曝气生物滤池工艺应用存在问题分析
摘 要：结合实际工作经验以及相关文献，详细讨论了曝气生物滤池运行的主要影响因素的存在问题，如填料、水力负荷、二沉池、放空与防堵、污泥、反冲洗、填料层高度等。并指出充分了解工艺的影响因素之后才能取得良好的运行效果。
关键词： 曝气生物滤池； 应用； 存在问题
曝气生物滤池工艺技术起源于法国，技术引进至国内至今已有十余年时间，该工艺具有处理效率高、占地面积小、基建费用低、流程简单、可靠性好等优点，现已广泛应用于城市废水处理、中水回用及微污染源水的预处理，目前该工艺在国内工程应用和相关研究很多，但在工程应用过程中出现了较多缺陷和不足，以致于应用过该工艺的污水处理厂对该工艺进行全盘否定。但深入剖析，曝气生物滤池因食物链较长，生物相丰富，对生物系统的管理相对比较简单，之所以出现较多的问题与设计、建设及运行都有不同程度的关系，笔者在此结合自己接触的有关BAF工艺的工作经验，对影响处理效果的几个主要因素进行分析探讨如下。
1 填料相关问题
在曝气生物滤池中起处理作用的微生物主要是生长在填料上［1］，设计负荷必须都是以填料为基础进行计算的，确切的说应该是落实到单位比表面积上的负荷，所以比表面积不同，所承受的负荷也是不相同的，而通常的设计是按填料体积来计算的，这种计算方式科学性值得推敲。
笔者发现在工程应用过程中填料出现问题有：①填料粒径不均匀，破碎的填料或小填料比较多。这种填料应用存在问题有：造成反冲洗困难，填料有效空间过小，填料层外孔隙被占用，影响生物膜的正常生长，也造成污水在填料中的实际停留接触时间缩短，从而影响处理效果。②填料堆积容重问题。填料堆积容重过大固然不好，但笔者发现有关工程也存在容重过轻现象，分析原因有：填料加工过程不同，有些填料是用天然页岩等材料制成的，所以过轻；烧制填料烧制所用成孔剂用量过多，温度控制不当也会造成填料堆积容重过轻。这类填料应控制填料堆积容重，使其不因反冲洗而流失，控制其破碎磨损率及筒压强度使其不易破碎磨损。处理办法有：针对烧制填料应控制烧结温度和成孔剂的添加量，以保证产品质量，使用单位应加强对每批次产品的到货质量控制。作为辅助控制，应在反冲洗排水渠前端设置栅形紊流挡板，以防止填料流失。通常曝气生物滤池设计填料装填高度都达3m以上，有的工程填料装填高度甚至达到4m以上，滤池的流态又以上向流居多，装填高度过高加大了滤池反冲洗的难度。而据有关文献报道［2］，碳化滤池对有机物的截留和降解最主要集中在填料层下部2m以下的空间，而曝气生物滤池又以碳化滤池（以去除ＢＯＤ为主要处理目的，通常用于一级生物滤池）截污最多，反冲洗最为困难，所以碳化滤池的填料装填高度不宜设置的过高。而硝化滤池因滤池进水悬浮物浓度已经比较低，反冲洗比较容易，填料装填高度则不必过低（同类工程中硝化滤池装填高度有很多都在3m以下，笔者认为这种设计装填高度不可取），增加土建工程建设费用。
2 负荷设计过程中存在问题
缺乏经验的设计人员往往盲目的参照有关资料设计水力负荷和填料容积负荷，但进水浓度不同，水力负荷也不同，当污水处理厂进水中含有一定的工业废水成分时，负荷取值也不同，因为有机物的结构不同，其降解时间和降解速率也是不同的［3］，所以应结合废水性质、浓度及排放标准进行科学合理的设计。
