曝气生物滤池的运行控制特点

污水处理的各种工艺对工艺过程的控制有很大的依赖性，可以说是工业控制技术的发展带动了污水处理技术的发展。比如砚在流行的SBR工艺。本来是最早的污水处理工艺模型之一，但是因为早期的控制技术落后，而一直只能作为一种实验技术在实验室中应用。近年来随着工业PLC技术的发展，稳定的自动控制成为了现室，SBR工艺才得以广泛应用。近年来开发的如三沟式氧化沟、UNITANK等新工艺也都是在自动控制的基础上才得以实现最初的设想。BAF作为一种新型的污水处理工艺，它的实施、发展也同样对控制提出了特殊的要求，没有完备的自动控制设施，就不可能实现BAF的工艺设想，要想使BAF工艺达到最好的处理效果。必须有一流的控制系统与之配套。

一、BAF工艺控制的意义

BAF工艺通过在池内填装滤料使反应池的有机物容积负荷高、水力负荷大、水力停留时间短，具有比其他水处理工艺需要更小的占地面积的特点。这些特点固然是该工艺的一个突出的优点，但同时也对工艺的运行控制提出了非常严格的要求，因为污水在反应池内的停留时间非常短，所以必须保证反应池内水、气、滤料三者充分、及时地均匀混合和接触。另外，由于BAF工艺在进行生化反应的同时还具有过滤的作用，池内的滤料在系统运行一段时间后，会截留大量的悬浮固体，对处理效果也有非常大的影响。对于下向流的生物滤池，滤料的堵塞会使产水量降低，池内水位上升；对于上向流的生物滤池，滤料的堵塞会使反应池的截污量下降，出水携带的悬浮物增多。而且不论何种滤池，滤料的堵塞均会降低池内微生物的活性，影响污水与微生物的充分接触。因此，BA F工艺需要及时地对滤池进行反冲洗。在对滤池反冲洗时，适宜的反冲洗周期和强度是BAF池能够正常、有效工作的重要条件，为保证滤料间有合适的空隙率、滤料上有足够的高活性生物膜，必须及时、有效地对BAF进行反冲洗，并应控制反冲的各种参数。
以上是保证BAF工艺正常工作的几个重要方面，这些特点和参数都可以在设计的时候予以充分的注意，选取比较合适的设计参数。但由于污水处理毕竟是动态的过程，设计的数据要通过运行控制来体现和调整，运行过程的控制，起到了验证、反馈和修改原始设计参数的作用，是污水处理厂能够正常运行的必要保证。
BAF工艺还有一个比较独特的耍求，为了能使系统的布水布气比较均匀，减少反冲洗时的供水、供气量，滤池的表面积不能太大，这就使BAF工艺在运行时经常是几座甚至十几座反应池一起工作，排队进行反冲洗。而且每个反应池又都分为进水系统、出水系统、反冲进水系统、反冲排水系统、工艺曝气系统和反冲供气系统这几个管路系统，这就使整个工艺的控制部分庞大、复杂，不可能通过操作人员人工控制来实现，必须使用PLC编制程序，进行自动控制。

