BIOSMEDI工藝在微污染原水預(yù)處理中的工程應(yīng)用

BIOSMEDI工藝在微污染原水預(yù)處理中的工程應(yīng)用

論文作者：鄒偉國沈裘昌李正明徐立順王錦華李春森摘要新型BIOSMEDI工藝采用輕質(zhì)顆粒濾料及與其相適應(yīng)的脈沖反沖洗方式。工藝具有濾料比表面積大，濾層阻力小，反沖洗周期長，反沖洗耗水和耗氣量小，工程投資低，占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。在上海徐涇自來水廠預(yù)處理中，濾料粒徑為5～6mm，采用穿孔管布?xì)?，濾池出水反沖洗。結(jié)果表明，運(yùn)行時氣水比為(～)∶1，反沖洗耗水率低于1%，濾層阻力不大于m，出水水質(zhì)各項指標(biāo)得到明顯改善。

關(guān)鍵詞BIOSMEDI工藝輕質(zhì)顆粒濾料脈沖反沖洗

隨著人們對水質(zhì)的要求提高，生物預(yù)處理作為一種經(jīng)濟(jì)且有效的手段，在水廠逐漸得到推廣和應(yīng)用，為提高水質(zhì)起到重要作用。上海徐涇自來水廠生物預(yù)處理工程采用上海市政工程設(shè)計研究院新開發(fā)的BIOSMEDI生物濾池，取得了明顯的處理效果，下面就該技術(shù)的設(shè)計和應(yīng)用情況作簡要介紹。

1BIOSMEDI工藝基本結(jié)構(gòu)及運(yùn)行過程

基本結(jié)構(gòu)

BIOSMEDI工藝是一種淹沒式上向流生物濾池，其濾料為輕質(zhì)懸浮球形顆粒濾料。濾池根據(jù)需要可采用混凝土或鋼制，濾料上部采用多孔濾板抵擋濾料的浮力及運(yùn)行時的阻力。濾池主要由以下幾部分組成：①根據(jù)原水水質(zhì)情況設(shè)計輕質(zhì)濾料濾床及與濾料相適應(yīng)的濾板；②為反沖洗設(shè)置的獨(dú)特的脈沖反沖洗系統(tǒng)；③配水及均勻出水收集系統(tǒng)；④曝氣管道系統(tǒng)。根據(jù)工程的需要還可增設(shè)回流系統(tǒng)及自動控制系統(tǒng)。濾池構(gòu)造示意見圖1。

工藝過程

生物濾池為周期運(yùn)行，從開始過濾到反沖洗結(jié)束為一個周期。正常運(yùn)行時，原水通過進(jìn)水分配槽進(jìn)入濾池下部，在布水系統(tǒng)及濾料阻力的作用下使濾池進(jìn)水均勻?？諝獠?xì)夤馨惭b在濾層下部，采用穿孔布?xì)夤苓M(jìn)行布?xì)?。由于濾料表面附著大量的微生物，利用進(jìn)水中的溶解氧降解一部分有機(jī)物及氨氮，出水由上部集水槽收集。圖1BIOSMEDI濾池構(gòu)造

隨著過濾的進(jìn)行，填料上的生物膜增厚，并截留一部分懸浮物質(zhì)，此時需要對濾層進(jìn)行反沖洗。濾池沖洗采用脈沖反沖洗，沖洗過程當(dāng)某格濾池需要反沖洗時，首先關(guān)閉進(jìn)水閥及曝氣管，再打開反沖洗氣囊進(jìn)氣管，當(dāng)氣囊中空氣達(dá)到一定容積后，打開快速放氣閥；這時濾池中的水迅速補(bǔ)充至氣囊中，導(dǎo)致濾料突然向下膨脹，在水流剪切力作用下，附著在濾料上的懸浮物質(zhì)脫落；同時通過水的輸送作用，把濾池下部沉淀污泥送到氣囊中；最后打開排泥閥，利用其他正在運(yùn)行的生物濾池出水對濾層進(jìn)行水漂洗，同時排出下部污泥，達(dá)到有效清潔濾料的目的。