笔者发现有设计单位在其设计过程中，滤池的碳化负荷取到3．5kgＢＯＤ／（m3填料·ｄ）以上，硝化负荷取到0．9kgＮＨ3－Ｎ／（m3填料·ｄ）以上，从而造成达标困难被迫整改或降低处理负荷现象，这些都是应引以为戒的。并不是说负荷不可以取到某一负荷高度，但作为设计单位应该在设计之前进行调查研究的，另外应考虑在工程实施中可能存在一些不足之处，以致于使设计效果不能充分发挥而要考虑的设计余量。
在进行负荷计算时，很多设计人员往往以去除负荷来计算，笔者和有关同行交流，并参照部分采用该处理工艺的污水处理厂运行数据后认为，污水设计负荷应以承受负荷来计算更稳妥。如果以去除负荷来计算，则应考虑一定的设计余量。针对氨氮设计负荷问题，考虑更多的应是低温环境对处理效果的影响，目前市政污水处理厂普遍执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（ＧＢ18918－2002），该标准虽然也考虑了温度（以12℃为界）对处理效果的影响，但实际应用中硝化细菌（自养菌）受温度的影响较碳化细菌（异养菌）更明显，有文献报道，曝气生物滤池硝化最佳温度应在18．6℃以上［4］，而污水处理厂因规模原因，在冬季通常无法采取增温措施，只能在设计过程中考虑采取合适的负荷，以保证冬季仍能取得较好的处理效果。
3 二沉池设置问题
关于曝气生物滤池的宣传往往是不需设置二沉池，但实际应用的曝气生物滤池出水中仍然有一定的悬浮物，而且往往在10mｇ／Ｌ以上，更高的甚至可达到30mｇ／Ｌ以上，悬浮物不仅影响感官效果，也在一定程度上影响了出水的ＣＯＤ、总磷值和消毒效果，所以推荐设置二次沉淀池。由于固体负荷不高，二沉池设计表面负荷可以取值在1．0～1．5m／ｈ以上，不能直接套用氧化沟及其他活性污泥法工艺的二沉池表面负荷（一般采用氧化沟工艺的二沉池表面负荷取值在0．6～0．8m／ｈ之间）。至于曝气生物滤池工艺的处理优点，笔者认为主要是其处理负荷高，停留时间短，因不存在污泥膨胀问题，尤其适合营养失衡的工业园区或工业污水处理厂，但不能因为该优点而盲目宣传其可以不设二沉池，工业废水的悬浮物排放标准相对市政污水处理厂要宽松，则可以考虑曝气生物滤池后端不设二沉池。在这里需要明确的是，曝气生物滤池构筑物因建筑难度较大，施工精度较高，单位池容的建设费用比活性污泥法工艺要高，但滤池总池容要比活性污泥法工艺低很多，因此造价要比延时曝气氧化沟等活性污泥法工艺要低20％左右。
4 放空和防堵塞设计
曝气生物滤池工艺对预处理要求比较严格，预处理设计应非常谨慎，因已有相关资料介绍，在此不再重复叙述［5］。这里所要说明的是，因曝气生物滤池工艺牵涉管道比较多，设计人员普遍缺乏设计经验，往往忽视了滤池的降水放空设计（反冲洗之前先快速降水再反冲洗），尤其是碳化滤池放空设计尤为重要，硝化滤池和深度处理用滤池则视情况而定，其重要性远不如碳化滤池重要。因曝气生物滤池在其应用过程中曾碰到滤头堵塞，滤板因此而受损现象，后期设计的曝气生物滤池往往在滤头进口端设置防堵罩。但从目前应用情况看，由于只考虑了防堵设计，而未充分考虑到滤池的放空设计和防堵罩自身堵塞问题，同样影响了滤池的正常稳定运行。另外硝化滤池和深度处理用滤池，由于进滤池悬浮物和漂浮杂物非常少，防堵设计则有些多余。
5 污泥问题