二、BAF对自动控制的基本要求

BAF工艺从应用以来，已经发展出了许多新的组合工艺。按照处理目标的不同可分为去除有机物和硝化反应两池串联的BAF工艺、在去除有机物的同时完成脱氮除磷任务的三级串联式的BAF工艺等。这些工艺对自动控制都提出了更高、更广泛的要求，但最基本内容都是一样的。
1.保证进水的水量和均匀性
曝气生物滤池的地板上一般都装有配水滤帽，因此一般可满足池内配水均匀的要求。但在整个系统中，多数都是几个滤池并联工作，这就存在着每个滤池的进水水量是否大致相同、污水在每个滤池中的停留时间和上升流速是否合理的问题，所以要求控制系统能够监控每个滤池的进水水量。当滤池间的进水水量出现偏差时，能够及时让管理人员知道，甚至能够做到自动调节各进水支管的流量，保证污水在每个滤池内的停留时间大致相同，最低要求也要能监控进水总管的流量，以明确系统目前的运行状态。
2.保证工艺曝气的均匀
工艺曝气是否均匀，是几乎所有污水生化处理工艺能否有效运行的一个重要条件。尤其是在BAF工艺中，工艺曝气不仅为系统提供生化反应所需足够的氧气，而且还对滤料层起到轻微的松动作用，合适的工艺曝气才能使滤池中的滤料表面均匀挂膜，滤料上的生物腆才能保持足够的活性，所以池中如果发生了曝气不均匀的现象，对整个系统的运行将有较大的影响。
但是在所有的水处理工艺中，均很难保证工艺曝气十分均匀和稳定，即使在简单的活性污泥法或是接触氧化工艺中，也经常能从反应池的水面看到曝气不均匀的现象，而且这种现象一旦发生，矫正起来也非常不容易。由于空气管道经常布置成环状，一且发生曝气不均匀，情况轻的还可以通过阀门调节、暂时降低水位的方法来处理，一旦情况严更，就只有将曝气设备取出清洗了，这不仅使污水的处理效果极不稳定，也为污水处理的运行管理增加了极大的麻烦。BAF工艺的工艺曝气管道布置在滤板上方的承托层内，上方是几米高的滤料层，导致曝气设备上方阻力变化的因素多，曝气不均匀的现象更加容易出现，一旦出现，设备检修的工作量较其他工艺更加繁重，所需时间也更多。
因此，能够及时监控梅个滤池曝气管道的风量，并找到一种最简单的解决曝气不均匀现象的方法，就成了BAF工艺控制的一个重要任务。
3.BAF反冲洗控制
由于BAF工艺经常是几个滤池并联工作，而反冲洗采用的水泵和风机是共用一套，因此控制部分必须能准确地了解到几个滤池中有哪个或是哪几个滤池需要进行反冲洗，将这些需要反冲的滤池排队。及时准确地切换滤池上各工艺阀门的开关，在反冲结束时再将阀门切换回来，并在此同时调配剩余工作滤池的进水量，以正常工作的每个滤池的进水不发生大的变化为原则。
4.保证反冲洗时适当的水量和气量
反冲洗是BAF工艺运行过程中一个必不可少的过程，只有及时的反冲洗才能保证滤池正常的工作，保证污水的达标排放。反冲洗时要保证反冲洗水量和气量适当，既不能过多，也不能过少。
反冲洗时的水量和气量决定了反冲洗后曝气生物滤池中滤料上生物膜的厚度。在反冲洗时，如果反冲水量和气量不够，则不能将滤料间截留的悬浮物质彻底清除掉，滤料上的活性生物膜被外边的惰性杂质包围，无法与污水中的有机物充分接触，这就不能达到预想的处理效果，同时也会使滤料的截污能力下降，使下一次的反冲周期变短。但是，如果反冲洗水量和气量过大，一方面把滤料间的惰性无机杂质冲走，同时也会对附着在滤料上的生物膜过度冲刷而使其流失。这样，当反冲洗结束后，下一运行周期的初期则投有足够的生物膜量作为基础，导致开始时的一段时间内反应池去除效率下降。
污水处理是一门经验性的工程科学，到目前为止，还不可能用各种严格的数学模型来描述污水处理的工艺过程。目前所作的工艺设计，实际上是工程经验和理论推导结合的产物，像BAF这样的新型工艺，由于可参考的实际经验还不是很多，设计的数据有可能不是十分精确。这时候，就需要在运行过程中调整各个控制参数，以便得到更好的处理效果，并为以后的设计工作收集整理更多有价值的数据，这些也是自动控制应当担负起的贵任。

