BAF工艺在城镇污水处理厂中的设计及注意事项

龙源期刊网工艺在城镇污水处理厂中的设计及注意事项作者：谢荣焕来源：《建筑建材装饰》2014年第08期摘要：曝气生物滤池（BAF）工艺在当前城镇污水处理厂和提标工程中应用范围越来越广，本文着重讨论BAF工艺在污水处理厂的一般设计要求、具体流程选择及设计计算过程。同时，针对目前一些BAF污水处理厂的设计、施工、运行等过程中出现的问题，探讨分析了BAF工艺在设计过程中遇到的问题和解决对策，为广大设计工作者提供借鉴和宝贵经验。关键词：曝气生物滤池（BAF）；污水处理厂；设计曝气生物滤池（BAF）工艺是上世纪80年代在欧美地区发展起来的一项污水处理新技术[1]，集过滤、吸附、生物氧化于一体，具有抗冲击负荷、处理效率高、出水水质好、建设投资和运行成本低、其模块化结构便于现有污水处理工艺的后期升级改造等优点。该工艺可独立建立，也可与其他污水处理工艺组合应用，是一种可替代传统的污水处理工艺、适合我国国情的污水处理法[2]。目前，国内的污水处理厂中应用曝气生物滤池工艺的有很多：沈阳仙女河污水处理厂，处理规模44万吨/日；横岭污水处理厂，处理规模40万吨/日；大连马兰河污水处理厂，处理规模22万吨/日等。新建或提标的污水处理厂工程中，使用曝气生物滤池作为主体工艺的数量也越来越多。但相对于氧化沟、SBR等工艺来说，该工艺在国内仍属于一种新兴工艺，推广的时间短，设计运行的经验不足，所以大多数设计人员并不能对工艺参数及设计细节很好的把握。近些年来，国内大多数采用曝气生物滤池工艺的污水处理厂，笔者直接或间接参与其中，对在此过程中遇到的问题作了总结，现就BAF工艺在城镇污水处理厂设计及注意的一些问题谈几点个人看法。1.BAF工艺的一般设计要求BAF工艺应用于城镇污水处理厂设计中，需满足以下设计要求：（1）曝气生物滤池应根据处理水量的大小合理分格，每级滤池不应少于两格，当一格滤池反冲洗时，应考虑其余格滤池须通过全部流量；同时当一格滤池反冲洗时，需要考虑其余格滤池出水或反洗清水池储水是否能提供足够的冲洗用水量；单格滤池面积不宜大于100m2。（2）曝气生物滤池多格并联时宜采用渠道和堰配水，不宜采用压力管道直接配水。（3）曝气生物滤池工艺曝气与反冲洗用气设备、管路宜分开设置。龙源期刊网（4）滤料填装高度宜结合占地面积、处理负荷、风机选型和滤料层阻力等因素综合考虑确定，陶粒滤料宜为2.5m～4.5m。清水区高度应根据滤料性能及反冲洗时滤料膨胀率确定，陶粒滤料宜为1.0m～1.5m。（5）曝气系统采用单孔膜空气扩散器布气，单孔膜空气扩散器的布置密度应根据需氧量要求通过计算后确定；单个曝气器设计额定通气量宜为(0.2～0.3)m3/h，每平米滤池截面积上单孔膜空气扩散器布置数量不宜少于36个；采用穿孔管时孔口设计流速不宜小于30m/s。（6）BAF系统采用长柄滤头布水，长柄滤头安装于滤板上，其布置密度反硝化生物滤池不宜小于49个/m2，其它曝气生物滤池不宜小于36个/m2，并考虑滤头水头损失及堵塞率。2.BAF工艺的流程选择及设计计算2.1单级碳氧化/硝化BAF工艺的设计当设计中要求降解污水中含碳有机物并对氨氮进行部分硝化（硝化率60%以下）时，宜采用单级碳氧化/硝化曝气生物滤池工艺流程，具体流程图见图1：图1单级同步碳氧化/硝化生物滤池工艺滤池表面水力负荷（滤速）取值范围为2.5～4.0m3/m2•h（m/h），BOD5负荷取值范围为1.2～2.0kgBOD/m3•d，硝化负荷取值范围为0.4～0.6kgNH4-N/m3•d，空床水力停留时间70～80min。