摘要：淮安污水廠采用曝氣生物濾池工藝，對(duì)進(jìn)口火山巖濾料與國(guó)產(chǎn)火山巖濾料進(jìn)行了一系列對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明：國(guó)產(chǎn)火山巖濾料達(dá)到處理效果明顯優(yōu)于進(jìn)口火山巖濾料。
生物濾池工藝，是近年來(lái)興起的污水處理生物膜法中的一種，凈化原理是利用微生物附著在載體表面生長(zhǎng)而形成膜狀，污水流經(jīng)濾料表面和生物膜接觸時(shí)，水中的有機(jī)物被微生物吸附、穩(wěn)定和氧化，終轉(zhuǎn)化為H2O、CO2和微生物細(xì)胞物質(zhì)，污水得以凈化。作為生物膜載體—濾料， 其選擇是生物膜反應(yīng)器技術(shù)成功與否的關(guān)鍵之一，它決定了反應(yīng)器能否運(yùn)行，能否在水處理中得到更廣泛的推廣與應(yīng)用。
淮安污水處理廠由同方股份有限公司以BOT形式投資建設(shè)，工藝處理規(guī)模10萬(wàn)噸/日，采用強(qiáng)化處理+曝氣生物濾池，曝氣生物濾池設(shè)計(jì)采用進(jìn)口火山巖濾料。本研究采用國(guó)產(chǎn)、進(jìn)口火山巖濾料進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，主要從技術(shù)參數(shù)、經(jīng)濟(jì)成本和運(yùn)行效果等方面來(lái)綜合考察兩種濾料對(duì)濾池處理效能的影響。
1 兩種濾料性能參數(shù)對(duì)比
火山巖濾料的主要化學(xué)成分為SiO2、CaO、MgO、FeO3、FeO、Al2O3、 K2O、 Na2O等，本身具有惰性，在環(huán)境中不參與生物膜的任何生物化學(xué)反應(yīng)，不會(huì)被生物降解，長(zhǎng)期浸泡也不會(huì)向水體釋放有毒有害物質(zhì)，無(wú)二次污染。以下是兩種濾料技術(shù)參數(shù)對(duì)比，見表1：
表1 兩種濾料主要性能
| 特性名稱 | 進(jìn)口火山巖濾料 | 國(guó)產(chǎn)火山巖濾料 |
| 粒徑/mm | 2.5-5 | 3-5 |
| 有效粒徑/mm | 2.7 | 3.4 |
| 堆積密度/（g/cm3） | 0.8 | 0.75 |
| 顆粒密度/（g/cm3） | 1.55 | 1.66 |
| 孔隙率/% | 48.4 | 54.8 |
| 摩擦損失率/% | ＜5 | ＜1 |
從表中可以進(jìn)行一一對(duì)比：
（1）國(guó)產(chǎn)濾料有效篩孔粒徑比進(jìn)口濾料粒徑大0.7mm，一般粒徑越大其含污量越多。因此，國(guó)產(chǎn)濾料濾層的含污能力偏大。實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，筆者發(fā)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)濾料更易于與污水分離；而進(jìn)口火山巖濾料由于粒徑小，容易形成板結(jié)，從而造成布水布?xì)獾牟痪鶆颉?
