BIOSMEDI工藝在微污染原水預(yù)處理中的工程應(yīng)用VIP

1、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(guó) 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(zhǎng)，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(lái)水廠預(yù)處理中，濾料粒徑為56 mm，采用穿孔管布?xì)猓瑸V池出水反沖洗。結(jié)果表明，運(yùn)行時(shí)氣水比為(0.50.7)1，反沖洗耗水率低于1%，濾層阻力不大于0.5 m，出水水質(zhì)各項(xiàng)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(duì)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

2、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(lái)水廠（7萬(wàn)m3/d）生物預(yù)處理工程采用上海市政工程設(shè)計(jì)研究院新開(kāi)發(fā)的BIOSMEDI生物濾池（專(zhuān)利號(hào)ZL 00 2 16746.8），取得了明顯的處理效果，下面就該技術(shù)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用情況作簡(jiǎn)要介紹。 1BIOSMEDI工藝基本結(jié)構(gòu)及運(yùn)行過(guò)程 1.1基本結(jié)構(gòu) BIOSMEDI工藝是一種淹沒(méi)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(shí)的阻力。濾池主要由以下幾部分組成：根據(jù)原水水質(zhì)情況設(shè)計(jì)輕質(zhì)濾料濾床及與濾料相適應(yīng)的濾板；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)；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(dòng)控制系統(tǒng)。濾池構(gòu)造示意見(jiàn)圖1。 1.2工藝過(guò)程 生物濾池為周期運(yùn)行，從開(kāi)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，在布水系統(tǒng)及濾料阻力的作用下使濾池進(jìn)水均勻。空氣布?xì)夤馨惭b在濾層下部，采用穿孔布?xì)夤苓M(jìn)行布?xì)狻Ｓ捎跒V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(guò)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(shí)需要對(duì)濾層進(jìn)行反沖洗。濾池沖洗采用脈沖反沖洗，沖洗過(guò)程如下：當(dāng)某格濾池需要反沖洗時(shí)，首先關(guān)閉進(jìn)水閥

4、及曝氣管，再打開(kāi)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(kāi)快速放氣閥；這時(shí)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(shí)通過(guò)水的輸送作用，把濾池下部沉淀污泥送到氣囊中；最后打開(kāi)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)行水漂洗，同時(shí)排出下部污泥，達(dá)到有效清潔濾料的目的。 2工程設(shè)計(jì)及運(yùn)行 2.1原水水量及水質(zhì) 上海徐涇自來(lái)水廠生物預(yù)處理工程規(guī)模為7萬(wàn)m3/d。 上海徐涇自來(lái)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45 mg/L，最高達(dá)7 mg/L左右，原水中的錳含量約

5、0.1 0.3 mg/L，最高在0.4 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)。 2.2工藝的選擇 上海徐涇自來(lái)水廠常規(guī)處理工藝已經(jīng)建成，根據(jù)水廠預(yù)處理場(chǎng)地小，一級(jí)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(shí)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(lèi)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(jì)和運(yùn)行，曾對(duì)三種不同填料利用某水廠原水對(duì)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(duì)氨氮去除的部分?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。 表1不同生物預(yù)處理形式對(duì)氨氮去除的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 時(shí)間 03

6、190428* 05080524* 05250703*() 數(shù)據(jù)數(shù)量 28組 12組 21組 原水氨氮(平均)(mg/L) 0.31(0.72) 0.51.2(0.8) 0.82.5（1.37） 彈性填料 停留時(shí)間h 1 1 1 氨氮(平均mg/L) 0.10.5(0.25) 0.10.42(0.26) 0.21(0.47) 去除率(%) 65 67 65 陶粒濾池濾速(m/h) 48 7 5.5 氨氮(mg/L 0.08 0.16 0.31 去除率(%) 88 80 77 BIOSMEDI濾池濾速(m/h) 714 10.5 10.5 氨氮(mg/L 0.08 0.13 0.27 去除率(%

7、) 88 84 80注：*水溫為1220 ，*水溫為2025 。 試驗(yàn)結(jié)果表明：BIOSMEDI工藝采用顆粒濾料，處理效果相對(duì)較好，而且采用氣水同向流，具有運(yùn)行時(shí)阻力小，反沖洗設(shè)備簡(jiǎn)單，工程造價(jià)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(jiàn)圖2)。圖2徐涇自來(lái)水廠工藝流程2.3生物濾池設(shè)計(jì)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47.65 m×23 .3 m。濾池進(jìn)水設(shè)有XGC-1300機(jī)械細(xì)格柵2臺(tái)，以去除較大垃圾。整個(gè)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(guò)堰跌落均勻配水，每格濾池有效面積為6.5

8、m×6 m ，濾池總深度為5.5 m，考慮進(jìn)水氨氮較高，采用濾速為6.5 m/h，有效水力停留時(shí)間為45 min。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(dòng)快開(kāi)閥門(mén)，便于快速開(kāi)啟。每格濾池上部采用閥門(mén)連通，便于反沖洗時(shí)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56 mm, 濾層厚度為2 m。 濾池曝氣采用羅茨風(fēng)機(jī)4臺(tái)（3用1備），每臺(tái)風(fēng)機(jī)流量20 m3/min ，功率30 kW，氣水比可根據(jù)需要控制為(0.41.2)1?？紤]到濾料對(duì)氣

