曝氣生物濾池的原理及工藝[共4頁]

1、精心整理曝氣生物濾池的原理及工藝摘要：曝氣生物濾池（BAF）是近年發(fā)展起來的一項廢水好氧生物處理的新工藝。介紹了上向流和下向流曝氣生物濾池的基本工作原理。相比較傳統(tǒng)的活性污泥法,曝氣生物濾池具有處理能力強、處理效果好、受氣溫影響小、耐沖擊負荷、不需二沉、工藝流程簡單和菌群結(jié)構(gòu)合理等優(yōu)點。分析了國內(nèi)外典型曝氣生物濾池處理工藝的特點及應(yīng)用。并討論了曝氣生物濾池工藝運用中的預(yù)處理及除P脫N等關(guān)鍵技術(shù)。該工藝在我國具有廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：曝氣生物濾池；除磷脫氮；生物膜；預(yù)處理Working principle and technology of BAFWangxin,Abstract: The B

2、iological Aerated Filter (BAF) in recent years developed an aerobic biological treatment of waste water of the new technology. Introduced to the stream and flow to the BAF's basic working principle. Compared to conventional activated sludge, BAF has a strong capacity to deal with good results, t

3、he effects of small temperature resistance, impact load, no two Shen, a simple process and the flora a reasonable structure of the advantages. Analysis of a typical home and abroad BAF process and the characteristics of the application. And discussed the BAF technology and the use of pre-N in additi

4、on to P from the key technology. The process in our country will be widely applied.Key words: biological aerated filter; removel of P and N; biofilm；pretreatment我國執(zhí)行的污水綜合排放標準（GB8978-1996）,對除P脫N提出了較高要求。而現(xiàn)有城市污水處理中的活性污泥法難以達到該目標。為此,必須建立新的污水廠或?qū)ΜF(xiàn)有污水廠進行改造,使之具有除P脫N功能。同時,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

5、至建在城區(qū),因此,污水廠的土地使用受到嚴格的限制。傳統(tǒng)的污水處理廠不可避免地要產(chǎn)生異味和噪音。由于以上諸多客觀需求,必須尋找新的污水處理技術(shù)。實踐表明,淹沒式曝氣生物濾池（BAF）工藝是最為經(jīng)濟有效的除P脫N處理方法之一。 BAF(Biological Aerated Filer)技術(shù)最早由法國CGE（Compaguine Generele des Eanx）公司所屬的OTV（LOmnium de Fraitements et de Valorisation）公司開發(fā)。目前,在歐美、日本等地已有數(shù)百座大小各異的污水處理廠采用了BAF技術(shù)。我國已經(jīng)有多個示范工程,從BAF工藝的開發(fā)到日趨成熟,國

6、內(nèi)外出現(xiàn)了多種基于BAF技術(shù)的水處理工藝。我們針對國家污水綜合排放標準（GB8978-1996）就如何運用BAF水處理方案進行了探討。1 BAF技術(shù)的基本工作原理和工藝特點1.1 BAF基本工作原理BAF工藝類型和操作方式有多種,各具特點,但其基本原理是一致的。曝氣生物濾池處理污水的原理是反應(yīng)器內(nèi)填料上所附生物膜中微生物氧化分解作用,填料及生物膜的吸附阻留作用和沿水流方向形成的食物鏈分級捕食作用以及生物膜內(nèi)部微環(huán)境和厭氧段的反硝化作用。BAF水流流向主要分為下向流和上向流,其中下向流以O(shè)TV公司的BIOCARBONE工藝為代表；上向流以O(shè)TV公司的BIOSTYR工藝為代表。BIOSTYR 和B