（1）滤池总面积的设计计算：①按BOD5有机负荷计算式中：A—滤池总面积（m2）V—滤料总体积（m3）H—滤料填装高度（m）Q—设计污水流量（m3/d）△CBOD5—进、出滤池的BOD5浓度差值（mg/L）—BOD5容积负荷，kgBOD5/(m3·d)②按空床停留时间计算龙源期刊网式中：—设计污水流量（m3/d）—滤料填装高度（m）—空床停留时间（hr）—滤池水力表面负荷（m3/m2·h）（2）曝气生物滤池的总高度曝气生物滤池的总高度应包括配水室、承托层、滤料层、清水区、超高等高度。即曝气生物滤池的总高度为：式中，H0—曝气生物滤池的总高度，m；H—滤料层高度，m；h1—配水室高度，m；h2—承托层高度，m；h3—清水区高度，m；h4—超高，m。2.2两级除碳、硝化BAF工艺的设计当设计中要求去除污水中含碳有机物并完成氨氮的硝化（硝化率大于60%）时应采用碳氧化曝气生物滤池和硝化曝气生物滤池两级串联工艺流程，具体流程图见图2：图2两级除碳、硝化生物滤池工艺碳氧化曝气生物滤池（C池）主要是用来降解污水中含碳有机物，污水中的有机物降解大部分之后进入硝化曝气生物滤池，开始对污水中的氨氮进行硝化反应，更有利于氨氮的去除。碳氧化曝气生物滤池的设计参数有：滤池表面水力负荷（滤速）3.0～6.0m3/m2•h（m/h），BOD负荷2.5～6.0kgBOD/m3•d，空床水力停留时间40～60min；硝化曝气生物滤池的设计参数有：滤池表面水力负荷（滤速）3.0～12.0m3/m2•h（m/h），硝化负荷0.6～1.0kgNH4-N/m3•d，空床水力停留时间30～45min。该工艺流程的设计中，碳氧化曝气生物滤池的设计计算与前面第2.1节的相同，在此，叙述一下硝化曝气生物滤池的设计计算过程。龙源期刊网按硝化负荷法计算：式中，V—滤料总体积（m3）Q—设计污水流量（m3/d）NW氨氮—氨氮容积负荷率，kgNH3-N/m3·d，本设计中取0.23kgNH3-N/m3·d；△C氨氮—进出曝气生物滤池的氨氮差值，mg/l。硝化曝气生物滤池的总高度与前面的碳氧化曝气生物滤池计算方法相同。2.3前置反硝化BAF工艺的设计当进水碳源充足且出水水质对总氮去除要求较高时，宜采用前置反硝化滤池+硝化曝气生物滤池组合工艺，具体工艺流程图见图3：图3无外加碳源前置反硝化脱氮工艺反硝化生物滤池（DN池）的作用是进行大部分有机物的降解，同时在反硝化菌的作用下，利用污水中的有机物作为碳源，把回流液中的硝酸盐和亚硝酸盐还原成氮气，从而实现对TN的去除。从DN池上部出水自流入硝化曝气生物滤池（CN池），CN池的作用是对有机物降解及对氨氮进行硝化，氨氮在有氧条件下，通过硝化菌的作用转化成硝酸盐和亚硝酸盐。当进水总氮含量高、碳源不足而出水对总氮要求较严时可采用前置反硝化工艺，同时需外加碳源，具体工艺流程图见图4。外加碳源的投加量需经过计算确定。图4外加碳源前置反硝化脱氮工艺反硝化生物滤池的设计过程如下：（1）回流比计算（2）反硝化生物滤池池体设计计算采用反硝化负荷法计算。式中，V—滤料的总有效体积，m3；Q—每天进入曝气生物滤池的废水量，m3/d；qDN—滤料的反硝化负荷，kgNO3--N/(m3滤料·d)；龙源期刊网△C氨氮—进出曝气生物滤池的氨氮差值，mg/l。硝化曝气生物滤池池体设计计算同前。