曝氣生物濾池(BAF)的現(xiàn)狀與發(fā)展[權(quán)威資料]

曝氣生物濾池 (BAF)的現(xiàn)狀與發(fā)展 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 摘要：曝氣生物濾池是一種將生物氧化機(jī)理與深床過濾機(jī)理有機(jī)結(jié)合的新型污水生物處理技術(shù)。本文對曝氣生物濾池的工藝原理、工藝特點、工藝形式以及工藝效能進(jìn)行了綜合評述，并提出了曝氣生物濾池今后的研究方向。 關(guān)鍵詞：曝氣生物濾池；現(xiàn)狀；發(fā)展 X83A Abstract: biological aerated filters is a biological oxidation mechanism and deep bed filtering mechanism of the organic combination of new biological wastewater treatment technology. In this paper, the biological aerated filters principle of process, technological features, technology and process performance forms are summarized, and put forward the biological aerated filters the future research direction. Keywords: biological aerated filters； The present situation； development 近年來隨著城市建設(shè)和工業(yè)的發(fā)展 ,城市用水量急劇增加 ,大量不達(dá)標(biāo)污水的排放不僅污染了環(huán)境和水源 ,更加重了水資源的日益短缺和水質(zhì)的日益惡化 ,從而 導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的惡性循環(huán)。因此 ,尋求經(jīng)濟(jì)高效的污水處理技術(shù) ,對促進(jìn)污水回用的發(fā)展和水環(huán)境的恢復(fù)有著現(xiàn)實和深遠(yuǎn)的意義。 生物法是污水處理的基本方法 ,然而傳統(tǒng)污水生物處理工藝不可避免的具有占地面積比較大、處理系統(tǒng)復(fù)雜、運行管理難度大、處理效能低下等缺點 ,而且隨著城市發(fā)展步伐的加快及城市區(qū)域的拓展 ,污水處理設(shè)施離城區(qū)越來越近 ,有的甚至建在城區(qū) ,污水處理廠的土地使用也受到嚴(yán)格的限制。在這種背景下 ,生物過濾的思想被引入到污水處理中來 ,于是占地面積小、出水水質(zhì)高、投資省、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、具有模塊化結(jié)構(gòu)并可自動 化操作的曝氣生物濾池 ( Biological Aerated Filter, BAF)就應(yīng)運而生了。 1 曝氣生物濾池工藝原理及其特點 1.1 工藝原理 曝氣生物濾池是將接觸氧化工藝和懸浮物過濾工藝結(jié)合在一起的污水處理工藝 ,其工藝原理為在濾池中裝填一定量粒徑較小的粒狀濾料 ,濾料表面生長著生物膜 ,濾池內(nèi)部曝氣 ,污水流經(jīng)時 ,由于濾料上附著高濃度生物膜量 ,利用其強(qiáng)氧化降解能力快速降解廢水中的污染物。同時 ,利用濾料粒徑較小的特點及生物膜的生物絮凝作用 ,截留污水中的大量懸浮物 ,且保證脫落 的生物膜不會隨水漂出 ,由此達(dá)到凈化廢水的目的。隨著過濾的進(jìn)行 ,由于濾料層內(nèi)生物膜逐漸增厚 ,懸浮固體不斷積累 ,過濾水頭損失逐步加大 ,在一定進(jìn)水壓力下 ,設(shè)計流量將得不到保證 ,此時應(yīng)進(jìn)行反沖洗再生以去除濾床內(nèi)過量的生物膜及懸浮固體 ,恢復(fù)濾池的處理能力。