7、IOCARBONE 工藝示意圖見圖1 。圖1 BIOSTYR 和BIOCARBONE 工藝 BAF反應(yīng)器為周期運行,從開始過濾到反沖洗完畢為一個完整的周期。具體過程如下：在BIOCARBON工藝中,經(jīng)預(yù)處理的污水從濾池頂部進入,在濾池底部進行曝氣,氣水處于逆流。在反映其中,有機物被微生物氧化分解,NH3-N被氧化成NO3-N,另外由于在生物膜的內(nèi)部存在厭氧/兼氧環(huán)境,在硝化的同時實現(xiàn)部分反硝化。在無脫N要求的情況下,從濾池底部的出水口直接排出系統(tǒng),一部分留做反沖洗之用,如果有脫N的要求,出水需進入下一級后置反硝化柱,同時需外加碳源,因為內(nèi)環(huán)境反硝化不能使出水TN達到排放要求。隨著過濾的進行,由

8、于填料表面新產(chǎn)生的生物量越來越多,截留的SS不斷增加,在開始階段水頭損失增加緩慢,當固體物質(zhì)積累達到一定程度,堵塞濾層的上表面,并且阻止氣泡的釋放,將會導(dǎo)致水頭損失很快到達極限,此時應(yīng)立即進入反沖洗再生,以去除濾床內(nèi)過量的生物膜及SS,恢復(fù)處理能力。反沖洗采用氣水聯(lián)合反沖,反沖洗水為經(jīng)處理后達標水,反沖空氣來自于地部單獨的反沖氣管。反沖時關(guān)閉進水和工藝空氣,水氣交替單獨反沖,最后用水漂洗。濾層有輕微的膨脹,在氣水對填料的流體沖刷和填料間相互摩擦下,老化的生物膜和被截留的SS與填料分離,沖洗下來的生物膜及SS在漂洗中被沖出濾池,反沖洗污泥回流至預(yù)處理部分。由于正常過濾和反沖時水流方向相反,使填料

9、層頂部的高濃度污泥不經(jīng)過整個濾床,而是以最快的速度離開濾池,這對保證濾池的出水是有利的。在BIOSTYR工藝中,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入濾池底部。在濾層中進行曝氣,曝氣系統(tǒng)將濾池分為好氧和缺氧兩部分。在缺氧區(qū),一方面反硝化菌利用進水中的有機物作為碳源,將濾池中的NO3-N轉(zhuǎn)化為N2,實現(xiàn)反硝化。另一方面,填料上的微生物利用進水中的溶解氧和反硝化產(chǎn)生的氧降解BOD,同時,一部分SS被吸附截留在濾床內(nèi),這樣便減輕了好氧段的固體負荷。經(jīng)過缺氧段處理的污水然后進入好氧段,好氧段的微生物利用從氣泡轉(zhuǎn)移到水中的溶解氧進一步降解BOD,硝化菌將NH3-N氧化為NO3-N,濾床繼

10、續(xù)截留在缺氧段沒有被除去的SS。流出濾層的水經(jīng)上部濾頭排除濾池,出水按需求分為：（1）排出處理系統(tǒng)；（2）按回流比與原水混合進行反硝化；（3）用作反沖洗水。隨著過濾的進行,濾層中新產(chǎn)生的生物膜和SS積累不斷增加,水頭損失與時間呈線性正相關(guān)。當水頭損失達到極限水頭損失時,應(yīng)及時進入反沖洗以恢復(fù)濾池的處理能力。由于在BIOSTYR工藝中沒有形成表面堵塞層,使得BIOSTYR工藝比BIOCARBONE工藝運行時間要長。反沖時也為氣水交替反沖,反沖洗水即為貯存在濾池頂部的達標排放水,反沖空氣來自底部的反沖洗氣管,反沖水自上而下。其反沖過程基本類似于BIOCARBONE工藝。兩者的反沖過程沒有太多的理論

