新型曝氣生物濾池-Biostryr

1、新型曝氣生物濾池-Biostyr0前言現(xiàn)代曝氣生物濾池是在生物接觸氧化工藝的基礎(chǔ)上引入飲用水處理中過濾的思想而產(chǎn)生的一種好氧廢水處理工藝，70年代末80年代初岀現(xiàn)于歐洲，其突岀特點是在一級強化處理的基礎(chǔ)上將生物氧化與過濾結(jié)合在一起，濾池后部不設(shè)沉淀池，通過反沖洗再生實現(xiàn)濾池的周期運行。由于其良好的性能，應(yīng)用范圍不斷擴大，在經(jīng)歷了 80年代中后期的較大發(fā)展后，到90年代初已基本成熟。在廢水的二級、三級處理中，曝氣生物濾池（biological aerated filter,以下簡稱BAF）體現(xiàn)出處理負(fù)荷高、出水水質(zhì)好，占地面積省等特點。90年代以后，BAF的發(fā)展方興未艾，工藝形式不斷推陳出新，本

2、文要介紹的即是現(xiàn)代BAF的代表工藝之一Biostyr。1 Biostyr的結(jié)構(gòu)和原理Biostyr是法國OTV公司的注冊工藝，由于采用了新型輕質(zhì)懸浮填料 -BIOSTYRENE（主要成分是聚苯乙烯， 且比重小于1g/cm3）而得名。下面以去除 BOD、SS并具有硝化脫氮功能的反應(yīng)器為例說明其工藝結(jié)構(gòu)與基 本原理 1。1.1 基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，濾池底部設(shè)有進(jìn)水和排泥管，中上部是填料層，厚度一般為2.53m,填料頂部裝有擋板，防止懸浮填料的流失。擋板上均勻安裝有出水濾頭。擋板上部空間用作反沖洗水的儲水區(qū)，其高度根據(jù)反沖洗水頭而定，該區(qū)內(nèi)設(shè)有回流泵用以將濾池岀水泵至配水廊道，繼而回流到濾池底部實現(xiàn)

3、反硝化。填料層底部與濾池底部的空間留作反沖洗再生時填料膨脹之用。1配水廊道 2濾池進(jìn)水和排泥3反沖洗循環(huán)閘門4填料5反沖洗氣管6工藝空氣管7好氧區(qū)8缺氧區(qū)9擋板10出水濾頭 11處理后水的儲存和排岀回流泵13進(jìn)水管圖1 Biostyr濾池結(jié)構(gòu)示意 濾池供氣系統(tǒng)分兩套管路，置于填料層內(nèi)的工藝空氣管用于工藝曝氣，并將填料層分為上下兩個區(qū)：上部 為好氧區(qū)，下部為缺氧區(qū)。根據(jù)不同的原水水質(zhì)、處理目的和要求，填料層的高度可以變化，好氧區(qū)、厭 氧區(qū)所占比例也可有所不同。濾池底部的空氣管路是反沖洗空氣管。1.2 工作原理反應(yīng)器為周期運行，從開始過濾至反沖洗完畢為一完整周期，具體過程如下：經(jīng)預(yù)處理的污水 (主

4、要是去除 SS 以避免濾池頻繁反沖洗 )與經(jīng)過硝化后的濾池出水按照回流比混合后通過濾池進(jìn)水管進(jìn)入濾池底部，并向上首先流經(jīng)填料層的缺氧區(qū)。此時反沖洗空氣管處于關(guān)閉狀 態(tài)。缺氧區(qū)內(nèi)，一方面，反硝化細(xì)菌利用 進(jìn)水中的有機物作為碳源將濾池進(jìn)水中的NO3-N轉(zhuǎn)化為N2，實現(xiàn)反硝化脫氮。另一方面，填料上的微生物利用進(jìn)水中的溶解氧和反硝化過程中生成的氧降解BOD，同時，SS也通過一系列復(fù)雜的物化過程被填料及其上面的生物膜吸附 截留在濾床內(nèi)。經(jīng)過缺氧區(qū)處理的污水流經(jīng)填料層內(nèi)的曝氣管后即進(jìn)入了好氧 區(qū)，并與空氣 泡均勻混合繼續(xù)向上流經(jīng)填料層。 水氣上升過程中， 該區(qū)填料上的微生物利用氣泡中轉(zhuǎn)移到 水中的溶解氧進(jìn)

5、一步降解 BOD，濾床繼續(xù)去除SS,污水中的NHN被轉(zhuǎn)化為NO3-N，發(fā) 生硝化反應(yīng)。值 得指出的是，以SS形態(tài)被截留在濾床內(nèi)的可降解污染物以及被生物膜吸附的難降解有機物實際被降解吸收 的時間可接近一個運行周期，這一點有著很強的現(xiàn)實意義。流出填料層的凈化后廢水通過濾池?fù)醢迳系某?水濾頭排出濾池，出路分為： (1)排出處理系統(tǒng)外 ；(2)按回流比例與原污水混合進(jìn)入濾池實現(xiàn)反硝化；(3)用作反沖洗水 (在多個濾池并聯(lián)運行的情況下，當(dāng)某一個濾池反沖洗時，反沖洗水由其它工作著的濾池出水 共同提供 )。隨著過濾的進(jìn)行，由于填料層內(nèi)生物膜逐漸增厚，SS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

