn)象，大部分進水無法通過濾層進行過濾，使水位上升，直接通過反沖洗水排放管流出；停止曝氣后水流可通過填料間隙流出，但進水與生物膜接觸面積有限，導致出水水質不達標.

2 問題原因與解決方法

2.1 問題原因探討

參閱常規(guī)資料發(fā)現(xiàn)國內鮮有關于BAF濾料層堵塞研究的相關論文，通過調研國內相同工藝的污水處理廠，發(fā)現(xiàn)沈陽仙女河污水處理廠及大連馬欄河污水廠均出現(xiàn)過濾池堵塞的情況，由此可見濾層堵塞是曝氣生物濾池的共有問題，根據(jù)以往工程經(jīng)驗，有多種因素可能造成曝氣生物濾池堵塞，主要的影響因素有：進水水質、填料粒徑、反沖洗效果等.

2.1.1 進水水質

曝氣生物濾池對進水水質具有較高要求，需要嚴格控制進水有機物與固體懸浮物濃度，故曝氣生物濾池一般需要設置初沉池控制進水水質.進水懸浮物(SS)濃度過高會導致濾料層很快被堵塞，縮短運行周期，增加反沖洗頻率，根據(jù)運行經(jīng)驗，曝氣生物濾池進水SS以不超過100 mg/L為宜，最好控制在60 mg/L以下；有機物濃度過高會導致有機物在生物降解過程中微生物大量繁殖，產(chǎn)生過量污泥，造成濾料層的堵塞，給反沖洗帶來難度，根據(jù)運行經(jīng)驗，BOD5濃度在400 mg/L以下較為合適[3].

現(xiàn)場對格柵進行檢查，發(fā)現(xiàn)并無堵塞情況，取水解池出水進行檢測，檢測結果如圖3所示，7 d中平均SS濃度為46 mg/L，BOD5濃度為330 mg/L.由此排除進水水質對曝氣生物濾池堵塞的影響.

2.1.2 填料粒徑

雖然有的企業(yè)已經(jīng)對每一個重要的崗位都制定了明確的崗位說明書，但是最基礎的崗位責任說明書并沒有得到最佳的使用效果，反而成為基層為了應付上級檢查的一項工具。例如：A企業(yè)缺乏完善而健全的財務風險內部控制措施，從而導致制度的執(zhí)行力嚴重不足；作為企業(yè)的財務主管在執(zhí)行財務風險控制制度時也不求甚解，不進行深入挖掘，從而導致企業(yè)各種潛在的風險問題和隱患逐漸增加。

曝氣生物濾池的濾料不僅要滿足強度、耐磨、耐水、耐腐蝕等方面的要求，還要有合適的粒徑.濾料的粒徑關系到處理效果的好壞和運行周期的長短.粒徑越小，處理效果越好，但因其孔隙小易被堵塞，會使運行周期縮短，降低反沖洗的效果.濾料使用時間久會導致部分濾料破碎，使濾料間孔隙過小，在濾料層出現(xiàn)積泥現(xiàn)象[4].

針對這種可能的情況，現(xiàn)場取樣發(fā)現(xiàn)陶粒完整無破損，核實了濾料級配，觀察反沖洗出水，并未發(fā)現(xiàn)濾料流失，綜上分析，基本排除濾料問題.

2.1.3 反沖洗效果

曝氣生物濾池運行一段時間后，由于生物膜厚度和濾床內截留懸浮物增加，使過濾阻力和水頭損失增加，因此需要定期進行反沖洗，去除多余的生物膜與SS.曝氣生物濾池的反沖洗效果對其運行周期和出水水質都有影響：若沖洗不充分，濾池運行周期將會縮短，造成濾池堵塞，處理效能無法充分發(fā)揮；若反沖洗過量，則會導致濾料表面的生物膜大量脫落，生物量不足，濾池處理效果下降，出水水質變差[5].

通過核算濾池面積與反沖洗泵出水流量，初步發(fā)現(xiàn)反沖洗強度不足，無法使濾料與污泥分離，因此，需對曝氣生物濾池進行改造，以恢復其處理能力.