以上几种工艺流程在设计过程中，当设计水温较低、进水污染物浓度较低或出水水质要求较高时，有机负荷、硝化负荷、反硝化负荷应取下限制；反硝化滤池的水力负荷、空床停留时间均按含硝化液回流水量确定，反硝化回流比应根据总氮去除率确定。3.设计过程中遇到的问题和解决对策在曝气生物滤池工艺的设计过程中，需要慎重考虑的设计规模及进水水质的确定、配套管网的收水体制及建设完善度等常见问题，此类问题在其他论文中论述得较多，也较深入，在此不再赘述，此处仅对曝气生物滤池工艺设计中所需要特别注意的几个方面进行浅析：（1）预处理效果要好。对于进入滤池的污水中，不允许含有毛发以及细碎的塑料皮等漂浮物，因为此类物质不断积累会堵塞布水设备——长柄滤头，增加水头损失，影响配水的均匀性。所以，一般是在进水中、细两道格栅的预处理下，同时在沉淀池的出水堰上加设一道孔隙2mm左右的格网，来有效拦截此类漂浮物。若已发生堵塞这样的情况，则须逐个清理长柄滤头。同时，对进入滤池的SS一般不得高于100mg/l，否则会降低滤池截污能力，缩短滤池的反冲洗周期，严重影响曝气生物滤池出水水质。同时，由于反冲洗周期的缩短，造成对时代周期较长的微生物（如硝化菌）产生较大的影响，大幅度降低生物膜活性，影响去除效果。（2）池体的尺寸设计要充分考虑回流水量及水位差。在前置反硝化工艺中，必须充分考虑到污水的回流（回流比一般在0.5～2）和两池之间的水头损失。在设计滤池具体尺寸的过程中，如果没有考虑回流的水量和两池间的水头损失，则会发现：沉淀池向DN池的进水流不过去，出现沉淀池漫水现象。一旦出现这一问题，尚未发现有效的改造方法，这就提醒BAF设计人员在最初的设计中就切断问题的根源。（3）曝气生物滤池在多格并联时应采用渠道和堰配水，不宜采用压力管道直接配水。采用压力管道直接配水这一方法简单易行，且短期内不宜发现有不妥之处。但是，在滤池的运行过程中，相互并联的滤池反冲洗周期虽然相近，但每个池子的反冲洗时间是错开的，反冲洗后的滤池对污水的阻力显然减小，这就导致并联的滤池配水不均，进水就会流向阻力较小的滤池，导致进水负荷差距拉大，影响滤池的正常稳定运行。（4）图纸设计中要求施工精度高。龙源期刊网在笔者接触到的几个采用曝气生物滤池作为主体工艺的污水处理厂建设工程中，由于施工管理人员由于工程建设经验不足和污水处理专业知识缺乏，使污水处理厂的建设过程中走了不少弯路。施工中，应尤其注意曝气生物滤池的滤梁、滤板及其相应的预埋件等的精度控制。一般要求单个滤板的水平度误差为±1mm，整池的水平度误差为±5mm。误差过大，就会导致曝气生物滤池在运行过程中曝气、反冲洗等严重不均匀，最终仍需返工。所以，必要时，设计人员须与施工单位充分沟通衔接，确保工程质量。另外，还有一些细节在设计时须注意，如在滤池反冲洗出水堰上须设置栅形稳流板，避免跑料；滤池配水区的高度宜高于1.3m，以便于滤池的安装和检修等。这些在设计中看似很小的细节都会对曝气生物滤池的高效稳定运行起到决定性的影响，因而要引起设计人员的足够重视。4小结本文对BAF工艺的一般设计要求、工艺流程的选择及设计计算做了简要的分析，并就设计过程中需要特别注意几个问题进行了详细的总结分析。望广大设计人员能够从之前的设计中借鉴并吸取宝贵经验，为今后的BAF工艺在污水处理厂中的设计奠定可靠的基础。参考文献：[1]郑俊,吴浩汀.曝气生物滤池工艺的理论与工程应用[M].北京:化学工业出版社，2005.[2]齐兵强，王占生．曝气生物滤池在污水处理中的应用．给水排水．2000，26(10)：4~8．