9、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3 mm。反沖洗風(fēng)機(jī)2臺(tái)（1用1備），每臺(tái)風(fēng)機(jī)流量3 m3/min，功率7.5 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(guò)穿孔排泥管排至廠區(qū)污泥池。 2.4運(yùn)行情況工程于2003年2月竣工(見(jiàn)圖3)，進(jìn)行設(shè)備調(diào)試。3月13日開(kāi)始微生物培養(yǎng)，此時(shí)水廠原水水溫為814 ，平均運(yùn)行水量為5萬(wàn)6萬(wàn)m3/d。到4月初，生物預(yù)處理對(duì)氨氮的去除效果明顯上升。4月10日，生物濾池對(duì)氨氮的去除已達(dá)到設(shè)計(jì)的去除效果，進(jìn)水氨氮在34 mg /L的情況下，出水氨氮在1 mg/L以下，微生物培養(yǎng)結(jié)束。圖3生物預(yù)處理濾池實(shí)景

10、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45 mg/L的情況下，水中的氨氮去除率達(dá)80%左右。在開(kāi)啟1臺(tái)風(fēng)機(jī)的情況下，出水溶解氧能基本在5 mg/L以上，水廠沉淀池加藥量降低約20%。同時(shí)生物預(yù)處理前，水廠出水色度約1012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48 d/次，濾層阻力保持在0.5 m以下。經(jīng)反沖洗耗水量測(cè)定，每次每池反沖洗水量在150180 m3左右，反沖洗耗水量控制在1%以下。 2.5工程效益分析 2.5.1工程投資 生物預(yù)處理工程直接投資約為690萬(wàn)元（包括地

11、基處理費(fèi)用50萬(wàn)元），整個(gè)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(jià)約92元/m3 。 2.5.2處理成本 生物預(yù)處理工程的動(dòng)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(jí)泵房增加提升1.5 m，另一部分是鼓風(fēng)曝氣的動(dòng)力費(fèi)用，生化池常規(guī)運(yùn)行的氣水比只需(0.50.7)1 即可。以上兩部分動(dòng)力費(fèi)用的單位成本約 0.87分/m3(電費(fèi)以 0.61元/(kW·h)計(jì) ）。 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(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)及工程實(shí)踐，下面對(duì)該工程設(shè)計(jì)過(guò)程中的主要方面進(jìn)行討論。 3.1濾池濾料 濾料采用特定的輕質(zhì)顆粒人工合成濾料。濾料

12、比表面積大，價(jià)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(jì)過(guò)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(guò)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(duì)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56 mm,在工程運(yùn)行過(guò)程中，沒(méi)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(guò)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

13、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(zhǎng)，而且由于生物膜厚度較薄，具有較高的活性，有利于對(duì)水中污染物的去除。 3.2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(mǎn)足以下基本要求：濾板需要承受濾料的浮力及反沖洗時(shí)產(chǎn)生的阻力；由于濾料粒徑較小，濾板需要密封，確保正常運(yùn)行時(shí)濾料不逸出；濾板必須有較大的開(kāi)孔率，以滿(mǎn)足出水要求；濾板長(zhǎng)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(jià)格便宜等因素。本工程根據(jù)要求設(shè)計(jì)高強(qiáng)度玻璃鋼多孔濾板，濾板總開(kāi)孔率控制在10%以上，運(yùn)行過(guò)程中無(wú)濾料跑出，工

14、程達(dá)到預(yù)定要求。 3.3布?xì)夥绞?傳統(tǒng)的微孔曝氣器易堵塞，易損壞?？紤]到濾料對(duì)氣泡的剪切和阻擋作用，有利于氧氣的傳質(zhì)，因此設(shè)計(jì)采用較簡(jiǎn)單的穿孔布?xì)夤?。曝氣風(fēng)機(jī)為3臺(tái)，氣水比為(0.41.2)1，設(shè)計(jì)氧利用率取15%。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，在進(jìn)水氨氮較高的情況下，僅開(kāi)1臺(tái)風(fēng)機(jī)，實(shí)際運(yùn)行時(shí)氣水比為(0.50.7)1，出水溶解氧基本在5 mg/L以上，說(shuō)明實(shí)際氧利用率遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)氧利用率。因此該工藝布?xì)饪刹捎么┛坠?，不僅可節(jié)省工程投資，而且曝氣設(shè)備維修和管理方便。 3.4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

15、地面積。另一方面避免了氣水逆向流時(shí)水流速度和氣流速度的相對(duì)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(shí)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(jì)高差為0.8 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。 3.5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(shí)在濾池氣囊中充氣，達(dá)到設(shè)定液面后，快速打開(kāi)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(cè)定水反沖洗強(qiáng)度可達(dá)80100 L/(s·m2)，在水流的剪切作用下，達(dá)到對(duì)濾料沖洗的目的。因此，這種反沖洗不需要設(shè)置專(zhuān)門(mén)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(jià)。 4結(jié)語(yǔ)