6、流量將得不到保證，此時即應(yīng)進(jìn)入反沖洗再生以去除濾床內(nèi)過量的生物膜及SS，恢復(fù)濾池的處理能力。依據(jù)不同的處理情況，濾池出水指標(biāo)(如SS)也可通過自控系統(tǒng)成為反沖洗的控制條件。反沖洗采用氣水交替反沖， 反沖洗水即為貯存在濾池頂部的達(dá)標(biāo)排放水， 反沖洗所需空 氣來自濾池底部的 反沖洗氣管。反沖再生過程如下： (1)關(guān)閉進(jìn)水和工藝空氣； (2)水單獨沖 洗； (3)空氣單獨沖洗；繼而 (2)、(3) 步驟交替進(jìn)行并重復(fù)幾次； (4)最后用水漂洗一次。反 沖洗水自上而下，填料層受下向水流作用發(fā)生膨 脹，填料層在單獨水沖或氣沖過程中，不斷 膨脹和被壓縮，同時，在水、氣對填料的流體沖刷和填料顆粒 間互相摩擦

7、的雙重作用下，生物膜、被截留吸附的 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 泥回流至濾池預(yù)處理部分的沉淀系統(tǒng)。 再生后的濾池進(jìn)入下一周期運行。由于正常過 濾與反 沖時水流方向相反，填料層底部的高濃度污泥不經(jīng)過整個濾床，而是以最快的速度通過池底排泥管離開濾池。客觀的講，反沖過程沒有太多的理論依據(jù)，基本是從再生效果考慮的，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，使濾池能滿足下一周期凈化處理要求。2 工藝特點Biostyr 工藝最初是為在污水的二級、三級處理中實現(xiàn)硝化、反硝化開發(fā)的，設(shè)計思想來自A/O 法。在具體工藝形式的實現(xiàn)中，該工藝抓住了 BAF 的

8、技術(shù)關(guān)鍵 -填料，并由此帶來了一系列的工藝特點。(1)采用新型填料。從化工原理的角度看，填料技術(shù)的改進(jìn)是對反應(yīng)器內(nèi)部構(gòu)造的改善，是加強傳質(zhì)、改善反應(yīng)器內(nèi)水力條件、生化反應(yīng)條件的基本手段，是提高負(fù)荷的根本途徑。在 BAF 工藝中，填料一方面起著生物載體的作用，為生物膜提供良好的生長環(huán)境，另一方面也起著過濾的作用。事實上， BAF 性能的優(yōu)劣很大程度上取決于填料的特性。Biostyr采用的是比重小于水的球形有機填料，粒徑3.55mm 2，具有較好的機械強度和化學(xué)穩(wěn)定性，在為微生物提供生長環(huán)境、截留SS、促進(jìn)氣水均勻混合等方面有一定優(yōu)勢。目前，用于BAF的填料有許多種,BAF的另一代表形式BIOFO

9、R使用的Biolite膨脹硅鋁酸鹽，屬于沉沒填料(sunken media)。相比之下，Biostyrene易于反沖洗, 處理能力、延長運行周期，減少反沖洗水量創(chuàng)造了條件。結(jié)合其具體的運行方式，就為Biostyr擁有高的目前有資料表明，懸浮填料在截留SS、降解COD等方面要優(yōu) 于沉沒填料34表1 Biostyr試驗裝置用于二級處理中的試驗記錄5檢測指標(biāo)反應(yīng)器進(jìn)水反應(yīng)器岀水廢水排放指標(biāo)備注總 COD(mg/L)32444901.反應(yīng)器進(jìn)水為經(jīng)過斜板沉淀的市 政污水2.HRT 小于 2h3. 在滿足脫氮的前提下，COD負(fù)荷可達(dá) 10kg/(m 3d)4. 17C、NH3-N 負(fù)荷為 1kg/(m3

10、 d)的條件下，NH3-N去除率達(dá)95%;NO3-N負(fù)荷為1.5kg/(m3 d)(以缺氧區(qū)計)時，NO&N去除率75%溶解性COD(mg/L)1723230(BOD 5)SS(mg/L)1051230TKN(mg/L)40510NOx-N(mg/L)-910(2)試驗研究表明，濾池內(nèi)微生物濃度大，活性高，結(jié)合具體的運行方式，Biostyr處理負(fù)荷高，岀水水質(zhì)優(yōu)，性能穩(wěn)定。廢水先流經(jīng)缺氧區(qū)，不但提供反硝化所需的碳源，還有部分 BOD被異養(yǎng)微生物降解掉，降低了進(jìn)入曝氣區(qū)的污染負(fù)荷，達(dá)到了好氧區(qū)內(nèi)降低曝氣量、為硝化創(chuàng)造條件的目的 5。硝化過程得益于生物膜法的特點，擺脫了因硝化細(xì)菌世代期長而造成的泥

