曝气生物滤池气冲工艺的若干优化设计建议

王晓娟，赵雪莲

（北京桑德环境工程有限公司，北京 101102）

0 引言

我国第一座［1］曝气生物滤池（Biological Aerated Filter，BAF）正式投产运行是在2001年7月，位于大连马栏河污水处理厂，设计规模12×104m3/d，其单独作为二级生物处理工艺，主要用于去除城市生活污水中的CODCr，BOD5，SS，NH+4-N，出水可达回用水水质标准要求［2］。BAF是集滤料层的截留过滤和生物膜的氧化降解于一体的多功能污水处理技术，经过20年的应用发展，形式多样，且可以与其他水处理工艺联合，用于不同性质污水以及给水的水质处理。通常污水处理构筑物功能的实现，其设计合理性具有先决作用。多数学者在曝气生物滤池参数设定［3-4］、滤料选择［5］、自动控制［6］以及运行工况优化［7-8］等方面进行了大量研究。本文结合某石化废水扩建工程项目的设计与运行情况，提出了曝气生物滤池气冲工艺的若干优化设计建议。

1 工艺流程及主要设计参数

1.1 工艺流程

本文依托某石化废水扩建工程项目，主要处理经过企业预处理的石化工业废水，工艺流程与一期相同，见图1。有压污水进入隔油调节罐去除大部分浮油和重油，并进行水量水质调节；调节后的出水进入气浮池进一步去除污水中的乳化油类，降低油类对后续设备及生化系统的不良影响。气浮池出水与二沉池回流污泥一起进入水解酸化池，将较难降解的大分子有机污染物分解为易降解的小分子污染物质，提高污水可生化性。水解酸化池出水进入A/O生物池，进行反硝化、碳化、硝化，去除系统中有机物、氨氮、总氮和磷。生物池出水自流进入二沉池进行泥水分离，然后进入高效澄清池，通过絮凝沉淀去除废水中的悬浮物，出水经提升后进入臭氧高级氧化工艺，进一步提高污水可生化性后进入曝气生物滤池，进一步去除被臭氧工艺分解后的可生物降解的有机物、少量氨氮和悬浮固体物质，最后经紫外消毒后，出水外排出水水质可达到GB 18918—2002城镇污水处理厂污染物排放标准中的一级A标准。

图1 污水处理厂工艺流程

1.2 主要设计参数

本项目应用的是上向流形式的曝气生物滤池，设计水量1.25×104m3/d，总变化系数为1.1，设计进水水质CODCr=60 mg/L，BOD5=12 mg/L，NH+4-N=7 mg/L，根据CECS 265—2009曝气生物滤池工程技术规程［9］，作为深度处理工艺，设计滤池表面水力负荷取5 m3/（m2·h），BOD5负荷取0.5 kg/（m3滤料·d），氨氮负荷取0.23 kg/（m3滤料·d），空床水力停留时间取45 min。曝气生物滤池反洗时，按气冲-气水同时冲-水冲的程序周期性进行。

2 工艺设计优化

2.1 反冲洗空气干管的设计

反冲洗空气干管简称反洗气干管（下同），反洗气干管接自鼓风机。鼓风机一般布置在厂区内的鼓风机房室内地面，出风管标高相对较低。如图2所示，在曝气生物滤池管廊内，反洗气干管从近滤池底部（L3）的高度进入滤池。滤池一般为半地上设计的构筑物，由于滤料高度及滤料淹没水深（清水区）的要求，导致池内常液位（L2）一般较高，L2和L3之间存在h2=5 800 mm的高差。当气冲结束时，通过自动控制系统，先停止鼓风机运行，再关闭反洗气干管上的电动阀门。在关闭鼓风机的一瞬间，由于风管内强大的负压抽吸作用，会导致滤池内的水倒流进入风机而损坏设备，因此，反洗气干管的最高点（L1）应高出滤池常液位（L2）一定的高度（h1），依据多项工程项目实际设计运行经验，建议h1设计在1.8 m～2.2 m范围内较为适宜，以削减空气反流所形成的强大负压抽吸作用力，避免风机设备损坏。