（2）正常情況下，生物濾池濾料的顆粒密度大小關(guān)系到生物濾池反沖洗強(qiáng)度的大小，密度越大，反沖洗強(qiáng)度越大，需要的能量消耗越大，反之亦然。國(guó)產(chǎn)火山巖濾料顆粒密度略大，反沖洗時(shí)不易膨脹疏松，故相應(yīng)的增加反沖洗耗水、耗氣。
（3）國(guó)產(chǎn)火山巖濾料開孔率較高，對(duì)濾料層的水流阻力相對(duì)較小，節(jié)省能耗；反之，選用進(jìn)口濾料，對(duì)生物濾池阻力大，易引起濾池堵塞。
（4）國(guó)產(chǎn)火山巖濾料摩擦破損的機(jī)械強(qiáng)度明顯低于進(jìn)口濾料，說(shuō)明國(guó)產(chǎn)濾料在反沖洗過程中耐水、氣沖刷能力強(qiáng)，摩擦碰撞的破損系數(shù)低，能有效的保證濾料使用壽命；而進(jìn)口濾料易于破損，其后形成小的輕質(zhì)碎濾料容易隨出水流走，增加濾料的流失。
左側(cè)國(guó)產(chǎn)火山巖濾料色澤發(fā)黑、開孔較多，表面比較粗糙；右側(cè)進(jìn)口火山巖濾料色澤灰白、孔眼密實(shí)、較少，表面粗糙度小。
2 濾料的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比
生物濾料在整個(gè)曝氣生物濾池的造價(jià)中占有較大的比例，價(jià)格高低必然影響著工程投資和運(yùn)行費(fèi)用。所以在選用生物濾料時(shí)，除了要重視濾料本身物理、化學(xué)特性外，其價(jià)格因素也應(yīng)在考慮范圍之內(nèi)。表2為兩種濾料的價(jià)格比較。
表2 兩種濾料經(jīng)濟(jì)成本比較
| 名稱 | 數(shù)量/m3 | 單價(jià)/元 | 總價(jià)/萬(wàn)元 |
| 國(guó)產(chǎn)火山巖濾料 | 320 | 810 | 26 |
| 進(jìn)口火山巖濾料 | 320 | 5000 | 160 |
通過此表不難看出，兩種濾料價(jià)格懸殊之大。在對(duì)比濾料的性能及價(jià)格后，筆者認(rèn)為選用價(jià)格相對(duì)低廉國(guó)產(chǎn)火山巖濾料更可靠可行。實(shí)際運(yùn)行中兩種濾料均能滿足設(shè)計(jì)要求，并且出水均達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）的排放標(biāo)準(zhǔn)。但相對(duì)而言，選用國(guó)產(chǎn)濾料更加經(jīng)濟(jì)、合理。
3 實(shí)際運(yùn)行效果
3.1 掛膜對(duì)比
本試驗(yàn)曝氣生物濾池生物膜采用直接掛膜進(jìn)行培養(yǎng)。其中2#濾池和4#濾池分別選用國(guó)產(chǎn)火山巖濾料和進(jìn)口火山巖濾料。進(jìn)水量由設(shè)計(jì)水量的1/4（水力負(fù)荷1.09m3/m2·h）逐步增加至設(shè)計(jì)水量10萬(wàn)噸（水力負(fù)荷4.34m3/m2·h）。
一周后觀察濾料上微生物生長(zhǎng)情況，發(fā)現(xiàn)2#濾池國(guó)產(chǎn)濾料表面形成生物膜比4#濾池進(jìn)口濾料多，說(shuō)明2#濾池初期掛膜快，部分好氧微生物在其濾料表面生長(zhǎng)較快。從感觀上判斷，出水清澈度優(yōu)于4#濾池，由起初渾濁變?yōu)檩^清澈。為了保證其濾料上的生物膜活性，在第十天對(duì)兩組濾池進(jìn)行反沖洗，沖刷老化生物膜，其后每2天反沖洗一次。監(jiān)測(cè)COD數(shù)值，兩組濾池COD維持在60mg/L以下，基本趨于穩(wěn)定。培養(yǎng)期間COD監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如表3。
表3 兩種濾料COD結(jié)果對(duì)比
| 天數(shù) | 進(jìn)水/（mg/L） | 2#濾池出水/（mg/L） | 去除率/% | 4#濾池出水/（mg/L） | 去除率/% | 水力負(fù)荷/（m/h） |
| 1 | 187 | 88.5 | 52.7 | 91.3 | 51.2 | 1.09 |
| 5 | 155 | 80.3 | 48.2 | 82.5 | 46.8 | 1.09 |