2工程設(shè)計及運(yùn)行

原水水量及水質(zhì)

上海徐涇自來水廠生物預(yù)處理工程規(guī)模為7萬m3/d。

上海徐涇自來水廠原水采用淀浦河水，水中色度較高，氨氮、亞硝酸鹽、耗氧量及鐵、錳的含量偏高，進(jìn)水中氨氮平均值一般約4～5mg/L，最高達(dá)7mg/L左右，原水中的錳含量約～mg/L，最高在mg/L以上，因此決定增加生物預(yù)處理工藝以改善原水水質(zhì)。

工藝的選擇

上海徐涇自來水廠常規(guī)處理工藝已經(jīng)建成，根據(jù)水廠預(yù)處理場地小，一級泵房富裕揚(yáng)程小，進(jìn)水氨氮含量高等特點(diǎn)，要求預(yù)處理阻力小，占地面積小，同時處理效率高。生物預(yù)處理工藝中填料是影響生物濾池運(yùn)行的關(guān)鍵，填料的種類決定了處理構(gòu)筑物的形式、工程投資及運(yùn)行管理方式。目前常用的填料有彈性填料、陶粒及輕質(zhì)濾料等。為了指導(dǎo)工程設(shè)計和運(yùn)行，曾對三種不同填料利用某水廠原水對氨氮的預(yù)處理效果進(jìn)行中試，不同生物預(yù)處理形式對氨氮去除的部分?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計見表1。表1不同生物預(yù)處理形式對氨氮去除的數(shù)據(jù)統(tǒng)計時間0319～0428*0508～0524**0525～0703**()數(shù)據(jù)數(shù)量28組12組21組原水氨氮(平均)(mg/L)～1()～()～彈性填料停留時間h111氨氮(平均mg/L)～()～()～1()去除率(%)656765陶粒濾池濾速(m/h)4～87氨氮(mg/L}去除率(%)888077BIOSMEDI濾池濾速(m/h)7～14氨氮(mg/L}去除率(%)888480

注：*水溫為12～20℃，**水溫為20～25℃。

試驗結(jié)果表明：BIOSMEDI工藝采用顆粒濾料，處理效果相對較好，而且采用氣水同向流，具有運(yùn)行時阻力小，反沖洗設(shè)備簡單，工程造價低及占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，因此工程中推薦采用BIOSMEDI生物濾池預(yù)處理工藝(見圖2)。圖2徐涇自來水廠工藝流程

生物濾池設(shè)計參數(shù)

輕質(zhì)濾料生物濾池共12座，成雙排布置，中間設(shè)走道及控制室，總平面尺寸為m×23.3m。濾池進(jìn)水設(shè)有XGC-1300機(jī)械細(xì)格柵2臺，以去除較大垃圾。整個濾池設(shè)有進(jìn)水總槽，進(jìn)水分配溢流堰和出水總槽。濾池通過堰跌落均勻配水，每格濾池有效面積為m×6m，濾池總深度為m，考慮進(jìn)水氨氮較高，采用濾速為m/h，有效水力停留時間為45min。每座濾池分為2格，兩格中間上部設(shè)有出水槽，下部設(shè)有濾池反沖洗氣囊。每格濾池設(shè)有DN300進(jìn)水管、DN350排泥管、DN300放氣管、DN100曝氣管及放空管等。濾料放氣采用DN300氣動快開閥門，便于快速開啟。每格濾池上部采用閥門連通，便于反沖洗時濾池上部出水相互補(bǔ)充。濾料采用輕質(zhì)顆料濾料，粒徑為5～6mm,濾層厚度為2m。