曝氣生物濾池屬于附著生長固定膜生物反應(yīng)器 ,在其填料上可發(fā)生有機(jī)物的代謝過程 ,還可以將生物轉(zhuǎn)化過程產(chǎn)生的生物污泥和進(jìn)水帶入的懸浮物進(jìn)一步截流在濾池內(nèi) ,起到生物過濾的作用。 1.2 工藝特點 曝氣生物濾池雖是生物膜處理方法的一種 ,但與傳統(tǒng)生物濾池相比 ,仍具有明顯特點 : (1)BAF 采用的粗糙多孔的小顆粒（如陶粒、焦炭、石英砂、活性炭、聚苯乙烯濾料等）填料作為生物載體 ,可在填料表面保持較高的生物量 (可達(dá) 10 15 g/L) ,易于掛膜且運行穩(wěn)定。 (2)生物相復(fù)雜 ,菌群結(jié)構(gòu)合理 ,反應(yīng)器內(nèi)具有明顯的空間梯度特征 ,能耐受較高的有機(jī)和水力沖擊負(fù)荷 ,不同的污染物可以在同一反應(yīng)器被漸次去除 ,同步發(fā)揮生物氧化作用、生物吸附絮凝和物理截留作用 ,出水水質(zhì)好 ,可滿足回用要求。 (3)區(qū)別于一般生物濾池及生物濾塔 ,在去除 BOD、氨氮時需進(jìn)行曝氣 ,但粒狀填料層具有較高的氧轉(zhuǎn)移效率 ,曝氣量低 ,運行能耗較低 ,硝化和反硝化效率高。 (4)BAF 濾池為半封閉或全封閉構(gòu)筑物 ,其生化反應(yīng)受外界溫度影響較小 ,適合于寒冷地區(qū)進(jìn)行污水處理。 (5)高濃度的微生物量增大了 BAF 的容積負(fù)荷 ,進(jìn)而降低了池容積和占地面積 ,使基建費用大大降低。 (6)濾池運行過程中通過反沖洗去除濾層中截留的污染物和脫落的生物膜 ,無需二沉池 ,簡化了工藝流程 ,采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計 ,使運行管理更加方便。 (7)反應(yīng)器沿水流方向呈明顯的空間梯度特征 。 (8)減少了污水廠異味 ,無污泥膨脹問題 ,無需污泥回流。 2 常規(guī)生物濾池的分類 近年來曝氣生物濾池發(fā)展迅速 ,工藝形式不斷推陳出新 , 曾先后出現(xiàn) BIOCARBON、 BIOSTYR、 BIOFOR、 BIOSMEDI、BIOPUR、 COLOX 等形式 ,其中 BIOCARBON、 BIOSTYR、 BIOFOR、BIOSMEDI、 BIOPUR 是現(xiàn)代曝氣生物濾池幾種典型的運行工藝。其中， BIOSMEDI、 BIOPUR 是曝氣生物濾池的新工藝。 2.1 BIOCARBON 工藝 20 世紀(jì) 80 年代末期 ,法國 OTV 公司在廢水處理領(lǐng)域首次開發(fā)出了 BIOCARBONE 工藝，它屬于曝氣生物濾池的最早形式。該工藝采用密度比水大的膨脹板巖作填料 ,結(jié)構(gòu)類似于普通快濾池。待處理的污水從濾池頂部流入 ,下向流流出濾池 ,在濾池中下部進(jìn)行曝氣。在濾池中有機(jī)物被微生物氧化分解 ,NH4-N 被氧化成 NO3-N ,另外由于在生物膜內(nèi)部存在厭氧/兼氧環(huán)境 ,因此在硝化的同時能實現(xiàn)部分反硝化。在無脫氮要求的情況下 ,濾池底部的水可直接外排 ,一部分留作反沖洗之用 ；如果有脫氮要求 ,出水需進(jìn)入下一級后置反硝化柱 ,同時需外加碳源。一 般情況下在單 BIOCARBONE 濾池中不能同時取得理想的硝化 / 反硝化效果。 BIOCARBONE 工藝的缺點是負(fù)荷不夠高 ,且大量被截留的 SS 集中在濾池上端幾十厘米處 ,此處水頭損失占了整個濾池水頭損失的絕大部分。同時納污能力不強(qiáng) ,容易堵塞 ,運行周期短。 2.2BIOSTYR 工藝 BIOSTYR 工藝也是法國 OTV 公司的注冊工藝 ,是對原有BIOCARBONE 的一個改進(jìn) ,由于采用了新型輕質(zhì)懸浮填料 BIOSTYRENETM ( 主要成分是聚苯乙烯 ,且比重小于 1) 而得名 ,填料漂 浮在水中。經(jīng)預(yù)處理的污水與經(jīng)硝化的濾池出水按一定回流比混合后進(jìn)入濾池底部 ,在濾池中間進(jìn)行曝氣 ,根據(jù)反硝化程度的不同將濾池分為不同體積的好氧和缺氧部分。