曝气生物滤池工艺应用于市政污水处理厂，所产生的污泥主要是初沉污泥和滤池反冲洗水中所夹带的悬浮物、脱落生物膜。一般关于污泥处理系统设计都是沿用活性污泥法处理系统关于污泥系统的设计。这样则无形中忽视了一个问题，活性污泥处理系统可以依靠提高污泥浓度来储存一定量的污泥（虽然对活性污泥的性状有一定影响，但只要污泥浓度没有大幅度提高，影响相对不是很大），所以即使污泥处理系统短期内存在问题也不严重影响系统的运行。但曝气生物滤池工艺由于自身不具有存储污泥功能，填料上所截留悬浮物和老化生物膜必须及时通过反冲洗而排出处理系统。因此初沉池必须及时排泥，如果排泥不及时则会严重影响滤池进水水质，进而影响滤池处理效果。如果在这期间污泥处理系统短期内存在问题，则会严重影响污水处理效果。所以设计必须考虑污泥脱水机的备用或考虑一定的污泥储存池容，以防止因污泥处理系统存在问题而影响污水处理系统的处理效果。
6 反冲洗问题
曝气生物滤池反冲洗通常是采用先气洗、再气水联合反冲洗，最后水漂洗模式。设计过程中，设计人员往往仅考虑了反冲洗强度问题，而未充分考虑反冲洗强度与滤板开孔率的相关关系。盲目的套用规范上规定的反冲洗强度，则危害无穷。在滤池滤梁、滤柱、滤板结构设计时，有些结构设计人员往往仅考虑了填料层的重力而未考虑反冲洗时反冲洗水向上的力，从而导致某些工程出现未设计滤柱或滤柱设置数量太少的现象。
某些工业废水处理工程应用曝气生物滤池工艺，采用氮气（制氧机的副产品）作为反冲洗的气源，但因缺乏经验未对反冲洗气源进行控制，反冲洗气的压力过大，造成滤板受损现象。所以推荐反冲洗时应注意观察反冲洗室的压力，压力异常时应及时分析并采取相应措施。
7 其他问题
配水均匀性关系到滤池的处理效果能否得到充分发挥，所以设计过程中应充分考虑如何设计以使配水更均匀。此外，很多文献都报道说曝气生物滤池氧利用率高，但笔者观察曝气生物滤池的曝气气泡，明显较活性污泥法要大很多，虽然不排除气泡在上升过程会出现聚集导致气泡变大现象，但对曝气生物滤池充氧效率应进行客观公正的评价和测定，不能盲目进行没有依据的宣传。
8 结论
曝气生物滤池工艺最大的优点在于对溶解性污染物和氨氮的去除上，虽然在国内某些工程应用上存在一些问题，但曝气生物滤池因生物相丰富，食物链长，生化系统管理简单，丝状菌生长反而有助于提高处理效果。曝气生物滤池在应用过程中之所以出现诸多问题，笔者认为最主要原因是没有充分了解该处理工艺，从而导致设计和建设过程中对设计质量和工程质量（如填料采购质量和工程施工质量）无法很好把关。只有客观充分认识该工艺，该工艺才能够成熟的应用和推广。
参考文献：
［1］田文华，文湘华，崔燕平，等．填料粒径对曝气生物滤池硝化性能的影响［Ｊ］．中国给水排水，2003，19（5）：48－50．
［2］金吴云，刘灿灿，沈耀良，等．填料层高度对曝气生物滤池处理效果的影响［Ｊ］．江苏环境科技，2008，21（3）：1－4．
［3］邱立平，马军，张立听．水力停留时间对曝气生物滤池处理效能及运行特性的影响［Ｊ］．环境污染与防治，2004，26（6）：433－436．
［4］程小文，郭丽娜，张文艺．温度对曝气生物滤池中亚硝化过程的影响［Ｊ］．安徽工业大学学报，2006，23（4）：459－461．
［5］杨兴华，董海燕，崔超，等．曝气生物滤池的设计、施工和运行情况调研［Ｊ］．中国给水排水，2006，22（12）：92－95．
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