摘要：淮安第二污水厂采用曝气生物滤池工艺，生物滤料选用进口火山岩滤料，通过与国产火山岩滤料之间一系列对比试验，结果表明:国产火山岩滤料达到处理效果优于进口火山岩滤料。
论文关键词：曝气生物滤池,火山岩滤料,国产火山岩
淮安第二污水处理厂是由国家南水北调东线工程治污配套工程、淮河流域水环境整治项目组成，并由同方股份有限公司以BOT形式投资建设。工艺处理规模10万吨/日，采用一级强化处理+曝气生物滤池，出水水质稳定，达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)的一级B标准。
二污厂曝气生物滤池设计采用进口火山岩滤料，运行中采用国产、进口火山岩滤料对两组滤池进行对比，主要从技术参数、经济成本、运行效果等方面来考察两种滤料对滤池处理效能的影响。
1、滤料技术参数
火山岩滤料的主要化学成分为SiO2、CaO、MgO、Fe2O3、FeO、Al2O3、K2O、Na2O等，其水浸出液不含有任何有毒有害物质。抗腐蚀，具有惰性，在环境中不参与生物膜的生物化学反应，长期浸泡不会向水体释放任何物质，无二次污染[1]。以下是两种滤料技术参数对比，见表1
表1 两种滤料主要参数
able1 The main performance of two filter media
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特性名称
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进口火山岩滤料
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国产火山岩滤料
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粒径/mm
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2.5～5
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3～5
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有效粒径/mm
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2.7
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3.4
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堆积密度/(g/cm3)
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0.8
|
0.75
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|
颗粒密度/(g/cm3)
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1.55
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1.66
|
|
孔隙率/%
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48.4
|
54.8
|
|
摩擦损失率/%
|
〈5
|
《1
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从表中我们可以一一对比：
1)国产火山岩滤料有效筛孔直径比进口有效粒径偏大，国产滤料在滤池运行中滤层的含污能力大；滤池不会容易堵塞，运行周期相对会较长。
2)进口火山岩滤料堆积密度偏大，反冲洗时不易膨胀疏松，易导致滤料清洗难以达到要求，并使反冲洗耗水、耗气加大；
3)国产火山岩滤料开孔率高于进口滤料，对滤料层的水流阻力相对偏小，节省能耗；
4)从机械强度来看，国产火山岩滤料易碎性损失明显低于进口滤料，这使得滤料在反冲过程中磨损率降至最低，有效的保证了使用寿命。
图1 两种滤料实物图
Fig. 1 The physical map of two filter media
左侧国产火山岩滤料色泽发黑、开孔较多，表面比较粗糙；右侧进口火山岩滤料色泽灰白、孔眼密实、偏少，表面粗糙度小。
2、滤料的经济性
生物滤料在整个曝气生物滤池的造价占有较大的比例，所以在选用生物滤料时，除了要重视其物理特性、化学、水力特性外，其价格因素也应在考虑的范围内。以下取两组滤池所需滤料测算经济成本。见表2
表2 两种滤料经济成本
Table 2 The economic cost of two filter media
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名称
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数量/m3
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单价/元
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总价/万
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国产火山岩滤料
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320
|
810
|
26
|
|
进口火山岩滤料
|
320
|
5000
|
160
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不难看出，两种滤料价格悬殊之大。在对比滤料的性能及价格后，一致认同选用价格相对低廉国产火山岩滤料更可靠可行。在满足设计要求和保证出水稳定达标的前提下，选用国产火山岩滤料更能体现出比选用进口火山岩滤料经济合理化。
3、运行效果
3.1挂膜对比
本试验曝气生物滤池生物膜培养采用直接挂膜，连续进水、供氧方式。2#滤池选用国产火山岩滤料，4#滤池选用进口火山岩滤料。进水量由设计水量的1/4（水力负荷1.09（m3/m2·h））逐步增加至设计水量10万吨（水力负荷4.34（m3/m2·h））。
一周后观察滤料上微生物膜，发现2#滤池国产滤料表面形成污泥絮体比4#滤池进口滤料偏多，说明2#滤池初期挂膜快，好氧微生物在2#滤料表面生长较快。从感观上来判断，出水清澈度优于4#滤池，由最初浑浊变为较清澈。为了保证滤料上的生物膜活性，在第10天对两组滤池进行反冲洗，冲刷老化生物膜。数日后监测DO数据，两组滤池维持在4.24～5.36mg/L，并趋于稳定。
本次试验以出水COD低于60 mg/L为培养成功的指标。结果表明：国产火山岩滤料所用时间14d，进口火山岩滤料所用时间为16d。
3.2反冲洗恢复期的对比
滤料反冲洗效果的好坏直接关系滤池工艺运行的好坏。好的滤料反冲洗容易进行，且在反冲过程中不因反冲强度过大造成滤料流失，相应的微生物活性恢复较快，对出水指标影响甚微[2]。
为弄清国产火山岩、进口火山岩两种滤料对反冲洗运行效果的影响，故对两种滤料反冲洗出水COD、NH3-N指标连续4h内进行采样分析[3]，以下是反冲洗前后滤池出水水质变化，见表3
表3 两种滤料的恢复期出水水质（mg/L）
Table 3 The recovery period of effluent quality of two filter media（mg/L）
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恢复时间
|
COD
|
NH3-N
|
恢复时间
|
COD
|
NH3-N
|
|
国产滤料
|
反冲前0.5h
|
48.2
|
6.68
|
进口滤料
|
反冲前0.5h
|
48.2
|
6.68
|
|
反冲后0.5h
|
78.5
|
12.4
|
反冲后0.5h
|
62.3
|
11.2
|
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反冲后1h
|
42.3
|
6.01
|
反冲后1h
|
46.2
|
7.58
|
|
反冲后2h
|
35.5
|
5.39
|
反冲后2h
|
38.2
|
6.89
|
|
反冲后4h
|
24.2
|
4.99
|
反冲后4h
|
32.1
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5.28
|
从表中可以得知，两种滤料COD、NH3-N指标在反冲洗后0.5h出水效果均较差。由于反冲洗刚洗去老化生物膜及滤料间截留的杂质，出水未及时恢复，故监测指标数据较高。在反冲洗后0.5h中，国产滤料出水指标略高于进口滤料。由于国产滤料孔隙率高，表面比进口火山岩粗糙，微生物生长较快，附着的生物膜量多，从而导致脱落的老化生物膜较多。随着时间的推移，反冲洗过后1h左右两种滤料出水指标基本恢复，但国产滤料整体出水水质较进口滤料恢复的快，4h两种滤料完全恢复，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)的一级B标准。
4、结论
通过两种滤料性能对比，国产火山岩滤料对滤池处理效能发挥作用较大；从滤料经济成本考虑，廉价的国产火山岩滤料更能节省投资，因此，选择填料可以兼顾价格，优化选择；从滤料挂膜效果分析，国产火山岩滤料挂膜时间短，耐冲击负荷能力强，运行效果较稳定；从反冲洗后恢复期分析，国产火山岩滤料恢复较快，明显优于进口火山岩滤料。整体来看，国产火山岩滤料达到处理效果较好。
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[M].北京:化学工业出版社,2005.
[2]杨兴华，董海燕，崔超等．曝气生物滤池设计、施工和运行情况调研[J]．中国给水排水，2006，22(12)：94
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