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摘要:曝气生物滤池具有占地面积小、管理方便及出水水质好等特点，因此，它逐渐在城市生活污水处理中得到应用，并取得较好的效果。本文结合工程实例，介绍曝气生物滤池在城市生活污水处理中的应用，重点就曝气生物滤池的设计进行探讨，为曝气生物滤池的推广应用提供参考。
关键词:生活污水；曝气生物滤池；工艺流程；设计；运行控制
中图分类号： U664 文献标识码： A 文章编号：
近年来，城市人口也不断增长，与之而来的就是生活污水排放的明显增加。随着国家扩大内需、加大环保投资的一系列政策出台，我国的污水处理事业已进入高速发展阶段，许多污水处理技术不断得到改善和优化，并运用到污水处理厂当中。曝气生物滤池工艺，是充分借鉴污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思路，将生物降解与吸附过滤两种处理过程在同一单元反应器中完成的一种污水处理工艺。它具有占地面积小、运行管理方便、出水水质稳定、工程投资少等特点，近年来，在城市生活污水处理厂中逐渐得到应用。
1 工程概况
某生活污水处理工程，设计规模为日处理污水10000m3，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级Ａ标准，部分出水回用。
1.1 设计进出水水质
该生活污水处理厂设计进出水水质见表1。
表1 设计进出水水质及去除率
注：括号外数值为水温＞12℃时的控制指标；括号内数值为水温≤12℃时的控制指标。
1.2 工艺流程
该污水处理厂采用常规预处理＋前置缺氧池＋曝气生物滤池＋滤布滤池＋二氧化氯消毒工艺，工艺流程见图1。
图1 污水处理厂工艺流程
经过常规预处理的污水与回流硝化液进入缺氧池，后进入高效沉淀池与反冲洗废水一起进行沉淀，经沉淀后的污水进入曝气生物滤池以去除污染物和进行硝化反应，曝气生物滤池出水经滤布滤池过滤后，经二氧化氯消毒后用于回用或将其排放至自然水体。
2 预处理及后续处理构筑物设计
粗格栅、进水泵房、细格栅及旋流沉砂池均为常规设计。
粗格栅设计为2条800mm宽地下式钢筋混凝土平行渠道，配2台回转式粗格栅；进水泵房L×B×H＝7m×6m×9m，配3台330m3/h潜水污水泵(2用1备)；细格栅设计为两条800mm宽钢筋混凝土直壁平行渠道，配2台直径800mm转鼓式细格栅；旋流沉砂池采用2座φ2.13m圆形沉砂池，配2台直径1m叶片式搅拌器、2台鼓风机和1台砂水分离器。
缺氧池对回流硝化液进行反硝化反应，达到脱氮目的。设计采用2座半地下式钢筋混凝土矩形水池，单池L×B×H＝18m×10.5m×4.5m。缺氧池设计硝化液回流比为100％，设计脱氮率为50％，设计最大流量停留时间為2.5h，平均流量停留时间为4h，共配置1.5kW潜水推流器4台。
高效沉淀池通过混合、絮凝反应及沉淀、浓缩等作用将污水中的大部分悬浮物及磷酸盐等污染物沉淀去除，并进行污泥浓缩，减少污泥体积。
高效沉淀池分为混合区、絮凝沉淀区和斜管沉淀区三个部分，设计高效沉淀池最大冲击负荷为1675m3/h，设计最大流量下混合时间为2min，絮凝反应时间为15min，斜管沉淀时间为30min，沉淀池表面水力负荷为15m3/(m2·h)，设计构筑物均分为两格，沉淀区单格尺寸为L×B＝10m×10m，有效水深5m，絮凝反应区L×B＝10m×5m，有效水深5.1m，混合区L×B＝2.5m×2.5m，有效水深5.2m。配套2台φ10m中心传动悬挂式刮泥机，4台φ1.8m絮凝搅拌器，2台φ1m混合搅拌器，2台25m3/h回流污泥泵和2台12.5m3/h剩余污泥泵。
