生物接触氧化池填料选型

摘要:文章主要阐述了生物接触氧化池中配套的填料､ 支架､曝气器的选型及其重要性,并进行了数据分析｡ 经过对以往工程项目的总结发现,组合填料是目前生 物接触氧化池工艺最常用的填料｡采用槽钢(或钢管) 加尼龙绳的填料支架,不仅成本最低,而且安装工期最短｡在小型项目中常用潜水曝气机,中型､大型项 目中常用可提升曝气器｡

生物接触氧化池内按一定的填充率装放填料,填 料淹没在水中,与池面和池底有一定距离,填料上长 满生物膜,废水与生物膜接触过程中,水中的有机物 大部分被微生物吸附､氧化分解,其余部分转化为新 的生物膜｡从填料上脱落的生物膜,随水流到二沉池 后得到净化｡净化污水是生物膜吸附废水中有机物, 在人工鼓风曝气条件下,有机物被好氧型微生物氧化 分解｡好氧微生物所需氧由鼓风曝气供给,运行一段 时间后,好氧生物膜生长至一定厚度,代谢长度逐渐 增多,靠近填料最里面的微生物因缺氧而进行厌氧代 谢,减弱了生物膜的附着力,形成老化的生物膜,在 曝气形成的冲刷作用下容易脱落,脱落的生物膜将进 入后续的沉淀池进行泥水分离｡生物膜脱落后会产生 新的生物膜,重新净化污水｡

生物接触氧化池具有比表面积大､污泥浓度高､ 污泥龄长､氧利用率高､节省动力消耗､污泥产量少､运行费用低､设备易操作､易维修等优点,处理效率高, 停留时间短,对进水浓度变化适应性强,当培养成熟 时可不需要污泥回流,不容易发生污泥膨胀｡当进水 浓度高､生化性好时,生物膜会出现堵塞､缠绕､填 料丝结团､中心绳断裂､塑料骨架老化脱落､固定支 架腐蚀倒塌､个别曝气器破裂冒气等现象,有待改进｡

1 填料的种类及选型

1.1 软性填料

软性填料采用纤维绳串连纤维丝组成一定的单位 长度的纤维束,其是模仿自然界中天然水草形态, 在流动的水中犹如一条摆动的水草｡其表面积较大, 但由于水中污染物浓度较高,微生物生长茂盛时,纤 维束容易结团,导致处理效果较差｡

1.2 半软性填料

半软性填料又称“雪花片”填料,模拟天然水草 形态加工而成,散热性能高,阻力小,布水､布气性 能好,易长膜,有切泡作用｡采用纺搓的纤维绳串 连均匀分布的圆形塑料花片,针对软性填料在中心绳散丝打结､纤维丝在水中难以横向展开的弱点做了很大的改良｡和软性填料相比,COD的去除率一般可提 高10% 左右,但其理论比表面积较小,且造价偏高｡ 该填料较适合于冷却塔,在污水处理中不常用｡

1.3 组合填料

组合填料是在软性填料的基础上改进的,和软性 填料相比,其多了塑料圆和中间的软管,具有重量轻､ 强度高､亲水性能好､耐酸碱､耐腐蚀的特点 [4]｡组 合填料集软性和半软性填料之优点,采用纤维绳串连 压有纤维丝均匀分布的塑料圆片,两片塑料圆片之间 用固定长度的塑料软管支撑,保持一定的间距,圆片 上的纤维丝组成一定的单位长度的纤维束,为微生物 提供了处理的场所,克服了原来的中心绳散丝打结､ 抗张力不均匀､操作容易断裂､纤维束在水中难以展 开､生物膜结块等弊病｡塑料环为骨架,负载着维纶丝, 维纶丝紧固在塑料环上,在污水中丝束分布均匀｡该 类型填料在污水处理中最为常用｡

1.4 弹性填料

立体弹性填料是将丝条穿插固着在软纤维材质的 中心绳上,由于刚柔适度,使丝条呈立体均匀排列辐 射状态,制成了悬挂式立体弹性填料的单体｡从外形 上看,和实验室试管刷非常相似｡弹性立体填料脱膜容易､充氧性能好,当采用旋混或穿孔管曝气时,填 料可对大气泡进行多次碰撞和密集性切割,使得大气 泡变为微气泡,提高氧的转移率 [5]｡其充氧性能比其 他填料好,由于需要的空气量下降了,降低了动力消 耗,使用寿命长,且能重复利用｡但在实际工程案例中, 调试初期不容易挂膜,气水比偏大时,挂膜后容易脱落, 运行中微生物的浓度没有组合填料高｡