11、依據(jù),但必須把握以下原則：既要恢復(fù)過濾能力,又要保證填料表面仍附著有足夠的生物體,使濾池滿足下一周期凈化處理要求。從BIOCARBONE到BIOSTYR工藝的運用是一個逐步發(fā)展的過程,該技術(shù)的關(guān)鍵是采用了一種特殊的填料（密度為0.8g/cm3左右的有機填料）。相比而言,BIOSTYR工藝有如下優(yōu)點：（1）重力流反沖洗無需反沖泵,節(jié)省了動力；（2）濾頭布置在濾池頂部,與處理水接觸不易堵塞,便于更換；（3）硝化/反硝化在同一池內(nèi)完成。1.2 BAF的工藝特點與活性污泥法相比,具有以下特點：（1）具有更高的生物濃度和更高的有機負荷。BAF中采用的粗糙多孔的粒狀填料為微生物提供了更佳的生長環(huán)境,易于掛

12、膜及穩(wěn)定運行,可在填料表面保持較多的生物量,單位體積內(nèi)微生物量遠遠大于活性污泥中的微生物量（可達1015g/L）。高濃度的微生物量使得BAF的容積負荷增大,進而減少了池容積和占地面積,使基建費用大大降低。（2）占地面積小。由于在BAF反應(yīng)器中,處理效果與填料高度成正相關(guān),因此可以通過增加填料高度來減少占地面積。（3）工藝簡單,基建費用低。由于填料的機械截留作用以及濾料表面的微生物和代謝中產(chǎn)生的粘性物質(zhì)形成的吸附架橋作用,因此,可省去二沉池,進而降低基建費用,在穩(wěn)定運行情況下,去除SS的機理類似于普通快濾池,只要沒有發(fā)生穿透,出水SS均較為理想。（4）受氣溫影響小。由于BAF濾池為半封閉或全封閉

13、構(gòu)筑物,其生化反應(yīng)受外界溫度影響較小,因此適合于寒冷地區(qū)進行污水處理。（5）菌群結(jié)構(gòu)合理。傳統(tǒng)的活性污泥法,微生物的分布相對均勻,而在BAF中從上到下形成了不同的優(yōu)勢生物菌種,因此使得除C、硝化/反硝化能在同一個池子中發(fā)生,簡化了工藝流程。（6）耐沖擊力強。BAF濾池對有機負荷、水力負荷、溫度的變化不像活性污泥法那么敏感。2 國內(nèi)外典型的BAF組合工藝及特點 按照污水處理要求不同,可將BAF工藝分為以下幾類：除C/硝化工藝；C/硝化/反硝化工藝；除C/除P/脫N工藝。2.1 除C/硝化工藝圖2為某設(shè)計院設(shè)計的試驗工程,原水經(jīng)過預(yù)處理,進入BAF濾池實現(xiàn)除C和硝化,在該工藝中,由于生物膜厭氧內(nèi)環(huán)

14、境的存在,對TN有一定的去除率,但TN不是控制指標,適用于對NH3-N排放有要求的工藝。當進水固體雜質(zhì)較多時,初級處理建議采用水解,這樣可減少初級處理的產(chǎn)泥量。 圖2 水解- BAF工藝2.2 除C/硝化/反硝化工藝圖3的工藝為基于A/O的原理對圖2工藝的改進。因為在圖2工藝中未涉及對TN的要求,如果對TN排放有限制,只需將出水的一部分回流到前段水解池便可以實現(xiàn)反硝化,實現(xiàn)脫N目的,通?；亓鞅萊為100% 300%。圖4的工藝將硝化和反硝化分別在兩個濾池中進行,該工藝操作方便運行可靠,但必須外補充碳源供反硝化之用,并且外加碳源的量必須嚴格控制,外加碳源過少,反硝化不徹底,TN排放不能達標；外加