| 8 | 167 | 63.8 | 61.8 | 68.1 | 59.2 | 2.17 |
| 10 | 159 | 66.4 | 58.2 | 62.7 | 60.6 | 2.17 |
| 12 | 183 | 52.9 | 71.7 | 52.8 | 71.1 | 2.17 |
| 13 | 160 | 44.8 | 72.0 | 60.4 | 62.3 | 2.17 |
| 14 | 168 | 42.2 | 74.9 | 58.7 | 65.1 | 4.34 |
| 15 | 172 | 43.6 | 74.7 | 43.4 | 74.8 | 4.34 |
| 16 | 160 | 38.9 | 75.7 | 46.2 | 71.1 | 4.34 |
本次試驗(yàn)以出水COD低于60mg/L為培養(yǎng)成功的指標(biāo)。結(jié)果表明：國(guó)產(chǎn)火山巖濾料所用時(shí)間12d，進(jìn)口火山巖濾料所用時(shí)間為14d。
3.2 反沖洗恢復(fù)期的對(duì)比
濾料反沖洗效果的好壞直接關(guān)系濾池工藝運(yùn)行的好壞。好的濾料反沖洗容易進(jìn)行，且在反沖過程中不因反沖強(qiáng)度過大造成濾料流失，相應(yīng)的微生物活性恢復(fù)較快，對(duì)出水指標(biāo)影響甚微。
為弄清國(guó)產(chǎn)火山巖、進(jìn)口火山巖兩種濾料對(duì)反沖洗運(yùn)行效果的影響，故對(duì)兩種濾料反沖洗前后出水COD、NH3-N指標(biāo)進(jìn)行分析，以下是反沖洗前后濾池出水水質(zhì)變化國(guó)，見表4。
表4 兩種濾料的恢復(fù)期出水水質(zhì)（mg/L）
| 國(guó)產(chǎn)濾料 | 恢復(fù)時(shí)間/h | COD | NH3-N | 進(jìn)口濾料 | 恢復(fù)時(shí)間/h | COD | NH3-N |
| 反沖前0.5h | 48.2 | 6.68 | 反沖前0.5h | 48.2 | 6.68 | ||
| 反沖后0.5h | 78.5 | 12.4 | 反沖后0.5h | 62.3 | 11.2 | ||
| 反沖后1h | 42.3 | 6.01 | 反沖后1h | 46.2 | 7.58 | ||
| 反沖后2h | 35.5 | 5.39 | 反沖后2h | 38.2 | 6.28 | ||
| 反沖后4h | 24.2 | 4.99 | 反沖后4h | 32.1 | 6.89 |
由表中可以得知，兩種濾料COD、NH3-N指標(biāo)在反沖洗后0.5h出水效果均較差。由于反沖洗剛洗去老化生物膜及濾料間截留的雜質(zhì)，出水未及時(shí)恢復(fù)，監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)較高。在反沖洗后0.5h中，國(guó)產(chǎn)濾料出水指標(biāo)略高于進(jìn)口濾料，筆者認(rèn)為由于國(guó)產(chǎn)濾料表面粗糙度大，利于掛膜，微生物生長(zhǎng)繁殖較快，故附著的生物膜量多，從而導(dǎo)致脫落的老化生物膜較多。隨著時(shí)間的推移，反沖洗后1h左右兩種濾料出水指標(biāo)基本恢復(fù)，且國(guó)產(chǎn)濾料整體出水水質(zhì)較進(jìn)口濾料恢復(fù)的快，4h兩種濾料達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）的排放標(biāo)準(zhǔn)。
4 結(jié)論
通過兩種濾料性能比較，筆者認(rèn)為國(guó)產(chǎn)火山巖濾料對(duì)濾池處理效能發(fā)揮作用更大；從濾料經(jīng)濟(jì)成本考慮，廉價(jià)的國(guó)產(chǎn)火山巖濾料可節(jié)省投資，降低成本，因此，選擇濾料可以兼顧價(jià)格，優(yōu)化選擇；從濾料掛膜效果來(lái)看，國(guó)產(chǎn)火山巖濾料掛膜時(shí)間短，耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，運(yùn)行效果較穩(wěn)定；從反沖洗后恢復(fù)期分析，國(guó)產(chǎn)火山巖濾料恢復(fù)較快，明顯優(yōu)于進(jìn)口火山巖濾料。整體來(lái)看，國(guó)產(chǎn)火山巖濾料綜合處理效果優(yōu)于進(jìn)口濾料。