滤布滤池主要用于进一步去除污水中的ＳＳ等污染物，使出水稳定达到一级Ａ标准，设计采用钢筋混凝土矩形水池L×B＝8m×2m，主要配置2m盘式滤布过滤器1套，盘片10片，最大过滤能力920m3/h。
回用水清水池兼作接触消毒池，与回用水泵房合建。设计容积500m3，分2格，单格L×B＝12m×6.5m，有效水深3.5m，最大流量下接触消毒时间50min。回用水规模为5000m3/d，回用水泵房平面尺寸L×B＝15m×6m，配置3台313m3/h卧式离心泵(2用1备)。
3 曝气生物滤池设计
3.1 曝气生物滤池类型选择
曝气生物滤池的类型根据进水形式、滤料类型、使用功能的不同而不同，可分为上向流曝气生物滤池和下向流曝气生物滤池，沉没填料曝气生物滤池和悬浮填料生物滤池，去碳曝气生物滤池、硝化曝气生物滤池和组合曝气生物滤池等。上向流曝气生物滤池为气水同向流，相较于下向流曝气生物滤池布水、布气更为均匀，目前多采用上向流曝气生物滤池。
本工程根据实际情况，设计采用上向流曝气生物滤池，填料采用沉没填料，使用功能上采用碳化＋硝化相结合的组合式曝气生物滤池。
3.2 滤料选择
滤料是曝气生物滤池的关键部分，对曝气生物滤池的功效有着直接的影响，同时也影响到曝气生物滤池的结构形式和成本。
目前常用的滤料有火山岩滤料、陶粒滤料、石英砂滤料及轻质滤料(聚苯乙烯)。滤料选择的主要考虑方面是滤料比表面积、密度、磨损率及生化性能等。
火山岩滤料是以天然火山岩矿石为原料经机械加工而成的，陶粒滤料是采用优质陶土、粘土或工业废料，加粘溶剂等经团磨、筛分、煅烧加工而成，具有表面坚硬、内部多微孔、孔隙率高，堆积密度轻等特点。石英砂滤料多用于给水处理，在污水处理中主要用于深度处理，在曝气生物滤池中使用不多。轻质滤料指用塑料材料制成的滤料，其相对密度小于1，故称轻质滤料，主要原材料是聚苯乙烯，因其浮于水面，故主要用于气水反向下向流曝气生物滤池。
主要滤料性质详见表2。
表2 主要滤料性质比较
根据上述参数，火山岩滤料具有孔隙率高、比表面积大、堆积密度小、易于微生物生长附着及性质稳定等特点，适合于用作曝气生物滤池滤料。陶粒滤料性质与火山岩滤料相似，但孔隙率和比表面积要小，且陶粒滤料系人工加工而成，产品性质受原材料、生产工艺、生产技术水平及管理控制影响较大。石英砂滤料相对密度较大，反冲洗能耗较高，孔隙率和比表面积较小，不利于微生物生长和附着。
该污水处理厂设计选用火山岩滤料，粒径4～6mm。
3.3 设计负荷
曝气生物滤池工艺设计按容积负荷计算，按表面水力负荷校核，一般取BOD5负荷2～6kg/(m3·d)，NH3—N负荷0.3～0.8kg/(m3·d)，COD负荷负荷4～12kg/(m3·d)，当出水水质标准较高时取低值。表面水力负荷一般取值不大于8m3/(m2·h)。
该污水处理厂设计滤料容积880m3，分4格，单格池长9.2m，宽6m，滤料厚度4m，设计BOD5负荷2.5kg/(m3·d)，NH3—N负荷0.34kg/(m3·d)，COD负荷负荷4.32kg/(m3·d)，最大流量状态下表面水力负荷为7.61m3/(m2·h)。
3.4 布水、布气及反冲洗系统设计
布水、布气及反冲洗系统设计是曝气生物滤池设计的一个关键节点，其设计的好坏直接关系到运行效果。
该污水处理厂曝气生物滤池布水采用BAF专用长柄滤头，滤头密度为57个/m2，横向间距100mm，纵向间距125mm。工艺曝气采用罗茨风机供气，每格滤池各对应设置1台工艺风机，设计气水比为2.6:1，共设置4台风量为14.26m3/min、升压68.6kPa的罗茨风机。布气采用布气管加单孔膜曝气头，曝气头密度为67个/m2，横向间距100mm，纵向间距125mm，空气通过流量为0.3～0.45m3/(个·h)。