2.2 理論探討

對于陶粒組成的單層濾料，反沖洗強度一般取5～10 L/(m2·s)[6]，反沖洗水量可由式(1)求得：

q=W×S

(1)

式中：q為反沖洗水量，L/s；W為反沖洗強度，取5 L/(m2·s)；S為濾池底面積，m2.

取反沖洗強度要求的最低值，計算得到反沖洗水最低需水量為q=5×4.8×4.8=115.2 L/s.

表1為現(xiàn)場反沖洗泵的型號及其部分性能參數(shù)，反映了反沖洗泵在不同揚程下所能提供的流量大小.對于反沖洗泵而言，其揚程由水力提升高度和管道水頭損失組成.以水泵的水力提升高度為揚程的0.8來計算，若要達到反沖洗出水管口6.4 m的提升高度，反沖洗泵只能提供83 L/s的水量，無法滿足反沖洗強度的要求，這就導致污泥沉積在反應池內.而曝氣生物濾池主要利用陶粒中的微生物進行脫氮除磷，懸浮污泥作用很小，過量的污泥沉積在池中，就會造成出水水質的惡化.

表1 反沖洗泵型號及性能參數(shù)

因為污泥沉積的太多，反沖洗強度不夠，無法使濾層膨脹呈流態(tài)化，只能在濾料之間沖出一條條水流通道，反沖洗只能清洗這一部分通道.曝氣時，水從上方流下，曝氣管由下而上曝氣，由于氣體流道集中、流速過大，把通道堵住使水無法流下，造成氣泛現(xiàn)象.而在不曝氣時，水可以通過通道流出，導致曝氣出水量少而停止曝氣時迅速出水，同時因為積泥太多，水只能從通道流出使水與濾料的接觸面積有限，使水質無法達標.

2.3 解決方法與效果

曝氣生物濾池堵塞的根本原因是反沖洗泵所提供的反沖洗強度不足，由式(1)可知，在不改變?yōu)V池面積的情況下，只有增加反沖洗水的流量才可加大反沖洗強度.加大反沖洗水流量有兩種方法，一是更換大流量泵，二是降低現(xiàn)有泵的靜揚程，從而提升現(xiàn)有泵的流量.根據(jù)以上思路，提出3種解決方案：

1) 更換大流量泵.優(yōu)點是不需要對現(xiàn)有土建設施進行改造，可以快速解決問題，但缺點是更換新泵費用較高，舊泵被閑置造成浪費.

2) 降低排水管高度.優(yōu)點是不需要更換反沖洗泵，缺點是地埋式結構改造難度大，需對管道重新鋪設，施工量大，施工周期長.

3) 附加潛水泵.在原出水口下1 m附加1臺潛水泵，將反沖洗水從原排水口排出改為由潛水泵抽出，改造后反沖洗泵出水流量為125 L/s，反沖洗強度為5.6 L/(m2·s)，可滿足曝氣生物濾池對反沖洗強度的要求.此方案相比上述兩方案工程量小，改造時間短，成本低.

綜上所述，最終選擇方案3作為本項目的解決方案，改造后曝氣生物濾池示意如圖4所示.采取了上述處理方法后，曝氣生物濾池出水正常，各項指標滿足出水要求，驗證了之前的推論.

圖4 改造后曝氣生物濾池剖面示意

3 結論

1) 若其他曝氣生物濾池出現(xiàn)文中類似現(xiàn)象，管理方應優(yōu)先核算濾池的反沖洗強度是否達到要求.

2) 設計人員在設計建造相關構筑物之前，需要對其運行基本原理進行必要了解，必須在經(jīng)過完整計算后再出圖.

3) 管理人員要定期檢查濾池的透水性，可在濾池進水端安裝流量計，在濾板下安裝壓力送變器，及時了解濾池的水頭損失及透水性.

4) 要控制進水的SS濃度.要定期檢查格柵和水解調節(jié)池的運行情況，保證進水SS不超過濾池的設計能力.

5) 按需求選用合適濾料，不可以次充好，定期檢查濾料是否平整均勻.