在缺氧區(qū) ,一方面 ,反硝化菌利用進(jìn)水中的有機(jī)物作為碳源 ,將濾池中的 NO3- N 轉(zhuǎn)化為 N2，實現(xiàn)反硝化；另一方面 ,濾料上的微生物利用進(jìn)水中的溶解氧和反硝化產(chǎn)生的氧降解BOD。同時 ,一部分 SS 被截留在濾床內(nèi) ,這樣便減輕了好氧段的固體負(fù)荷。經(jīng)過缺氧段處理的污水進(jìn)入好氧段 ,在此微生物利用氣泡轉(zhuǎn)移到水中的溶解氧進(jìn)一步降解 BOD ,硝化菌將NH4-N 氧化為 NO3-N，濾床繼續(xù)截留在缺氧段未被去除的SS。 相比 BIOCARBON, BIOSTYR 工藝有以下優(yōu)點 :(1) 濾頭布置在濾池頂部 ,不易堵塞 ,同時可從濾板上部直接拆卸 ,便于更換 ；(2)重力流反沖洗無需反沖泵 ,節(jié)省了動力 ；(3)硝化、反硝化可在同一池內(nèi)完成。 2.3 BIOFOR 工藝 BIOFOR 工藝是法國 SUEZ - 里昂水務(wù)下屬的 DEGREMONT 公司的一項專利技術(shù)。填料采用本公司研發(fā)BIOLITE ,解決了曝氣生物濾池的除磷問題，使曝氣生物濾池工藝達(dá)到更好的效果。 底部為氣水混合室 ,之上為濾板和專用長柄濾頭、承托層、濾料 ,曝氣器位于承托層內(nèi) ,提供微生物新陳代謝所需的養(yǎng)分。 BIOFOR 采用密度大于水的濾料 ,自然堆積 ,濾板和專用長柄濾頭在濾料層下部 ,以支撐濾料的重量。從下向上進(jìn)行過濾和反沖洗 ,兩者同向。 BIOFOR 一般需兩級或兩級以上串聯(lián)實現(xiàn)硝化和反硝化 ,兩者在兩個池內(nèi)分別進(jìn)行。 2.4 BIOPUR 工藝 BIOPUR 是瑞士 VA TA TECH WABAG Winterthur 研發(fā)的一種新型曝氣生物濾池 ,其填料采用規(guī)整波紋板和顆粒 載體 ,并可根據(jù)污水類型和進(jìn)、出水指標(biāo)結(jié)合不同的填料類型組合成不同的工藝。 進(jìn)水水流由 BIOPUR-DN 上部經(jīng)過波紋板填料之后進(jìn)入 BIOPUR - NK 的底部 ,污水在經(jīng)過陶粒填料處理后 ,利用自然水頭由 BIOPUR-NK 上部出水系統(tǒng)收集到出水渠進(jìn)入集水池后排放。同時空氣從 BIOPUR-DN 和 BIOPUR-NK 池的底部通入，延長了空氣和污水的接觸時間。 BIOPUR-NK 池的污水由下向上流動與污水中的懸浮物和脫落的生物膜形成逆流 ,更加有利于懸浮物和脫落的生物膜被截留在陶粒中 ,完成固液 分離的過程。由于生物膜生長快 ,并固著在比表面積較大、規(guī)整、水氣分布均勻的填料表面上 ,這就使得池中微生物量大、生物活性高、傳質(zhì)速度快 ,從而在容積負(fù)荷高、停留時間短的同時 ,又可使濾池在較低的污泥負(fù)荷下運行。為進(jìn)一步降解污水中難降解的有機(jī)污染物和嚴(yán)格控制出水水質(zhì)提供了可靠的保證。 2.5 BIOSMEDI 工藝 BIOSMEDI 是上海市政研究院的專利產(chǎn)品。對不同材質(zhì)的濾料進(jìn)行篩選 ,最后采用人工合成輕質(zhì)顆粒濾料 (粒徑一般在 3 5 mm)。它具有來源廣泛、濾料比表面積大、表面適宜微生物生長、價格 便宜、化學(xué)穩(wěn)定性好、密度較小等一系列優(yōu)點。 濾池采用混凝土池壁或鋼制 ,分四部分 :上部采用鋼筋混凝土蓋板 (可預(yù)制 ) 封頂 ,用于抵消濾料的浮力及運行時的阻力 ,在蓋板上安裝倒濾頭 ,濾頭可從頂部拆卸 ,便于清洗 ；濾池中部是濾料層 ,其厚度及濾料的大小可根據(jù)實際情況確定；濾層下部是穿孔排泥管及布?xì)夤?,在濾池旁 (也可在濾池下部 ) 增加一氣室；其底部通過連接通道與濾池主體相連 ,專門用于脈沖反沖洗。 