濾池曝氣采用羅茨風(fēng)機(jī)4臺，每臺風(fēng)機(jī)流量20m3/min，功率30kW，氣水比可根據(jù)需要控制為(～)∶1?？紤]到濾料對氣體的剪切及阻擋作用，使氧的利用率大大提高，生物濾池曝氣采用穿孔管進(jìn)行曝氣，穿孔管孔徑為3mm。反沖洗風(fēng)機(jī)2臺，每臺風(fēng)機(jī)流量3m3/min，功率kW。

濾池下部沉淀的懸浮物質(zhì)及濾池反沖洗的生物膜通過穿孔排泥管排至廠區(qū)污泥池。

運(yùn)行情況

工程于2003年2月竣工(見圖3)，進(jìn)行設(shè)備調(diào)試。3月13日開始微生物培養(yǎng)，此時水廠原水水溫為8～14℃，平均運(yùn)行水量為5萬～6萬m3/d。到4月初，生物預(yù)處理對氨氮的去除效果明顯上升。4月10日，生物濾池對氨氮的去除已達(dá)到設(shè)計的去除效果，進(jìn)水氨氮在3～4mg/L的情況下，出水氨氮在1mg/L以下，微生物培養(yǎng)結(jié)束。圖3生物預(yù)處理濾池實景

工程運(yùn)行結(jié)果表明：經(jīng)生物預(yù)處理后，在進(jìn)水氨氮4～5mg/L的情況下，水中的氨氮去除率達(dá)80%左右。在開啟1臺風(fēng)機(jī)的情況下，出水溶解氧能基本在5mg/L以上，水廠沉淀池加藥量降低約20%。同時生物預(yù)處理前，水廠出水色度約10～12度，經(jīng)生物預(yù)處理后，出水色度約5～9度，水廠出水的色度明顯降低，水中的嗅味得到明顯改善，總體感官性狀指標(biāo)大為改善，工程達(dá)到預(yù)期效果。

濾池反沖洗頻率為4～8d/次，濾層阻力保持在m以下。經(jīng)反沖洗耗水量測定，每次每池反沖洗水量在150～180m3左右，反沖洗耗水量控制在1%以下。

工程效益分析

工程投資

生物預(yù)處理工程直接投資約為690萬元，整個生物預(yù)處理工程若不考慮樁基部分則單位直接工程造價約92元/m3。

處理成本

生物預(yù)處理工程的動力費(fèi)用由兩部分組成。一部分是因在常規(guī)處理工藝前增加生物預(yù)處理工藝，需要一級泵房增加提升m，另一部分是鼓風(fēng)曝氣的動力費(fèi)用，生化池常規(guī)運(yùn)行的氣水比只需(～)∶1即可。以上兩部分動力費(fèi)用的單位成本約分/m3(電費(fèi)以元/(kW·h)計）。

3討論

BIOSMEDI生物預(yù)處理與常規(guī)生物預(yù)處理不同，經(jīng)過較長時間的試驗及工程實踐，下面對該工程設(shè)計過程中的主要方面進(jìn)行討論。

濾池濾料

濾料采用特定的輕質(zhì)顆粒人工合成濾料。濾料比表面積大，價格便宜，化學(xué)穩(wěn)定性好，并可根據(jù)不同的水質(zhì)要求選擇合適的粒徑。濾料粒徑是設(shè)計過程中考慮的重要因素，直接影響到濾池的運(yùn)行和處理效果。粒徑偏小，濾料容易從上部穿孔濾板跑失，運(yùn)行過程中濾層阻力損失增加較快，反沖洗頻率增加。反之，則濾料比表面積減少，可能對去除效果存在一定的影響。因此需要根據(jù)原水水質(zhì)，穿孔濾板縫隙大小及工程運(yùn)行綜合考慮，在本工程中，濾料粒徑采用5～6mm,在工程運(yùn)行過程中，沒有出現(xiàn)濾料流失現(xiàn)象。

