预防和解决曝气生物滤池滤料板结问题的策略分析_于豹.pdf

广东化工2023年 第4期第50卷 总第486期预防和解决曝气生物滤池滤料板结问题的策略分析预防和解决曝气生物滤池滤料板结问题的策略分析于豹1,2，张志超3，张振2，牛涛2，张江生3，王冠平2，刘彤宙1(1哈尔滨工业大学(深圳)，广东 深圳518000；2光大水务(深圳)有限公司，广东 深圳518000；3光大水务科技发展(南京)有限公司，江苏 南京210000)摘要曝气生物滤池具有处理负荷高、占地小、出水水质良好等优点，在市政和工业污水处理领域得到广泛的应用，但是其还存在高有机负荷下异养菌大量繁殖，滤料严重板结，过水能力和硝化、反硝化作用下降等问题。本文针对此问题做了中试研究，研究陶粒和火山岩两种滤料在上向流硝化滤池和反硝化滤池的板结发生规律，提出通过增大倒U型管超高、增大反洗强度以及降低降水位液位高度等措施来解决滤料板结问题，最后系统提出预防板结和解决板结的可行办法，使滤料在运行过程中处于良好的过滤状态。关键词曝气生物滤池；滤料板结；反冲洗强度；降低液位高度中图分类号TQ文献标识码A文章编号1007-1865(2023)04-0146-04Strategy Analysis of Preventing and Solving the Problem ofFilter Material Hardening in Biological Aerated FilterYu Bao1,2,Zhang Zhichao3,Zhang Zhen2,Niu Tao2,Zhang Jiangsheng3,Wang Guanping2,Liu Tongzhou1(1.Harbin Institute of Technology(Shenzhen),Shenzhen 518000；2.Everbright Water(Shenzhen)Co.,Ltd.,Shenzhen 518000；3.Everbright Water Technology Development(Nanjing)Co.,Ltd.,Nanjing 210000,China)Abstract:The biological aerated filter has the advantages of high processing load,small footprint,good effluent quality,and has been widely used in the field ofmunicipal and industrial sewage treatment.But it also has problems such as heterotrophic bacteria multiplied,the filter material severely hardened,discharge capacityand nitrification,denitrification capacity decreased under high organic load.In this paper,a pilot-scale study was done to solve this problem,and the regular patternof hardening of ceramsite and volcanic rock in the up-flow nitrification filter and denitrification filter was studied.At last,the feasible methods to prevent and solvethe filter hardening were systematically put forward,so that the filter material could be in a good filtering state during the operation.Keywords:biological aerated filter；filter material hardening；backwash strength；reduce liquid level height曝气生物滤池(BAF，Biological Aerated Filter)作为一种生物膜法处理工艺，以填料和其附着生长的微生物为处理介质，对污水中的污染物实现生物降解和吸附、物理过滤和吸附的作用。在滤层的逐渐截留和吸附作用下，形成滤料板结层是曝气生物滤池的一种常见现象1，需要定期对曝气生物滤池进行反冲洗。在反冲洗过程中，若不能及时将板结层破碎，滤料层会在反冲洗水的推动下整体抬升，造成反冲洗憋压，不仅损坏仪器设备，还会造成反冲洗效果变差以及滤料大量流失；反洗效果差以及跑料，会进一步影响过滤效果，发生污染物穿透现象，使过滤出水水质变差2-3。因此为了维持曝气生物滤池能够长期稳定的运行，必须进行定期的反冲洗，达到清除孔隙杂质以及破坏板结层、恢复滤层截留能力的目的4。滤料是生物滤池主要关键因素之一，它的性能决定了滤池处理效果、运营维护和反冲洗周期等。目前曝气生物滤池的填料主要有高分子有机填料、无机填料，其中有聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等为代表的有机高分子填料，还有以石英砂、活性炭、陶粒、焦炭、膨胀硅铝酸盐等为代表的无机填料5。重质滤料如火山岩和陶粒相比于轻质滤料具有更大的内表面积，能提高氧气传质效率，还能起到固定床的作用6，得到大范围的推广应用。而由于两者的性能差异，应用场景不同，在滤池中的板结规律不尽相同，需要采取不同的防治板结方法。板结层的破碎方式有搅拌、气水反冲洗、变强度反冲洗以及化学清洗法等，其中气水反冲洗不仅能加速滤料间的相互摩擦脱附，提高滤料的再生效果，对控制滤层的板结作用也效果明显2。