6．曝氣生物濾池
曝氣生物濾池屬于生物膜處理工藝，是污水處理廠生化處理的核心，也即主處理工藝。曝氣生物濾池的池型結構及處理原理可詳見其他章節。
(1) 掛膜 使具有代謝活性的微生物污泥在處理系統中濾料上固著生長的過程稱之為掛膜。掛膜也就是生物膜處理系統中膜狀微生物的培養和馴化過程。對于生活污水、城市污水以及與城市污水相近的工業廢水，采用曝氣生物濾池處理工藝的話，其掛膜過程一般采用直接掛膜法。
直接掛膜法即在合適的環境條件下 (水溫、溶解氧等) 和水質條件 (pH值，BOD、C／N等) 下，讓處理系統運行。該過程分兩階段進行，階段是在濾池中連續鼓入空氣的情況下，每隔半小時泵入半小時污水，空塔水流速控制在1.5m／h以內；第二階段同樣是在濾池中連續鼓入空氣的情況下，連續泵入污水，使空塔水流速逐漸從1.5m／h增加到設計流速。階段一般需要l0～15d時間，第二階段一般需要8—10d時間，這兩階段完后就可以完成掛膜過程。
對于不易生化處理的一些工業廢水，采用曝氣生物濾池工藝，為了保證掛膜的順利進行，可以通過預先培養和馴化相應的活性污泥 (或類似污水處理廠的污泥) ，然后再投入到曝氣生物濾池中進行掛膜，即分布掛膜法。具體做法是先用生活污水或其與工業廢水的混合污水培養出活性污泥，將該污泥和適量的工業廢水放入一循環池中，從此池用泵打入生物濾池中，出水或反沖洗污泥回流入循環池。待濾料表面掛膜后，可以直接通水運行或繼續循環運行，隨著膜厚度的增長，可以逐步增大工業廢水的比例，直至完成掛膜過程。
(2) 運行控制
a．布水與布氣 對于生物濾池處理設施，為了保證其微生物膜的均勻增長，防止污泥堵塞濾料，保證處理效果的均勻，應對濾池均勻布水和布氣。由于設計上不可能保證布水和布氣的**均勻，運行時應利用布水、布氣系統的調節裝置，調節各池或池內各部分的配水或供氣量，保證均勻布水、布氣。
由于生物濾池采用濾頭布水，所以濾頭的堵塞會使污水在濾料層中分配不均，結果濾料層受水量影響發生差異，會導致微生物膜的不均勻生長，進一步又會造成布水布氣的不均勻，后使處理效率降低。為防止布水管和濾頭的堵塞，必須提高預處理設施對油脂和懸浮物的去除率；保證通過濾頭有足夠的水力負荷。
對于布氣系統，由于曝氣生物濾池采用不易堵塞的單孔膜曝氣器，所以在運行中被大量堵塞的幾率不大，如有堵塞，則可根據具體情況調節空氣閥門，使供氣勻，并可用曝氣器沖洗系統進行沖洗。
B、濾料
①預處理 對于濾池中的生物濾料，在被裝入濾池前需對其進行分選、浸洗等預處理，以提高濾料顆粒的均勻性，并去除塵土等雜質。
②運行觀察與維護 生物濾料在曝氣生物濾池中正常運行時，應定期觀察生物膜生長和脫膜情況，觀察其是否被損害。有很多原因會造成微生物膜生長不均勻，這會表現在微生物膜顏色、微生物膜脫落的不均勻性上，一旦發現這些問題，應及時調整布水布氣的均勻性，并調整曝氣強度來予以糾正。
由于濾料容易堵塞，可能需要加大水力負荷或空氣強度來沖洗。在某些情況下，如水溫或氣溫過低，需要增加保溫措施。另外，由于濾池反沖洗強度過大時有可能會使少量濾料流
失，所以每年定期檢修時需視情況給予添加。
C、生物相觀察 對于城市污水處理廠，生物膜外觀粗糙，具有粘性，顏色是泥土褐色，
厚度約300～400μm。
濾池中濾料上生物膜的生物相特征與其他工藝有所區別，主要表現在微生物種類和分布方面。一般來說，由于水質的逐漸變化和微生物生長環境條件的改善，生物膜系統存在的微生物種類和數量均較活性污泥工藝大，尤其是絲狀菌、原生動物、后生動物種類增加，厭氧菌和兼性菌占有一定比例。在分布方面的特點，主要是沿生物膜厚度和進水流向呈現出不同的微生物種類和數量。在濾料層的下部(對于上向流)、濾料層的上部(對于下向流)或生物膜的表層，生物膜往往以菌膠團細菌為主，膜也較厚；而在濾料層的上部(對于上向流)、濾料層的下部(對于下向流)或生物膜的內層，由于有機物濃度梯度的變化，生物膜中會逐漸出現絲狀菌、原生動物、后生動物，生物的種類不斷增多，但生物量及膜的厚度減少。