三、不同的BAF工艺组合对控制的要求

除了基本的除碳BAF工艺外，还有对污水处理要求更加彻底的除碳/硝化BAF工艺、除碳/硝化/反硝化BAF工艺和除碳/除磷/脱氮BAF工艺，这些工艺在去除水中有机物的同时完成了脱氮除磷的作用。功能的增加使系统的流程加长、反应池的个数增多，同时系统中还需增加处理水回流、外加碳源、投加混凝剂聚合氯化铝等操作，这些均对系统的控制提出了更加复杂的要求。
1.除碳/硝化工艺的控制
去除污水中的BOD与使污水发生硝化反应的过程条件大致相同，因此，可以将除碳和硝化反应分别在两个滤池中串联进行，在每个池中培养优势菌种，提高处理效率。也可以通过设置合适的设计参数使污水在同一池中同时发生除碳和硝化反应。其工艺流程分别见图8-1、图8-2。如果考虑到水厂的投资等问题，也可将这两种反应控制在同一个滤池内实现。

为了使滤池中同时发生除碳和硝化反应，滤池的有机负荷一般取得很小，而滤池的曝气量则需要保证，以提供足够的氧气供微生物降解水中的BOD和NH3-N。这时，除要求以上基本的控制内容外。还需要对滤池出水中的溶解氧含量进行监测，控制出水中溶解氧在2-4mg/L，保证供氧充分。这时的曝气量一般大于按照BOD去除率计算得出的曝气量，所以在控制上应该在风管上安装气体流量计。准确计量风量，并设置变频风机，或在设计时对风机的选型留有余地。
一般在曝气生物滤池设计时，均会在去除BOD的同时考虑污水的硝化反应，因此滤池出水的溶解氧实际上是一个常规的监测数据。
2.除碳/硝化/反硝化工艺的控制
反硝化反应与除碳和硝化反应所需的工艺条件是相反的，不可能将这三部分综合在同一反应池内进行，因此必须为反硝化反应创造单独的缺氧条件。反硝化反应池的设置一般为两种模式：前置或后置，工艺流程分别见图8-3、图8-4。

包含了反硝化反应的BAF工艺在运行控制上要求较为复杂一些。带回流的脱氮工艺，其在各项基本控制的基础上还要求控制好BAF/CN池出水的回流量和水中的溶解氧含量。
对回流量的要求应该是稳定的。无论从反硝化的工艺耍求还是对曝气生物滤池的冲击负荷方面考虑，回流最都不应有太大的波动变化，自控系统应根据进水流量和预先设定好的回流比例，确定回流水的水量。BAF/CN池出水中溶解氧的含量也要稳定在合适的范围内，BAF/CN池中为了能够进行彻底的硝化反应，曝气量一般是比较大的。但如果出水的溶解氧含量过大，那么回流到DN池的处理水就会对DN池中的缺氧环境产生一定程度的影响，影响到反硝化反应的正常进行，同时曝气量过大也是对能源的一种浪费，会增加污水厂的运行成本。
后置脱氮工艺不需要考虑处理水的回流问题，但又增加了另外一个方面的控制要求，即要对外加碳源的投加量进行严格的控制，为了保证污水完全反硝化而向水中额外投加的碳源量有一个合适的范围(如果过多，出水的COD可能会超标；如果过少，反硝化进行不彻底，TN又会超标)，需要控制系统能根据处理的水量和预先设定的比例关系，及时地调整外加碳源的量。
3.除碳/除磷/硝化工艺的控制
由于BAF的生物除磷功能较差，因此在除碳/除磷/硝化工艺中考虑到需去除水中的磷，常用的方法是在除碳/硝化工艺或除碳/硝化/反硝化工艺中间的合适部位投加除磷药剂，用化学的方法将生物除磷剩余的磷量去除。由于化学除磷是在前几种工艺中增加一个物化加药的部分，因此控制方面除应满足前面所提及的各种要求外，再增加在线自动控制除磷混凝剂投加量的功能。

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