3 曝氣生物濾池的效能 3.1 有機(jī)物和懸浮物的去除 曝氣生物濾池內(nèi)填料的物理吸附和過濾 截留作用以及生物膜的生物氧化作用決定了池內(nèi) SS 和有機(jī)物的高效去除 ,國內(nèi)外該領(lǐng)域的研究及應(yīng)用也充分證明了上述觀點。Pastorelli G.對中試規(guī)模的淹沒式生物濾池連續(xù)進(jìn)行 18 個月的試驗研究表明 BOD5 和 SS 去除率均大于 95%。 Gilbert Desbos 在研究 SS 和 COD 的去除率同濾速之間的關(guān)系時發(fā)現(xiàn) ,當(dāng)負(fù)荷的增大并不是因為進(jìn)水中更多的 SS,而是由于更高的流量和低停留時間時 ,去除效率是相當(dāng)穩(wěn)定的 ,總的 SS 去除率在80% 90%之間 ,而 COD 去除率在 70% 80%之間波動。 3.2 氨氮的去除 有關(guān) BAF 硝化性能的研究已得到越來越多研究者的重視 ,通過優(yōu)化運行參數(shù) BAF 的硝化效率已得到了明顯的提高。J.Cromphout 利用上向流曝氣生物濾池處理含氨的富營養(yǎng)化水時 ,在氣水比 11, 濾速 5.18m/h,溫度 10 以上條件下 ,硝化效率可達(dá) 100%。 R.Pujol 等通過對法國巴黎 Achresh 處理廠的上向流曝氣生物濾池兩年的研究認(rèn)為 ,在濾速 4 6m /h, 6 8 m /h, 8 10 m /h 運行條件下 ,當(dāng) NH3-N 的容積負(fù)荷為 1.15kg NH3-N /m3 d 時 ,曝氣 生物濾池氨氮去除率始終保持在 80% 100% ,濾速的提高不僅不是影響反應(yīng)器硝化速度的限制因素 ,反而會對硝化有積極的促進(jìn)作用。目前的研究表明 ,曝氣生物濾池的硝化性能與有機(jī)物濃度、溫度、停留時間等因素有密切的關(guān)系 ,因此硝化性能的研究有待進(jìn)一步的深入。 反硝化作用 ,由于曝氣生物濾池中存在厭氧和兼性微生物 ,使得反硝化得以進(jìn)行。 Pujol 研究認(rèn)為 ,反硝化最好采用外加碳源的辦法 ,在最佳濾速為 10 15 m /h 時 , 脫氮能力可達(dá)到 100%。 Pujol 還比較了前置反硝化和后置反硝化的優(yōu)劣 ,認(rèn)為反硝化 過程應(yīng)采用上向流的進(jìn)水方式進(jìn)行。 Chen 等研究生物過濾反應(yīng)器與活性污泥反應(yīng)器以及流化床的反硝化特性時 ,發(fā)現(xiàn)在不同水力條件下 ,反應(yīng)器內(nèi)微生物種群會發(fā)生一定的變化 ,但優(yōu)勢種群 桿菌屬基本穩(wěn)定。 3.3 磷的去除 單獨利用 BAF 的生物作用除磷是很難達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的 ,通常情況下需采取化學(xué)方法除磷。 Gon2calves 進(jìn)行曝氣生物濾池同步脫氮除磷的研究時發(fā)現(xiàn) ,進(jìn)水方式對磷去除效果影響不大。德國科隆污水處理廠采用曝氣生物濾池進(jìn)行的同步硝化除磷實驗表明 ,曝氣生物濾池除磷率可達(dá) 70% ,總磷可降至0.5mg/L。 Pak 等研究了利用 2 級生物濾池在交替好氧、厭氧條件下運行對污水中氮磷的去除情況 ,發(fā)現(xiàn)影響除磷的因素為COD/TP 值和水力停留時間 ,好氧過程中產(chǎn)生的硝酸鹽和亞硝鹽對磷的釋放有一定影響。從目前研究可知 ,單純采用曝氣生物濾池除磷效果較差 ,如何在濾池中創(chuàng)造良好的厭氧、好氧環(huán)境有待進(jìn)一步探討。 4 結(jié)論及展望 作為一種全新的污水生物處理技術(shù) ,曝氣生物濾池近年來已經(jīng)成為國內(nèi)外的研究熱點。自 20 世紀(jì) 80 年代末以來 ,各種不同形式的曝氣生物濾池不斷推出 ,許多已經(jīng)成功地應(yīng)用于水處理實際 ,取得了 很好的應(yīng)用效果。隨著現(xiàn)代生物檢測技術(shù)和納米測量技術(shù)的發(fā)展 ,有關(guān)曝氣生物濾池處理機(jī)理的研究將有望