1.5 悬浮球填料

悬浮球填料由聚丙烯原材料注塑加工而成,替芯 有瓜片式､组合式､弹性填料､蛇皮丝､海绵共计5 种｡ 悬浮球主要起生物膜载体的功效,兼具截流悬浮固体 的功效,具有微生物黏合力强､堆积密度大､气孔率高､ 有机化学和微生物可靠性能好､坚固耐用,不会造成 污染､防晒､耐老化､吸水性能强等优势｡应用时 可以直接投放到反应池中,在水中以似沉非沉的状态 随水流动｡

1.6 其他填料

除了上述几种填料,还有竹球填料､自由摆动填 料､海绵填料､辫带式填料等｡辫带式水处理填料是 生化法处理工业废水和生活污水的新型填料｡产品为 辫带式毛圈织物,自然卷曲,呈弹性管状,一般采用 悬挂式安装使用｡其作用原理如下:填料侵入水中, 附在填料毛圈上和管内生物活性污泥根据实际捕捉的 BOD5 浓度产生适度的污泥增殖,并且在接受曝气引起 的水流作用时,提高填料与污水的接触频率,对污水 中的有机物进行分解,从而达到理想的净化效果｡辫 带式水处理填料比表面积大､空隙率高､启动挂膜快, 脱膜更容易;能有效切割气泡,提高氧转移率和利用率; 模拟天然水草形态,不易藏污纳垢,使用寿命长,耐 高负荷性,出水优良稳定｡

综合比较可知,组合填料是目前污水处理中最常 用的填料,但由于各个生产厂家的产品质量参差不齐, 导致采购时规格相差较大｡标准的组合填料单片产品 的质量应满足下列要求:塑料骨架不小于4.5g;醛化维 纶丝不小于2.5 g,详见《环境保护产品技术要求 悬挂 式填料》(HJ/T 245—2006)｡

2 安装注意事项

一般采用井字形或梅花形排列,支架的间隙等于 填料的直径｡上下支架的距离即填料的有效长度,根 据填料的填充率来确定,规定填充率为75% 左右,整 个填料架的长､宽和池的长､宽相同,填料的有效长度与有效水深的比值即填充率,比如有效水深4.0 m, 则填料长度是3.0 m｡上支架距水面0.5 m 左右,下支 架距池底0.5 ~1.5 m(若不考虑人进去维修,取小值, 反之取大值),为了便于安装曝气设备,上下支架要对 称,安装尺寸要准确,尽力拉紧吊扎牢固,注意填料 的松紧度,以免填料因松弛而产生互绕｡安装时不得 有明火,安装后应马上放满水,防止暴晒｡

3 填料支架的制作安装

制作填料支架工作量较大,费用相较于填料成本 并不低｡在制作过程中,若考虑不周全,很可能导致 整个支架倒塌,主要原因如下:设计时未考虑到填料 全部挂上膜后的重量;采用材料未做防腐处理或做得 不到位,导致支撑架被腐蚀,其承重能力下降引起倒塌; 使用年限超过了设计年限,未及时更换,导致支架倒塌; 检修时排水过快,未及时冲洗清理填料上的膜,整个 重量超过了支撑架的承重能力,导致倒塌｡

4 曝气器的选型设计

曝气器在曝气池内的主要作用如下:(1)充氧, 将空气中的氧转移到混合液中,以供应活性污泥中微 生物呼吸之需;(2)搅拌､混合,使曝气池内的混合 液处于剧烈的混合状态,使活性污泥､溶解氧､污水 中的有机物三者充分接触,同时防止污泥沉淀｡生物 接触氧化池中常用的曝气器主要有穿孔管､曝气软管､ 旋混式曝气器､管式微孔曝气器､膜盘式微孔曝气器､ 可提升式曝气器､潜水曝气机等 [8]｡不同曝气器的对 比如表1 所示｡