15、碳源過多,出水COD難以達標。因此建議適當多加碳源,但必須再出水中將DO質(zhì)量濃度維持在2 4mg/L,以防止出水COD超標。圖5的工藝中將BAF作為三級處理,實現(xiàn)脫N的目的,該工藝采用BIOSTYR工藝,代表性的有法國GERGY污水廠。該廠處理流量為40,000m3/d,進出水水質(zhì)見表1。 圖3 水解- BAF硝化工藝 圖4 兩端后置脫N工藝 圖5 BAF三級處理工藝 表1 GERGY污水廠進出水水質(zhì) mg/L 項目 進水 出水 COD SS BOD5 TKN 670 350 350 350 <60 <20 <25 <10運行時,對曝氣池出水水質(zhì)需加控制以確保有充足的反

16、硝化碳源。如果要實現(xiàn)出水P排放達標,可在斜沉池前加入化學(xué)除P劑便可。該工藝可作為我國部分污水處理廠的擴建工藝,使出水TN達標排放。2.3 除C/除P/脫N工藝圖6的工藝適用于進水雜質(zhì)SS濃度很高的原水。BAF為中間曝氣,利用進水的碳作為反硝化碳源,減輕了好氧段的負荷,節(jié)省了用地面積,同時后處理除P可保證BAF池中有充足的P營養(yǎng)源。該工藝中BAF為上向流,國外用得較多的為BIOSTYR工藝。圖7的工藝將硝化和反硝化分別在兩個不同濾池中進行,仍具有單段前置脫N的許多優(yōu)點,同時,操作比單池脫N穩(wěn)定可靠,但該工藝投資及占地面積較大。在混沉池中加入化學(xué)出P劑,實現(xiàn)除P目標。該工藝進水雜質(zhì)、SS濃度不宜過

17、大,否則混沉池的排泥將成為問題。同時要保證BAF池生化反應(yīng)所需的P營養(yǎng)源。圖8的工藝中在預(yù)沉池中投加化學(xué)除P劑實現(xiàn)化學(xué)除P,除C、硝化、反硝化分別在三個濾池中進行,BAF池均為BIOSTYR工藝,外加碳源進行后置脫N。由于各濾池相對獨立,各自的處理目的明確,因此運行穩(wěn)定性和處理效果好。雖然池數(shù)較多,但可以將大部分的池容埋于地面以下。只要設(shè)計合理仍可做到節(jié)約用地,特別是該工藝的雨水處理技術(shù)值得在設(shè)計中進行借鑒。法國塞納中心COLOMBES污水廠為該工藝的典型代表。該廠的設(shè)計流量為240,000m3/d,進出水水質(zhì)見表2。圖6 前置脫N- 后續(xù)化學(xué)除P工藝 圖7 兩段前置脫N工藝 圖8 三階段除P

18、脫N工藝 表2 COLOMBES污水廠進出水水質(zhì) mg/L項目進水旱季排放雨季排放COD SSBOD5NH3-N TKNTP600360240406016<602025<8101<803030<1215該工藝適用于大水量、運行穩(wěn)定要求高的生活污水處理。 圖9 兩段曝氣BAF工藝圖9的工藝與常規(guī)兩段曝氣生物濾池的最大不同在于,一般除C在硝化池,而在這里除C與反硝化同處一池,硝化池只是作為除C的可靠保證。在該工藝中硝化池和反硝化池均需進行曝氣。進水從BAF DN池上部經(jīng)填料后進入BAF N池的底部,然后從BAF N池上部出水。空氣從BAF DN的底部通入形成逆流,增大了氣水

19、接觸面積,有利于氧的轉(zhuǎn)移,有利于發(fā)揮表面生物膜的氧化降解作用。反硝化作用主要利用BAF DN池中氧下多上少的分布在頂部實現(xiàn)反硝化。BAF N池中進行曝氣為出水COD達標提供了更可靠的保證。如對P有更高的要求,可在BAF N池進水端投加Fecl3。該工藝可以處理生活污水、含高濃度COD的有機工業(yè)廢水,也可用于廢水的深度處理。其運行參數(shù)見表3。 表3 兩段曝氣BAF運行參數(shù)參數(shù)BOD處理負荷/（kg·d-1·m-3）HRT/h氣、水比指標2 100.5 1（2 3）：1參數(shù)除P脫N生物反應(yīng)器體積污泥量/(kg·m-3)指標強活性污泥法的1/203 102.4 工藝的技

