鄒偉國(guó) 孫群 王國(guó)華 沈裘昌 戚盛豪 李正明
(上海市政工程設(shè)計(jì)研究院，上海200092)

　　摘要：開發(fā)了一種適用于微污染原水預(yù)處理及污水深度處理的新工藝——BIOSMEDI濾池，它以輕質(zhì)濾料為過(guò)濾介質(zhì)，采用與填料相適應(yīng)的獨(dú)特濾池構(gòu)造，同時(shí)采用脈沖反沖洗、氣水同向流。該濾池具有濾料比表面積大，不易堵塞，濾層阻力小，濾速高，反沖洗耗水、耗氣小等優(yōu)點(diǎn)。試驗(yàn)表明，該生物濾池在10 ℃以上時(shí)氨氮的去除負(fù)荷≥0.5 kgNH₃-N/(m³·d)。
　　關(guān)鍵詞：微污染原水；生物濾池；BIOSMEDI工藝；硝化
　　中圖分類號(hào)：TU991.24 
　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào) ：1000-4602(2001)01-0001-04

Research on Development of New BIOSMEDI Biological Filter

ZOU Wei-guo，SUN Qun，WANG Guo-hua，SHEN Qiu-chang， QI Sheng-hao,LI Zheng-ming

(Shanghai Munic.Eng.Design and Res.Institute,Shanghai 200092,China)

　　Abstract：A new biological process called BIOSMEDI for pretreatment of micro-polluted sou rce water and advanced treatment of wastewater was developed.In this process,lig ht media were used in the filter which was of special structure.Pulse air-water backwashing was adopted in cocurrent fashion.The features of the filter include d large specific surface area,free of clogging,low resistance,high filtration sp eed and low consumption of backwashing water and air.The experiments showed that ammonia nitrogen removal loading is higher than 0.5 kgNH3-N/(m3·d) when th e temperature is over 10 ℃.
　　Keywords:micro-polluted source water;biological filter; BIOSMEDI;nitrification

　　國(guó)內(nèi)外對(duì)生物濾池均有較長(zhǎng)時(shí)間的研究，如法國(guó)得利滿公司的BIOFOR濾池是由Degrement推出的專利，主要采用相對(duì)密度＞1的單層生物濾料(biolite)，正常運(yùn)行時(shí) 布水采用濾頭，布?xì)獠捎脤Ｓ貌細(xì)忸^，氣水同向流，從下部進(jìn)入，反沖洗時(shí)采用濾頭布?xì)獠妓摓V池應(yīng)用于原水的預(yù)處理時(shí)，必須解決濾層堵塞問(wèn)題；BISOTYR是由法國(guó)OTV公司推出的新型專利，采用懸浮型輕質(zhì)濾料，氣水同向流，濾料比表面積大，可防止原水中雜質(zhì)堵塞 ，但需有效地解決濾池反沖洗問(wèn)題。
　　在各種生物濾池中，填料是影響其正常運(yùn)行的關(guān)鍵。應(yīng)用固定型填料，容易導(dǎo)致濾層堵塞，反沖洗困難；軟性填料則容易導(dǎo)致填料之間相互粘結(jié)，造成比表面積減少；顆粒狀濾料 具有比表面積大、生物量較大的特點(diǎn)，但顆粒濾料相對(duì)密度＞1時(shí)，若采用氣水逆向流，則水流阻力較大，濾速難以提高，濾層阻力增大，且反沖洗時(shí)耗水量較大，若采用氣水同向流，則容易造成濾池堵塞。

　　1　BIOSMEDI濾池

　　經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的研究，開發(fā)出一種新型生物濾池(專利申請(qǐng)?zhí)?0216746.8)。
　　1.1濾料的選擇
　　對(duì)不同材質(zhì)的濾料進(jìn)行篩選，最后采用人工合成輕質(zhì)顆粒濾料(粒徑一般在3～5 mm)。它具有來(lái)源廣泛、濾料比表面積大、表面適宜微生物生長(zhǎng)、價(jià)格便宜(300～500 元/m3)、化學(xué)穩(wěn)定性好、密度較小等一系列優(yōu)點(diǎn)。
　　1.2濾池的構(gòu)造
　　生物濾池的填料及池型構(gòu)造是整個(gè)濾池的核心，根據(jù)濾料密度小的特點(diǎn)，研究開發(fā)出與之相適應(yīng)的池型，具體構(gòu)造如圖1所示。