本研究将火山岩和陶粒两种滤料应用于上向流硝化滤池(CN池)和反硝化滤池(DN池)，考察两种滤料的板结发生规律，并采取了不同的破除板结的方法和预防板结的措施，以期为实际工程中生物滤池的正常运行提供借鉴和指导。1实验材料与方法实验材料与方法1.1工艺流程图图1工艺流程图工艺流程图Fig.1Process flow diagram本次实验采用图1所示工艺路线，BAF工艺段包括前置DN滤池+CN滤池。进水为某生活污水处理厂初沉池出水，两组滤池进水总流量为6 m3/h。经高密度沉淀池FeCl3/Fe(III)=5 mg/L和PAM=0.5 mg/L的混凝沉淀预处理，保证滤池进水SS低于100 mg/L。BAF工艺段进水水质情况如表1所示，出水水质需满足一级A排放标准。收稿日期2022-08-19作者简介于豹(1990-)，男，河北沧州人，博士，主要研究方向为水污染控制理论与技术。2023年 第4期广东化工第50卷 总第486期147表表1中试中试BAF工艺段进水水质工艺段进水水质Tab.1Influent water quality of pilot BAF process sectionmg/L指标SSCODBOD5NH3-NTNTP数值215961150.528.654.116.727.517.530.150.765.171.2实验装置图图2中试装置图中试装置图Fig.2Pilot plant diagram表表2中试试验参数中试试验参数Tab.2Pilot test parameters参数DN1DN2CN1CN2水量/(m3/h)3333直径/m0.80.80.80.8滤料类型陶粒火山岩陶粒火山岩滤料粒径D/mm35683568滤料高度L/m333.73.7L/D750429925529有效容积/m31.511.511.861.86反洗周期/h24244848实验装置及参数如图2和表2所示，硝化液回流量为150%。采用的反冲洗程序为“降水位-气洗-气水联合洗-水洗”，按照常规工程参数设计气洗强度为54 m/h、水洗强度16 m/h，DN池每24小时反洗一次，CN池每48小时反洗一次，维持两套BAF装置同步的运行和反冲洗操作。SS、COD、BOD5、NH3-N、TN及TP等均采用国标法GB 11914-89测量。2结果与讨论结果与讨论2.1 CN池滤料板结处理中试装置安装和调试完成后，按照PLC程序在常规工程参数条件下，进行过水和反冲洗操作，滤池逐渐出现板结现象。首先出现板结的是CN1(陶粒滤料)，7天后CN2(火山岩滤料)出现板结，图3(a)为出现板结的陶粒滤料。对CN池采取滤料卸载和反冲洗等手段，恢复了其正常运行。原因可能是硝化细菌在对数期过快生长，产生大量粘性物质，与污水中的无机物混合发生胶结，同时常规的反洗操作参数无法满足破坏板结层的要求，最终造成滤料板结。图3(b)表明CN池滤头并未堵塞，说明CN1比CN2滤池更容易板结，即陶粒滤料比火山岩滤料更容易发生板结。图图3陶粒滤料拆卸图：陶粒滤料拆卸图：(a)滤料和滤料和(b)滤头滤头Fig.3Disassembly diagram of ceramsite filter material(a)filtermaterial and(b)filter head2.2 DN池滤料板结处理2.2.1调整反冲洗气管倒U型管高度在CN池板结并解决后，DN1和DN2也相继出现板结现象(图4)。具体表现为两方面，一是在反冲洗的降水位阶段，排水管无明显水流流出；二是在气洗阶段，顶部大量反洗水溢出。以上现象表明滤料已形成板结层、造成堵塞，所以放空作业时，水位无法下降；而反冲洗进气也无法正常进入BAF池，出现憋压的现象。在气水洗阶段结束后，出现了反冲洗气管返水的现象。本中试装置按照常规工程参数，设置反冲洗风机管道倒U型管相对滤池液面的超高为1 m，仍然出现了返水现象，推测该超高不能满足防止虹吸的高度要求。首先为解决该问题，将倒U型管加高1.5 m，总超高达2.5 m(图5)，在此条件下，气水洗结束后不再出现返水现象。图图4DN2火山岩滤料板结状态火山岩滤料板结状态Fig.4The compacted state of DN2 volcanic rock filter material反冲洗废水滤板滤料反冲洗水反冲空气常规降水位调整后降水位加高1.5米图图5反冲洗风机管路倒反冲洗风机管路倒U型管加高示意图型管加高示意图Fig.5Schematic diagram of the elevation of the inverted U-shaped pipe of the backwash fan pipeline广东化工2023年 第4期第50卷 总第486期2.2.2优化反冲洗水洗强度在本实验中，CN池和DN池滤料均出现不同程度的堵塞板结，以DN2池为例进行说明。初期设计反冲洗水强度16 m/h，采用流量8 m3/h、扬程10 m的反冲洗水泵。在常规降水位-气洗-气水洗-水洗的PLC反洗程序下，DN池日益出现板结情况，为验证反冲洗水强度对疏通滤料的影响，逐步增大反洗水强度。首先改用两台同等型号的反冲洗水泵并联使用，使反冲洗水强度维持在2030 m/h，滤料仍出现板结情况；后更换一台流量17.5 m3/h、扬程20 m的反洗水泵，并且实际运行控制反冲洗水量为15 m3/h，即反冲洗强度为30 m/h。疏通滤料层后，在此反冲洗水洗强度的定期反洗下，后续运行过程中滤料未再出现板结情况。表表3不同反冲洗水强度对于解决板结问题的效果不同反冲洗水强度对于解决板结问题的效果Fig.3The effect of different backwash water intensities on solving the problem of hardening项目反冲洗水流量/(m3/h)反冲洗水强度/(m/h)是否出现板结情况备注原单台反冲洗水泵运行816是设计规范值：14.421.6 m/h原两台反冲洗水泵并联运行10152030是更换水泵后+低位反洗1530否2.2.3调整反冲洗放空液位更换反冲洗水泵后，首先按照PLC程序进行反