20、術(shù)評價 縱觀以上工藝,流程非常簡單,但能使出水達到處理要求,這是由BAF濾池本身固有的性質(zhì)決定的。每個工藝主要有以下兩部分構(gòu)成：預(yù)處理（沉淀或水解）+BAF。根據(jù)出水是否有脫N的污水,如果有進水碳源充足可考慮選擇上向流前置脫N,這樣既可以縮短流程（減少占地面積）,同時又可以節(jié)省投資。如果進水碳源不充分,最好將硝化/反硝化單獨進行,考慮后置脫n,其最為不利的一面是需要外加碳源,運行成本相對較高。另一個最大的問題是如何投加適當劑量的碳源,這需要可靠的自動控制、穩(wěn)定的進水濃度,同時,出水需要進行曝氣用于去除過量的碳。但后置脫N一旦進入正常運行,出水水質(zhì)穩(wěn)定,同時操作也較為簡單。BAF除P工藝主要有兩

21、種：前置除P和后置除P。如果進水固體雜質(zhì)較少,可選前置除P。如果進水固體雜質(zhì)較多則最好選擇后置除P,除P劑一般用Fecl3較為經(jīng)濟合理。表4為同時進行硝化/反硝化的BIOSTYR濾池常用設(shè)計參數(shù)。 表4 BIOSTYR常用設(shè)計參數(shù)處理目的污水性質(zhì)濾速/(m·h-1)COD負荷/(kg·m-3·d-1)NH3-N負荷/(kg·m-3·d-1)硝化/反硝化城市污水為主1 2.22 5.5<1.1單池面積/m2好氧區(qū)高度/缺氧區(qū)高度回流比/%氣水比<1001.5/1.04.0/1.0100 300（1 3）：13 BAF運行控制的影響因素

22、3.1 濾料濾料是生物膜的載體,兼有截留懸浮物質(zhì)的作用。同時濾料作為曝氣生物濾池的核心組成部分,影響著曝氣生物濾池的發(fā)展。曝氣生物濾池發(fā)展過程一次形成的3種不同的形式,采用的濾料各不相同：BIOCARBONE采用的是石英砂粒；BIOFOR采用的是輕質(zhì)陶粒；BIOSTYR采用的則是密度比水小的聚苯乙烯球形顆粒。國外的實際運行表明,BIOFOR和BIOSTYR明顯優(yōu)于BIOCARBONE。因此,曝氣生物濾池的性能優(yōu)劣很大程度上取決于濾料的特性,濾料的研究和開發(fā)在曝氣生物濾池工藝中至關(guān)重要。濾料的粒徑對曝氣生物濾池的運行有重要的影響。Moore等研究發(fā)現(xiàn)隨著曝氣生物濾池內(nèi)濾料尺寸的減小,可以提高反應(yīng)

23、器對底物的去除效率,但會增加反沖洗的需求。肖文勝在單級BIOFOR中,使用不規(guī)則形狀頁巖及球形粘土陶粒作填料處理生活污水,試驗結(jié)果表明,它們對CODcr、SS的去處均能達到滿意效果,對CODcr,二者處理效果接近,對NH3-N和SS的去除,不規(guī)則頁巖比陶粒效果略好一點,但差別不大。3.2 反沖洗隨著懸浮物的截留和生物膜的增長,對曝氣生物濾池進行反沖洗是必須的,以便將老化的生物膜和截留的懸浮物沖洗除去。張杰等對小規(guī)模的曝氣生物濾池的研究表明,脈沖反沖洗的效率遠大于氣-水連續(xù)反沖洗；擴展流池型曝氣生物濾池比均勻流池型曝氣生物濾池易于洗凈和生物濾層的恢復(fù)。擴展流曝氣生物濾池脈沖氣流強度為8 10L/

