摘要：淮安污水廠采用曝氣生物濾池工藝，對進口火山巖濾料與國產(chǎn)火山巖濾料進行了一系列對比試驗，結(jié)果表明：國產(chǎn)火山巖濾料達到處理效果明顯優(yōu)于進口火山巖濾料。
生物濾池工藝，是近年來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而形成膜狀，污水流經(jīng)濾料表面和生物膜接觸時，水中的有機物被微生物吸附、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10萬噸/日，采用強化處理+曝氣生物濾池，曝氣生物濾池設(shè)計采用進口火山巖濾料。本研究采用國產(chǎn)、進口火山巖濾料進行對比試驗，主要從技術(shù)參數(shù)、經(jīng)濟成本和運行效果等方面來綜合考察兩種濾料對濾池處理效能的影響。
1 兩種濾料性能參數(shù)對比
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)，不會被生物降解，長期浸泡也不會向水體釋放有毒有害物質(zhì)，無二次污染。以下是兩種濾料技術(shù)參數(shù)對比，見表1：
表1 兩種濾料主要性能
| 特性名稱 | 進口火山巖濾料 | 國產(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 |
從表中可以進行一一對比：
（1）國產(chǎn)濾料有效篩孔粒徑比進口濾料粒徑大0.7mm，一般粒徑越大其含污量越多。因此，國產(chǎn)濾料濾層的含污能力偏大。實際生產(chǎn)運行中，筆者發(fā)現(xiàn)國產(chǎn)濾料更易于與污水分離；而進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度的大小，密度越大，反沖洗強度越大，需要的能量消耗越大，反之亦然。國產(chǎn)火山巖濾料顆粒密度略大，反沖洗時不易膨脹疏松，故相應(yīng)的增加反沖洗耗水、耗氣。
（3）國產(chǎn)火山巖濾料開孔率較高，對濾料層的水流阻力相對較小，節(jié)省能耗；反之，選用進口濾料，對生物濾池阻力大，易引起濾池堵塞。
（4）國產(chǎn)火山巖濾料摩擦破損的機械強度明顯低于進口濾料，說明國產(chǎn)濾料在反沖洗過程中耐水、氣沖刷能力強，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)進口火山巖濾料色澤灰白、孔眼密實、較少，表面粗糙度小。
2 濾料的經(jīng)濟性對比
生物濾料在整個曝氣生物濾池的造價中占有較大的比例，價格高低必然影響著工程投資和運行費用。所以在選用生物濾料時，除了要重視濾料本身物理、化學(xué)特性外，其價格因素也應(yīng)在考慮范圍之內(nèi)。表2為兩種濾料的價格比較。
表2 兩種濾料經(jīng)濟成本比較
| 名稱 | 數(shù)量/m3 | 單價/元 | 總價/萬元 |
| 國產(chǎn)火山巖濾料 | 320 | 810 | 26 |
| 進口火山巖濾料 | 320 | 5000 | 160 |
通過此表不難看出，兩種濾料價格懸殊之大。在對比濾料的性能及價格后，筆者認(rèn)為選用價格相對低廉國產(chǎn)火山巖濾料更可靠可行。實際運行中兩種濾料均能滿足設(shè)計要求，并且出水均達到《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)。但相對而言，選用國產(chǎn)濾料更加經(jīng)濟、合理。
3 實際運行效果
3.1 掛膜對比
本試驗曝氣生物濾池生物膜采用直接掛膜進行培養(yǎng)。其中2#濾池和4#濾池分別選用國產(chǎn)火山巖濾料和進口火山巖濾料。進水量由設(shè)計水量的1/4（水力負(fù)荷1.09m3/m2·h）逐步增加至設(shè)計水量10萬噸（水力負(fù)荷4.34m3/m2·h）。
一周后觀察濾料上微生物生長情況，發(fā)現(xiàn)2#濾池國產(chǎn)濾料表面形成生物膜比4#濾池進口濾料多，說明2#濾池初期掛膜快，部分好氧微生物在其濾料表面生長較快。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，在第十天對兩組濾池進行反沖洗，沖刷老化生物膜，其后每2天反沖洗一次。監(jiān)測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)測數(shù)據(jù)，如表3。
表3 兩種濾料COD結(jié)果對比
| 天數(shù) | 進水/（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 |
本次試驗以出水COD低于60mg/L為培養(yǎng)成功的指標(biāo)。結(jié)果表明：國產(chǎn)火山巖濾料所用時間12d，進口火山巖濾料所用時間為14d。
3.2 反沖洗恢復(fù)期的對比
濾料反沖洗效果的好壞直接關(guān)系濾池工藝運行的好壞。好的濾料反沖洗容易進行，且在反沖過程中不因反沖強度過大造成濾料流失，相應(yīng)的微生物活性恢復(fù)較快，對出水指標(biāo)影響甚微。
為弄清國產(chǎn)火山巖、進口火山巖兩種濾料對反沖洗運行效果的影響，故對兩種濾料反沖洗前后出水COD、NH3-N指標(biāo)進行分析，以下是反沖洗前后濾池出水水質(zhì)變化國，見表4。
表4 兩種濾料的恢復(fù)期出水水質(zhì)（mg/L）
| 國產(chǎn)濾料 | 恢復(fù)時間/h | COD | NH3-N | 進口濾料 | 恢復(fù)時間/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)，出水未及時恢復(fù)，監(jiān)測指標(biāo)數(shù)據(jù)較高。在反沖洗后0.5h中，國產(chǎn)濾料出水指標(biāo)略高于進口濾料，筆者認(rèn)為由于國產(chǎn)濾料表面粗糙度大，利于掛膜，微生物生長繁殖較快，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)，且國產(chǎn)濾料整體出水水質(zhì)較進口濾料恢復(fù)的快，4h兩種濾料達到《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)為國產(chǎn)火山巖濾料對濾池處理效能發(fā)揮作用更大；從濾料經(jīng)濟成本考慮，廉價的國產(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格，優(yōu)化選擇；從濾料掛膜效果來看，國產(chǎn)火山巖濾料掛膜時間短，耐沖擊負(fù)荷能力強，運行效果較穩(wěn)定；從反沖洗后恢復(fù)期分析，國產(chǎn)火山巖濾料恢復(fù)較快，明顯優(yōu)于進口火山巖濾料。整體來看，國產(chǎn)火山巖濾料綜合處理效果優(yōu)于進口濾料。
