城村污水滤池工程策划探究范文

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悬浮滤料表面理化性质的影响

悬浮滤料多为有机高分子材料,具有良好的物理机械性能,但相比沉没式滤料,亲水性能差、生物相容性差、微生物粘附和增殖能力不强。赫俊国等人对挂膜后的聚丙烯和沸石进行了SEM分析,结果显示聚丙烯滤料表面微生物絮体的形状不规则,尽管生物量大,但结构松散。而沸石表面菌落形态相对规则,有利于污水处理中附着微生物的繁殖代谢和耐冲击性。对悬浮滤料进行亲水性改性,可提高载体的传质、挂膜和水处理能力。引入极性集团如羟基、羰基等到载体表面,是提高载体亲水性、促进微生物粘附的有效方法之一。毕源等人采用共价接枝蛋白分子法对聚苯乙烯滤珠进行了改性,改性后滤料表面的亲水性C-O键增加了25%,静态接触角由96b下降为36b,表面能由42mJ/m2增加至172.3mJ/m2,改性后的滤料挂膜速率加快,挂膜后表面生物量是未处理滤料的3~4倍,对COD的去除率从60%提高至89%。

滤料粒径的影响

滤料粒径的大小,关乎滤池内生物量的多少和水头损失增长的快慢。田文华等人研究了滤料粒径对BAF硝化性能的影响。研究表明,2~3mm沸石的硝化速率常数比4~5mm沸石高63.1%,硝化强度大39.7%。引起差异的原因可能是小粒径滤料的比表面积较大,附着的生物量较大。除生物量上的差异外,小粒径滤料对气泡的切割作用更强,同时,小粒径滤料层的缝隙更小,气泡上升轨迹曲折,紊流加剧,延长了气泡在滤料层中的停留时间,减少了气膜和液膜的厚度,增强了氧气传质。魏善彪等人的研究证实了3~4mm陶粒的氧总传质系数、氧利用率和充氧动力效率都优于同样条件下5~6mm陶粒。

滤料粒径也是影响滤池运行周期的重要参数,粒径越大,纳污能力越强,滤池越不易堵塞。Moore等人考察了1.5~3.5mm和2.5~4.5mm的StarLightC滤料在BAF中的运行效能,结果表明,小粒径滤料的出水水质更好更稳定,但其运行周期比大粒径滤料短70%左右。综合考虑滤料粒径对滤池处理效果及运行周期的影响,污水二级处理之前宜采用>6mm的滤料,3~6mm的滤料适用于二级处理,而三级处理或深度处理则需要采用<3mm的滤料。

滤料层高度的影响

BAF中沿水流方向会出现污染物去除效果及优势菌群的不同分布。在碳氧化/硝化曝气生物滤池中,COD和SS的去除一般发生在进水前段,此段生物量大,异养菌为优势菌群,在进水后段COD降解到一定程度后,硝化菌逐渐活跃,滤池硝化性能显著提高。蒋轶锋等人采用沸石滤池处理水产养殖废水,滤层高度1350mm,滤层进水端300mm内COD被降解了60%,而此段氨氮的去除率仅为16%;在距离滤池出水端450mm的滤层内,COD的去除率为4.5%,而氨氮的去除率达36%。

在专一功能的BAF中,污染物的去除随滤层高度的增高而增加。江萍和胡九成通过实验得出了滤料高度和COD去除率的数学模型,通过计算可以看出,污染物的去除率随滤层高度的增加而增加,但存在一个适宜高度,在此高度上,高度再增加对提高去除率意义不大。滤层高度是BAF重要的设计参数。滤层过低,会出现出水不达标或滤床过早穿透的情况;滤层过高,反冲洗能耗增加,而且进水端生物膜增长较快,上层滤料未必能被完全利用。给水滤池理论中,滤层深度与粒径之比>800时可保证出水水质。借鉴给水滤池理论,并结合不同功能滤池水头损失增长规律,对沉没式滤料而言,碳氧化/硝化滤池的滤料层高度宜为2.5~4.5m,反硝化滤池的滤料层高度宜为3.5~4.5m。悬浮滤料滤池的滤层高度宜为3~4m。