該工藝采用顆粒濾料濾池，單位體積內(nèi)附著的生物量大，增大了生物濾池的容積負(fù)荷，使生物濾池去除效率大大提高；另外，在運(yùn)行過程中，強(qiáng)烈的水、氣流作用及周期性的反沖洗，使生物膜內(nèi)的生物大多停留在細(xì)菌、菌膠團(tuán)、原生生物階段。一些附著型生物及水生生物難以在濾料內(nèi)生長，而且由于生物膜厚度較薄，具有較高的活性，有利于對水中污染物的去除。

穿孔濾板

濾池上部出水濾板是影響B(tài)IOSMEDI濾池能否正常運(yùn)行的重要因素。根據(jù)工藝的特點(diǎn)，濾板必須滿足以下基本要求：①濾板需要承受濾料的浮力及反沖洗時產(chǎn)生的阻力；②由于濾料粒徑較小，濾板需要密封，確保正常運(yùn)行時濾料不逸出；③濾板必須有較大的開孔率，以滿足出水要求；④濾板長期浸泡在水中，要具有較好的防腐能力。另外，濾板還需考慮便于濾料安裝、拆卸，價格便宜等因素。本工程根據(jù)要求設(shè)計高強(qiáng)度玻璃鋼多孔濾板，濾板總開孔率控制在10%以上，運(yùn)行過程中無濾料跑出，工程達(dá)到預(yù)定要求。

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傳統(tǒng)的微孔曝氣器易堵塞，易損壞?？紤]到濾料對氣泡的剪切和阻擋作用，有利于氧氣的傳質(zhì)，因此設(shè)計采用較簡單的穿孔布?xì)夤堋Ｆ貧怙L(fēng)機(jī)為3臺，氣水比為(～)∶1，設(shè)計氧利用率取15%。實際運(yùn)行過程中，在進(jìn)水氨氮較高的情況下，僅開1臺風(fēng)機(jī)，實際運(yùn)行時氣水比為(～)∶1，出水溶解氧基本在5mg/L以上，說明實際氧利用率遠(yuǎn)高于設(shè)計氧利用率。因此該工藝布?xì)饪刹捎么┛坠埽粌H可節(jié)省工程投資，而且曝氣設(shè)備維修和管理方便。

濾層阻力

該生物濾池采用氣水同向流，在保證去除效果的條件下，可以允許較高的濾速。一方面可提高濾池內(nèi)傳質(zhì)效果，提高處理效率，降低工程投資及占地面積。另一方面避免了氣水逆向流時水流速度和氣流速度的相對抵消而造成的能量浪費(fèi)。另外，本工藝濾料粒徑較均勻，濾層的孔隙率較大，濾池運(yùn)行時的水頭損失較小，因此本工程濾池進(jìn)水槽水位與濾池出水水位總體設(shè)計高差為m(包括進(jìn)水堰跌落和進(jìn)水管道損失)。由于濾層阻力小，從而能較好地與后續(xù)反應(yīng)沉淀池銜接。

濾池脈沖反沖洗方式

采用脈沖反沖洗方法是本工藝的主要特點(diǎn)之一。由于濾料介質(zhì)輕，傳統(tǒng)的水反沖、氣水反沖均難以奏效。該濾池采用獨(dú)特的反沖洗形式，在濾池下部及側(cè)邊設(shè)置反沖洗氣囊，利用濾池下部的氣囊池壁組成泥斗，結(jié)合反沖洗氣囊及排泥的雙重功能。反沖洗時在濾池氣囊中充氣，達(dá)到設(shè)定液面后，快速打開放氣閥，利用氣釋放速度較快的特點(diǎn)，形成水流向下反沖洗，經(jīng)測定水反沖洗強(qiáng)度可達(dá)80～100L/(s·m2)，在水流的剪切作用下，達(dá)到對濾料沖洗的目的。因此，這種反沖洗不需要設(shè)置專門的反沖洗水泵及反沖洗貯水池，減少了反沖洗設(shè)備，節(jié)約工程造價。

4結(jié)