　　濾池采用混凝土池壁或鋼制，分四部分：上部采用鋼筋混凝土蓋板(可預(yù)制)封頂，用于抵消 濾料的浮力及運(yùn)行時(shí)的阻力，在蓋板上安裝倒濾頭，濾頭可從頂部拆卸，便于清洗；濾池中部是濾料層，其厚度及濾料的大小可根據(jù)實(shí)際情況確定；濾層下部是穿孔排泥管及布?xì)夤埽辉跒V池旁(也可在濾池下部)增加一氣室，其底部通過(guò)連接通道與濾池主體相連，專門用于脈沖反沖洗。
　　1.3濾池的工作原理
　　生物濾池為周期運(yùn)行，從開始過(guò)濾到反沖洗結(jié)束為一個(gè)周期。正常運(yùn)行時(shí)，原水通過(guò)進(jìn)水分配槽進(jìn)入濾池下部，在濾料阻力的作用下使濾池進(jìn)水均勻；穿孔布?xì)夤馨惭b在濾層下部 ，空氣通過(guò)其進(jìn)行布?xì)狻Ｔ?jīng)過(guò)濾層后，濾層表面附著的大量微生物和填料 中的微生物利用進(jìn)水中的溶解氧去除一部分有機(jī)物及氨氮，同時(shí)懸浮物質(zhì)經(jīng)過(guò)濾層過(guò)濾后明顯減少，不會(huì)造成濾頭堵塞，出水由上部清水區(qū)排出。隨著過(guò)濾的進(jìn)行，濾層中的生物膜增 厚，過(guò)濾水頭增大，此時(shí)需要對(duì)濾層進(jìn)行反沖洗。由于濾料密度小，采用常規(guī)的水反沖、氣水反沖等方法均難以奏效，所以使用脈沖沖洗，反沖洗水取自濾池出水。反沖洗過(guò)程為：當(dāng) 某 格濾池需要反沖洗時(shí)，首先關(guān)閉進(jìn)水閥及曝氣管，打開濾池反沖洗氣管，排除氣室內(nèi)的水以形成空氣墊層，當(dāng)空氣墊層達(dá)到一定容積后，打開放氣閥，這時(shí)濾池中的水迅速補(bǔ)充至氣室中，此時(shí)濾層中從上到下的沖洗水流量瞬時(shí)加大，導(dǎo)致濾料層突然向下膨脹，可以對(duì)濾層進(jìn)行有效的脈沖反沖洗，把附著在濾料上的懸浮物質(zhì)洗脫。通過(guò)幾次脈沖后，打開穿孔排泥閥，利用其他正在運(yùn)行的生物濾池出水對(duì)濾層進(jìn)行漂洗，可有效地達(dá)到清潔濾料的目的。
　　1.4濾池的特點(diǎn)
　　a.采用氣水同向流與氣水異向流相比，在去除效果相同的條件下，濾速可有較大提高，同時(shí)水力負(fù)荷的增加，大大提高了濾池的傳質(zhì)效果和處理效率，減少了工程費(fèi)用 及占地面積，同時(shí)避免了氣水逆向流時(shí)造成的能量浪費(fèi)。濾層阻力小，因而能較好地與后續(xù)反應(yīng)沉淀池銜接，適應(yīng)于新廠及老水廠的改造。
　　b.濾池的阻力相對(duì)較低，布水、布?xì)饩鶆颉?BR>　　c.由于濾池為上向流，對(duì)濾池的運(yùn)行不會(huì)造成影響，因此對(duì)原水的懸浮物質(zhì)要求相對(duì)較低。
　　d.濾料來(lái)源廣泛、價(jià)格便宜、化學(xué)穩(wěn)定性好。濾料比表面積大，單位體積內(nèi)附著的生物量增大，生物濾池的容積負(fù)荷增加，使生物濾池的去除效率大大提高，有利于氧氣的傳質(zhì)，提高了充氧效率。
　　e.該濾池采用獨(dú)特的脈沖反沖洗形式，有利于增強(qiáng)反沖洗效果，同時(shí)耗水量、耗氣量小。反沖洗過(guò)程漂洗水可采用濾池出水，氣源則來(lái)自鼓風(fēng)曝氣，不需要專門的反沖洗水泵及鼓風(fēng)機(jī)，可采用破壞虹吸的控制方式對(duì)濾池進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)脈沖反沖洗。
　　f.濾層比常規(guī)生物濾池的厚，而濾層越厚，水力負(fù)荷越大，去除效果越佳。