曝气生物滤池反冲洗系统的设计

BAF运行过程中,水头损失增长至一定程度,必须通过反冲洗来恢复通量,维持正常的处理效果。正常运行周期内,水头损失的增加主要来自于滤池内部SS截留和生物膜增殖,同时随着滤床孔隙率下降,气体的驻留率增加,导致滤床局部通量下降。从水头损失的发展规律来看,反冲洗应首先解决滤床局部孔隙率过低的问题。与COD降解和SS截留主要发生在进水前段一致,滤池的水头损失也大部分集中在进水口附近。上向流沉没滤料曝气生物滤池中,反冲洗与进水流同向,进水前端的TSS不易从反冲洗排水中排除,故在滤池反冲洗前宜先进行快速降水,从降水管中排出进水前端的TSS,然后再通过气洗促进颗粒碰撞,气水联合冲洗提高剪切力,最后水漂洗排除TSS和气泡。因滤料性质的不同,悬浮滤料曝气生物滤池反冲洗时直接将滤板上部储存的清水重力回流逆向通过滤料层,然后与空气冲洗交替进行,最后水漂洗,不需设置专门的反冲洗水泵,节约能耗。滤池的反冲洗强度与滤料的形状、密度、粒径和滤床的孔隙率等因素有关,综合国内外研究成果及设计规范,不同滤料的反冲洗设计如表2所列。

不同滤料曝气生物滤池的运行效果

表3给出了BAF采用不同滤料时的处理效果。可以看出,几种滤料对COD、SS、NH+4-N等都有较好的去除效率。在二级处理中,出水COD一般能降低到50mg/L以下。SS截留率在80%以上,但沉没滤料滤池要达到10mg/L的一级A要求尚有难度。

BAF对NH+4-N的去除率很高,出水质量浓度一般在5mg/L以下,甚至低于1mg/L,设置反硝化滤池的条件下,对TN的去除率最高可达80%。BAF在三级处理中可以取得很好的效果,出水基本能满足排放、再生利用标准的要求。目前,陶粒滤料在工程实践中应用最多,火山岩次之,沸石最少。然而陶粒在生产过程中能耗高、污染重,滤池运行过程中易出现跑料、滤料板结等情况,因此有必要开发推广运行效果良好、价廉易得、生产过程节能清洁的可持续发展滤料。越来越多的研究表明,火山岩和沸石在污水处理效果方面可媲美陶粒。同时,火山岩和沸石价格低廉,可降低处理系统的投资成本,应进一步考察其推广使用的可能性。

结论

(1)曝气生物滤池中陶粒、沸石、火山岩滤料的比表面积应分别>2,4,10m2/g;陶粒、沸石滤层的堆积孔隙率应>40%,火山岩滤层的堆积孔隙率应>46%。

(2)粒径>6mm的滤料适用于污水二级处理之前,3~6mm的滤料适用于二级处理,三级处理或深度处理则需采用粒径<3mm的滤料。

(3)对沉没式滤料而言,碳氧化/硝化滤池的滤料层高度宜为2.5~4.5m,反硝化滤池的滤料层高度宜为3.5~4.5m。悬浮滤料滤池的滤层高度宜为3~4m。

(4)沉没滤料曝气生物滤池的反冲气强度和反冲水强度宜为50~90,15~30m3/m2#h,悬浮滤料曝气生物滤池的反冲气强度和反冲水强度宜为5~12,50~70m3/m2#h。

(5)火山岩和沸石滤料处理效果好、成本低,应进一步考察其推广使用的可能性。

作者：滕少香刘汝鹏王全勇韩雯雯郑洪领孙远奎单位：中国城市建设研究院山东分院