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火山巖濾料進行了一系列對比試驗，結果表明：國產火山巖濾料達到處理效果明顯優于進口火山巖濾料。
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，污水流經濾料表面和生物膜接觸時，水中的有機物被微生物吸附、穩定和氧化，終轉化為H2O、CO2和微生物細胞物質，污水得以凈化。作為生物膜載體—濾料， 其選擇是生物膜反應器技術成功與否的關鍵之一，它決定了反應器能否運行，能否在水處理中得到更廣泛的推廣與應用。
淮安污水處理廠由同方股份有限公司以BOT形式投資建設，工藝處理規模10萬噸/日，采用強化處理+曝氣生物濾池，曝氣生物濾池設計采用進口火山巖濾料。本研究采用國產、進口火山巖濾料進行對比試驗，主要從技術參數、經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 兩種濾料性能參數對比
火山巖濾料的主要化學成分為SiO2、CaO、MgO、FeO3、FeO、Al2O3、 K2O、 Na2O等，本身具有惰性，在環境中不參與生物膜的任何生物化學反應，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，無二次污染。以下是兩種濾料技術參數對比，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，國產濾料濾層的含污能力偏大。實際生產運行中，筆者發現國產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，從而造成布水布氣的不均勻。
（2）正常情況下，生物濾池濾料的顆粒密度大小關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。國產火山巖濾料顆粒密度略大，反沖洗時不易膨脹疏松，故相應的增加反沖洗耗水、耗氣。
（3）國產火山巖濾料開孔率較高，對濾料層的水流阻力相對較小，節省能耗；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，其后形成小的輕質碎濾料容易隨出水流走，增加濾料的流失。
左側國產火山巖濾料色澤發黑、開孔較多，表面比較粗糙；右側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、化學特性外，其價格因素也應在考慮范圍之內。表2為兩種濾料的價格比較。
表2 兩種濾料經濟成本比較
| 名稱 | 數量/m3 | 單價/元 | 總價/萬元 |
| 國產火山巖濾料 | 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，筆者認為選用價格相對低廉國產火山巖濾料更可靠可行。實際運行中兩種濾料均能滿足設計要求，并且出水均達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）的排放標準。但相對而言，選用國產濾料更加經濟、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。其中2#濾池和4#濾池分別選用國產火山巖濾料和進口火山巖濾料。進水量由設計水量的1/4（水力負荷1.09m3/m2·h）逐步增加至設計水量10萬噸（水力負荷4.34m3/m2·h）。
一周后觀察濾料上微生物生長情況，發現2#濾池國產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，出水清澈度優于4#濾池，由起初渾濁變為較清澈。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。監測COD數值，兩組濾池COD維持在60mg/L以下，基本趨于穩定。培養期間COD監測數據，如表3。
表3 兩種濾料COD結果對比
| 天數 | 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為培養成功的指標。結果表明：國產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 反沖洗恢復期的對比
濾料反沖洗效果的好壞直接關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，相應的微生物活性恢復較快，對出水指標影響甚微。
為弄清國產火山巖、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指標進行分析，以下是反沖洗前后濾池出水水質變化國，見表4。
表4 兩種濾料的恢復期出水水質（mg/L）
| 國產濾料 | 恢復時間/h | COD | NH3-N | 進口濾料 | 恢復時間/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，出水未及時恢復，監測指標數據較高。在反沖洗后0.5h中，國產濾料出水指標略高于進口濾料，筆者認為由于國產濾料表面粗糙度大，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基本恢復，且國產濾料整體出水水質較進口濾料恢復的快，4h兩種濾料達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）的排放標準。
4 結論
通過兩種濾料性能比較，筆者認為國產火山巖濾料對濾池處理效能發揮作用更大；從濾料經濟成本考慮，廉價的國產火山巖濾料可節省投資，降低成本，因此，選擇濾料可以兼顧價格，優化選擇；從濾料掛膜效果來看，國產火山巖濾料掛膜時間短，耐沖擊負荷能力強，運行效果較穩定；從反沖洗后恢復期分析，國產火山巖濾料恢復較快，明顯優于進口火山巖濾料。整體來看，國產火山巖濾料綜合處理效果優于進口濾料。