综合比较可知,盘式曝气器存在曝气死区(整个盘底都是),盘式膜片曝气器与管式曝气都属于微孔 曝气器,而且都是安装在水池底部,这两种产品放在一起对比,就能更好地做出选型｡

首先,相比较管式曝气器,盘式膜片曝气器的搅拌性不如管式,因为盘 式曝气器的曝气部分只有曝气盘,而管式曝气是四周 立体曝气,气体密度和方向影响搅拌性,所以在这方 面盘式曝气略逊一筹｡

其次,盘式曝气器停止曝气后, 再度曝气时,由于水体内的沉淀,前期需要加大气压 冲开污泥;管式曝气是圆柱形,再度曝气时,污泥沉 淀少,压损小｡

最后,工程造价上,因为盘式曝气需 要走管网,管网同时需要马鞍座固定,而管式曝气器 相当于把曝气器安装在管网上,其造价自然要低于盘 式曝气器｡

但是管式曝气器也不是万能的,盘式曝气 器也有其优点,比如易维护,不像管式曝气器更换膜 皮那样复杂｡

管式曝气器搅拌性能好,整个管式曝气器是360°打孔的,不存在曝气死区,不曝气时,污泥只能 沉积在管面最中间很小的范围内,稍稍往边一点弧度 就会增大,泥就无法沉在上面｡再次启动时,一振就 把泥振起来并且迅速搅拌｡

盘式曝气器和管式曝气器 都存在结垢､堵塞､膜片破裂等问题,主要原因有空 气中杂质进入,停产时污泥倒流进入膜片孔,施工时 管道钻孔留下的塑料屑,焊接支架时电焊火花对膜片 的烧伤,产品质量问题(再生塑料加工或产品老化);

设计时风量偏大,而曝气头数量偏少,超过曝气头承载的气量;鼓风机压力过大;曝气管的形状布置不合理, 比如枝状管曝气不均匀,容易导致气量大的地方曝气 头容易坏｡运行中一旦出现上述问题,需要停产,放 空水池,清理池底淤泥,冲洗填料上的淤泥后才能下 去更换曝气器｡

为了避免膜片堵塞,设计时曝气支 管末端应有排除气､水混合物之立管,管端伸出水面, 管径不宜小于5 mm,支管与立管连接处孔洞直径以 3 ~5 mm 为宜,管上设有阀门｡

可提升曝气器就是针 对这些弊端开发的,当遇到个别曝气器损坏时,可局 部提升出水面上更换,不需要停产,在一些中大型项 目应用较多,但由于池面上的管道和附件较多,整体 造价偏高｡

潜水曝气机的原理是循环水卷吸空气,在 腔体内混合后,沿喷嘴方向射出,是较早应用于工业 废水的一种曝气工艺,具备服务面积大,不易堵塞等 优势;氧利用率偏低,由于不用鼓风机机房,噪声又 低,在一些占地紧凑的小型污水工程中广受欢迎,设 计时需要考虑气水比偏大时可能会对池内的填料造成 冲击,避免填料之间互相缠绕｡

旋混式曝气器的原理 是气流高速喷射,在筒体内与污水混合后被蘑菇头切 割,形成微小气泡,同时形成负压卷吸池底污泥｡旋混式曝气器是近几年兴起的一种新型曝气工艺,不易 堵塞,寿命达10 年以上,能耗适中 ,近年在废水领 域已开始大面积应用｡

5 结束语

从目前实际工程应用来看,组合填料使用较多,组合填料的处理效果较好,且挂膜容易,是中小型项目生物接触氧化池的首选填料｡且因为弹性立体填料 价格较便宜,所以在一些大型生物接触氧化池中也经 常使用｡

相配套的填料支架如可提升的预制框架结构, 由于造价高,一般在接触氧化池内不大采用;现场制作 的固定框架结构安装工程量大,工期长､造价高,逐 渐有被高强度紧绷支架取代的趋势｡

生物接触氧化池 配套的曝气器中,一体化设备潜水曝气机在小型工程 中有优势,中小型工程一般采用鼓风机和盘(膜)片 曝气器,大型工程考虑到维修时不停产,可促使曝气 器得到广泛应用｡在很多类型的污水处理项目中,笔 者实际都采用旋混式曝气器,处理效果良好｡

郑赛平材料工程2022年第9期化纤与纺织技术文章号:1672-500X(2022)09-0022-03