　　2　試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果

　　2.1  試驗(yàn)流程裝置
　　試驗(yàn)裝置采用?300的有機(jī)玻璃濾柱，高度為3.5 m，濾料采用3～8的輕質(zhì)濾料，濾層厚度為1.5 m(試驗(yàn)裝置見圖2)。原水水質(zhì)不穩(wěn)定，因此試驗(yàn)采用上海某污水廠二沉池出水(CODCr＜100 mg/L)進(jìn)行模擬，從濾層下部進(jìn)水，濾頭出水，采用鼓風(fēng)機(jī)供氣，穿孔管曝氣。由于進(jìn)水中的氨氮濃度較高(20～30 mg/L)，所以將濾柱處理后出水回流稀釋，以滿足試驗(yàn)所需要的氨氮濃度。
　　試驗(yàn)從1999年11月初開始，11月15日系統(tǒng)正式運(yùn)行，至12月中旬基本達(dá)到正常狀態(tài)。試驗(yàn)在冬季進(jìn)行，目的是了解在水溫較低情況下生物濾池對(duì)氨氮的處理效果，試驗(yàn)中氣水 比為(1～2)∶1，以確保出水中的溶解氧濃度≥4 mg/L。試驗(yàn)原水堿度偏低，因此在12月30日后在回流水中補(bǔ)充一部分硝化所需要的堿度。試驗(yàn)時(shí)一般1～2 d反沖洗一次，周期結(jié)束時(shí)濾層阻力約2.94～3.92 kPa，脈沖反沖洗次數(shù)為2～3次，然后用濾池出水進(jìn)行漂洗，漂洗時(shí)間約2～3 min。試驗(yàn)中主要測(cè)定氨氮的去除效果，以單位填料對(duì)氨氮的去除量來(lái)表示。

