基于水頭損失解析的BAF過(guò)濾模式及反沖洗控制研究.pdf

1、隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，城市化進(jìn)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(fèi)用低、動(dòng)力費(fèi)用省、出水水質(zhì)好、掛膜容易、啟動(dòng)快等優(yōu)點(diǎn)，在新建污水廠以及舊污水廠改造方面占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。然而，由于曝氣生物濾池處理機(jī)理尚不明晰，而頻繁反沖洗又經(jīng)常導(dǎo)致反應(yīng)器運(yùn)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(guó)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(yùn)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(jī)理，優(yōu)化工藝控制參數(shù)，提高處理效率和運(yùn)行穩(wěn)定性，本文采用理論分析與試驗(yàn)?zāi)M相結(jié)合的方式，對(duì)曝氣生物濾池的水頭損失發(fā)展過(guò)程進(jìn)行了系統(tǒng)解析，構(gòu)建了基于Kozeny-Carman過(guò)濾方程和Eckenfelder方程的曝氣生物濾池生化-物化過(guò)濾模式，并對(duì)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(jìn)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(zhǎng)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(guò)濾方程只能用于計(jì)算設(shè)計(jì)總水頭損失的局限性。利用該方程對(duì)曝氣生物濾池的沿程水頭損失進(jìn)行擬合計(jì)算，所得清潔條件曝氣生物濾池沿程水頭損失模擬值與實(shí)驗(yàn)測(cè)定值具有良好的相關(guān)性，說(shuō)

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(dòng)態(tài)發(fā)展情況。
　　 由于曝氣生物濾池的水頭損失增長(zhǎng)是其過(guò)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(guò)濾模式應(yīng)該是在清潔條件基本過(guò)濾方程的基礎(chǔ)上，結(jié)合生物膜增長(zhǎng)過(guò)程，通過(guò)生化-物化過(guò)濾方程來(lái)表征。本研究在清潔條件曝氣生物濾池基本過(guò)濾方程的基礎(chǔ)上，將描述生物膜增長(zhǎng)的Eckenfelder公式引入孔隙率計(jì)算模型，合理地將生物氧化作用和過(guò)濾截留耦合于曝氣生物濾池水頭損

5、失增長(zhǎng)模型中。在此模型構(gòu)建過(guò)程中，對(duì)截留懸浮物的含水率、密度等參數(shù)進(jìn)行了適當(dāng)簡(jiǎn)化，以便于方程求解計(jì)算。通過(guò)理論推導(dǎo)及試驗(yàn)?zāi)M，最終得到曝氣生物濾池生化-物化過(guò)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(guò)濾方程，進(jìn)而對(duì)水頭損失動(dòng)態(tài)發(fā)展過(guò)程進(jìn)行預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步提高曝氣生物濾池的運(yùn)行穩(wěn)定性，提高處理效率，本文還對(duì)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(jìn)行了初步研究。
　　 根據(jù)連續(xù)流模型反沖洗試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合曝氣生物濾池實(shí)際工程運(yùn)行的技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(qiáng)度單獨(dú)沖洗2～4min，再分別以12L/(m2·s)、6L/(m2·s)的氣、水反沖強(qiáng)度聯(lián)合反沖4～6min，最后以8L/(m2·s)的水沖強(qiáng)度漂洗7～9min。在上述反沖洗條件下對(duì)曝氣生物濾池模型反應(yīng)器進(jìn)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(shuō)明建議反沖洗程序可以有效恢復(fù)曝氣生物濾池的過(guò)濾通量，同時(shí)反應(yīng)器的處理功能基本不受影響。一般實(shí)際工程中多對(duì)曝氣生物濾池進(jìn)行模塊式組合，多組使用，因此可采用錯(cuò)時(shí)反沖洗的方式，以通過(guò)混合效應(yīng)彌補(bǔ)初濾水COD、濁度等變化帶來(lái)的影響。
　　 通過(guò)對(duì)曝氣生物濾池反應(yīng)器水頭損失各影響因素的動(dòng)態(tài)解析，本研究初步建立了曝氣生物濾池生化-物化