水質的變化會引起生物膜中微生物種類和數量的變化。在進水濃度增高時，可看到原有特征性層次的生物下移的現象，即原先在前級或上層的生物可在后級或下層中出現。因此，
可以通過這一現象來推斷污水有機物濃度和污泥負荷的變化情況。
d．生物相觀測—鏡檢
①原理 生化法處理廢水利用微生物分解有機污染物。微生物是處理廢水的主體，微生物生長、繁殖和代謝活動以及它們之間的演變情況，直接反映處理狀況。利用顯微鏡觀察微生物的狀態來監視廢水處理的運行狀況，以便及早發現異常情況，及早采取措施，保證穩定運轉，提高處理效果。
②設備和材料 顯微鏡、載玻片、蓋玻片、計數板、生物膜樣品。
③步驟 壓片標本的制備 取接觸氧化池混合液l滴，放在潔凈的載玻片中央(如混合液中污泥較少，可待其沉淀后，取沉淀污泥一小滴加到載玻片上；如混合液中污泥較多，則應稀釋后進行觀察)。
蓋上蓋玻片，即制成活性污泥壓片標本。在加蓋玻片時使蓋玻片一邊先接觸水滴，輕輕放下，否則會形成氣泡，影響觀察。
在制作填料上生物膜標本時，可用鑷子從填料上刮取一小塊生物膜，用蒸餾水稀釋成菌液。再制成標本。
顯微鏡觀察
低倍顯微鏡 觀察生物相的全貌， 要注意觀察污泥絮粒的大小、污泥結構的松緊程度、菌膠團和絲狀菌的比例及其生長狀況。加以記錄和做必要的描述。觀察微型動物的種類、活動狀況。對其主要種類進行計數。
用高倍鏡觀察，可進一步看清微型動物的結構特征，要注意原生動物的外形和內部結構，如鐘蟲內是否存在食物胞、纖毛環的擺動情況等。觀察菌膠團時，則應注意膠質的厚簿、色澤、新生菌膠團出現的比例。觀察絲狀菌苗體內是否有類脂類物質和硫粒積累，以及絲狀菌生長、細胞的排列和運動特征，以判斷絲狀細菌的種類，并進行記錄。
微型動物的計數
?取曝氣池混合液于燒杯內，用玻璃棒輕輕攪勻。如混合液濃，可稀釋后再觀察。
?取洗凈的滴管1支(滴管每滴水的體積應預先標定，一般每滴水的體積約為0.05mL)，吸取攪勻的混合液，加1滴到計數板的中央方格內，然后加上一塊潔凈的大號蓋玻片使其四周正好擱在計數板四周凸起的邊框上。
?用低倍鏡進行計數。注意所滴加液體不一定布滿整個100方格，在顯微鏡下計數時只要把充有污泥混合液的小方格挨著次序依次計數即可。
同時須記錄各種動物的活動能力、狀態等。若是群體，則需將群體上的個體分別計數。
?計算 設在一滴水中測得鐘蟲50只，每滴樣品的體積經1 ：1稀釋，則每毫升混合液中含鐘蟲數應為50X 50X2＝2000只
?結果 生物相概貌包括生物膜厚度、顏色、結構松緊、絲狀菌多少、游離細菌多少、微型動物主要類群及多少。微型動物計數結果，記錄在表6—2中。表6-2 微型動物計數結果記錄表
動物名稱 每滴混合液的個數 每毫升混合液的個數 狀態描述
(3)運行中應注意的問題
a．溶解氧 為了實現硝化、反硝化，必須在各段濾池中連續測定溶解氧數值，并加以控制調節。在DC、N濾池中的曝氣階段需要不斷調節溶解氧水平，使溶解氧達到較高水平(約2—3mgO2/L)，通過溶解氧(DO)在線檢測儀表測定濾池出水中的溶解氧濃度，并反
饋至PLC控制系統，由計算機控制變頻器從而改變風機的轉速來達到目的；而DN濾池反
硝化必須在缺氧的條件下進行，而在有氧的條件下反硝化過程就停止，所以運行中應使濾池
中溶解氧濃度達到較低水平(約0.2～0.5 rmgO2/L)。
b．濾料更新更換 因曝氣生物濾池需定期進行反沖洗，濾料會因反沖洗強度控制不當或磨損等原因而少量流失或損耗，故要定期根據填料損耗程度和處理水質狀況進行適量補充，該過程一般集中在每年大修時進行。
c反沖洗 在曝氣生物濾池運行中，隨著運行的進行，濾料上生長的微生物膜漸漸增
厚，在增厚初期，有利于去除率的提高；而在增厚到一定程度時，微生物的活性降低，并開始有一定程度的脫落。正常運行時，微生物膜的厚度一般應榨制在300～400μm，此時生物膜新陳代謝能力強，出水水質好。當膜的厚度超過這一范圍時：①氧的傳遞速率減小，微生物吸收的氧量過低，影響微生物的增殖，生物膜活性變差，同時又抑制絲狀菌的生長，結果使去除能力降低，出水水質變壞；②傳質速度減緩，使微生物吸收有機物濃度過低，造成營養不足。此外，進水中的顆粒物質被截留在濾池的濾料空隙中，同時，過量生長的微生物也聚集在生物曝氣濾池表面和填料的空隙中。隨著處理過程的持續運行，填料的空隙度減小，這時曝氣生物濾池的運行加大了濾池的水頭損失，后總的水頭損失可能達到或接近使設計流量通過生物曝氣濾池所必須的水頭或是出現顆粒穿透。在這種情況下，曝氣生物濾池即應停止運行并進行反沖洗。