该污水处理厂曝气生物滤池反冲洗采用气反冲洗＋水反冲洗＋气水联合反冲洗设计。设计水反冲洗强度为8.33L/(s·m2)，气反冲洗强度为22.3L/(s·m2)。共设置3台(2用1备)反冲洗水泵，单台流量825m3/h，扬程10m，设置3台(2用1备)反冲洗罗茨风机，单台流量36.8m3/min，升压88.2kPa。
3.5 运行控制流程
曝气生物滤池的控制运行采用全自动化运行，滤池运行过程中通过电磁流量计和电动调节蝶阀调节使四格滤池流量保持一致。
曝气生物滤池的反冲洗过程是运行控制中的关键程序，其目的是对滤料进行清洗，防止滤料板结，清除老化、多余的生物膜，实现生物膜的再生。滤池的反冲洗按照“时间控制、压力优先” 的原则分别依次进行，当达到设定运行时间(一般设定为24h)或设定压力损失时(2.5m)自动按设定的反冲洗程序依次反冲洗，反冲洗结束后滤池恢复正常运行状态。
反冲洗过程为速降→气洗→水洗→气水联合洗。速降时关闭进水阀，关闭工艺风机，打开反冲洗水阀和速降阀，速降时间约3min；速降完毕后关闭反冲洗水阀和速降阀。气洗时开启反冲洗风机，打开反冲洗进气阀，气洗时间约5min，气洗完毕后关闭反冲洗风机和反冲洗进气阀。水洗时开启反冲洗水泵，打开反冲洗进水阀，提起反冲洗出水方闸门，水洗时间约5min。气水联合洗时开启反冲洗风机，打开反冲洗进气阀，气水联合洗时间约5min。气水联合洗结束后关闭反冲洗水泵、反冲洗风机，关闭反冲洗进水阀、反冲洗进气阀、放下反冲洗出水方闸门，开启工艺风机，打开进水阀，滤池恢复正常运行。
4 结论
在进行城市生活污水处理工艺选择时，除了要考虑工艺的处理效果外，还应考虑工艺的经济效益。曝气生物滤池具有出水水质好，自动化程度高，运行管理简便等优点，因此，在生活污水处理厂建设中曝气生物滤池将是理想的选择。
参考文献
[1] 景艳波.曝气生物滤池处理生活污水的运行情况分析[J].中国新技术新产品,2012年24期
[2] 张文艺;翟建平;郑俊;王健;李琴.曝气生物滤池污水处理工艺与设计[J].环境工程,2006年01期
关键词:生活污水；曝气生物滤池；工艺流程；设计；运行控制
中图分类号： U664 文献标识码： A 文章编号：
近年来，城市人口也不断增长，与之而来的就是生活污水排放的明显增加。随着国家扩大内需、加大环保投资的一系列政策出台，我国的污水处理事业已进入高速发展阶段，许多污水处理技术不断得到改善和优化，并运用到污水处理厂当中。曝气生物滤池工艺，是充分借鉴污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思路，将生物降解与吸附过滤两种处理过程在同一单元反应器中完成的一种污水处理工艺。它具有占地面积小、运行管理方便、出水水质稳定、工程投资少等特点，近年来，在城市生活污水处理厂中逐渐得到应用。
1 工程概况
某生活污水处理工程，设计规模为日处理污水10000m3，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)一级Ａ标准，部分出水回用。
1.1 设计进出水水质
该生活污水处理厂设计进出水水质见表1。
表1 设计进出水水质及去除率
注：括号外数值为水温＞12℃时的控制指标；括号内数值为水温≤12℃时的控制指标。
1.2 工艺流程
该污水处理厂采用常规预处理＋前置缺氧池＋曝气生物滤池＋滤布滤池＋二氧化氯消毒工艺，工艺流程见图1。
图1 污水处理厂工艺流程
经过常规预处理的污水与回流硝化液进入缺氧池，后进入高效沉淀池与反冲洗废水一起进行沉淀，经沉淀后的污水进入曝气生物滤池以去除污染物和进行硝化反应，曝气生物滤池出水经滤布滤池过滤后，经二氧化氯消毒后用于回用或将其排放至自然水体。