2.2 排气管的设计

本项目一期工程曝气生物滤池为常规设计，运营人员反馈随运行时间的推移曝气生物滤池的气冲程序运行不稳定。设计人员分析此情况原因后，在二期扩建工程曝气生物滤池中加设排气管，其作用是在气冲结束后排出滤板底部气垫层处的剩余空气，以保证下次气冲效果。如图2，图3所示，为保证排气管功能的正常实现，排气管从反洗气干管立管底部接出，接口位于反洗手动阀门之后（顺反洗气流方向），进入滤池之前的反洗气干管管路上。管径的大小以尽快排掉气垫层内的空气为宜，设计为管径DN50 mm，排气管上设置电动阀门，实现自动启停。

图2 反洗气干管和排气管剖面图

图3 A向视图

2.3 过气孔的设计

滤池的设计尺寸为5 000 mm×6 000 mm，滤板尺寸为960 mm×960 mm，池内设计有支柱和滤梁，单池内的30块滤板即是通过5道滤梁的支撑，平铺在滤池的整个平面上。

曝气生物滤池每次气冲前，会先向滤池底部通气，空气向上行走，在滤头进气孔上部至滤板下部空间内形成30 mm～50 mm的气垫层，气垫层的作用是使布气均匀，为实现更好的气冲效果提供基础条件。正常运行的曝气生物滤池气冲时，滤梁底部充满未能排空的污水，污水会阻挡空气的流动，当反洗空气通入后，为避免气体被污水和滤梁阻挡造成局部气冲，影响气冲效果，本项目设计时在滤梁上部开一些小凹槽，以使气体通过并使其在滤梁之间均匀的布满整个滤板底部空间。如图4所示，过气孔是在滤梁的上表面设计的，但高度低于滤梁顶标高的凹槽，依据多项工程经验，深度一般为30 mm，过气孔长度（X）根据滤梁长度均匀分布。

图4 过气孔剖面图

2.4 增设反洗气管支管

反洗气管支管是反洗气干管上伸出的均匀布置的空气支管，支管个数N=n+1，n为滤梁的个数。风管的管径根据反洗风量和管内风速计算，干管风速10 m/s～15 m/s，支管风速4 m/s～5 m/s，支管出风口的顶标高低于滤板底部高度，小于50 mm，如图5所示。增加反洗气管支管设计的目的有两个：1）气冲时（即向池内输送反洗空气时），可以将空气均匀快速的输送到滤板底部形成气垫层，并使后续通入的空气高效的通过长柄虑头的气孔，实现气冲功能，提高气冲效果，避免空气滞留污水内，从而提高空气利用率；2）排气时（即气冲结束时），滤板下气垫层处的空气可以更快速、更顺利的从反洗气管支管到反洗气干管，再经排气管排出池内，以提高池内空气的排出率，为曝气生物滤池后续正常过滤及反洗等运行提供保障条件。

图5 反洗气管支管剖面图

3 污染物去除效果分析

本项目为扩建工程，为了考察曝气生物滤池气冲工艺的优化设计对出水水质的影响对一期工程（未优化设计）和二期工程（优化设计）的曝气生物滤池出水污染物CODCr的质量浓度的实际运营数据进行整理对比分析。如图6所示，虽然出水CODCr质量浓度均可达到GB 18918—2002城镇污水处理厂污染物排放标准中的一级A标准50 mg/L以下，但经过以上设计优化后，二期工程的曝气生物滤池出水CODCr质量浓度明显低于一期，去除率均值提高20%左右，并且出水污染物浓度更稳定。

图6 BAF出水CODCr质量浓度对比

4 结语

图纸详细设计的准确性对工程项目的建设和运营具有指导和决定作用，反洗气干管、排气管、过气孔以及反洗气管支管的设计，均是曝气生物滤池气冲详细设计的重点内容，反洗气管设计时注意防污水倒流，排气管的设计可以排出池内气冲后剩余的空气，过气孔的设计可以实现均匀布气，减小滤梁的阻碍作用，最后反洗气管支管的设计可以更好的实现布气和排气，是纽带环节。以上是上向流曝气生物滤池反洗工艺的若干优化设计建议，可为曝气生物滤池单体的图纸设计提供参考依据；对降低曝气生物滤池的反洗频率，降低反洗风机的电耗均具有较好的实际意义；也可提高污染物的去除率，为实现污水稳定达标排放提供技术保障。