反沖洗是維持曝氣生物濾池功能的關鍵，其基本要求是在較短的反沖洗時間內，使填料得到適度的清洗，恢復濾料上微生物膜的活性，并將濾料截留的懸浮物和老化脫落的微生物膜通過反沖洗而排出池外。反沖洗的質量對出水水質、工作周期、運行狀況的影響很大。
反沖洗程序為先單獨用空氣進行反沖洗，然后再采用氣水聯合反沖洗，停止清洗30s，后用水清洗。在進水管、出水管、曝氣管、反沖洗水管和空氣管道上均安裝有自動閥門，并通過微機對整個反沖洗過程進行自動程序控制。曝氣生物濾池的反沖洗周期必須根據出水水質、濾料層的水力損失，出水濁度綜合而定，并由計算機系統自動程序控制。對于城市生活污水，一般情況下通常運行24—48h反沖洗一次，而且在多格濾池并聯運行的情況下，反沖洗過程是依次單格進行，從而保證了整個處理系統不受影響而能順利工作。 一般來說．反沖洗用水量為進水水量的7％一l0％，反沖洗排水中平均TSS濃度為500～650mg／L，反沖洗時氣速為60～90m／h。
對曝氣生物濾池，控制好氣、水反沖洗強度顯得尤為重要，過低達不到沖洗的目的，過高會使生物膜嚴重脫落，并造成填料的破損、流失及增加不必要的反沖洗耗水量、耗電量。反沖洗濾層的膨脹率較小，約為10％左右。
(4)濾池運行中出現的異常問題及解決對策
a、氣味 對于曝氣生物濾池，當進水有機物濃度過高或濾料層中截留的微生物膜過多時，濾料層內局部會產生厭氧代謝，有可能會產生異味，解決辦法如下。
①減少濾池中微生物膜的積累，讓生物膜正常脫膜并通過反沖洗排出池外；
②保證曝氣設施的正常工作；
③避免高濃度或高負荷污水的沖出。
B、生物膜嚴重脫落 在濾池正常運行過程中，微生物膜的不正常脫落是不允許的，產生大量的脫膜主要是水質原因引起的，如抑制性或有毒性污染物濃度太高或pH值突變等，
解決辦法是必須改善水質，使進入濾池的水質基本穩定。
C、處理效率降低 當濾池系統運行正常，且微生物膜生長情況較好，僅僅是處理效率有所下降，這種情況一般不會是水質的劇烈變化或有毒污染物質的進人造成的，而可能是進水的pH值、溶解氧、水溫、短時間超負荷運行所致。對于這種現象，只要處理效率降低的程度不影響出水水質的達標排放，即可不采取措施，過一段時間便會恢復正常；若出水水質影響達標排放，則需采取一些局部調整措施加以解決，如調節進水的pH值、調整供氣量、對反應器進行保溫或對進水進行加熱等。
D、濾池截污能力下降 濾池運行過程中，當反沖洗正常，但濾池的截污能力下降，這種情況可能是預處理效果不佳，使得進水中的SS濃度較高所引起的，所以此時必須加強對預處理設施的運行管理。 I
E、進水水質異常
①進水濃度偏高 這種情況很少出現，如果出現，應當通過加大曝氣量和曝氣時間來保持污泥負荷的穩定性。
②進水濃度偏低 這種情況主要出現在暴雨天氣，應當通過減少曝氣力度和曝氣時間來解決，或雨污水直接通過超越管外排。
F、出水水質異常 I
①出水帶泥、水質渾濁 這種情況的出現主要是生物膜厚度太厚，反沖洗強度過高或沖洗次數過頻。
?當生物膜長到一定厚度(300～400μm)，立即進行反沖。
?反沖洗強度過高或次數過頻，導致微生物流失，處理效率下降。解決辦法是控制水解酸化池出水SS，減少反沖洗次數，調整反沖洗合適強度。
②水質發黑、發臭
?水質發黑、發臭的原因可能是溶解氧不夠，造成污泥厭氧分解，產生H2S氣體。解決辦法是加大曝氣量，提高溶解氧的含量即可。
?可能局部布水系統堵塞，造成局部缺氧。解決辦法，檢修或加以反沖強度。
G、出水呈微黃色 主要原因是DN濾池進水槽化學除磷的加藥量太大，鐵鹽超標，減]小加藥量即可。
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