2 预处理及后续处理构筑物设计
粗格栅、进水泵房、细格栅及旋流沉砂池均为常规设计。
粗格栅设计为2条800mm宽地下式钢筋混凝土平行渠道，配2台回转式粗格栅；进水泵房L×B×H＝7m×6m×9m，配3台330m3/h潜水污水泵(2用1备)；细格栅设计为两条800mm宽钢筋混凝土直壁平行渠道，配2台直径800mm转鼓式细格栅；旋流沉砂池采用2座φ2.13m圆形沉砂池，配2台直径1m叶片式搅拌器、2台鼓风机和1台砂水分离器。
缺氧池对回流硝化液进行反硝化反应，达到脱氮目的。设计采用2座半地下式钢筋混凝土矩形水池，单池L×B×H＝18m×10.5m×4.5m。缺氧池设计硝化液回流比为100％，设计脱氮率为50％，设计最大流量停留时间為2.5h，平均流量停留时间为4h，共配置1.5kW潜水推流器4台。
高效沉淀池通过混合、絮凝反应及沉淀、浓缩等作用将污水中的大部分悬浮物及磷酸盐等污染物沉淀去除，并进行污泥浓缩，减少污泥体积。
高效沉淀池分为混合区、絮凝沉淀区和斜管沉淀区三个部分，设计高效沉淀池最大冲击负荷为1675m3/h，设计最大流量下混合时间为2min，絮凝反应时间为15min，斜管沉淀时间为30min，沉淀池表面水力负荷为15m3/(m2·h)，设计构筑物均分为两格，沉淀区单格尺寸为L×B＝10m×10m，有效水深5m，絮凝反应区L×B＝10m×5m，有效水深5.1m，混合区L×B＝2.5m×2.5m，有效水深5.2m。配套2台φ10m中心传动悬挂式刮泥机，4台φ1.8m絮凝搅拌器，2台φ1m混合搅拌器，2台25m3/h回流污泥泵和2台12.5m3/h剩余污泥泵。
滤布滤池主要用于进一步去除污水中的ＳＳ等污染物，使出水稳定达到一级Ａ标准，设计采用钢筋混凝土矩形水池L×B＝8m×2m，主要配置2m盘式滤布过滤器1套，盘片10片，最大过滤能力920m3/h。
回用水清水池兼作接触消毒池，与回用水泵房合建。设计容积500m3，分2格，单格L×B＝12m×6.5m，有效水深3.5m，最大流量下接触消毒时间50min。回用水规模为5000m3/d，回用水泵房平面尺寸L×B＝15m×6m，配置3台313m3/h卧式离心泵(2用1备)。
3 曝气生物滤池设计
3.1 曝气生物滤池类型选择
曝气生物滤池的类型根据进水形式、滤料类型、使用功能的不同而不同，可分为上向流曝气生物滤池和下向流曝气生物滤池，沉没填料曝气生物滤池和悬浮填料生物滤池，去碳曝气生物滤池、硝化曝气生物滤池和组合曝气生物滤池等。上向流曝气生物滤池为气水同向流，相较于下向流曝气生物滤池布水、布气更为均匀，目前多采用上向流曝气生物滤池。
本工程根据实际情况，设计采用上向流曝气生物滤池，填料采用沉没填料，使用功能上采用碳化＋硝化相结合的组合式曝气生物滤池。
3.2 滤料选择
滤料是曝气生物滤池的关键部分，对曝气生物滤池的功效有着直接的影响，同时也影响到曝气生物滤池的结构形式和成本。
目前常用的滤料有火山岩滤料、陶粒滤料、石英砂滤料及轻质滤料(聚苯乙烯)。滤料选择的主要考虑方面是滤料比表面积、密度、磨损率及生化性能等。
火山岩滤料是以天然火山岩矿石为原料经机械加工而成的，陶粒滤料是采用优质陶土、粘土或工业废料，加粘溶剂等经团磨、筛分、煅烧加工而成，具有表面坚硬、内部多微孔、孔隙率高，堆积密度轻等特点。石英砂滤料多用于给水处理，在污水处理中主要用于深度处理，在曝气生物滤池中使用不多。轻质滤料指用塑料材料制成的滤料，其相对密度小于1，故称轻质滤料，主要原材料是聚苯乙烯，因其浮于水面，故主要用于气水反向下向流曝气生物滤池。
主要滤料性质详见表2。
表2 主要滤料性质比较