24、（m2·s）,連續(xù)水沖強度為2 4L/（m2·s）,反沖洗時間為5min。李玉華等采用氣浮-曝氣生物濾池工藝處理哈爾濱某棉紡廠印染廢水的試驗結(jié)果表明曝氣生物濾池采用氣-水聯(lián)合反沖的效果較好,得出最佳水沖強度為5 7L/（m2·s）、氣沖強度為13 17L/（m2·s）,反沖洗時間為15min,反沖洗周期為24h。3.3 氣水比氣水比是影響生物膜生長和出水效果的重要因素。在好氧處理工藝中需氧量是工業(yè)控制的主要指標。生物膜的量,微生物的代謝能力和代謝過程,有機物的去處動力,出水有機物的濃度,均與氧的供給密度相關(guān)。通常,用于硝化的BAF-C/N需要較高的氣水比

25、,而僅需碳化的BAF-C可采用較低的比值。應(yīng)用BIOSTYR進行硝化的研究表明,去除1kgNH3-N所需的供氣量為70m3。劉金香等在對沸石-陶粒曝氣生物濾池處理微污染水源水的試驗研究中指出：當氣水比為0.5時,出水中溶解氧的質(zhì)量濃度為2 3mg/L,CODMn的平均去除率為26.34%,氨氮的平均去除率為78.15%；當氣水比增大為1時,出水中DO的質(zhì)量濃度為5 7mg/L,CODMn的平均去除率上升為36.31%,氨氮的去除率上升為94.4%；而氣水比增大為2時,CODMn、氨氮的去除率沒有明顯增加。3.4 水力負荷水力負荷的大小以多種方式影響曝氣生物濾池的凈化效果。水力負荷的大小直接關(guān)系

26、到水在曝氣生物濾池中與濾料上生物膜的接觸時間。從水力停留時間（HRT）來考慮,微生物對基質(zhì)的降解需要一定的接觸反應(yīng)時間作保證。水力負荷愈小,水與濾料接觸時間愈長,處理效果愈好,反之亦然。但是HRT與工程造價密切相關(guān),在滿足處理要求的前提下,應(yīng)盡可能減少HRT。王立立等采用以球形輕質(zhì)陶粒作為填料的曝氣生物濾池對南方特有的低濃度生活污水進行試驗,研究發(fā)現(xiàn)在低曝氣條件下,當水力負荷在0.7 1.7m3/（m2· h）范圍變化時,CODcr的去除率呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,而氨氮的去除率則受水力負荷的變化影響較小。4 討論 4.1 預(yù)處理為了使濾池能有較長的運行周期,減少反沖次數(shù)降低能耗,運用

27、BAF的工藝都需對水進行預(yù)處理,否則原水中的大量雜質(zhì)和SS將進入曝氣濾池,將會堵塞曝氣、布水系統(tǒng),給系統(tǒng)的運行帶來嚴重的后果。尤其是濾池用于二級處理時,往往需投加藥劑才能達到這一要求,藥劑的使用不僅增加了運行費用,部分藥劑還降低堿度,進而影響反硝化,這是運用BAF工藝時需要考慮的問題。4.2 除P脫N在生物除P技術(shù)中,將脫N和除P相結(jié)合的系統(tǒng)對除P不利,因為除P脫N本身是一對不可調(diào)和的矛盾,如果DO太低,除P率會下降,硝化反應(yīng)受到限制,污泥沉降性能差,如果DO太高,則由于回流厭氧區(qū)DO增加,反硝化受到限制,同時NO3-N的濃度可影響厭氧區(qū)P的釋放。因為,P的釋放最好為厭氧環(huán)境,如果有NO3-N存在就表明只能為兼氧環(huán)境。從目前的BAF運行工藝看,完全用生物除P是很難達到排放標準的