圖2試驗(yàn)裝置圖

　　2.2試驗(yàn)結(jié)果
　　試驗(yàn)結(jié)果見表1。

　　3.1供氣方式
　　原水中溶解氧含量較低，采用穿孔管進(jìn)行布?xì)狻Ｔ跒V料阻力作用下，空氣在濾層中分布較為均勻，試驗(yàn)中可以觀察到空氣在濾層中緩慢、均勻地上升，能夠達(dá)到較好的充氧效果，試驗(yàn)采用的氣水比較大，以確保生物硝化不受溶解氧的影響。
　　3.2氨氮濃度對(duì)去除負(fù)荷的影響
　　氨氮濃度不同時(shí)，硝化速率也不同。當(dāng)氨氮濃度＜1 mg/L時(shí)，硝化速率與水中的氨氮濃度成正比；當(dāng)氨氮濃度＞4 mg/L時(shí)，則受溶解氧擴(kuò)散速率的限制，溶解氧成了控制反應(yīng)速度的主要因素，此時(shí)氨氮濃度將不影響反應(yīng)的速率，即硝化速率與氨氮濃度成零次關(guān)系。
　　試驗(yàn)中，除出水氨氮濃度＜0.05 mg/L外，在12月17日—12月29日出水堿 度偏低的情況下，氨氮的去除負(fù)荷≥0.5 kgNH3-N/(m3·d)；當(dāng)在水中補(bǔ)充堿度時(shí)，氨氮去除負(fù)荷≥0.6 kgNH3-N/(m3·d)(這段時(shí)間出水溫度略有上升)。由此可見，在進(jìn)水氨氮濃度較高時(shí)，氨氮濃度對(duì)硝化速率的影響不明顯；在進(jìn)水氨氮濃度＜4 mg/L時(shí)，出水氨氮基本檢不出，由此可知在進(jìn)水氨氮濃度較低的情況下，生物濾池對(duì)氨氮仍有較好的去除效果。
　　3.3濾料接觸時(shí)間
　　濾料接觸時(shí)間與濾池進(jìn)水氨氮濃度及處理目標(biāo)有關(guān)，由2000年1月6日—1月14日試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在進(jìn)水氨氮濃度≤4 mg/L、濾層空床接觸時(shí)間約10 min的情況下，濾池對(duì)氨氮有較好的去除效果。
　　3.4水溫
　　試驗(yàn)在冬季進(jìn)行，氣溫相對(duì)較低，而進(jìn)水水溫較高。通過(guò)試驗(yàn)可知，水溫≥10 ℃時(shí)，該生物濾池對(duì)氨氮仍有較好的去除效果，即在進(jìn)水氨氮較高、溶解氧和堿度等都正常的情況下 ，對(duì)氨氮的去除負(fù)荷基本可達(dá)到0.5 kgNH3-N/(m3·d)。
　　3.5水力負(fù)荷
　　很多文獻(xiàn)報(bào)道，水力負(fù)荷的增加有利于提高濾池的硝化速率。還有人對(duì)氨氮濃度較高的原水在不同水力負(fù)荷下的硝化效果進(jìn)行了比較，認(rèn)為在溫度適宜、溶解氧等充足的情況下，濾速為20 m/h時(shí)的氨氮去除負(fù)荷是濾速為5 m/h的2倍，增大濾層的厚度對(duì)濾池的處理效率有明顯提高(Dergement提出生物濾池的濾層厚度可達(dá)到4 m)。由于試驗(yàn)時(shí)間的限制，試驗(yàn)中的水力負(fù)荷對(duì)氨氮去除效果的影響不明顯。
　　3.6濾池反沖洗
　　試驗(yàn)過(guò)程中，由于進(jìn)水中懸浮物質(zhì)少，一般隔天反沖洗一次，濾層的阻力損失一般＜3.92 kPa。在脈沖反沖洗過(guò)程中，短時(shí)間內(nèi)水的反沖洗流量可達(dá)40 L/(m2·s)以上，在瞬 時(shí)流量的沖洗下，濾料短時(shí)間向下自由膨脹，濾層間的雜質(zhì)在水流剪切作用下被帶至濾層下部空間。脈沖沖洗幾次后，用生物濾池出水從上部進(jìn)行漂洗，漂洗時(shí)間為2～3 min，濾池底部用排泥管排泥。這種沖洗方法效果較顯著，且不需要反沖洗水泵，只是在濾池排泥及漂洗過(guò)程中消耗一部分水量，反沖洗耗氣量更小。

　　4　結(jié)論

　　新型BIOSMEDI濾池以輕質(zhì)濾料為過(guò)濾介質(zhì)，它具有來(lái)源廣泛、比表面積大、表面適宜微生物生長(zhǎng)、價(jià)格便宜、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)；采用與填料相適應(yīng)的獨(dú)特濾池構(gòu)造 ，能防止原水堵塞，濾層阻力小；運(yùn)行時(shí)采用氣水同向流，有利于過(guò)濾速度的提高；采用脈沖反沖洗，具有耗水量、耗氣量小等優(yōu)點(diǎn)。
　　經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，表明該生物濾池在10 ℃以上，進(jìn)水氨氮、溶解氧等都正常的情況下，氨氮的去除負(fù)荷達(dá)到0.5 kgNH3-N/(m3·d)以上，適用于微污染原水預(yù)處理及污水的深度處理。

　　參考文獻(xiàn)：
　　［1］張萬(wàn)友，王德英，呂洪濱，等.好氧生物膜過(guò)濾裝置的研究［J］.中國(guó)給水 排水，2000，16(5)：8-11.
　　作者簡(jiǎn)介：鄒偉國(guó)(1971-)，男，江西豐城人，上海市政工程設(shè)計(jì)研究院工程師，碩士，研究方向：水處理技術(shù)。
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　　收稿日期：2000-09-04