基于水頭損失解析的BAF過濾模式及反沖洗控制研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，城市化進程不斷加快，城市土地資源日益緊張，城市污水處理廠等公益設(shè)施的建設(shè)受到嚴(yán)格限制。曝氣生物濾池(Biological Aerated Filter, BAF)以其占地面積小、基建費用低、動力費用省、出水水質(zhì)好、掛膜容易、啟動快等優(yōu)點，在新建污水廠以及舊污水廠改造方面占有絕對優(yōu)勢。然而，由于曝氣生物濾池處理機理尚不明晰，而頻繁反沖洗又經(jīng)常導(dǎo)致反應(yīng)器運行不穩(wěn)定，使得這種新技術(shù)的發(fā)展受到了一定程度的抑制。隨著國內(nèi)污

2、水處理與回用領(lǐng)域采用曝氣生物濾池技術(shù)的日趨增多，深入研究曝氣生物濾池運行特性，不斷提高曝氣生物濾池處理工藝的高效性和穩(wěn)定性，成為當(dāng)務(wù)之急。
　　 為了深入研究曝氣生物濾池處理機理，優(yōu)化工藝控制參數(shù)，提高處理效率和運行穩(wěn)定性，本文采用理論分析與試驗?zāi)M相結(jié)合的方式，對曝氣生物濾池的水頭損失發(fā)展過程進行了系統(tǒng)解析，構(gòu)建了基于Kozeny-Carman過濾方程和Eckenfelder方程的曝氣生物濾池生化-物化過濾模式，并對曝氣生物濾

3、池的反沖洗條件、反沖洗程序和反沖洗控制進行了初步探討。
　　 本研究采用孔隙率減小量間接表征水頭損失的增長量，推導(dǎo)得出了清潔條件曝氣生物濾池濾床平均孔隙率公式：(?)εm=ε0=(?)
　　 該方程充分考慮了曝氣生物濾池水頭損失的沿程變化特性，突破了傳統(tǒng)過濾方程只能用于計算設(shè)計總水頭損失的局限性。利用該方程對曝氣生物濾池的沿程水頭損失進行擬合計算，所得清潔條件曝氣生物濾池沿程水頭損失模擬值與實驗測定值具有良好的相關(guān)性，說

4、明該方程能夠描述清潔條件曝氣生物濾池水頭損失的動態(tài)發(fā)展情況。
　　 由于曝氣生物濾池的水頭損失增長是其過濾截留和生物氧化協(xié)同作用的綜合結(jié)果，因此，曝氣生物濾池生化-物化過濾模式應(yīng)該是在清潔條件基本過濾方程的基礎(chǔ)上，結(jié)合生物膜增長過程，通過生化-物化過濾方程來表征。本研究在清潔條件曝氣生物濾池基本過濾方程的基礎(chǔ)上，將描述生物膜增長的Eckenfelder公式引入孔隙率計算模型，合理地將生物氧化作用和過濾截留耦合于曝氣生物濾池水頭損

5、失增長模型中。在此模型構(gòu)建過程中，對截留懸浮物的含水率、密度等參數(shù)進行了適當(dāng)簡化，以便于方程求解計算。通過理論推導(dǎo)及試驗?zāi)M，最終得到曝氣生物濾池生化-物化過濾方程：H=(?)ΔΗⅰ=(?)
　　 濾床平均孔隙率方程：εm=(?)
　　 在構(gòu)建了曝氣生物濾池生化-物化過濾方程，進而對水頭損失動態(tài)發(fā)展過程進行預(yù)測的基礎(chǔ)上，為了進一步提高曝氣生物濾池的運行穩(wěn)定性，提高處理效率，本文還對曝氣生物濾池的反沖洗條件選擇優(yōu)化及反沖洗

6、控制進行了初步研究。
　　 根據(jù)連續(xù)流模型反沖洗試驗結(jié)果，結(jié)合曝氣生物濾池實際工程運行的技術(shù)經(jīng)濟分析，提出曝氣生物濾池反沖洗的建議程序和沖洗條件：先以12L/(m2·s)的氣沖強度單獨沖洗2～4min，再分別以12L/(m2·s)、6L/(m2·s)的氣、水反沖強度聯(lián)合反沖4～6min，最后以8L/(m2·s)的水沖強度漂洗7～9min。在上述反沖洗條件下對曝氣生物濾池模型反應(yīng)器進行反沖洗，反沖洗后初濾水頭可以恢復(fù)至接近清潔水頭

7、，反應(yīng)器出水COD、濁度稍有增加，但在2h內(nèi)即可恢復(fù)正常，而氨氮的處理效率恢復(fù)很快，幾乎不受反沖洗的影響，說明建議反沖洗程序可以有效恢復(fù)曝氣生物濾池的過濾通量，同時反應(yīng)器的處理功能基本不受影響。一般實際工程中多對曝氣生物濾池進行模塊式組合，多組使用，因此可采用錯時反沖洗的方式，以通過混合效應(yīng)彌補初濾水COD、濁度等變化帶來的影響。
　　 通過對曝氣生物濾池反應(yīng)器水頭損失各影響因素的動態(tài)解析，本研究初步建立了曝氣生物濾池生化-物化