根据上述参数，火山岩滤料具有孔隙率高、比表面积大、堆积密度小、易于微生物生长附着及性质稳定等特点，适合于用作曝气生物滤池滤料。陶粒滤料性质与火山岩滤料相似，但孔隙率和比表面积要小，且陶粒滤料系人工加工而成，产品性质受原材料、生产工艺、生产技术水平及管理控制影响较大。石英砂滤料相对密度较大，反冲洗能耗较高，孔隙率和比表面积较小，不利于微生物生长和附着。
该污水处理厂设计选用火山岩滤料，粒径4～6mm。
3.3 设计负荷
曝气生物滤池工艺设计按容积负荷计算，按表面水力负荷校核，一般取BOD5负荷2～6kg/(m3·d)，NH3—N负荷0.3～0.8kg/(m3·d)，COD负荷负荷4～12kg/(m3·d)，当出水水质标准较高时取低值。表面水力负荷一般取值不大于8m3/(m2·h)。
该污水处理厂设计滤料容积880m3，分4格，单格池长9.2m，宽6m，滤料厚度4m，设计BOD5负荷2.5kg/(m3·d)，NH3—N负荷0.34kg/(m3·d)，COD负荷负荷4.32kg/(m3·d)，最大流量状态下表面水力负荷为7.61m3/(m2·h)。
3.4 布水、布气及反冲洗系统设计
布水、布气及反冲洗系统设计是曝气生物滤池设计的一个关键节点，其设计的好坏直接关系到运行效果。
该污水处理厂曝气生物滤池布水采用BAF专用长柄滤头，滤头密度为57个/m2，横向间距100mm，纵向间距125mm。工艺曝气采用罗茨风机供气，每格滤池各对应设置1台工艺风机，设计气水比为2.6:1，共设置4台风量为14.26m3/min、升压68.6kPa的罗茨风机。布气采用布气管加单孔膜曝气头，曝气头密度为67个/m2，横向间距100mm，纵向间距125mm，空气通过流量为0.3～0.45m3/(个·h)。
该污水处理厂曝气生物滤池反冲洗采用气反冲洗＋水反冲洗＋气水联合反冲洗设计。设计水反冲洗强度为8.33L/(s·m2)，气反冲洗强度为22.3L/(s·m2)。共设置3台(2用1备)反冲洗水泵，单台流量825m3/h，扬程10m，设置3台(2用1备)反冲洗罗茨风机，单台流量36.8m3/min，升压88.2kPa。
3.5 运行控制流程
曝气生物滤池的控制运行采用全自动化运行，滤池运行过程中通过电磁流量计和电动调节蝶阀调节使四格滤池流量保持一致。
曝气生物滤池的反冲洗过程是运行控制中的关键程序，其目的是对滤料进行清洗，防止滤料板结，清除老化、多余的生物膜，实现生物膜的再生。滤池的反冲洗按照“时间控制、压力优先” 的原则分别依次进行，当达到设定运行时间(一般设定为24h)或设定压力损失时(2.5m)自动按设定的反冲洗程序依次反冲洗，反冲洗结束后滤池恢复正常运行状态。
反冲洗过程为速降→气洗→水洗→气水联合洗。速降时关闭进水阀，关闭工艺风机，打开反冲洗水阀和速降阀，速降时间约3min；速降完毕后关闭反冲洗水阀和速降阀。气洗时开启反冲洗风机，打开反冲洗进气阀，气洗时间约5min，气洗完毕后关闭反冲洗风机和反冲洗进气阀。水洗时开启反冲洗水泵，打开反冲洗进水阀，提起反冲洗出水方闸门，水洗时间约5min。气水联合洗时开启反冲洗风机，打开反冲洗进气阀，气水联合洗时间约5min。气水联合洗结束后关闭反冲洗水泵、反冲洗风机，关闭反冲洗进水阀、反冲洗进气阀、放下反冲洗出水方闸门，开启工艺风机，打开进水阀，滤池恢复正常运行。
4 结论
在进行城市生活污水处理工艺选择时，除了要考虑工艺的处理效果外，还应考虑工艺的经济效益。曝气生物滤池具有出水水质好，自动化程度高，运行管理简便等优点，因此，在生活污水处理厂建设中曝气生物滤池将是理想的选择。
参考文献
[1] 景艳波.曝气生物滤池处理生活污水的运行情况分析[J].中国新技术新产品,2012年24期
[2] 张文艺;翟建平;郑俊;王健;李琴.曝气生物滤池污水处理工艺与设计[J].环境工程,2006年01期