11、齡限制。填料對水流的阻力，保障了水流的均勻分布，創(chuàng)造了濾池內(nèi)半推流的水力條件以及較好的傳質(zhì)條件。水氣平行向上流動，促進(jìn)了氣水的均勻混合，避免了氣泡的聚合，有利于降低能耗，提高氧轉(zhuǎn)移效率。表1是F.Rogalla等人將B iostyr試驗裝置應(yīng)用于二級處理中的試驗記錄，從中可對Biostyr的性能有定量的了解。占地省，投資少。這一點是由于Biostyr的高處理能力，加上濾池易于規(guī)范化設(shè)計，故工程結(jié)構(gòu)緊湊。此外，濾池運行過程中，原污水以及反沖洗污泥從不暴露于外部，所以本工藝在處理系統(tǒng)外觀、減少不良?xì)馕兜拳h(huán)境方面有著好的表現(xiàn)。(4) 運行靈活，管理方便。Biostyr工藝一般具有自動化程度較高的控制

12、系統(tǒng)，濾池的過濾、反沖洗均可有保障的進(jìn)行。實際工程中，對于多格濾池的情形，Biostyr的運行可類似于給水處理中的虹吸濾池，當(dāng)某一格濾池反沖洗，乃至檢修時，濾池系統(tǒng)自身發(fā)生調(diào)節(jié)，而不影響整個處理系統(tǒng)。(5) 工藝流程簡單Biostyr工藝將BOD降解、硝化、反硝化集于一個處理單元內(nèi)，簡化了工藝流程。在工藝流程上，具備預(yù)處理系統(tǒng)、不設(shè)置二沉池是以BAF為核心的處理系統(tǒng)的特點，Biostyr也不例外。由 此也導(dǎo)致了一些不足之處。（6）增加日常藥劑費用。為了使濾池能以較長的周期運行，減少反沖次數(shù)，降低能耗，須對濾池進(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理以降低進(jìn)水中的 SS,尤其是濾池用于二級處理的情況下，往往須投加藥劑才能

13、達(dá)到這一要求。藥劑 的使用不僅僅增加運行費用，許多藥劑還將降低進(jìn)水的堿度，進(jìn)而影響反硝化，當(dāng)然，BAF用于三級處理時，由于濾池進(jìn)水來自二級處理的沉淀池，所以這一矛盾并不突岀。目前，水處理工作者正在從事如何利用自控系統(tǒng)有效控制加藥量的研究 67。（7）污泥量相對較大，污泥穩(wěn)定性較差。對好氧生物處理來講，負(fù)荷越高，單位體積處理能力越強，產(chǎn)生的生物體越多，再加上濾池中截留的大量SS,無疑增加了污泥的產(chǎn)量。當(dāng)然，減少反沖洗水量會降低污泥體積，這也就提岀了在保證反沖效果的前提下，如何提高反沖效率的問題。濾床中截留的SS有許多屬于可生物降解的，但在過濾運行后期，由于來不及被降解而經(jīng)反沖洗轉(zhuǎn)化為反沖洗污泥，

14、成為降低污泥穩(wěn)定性的因素之一。3 應(yīng)用Biostyr工藝在歐美應(yīng)用較為普遍，而且許多集中在處理廠用地緊張、岀水水質(zhì)要求高的地方。對于已實現(xiàn)有機碳降解、硝化的處理廠，該工藝可在外加有機碳源的情況下，完成反硝化8。也可對只進(jìn)行有機碳降解的二級處理廠進(jìn)行升級，達(dá)到脫氮的水平。在具備一級強化處理的條件下，該工藝又能完全勝任工 業(yè)廢水、市政污水的二級處理。此外，與化學(xué)混凝沉淀結(jié)合，還能有效除P。從功能上講，在去除廢水中BOD、SS以及硝化、脫氮等方面，該工藝已經(jīng)系列化7，通過具體工藝形式的改變（是否設(shè)置回流、改變工藝空氣管在濾池內(nèi)的高度以及曝氣量等），Biostyr即可單獨實現(xiàn)去除SS和降解BOD、完成

15、硝化和反硝化的功能。表2記錄了 Biostyr在丹麥的幾個運行實例。表2丹麥Biostyr的運行實例（所有處理廠Biostyr的預(yù)處理中均投加FeCI3用于除P）9處理廠NyborgHobroFrederikshavn處理目的硝化反硝化硝化Biostyr反硝化硝化反硝化污水性質(zhì)城市污水（含50%工業(yè)廢 水）（Biostyr城市污水（含40%工業(yè)廢水）城市污水（含 20%工業(yè)廢 水）設(shè)計流量（m3/d）13000910010100濾速(m/h)1.12.213COD 負(fù)荷(kg/(m d)2.42.22.3濾池面積（m2）504168441好氧區(qū)高度/缺氧區(qū)高度（m）1.5/1.02.4/0.6

16、2.1/0.9(后置DN濾床深3.0m)回流比(%)300100200反硝化碳源甲醇乙醇-甲醇(1996.1以后)甲醇NH 3-N1.80.350.9NO2/NO3-N4.61995.8.1 1996.9.1的數(shù)據(jù)-1995.6 的數(shù)據(jù)3.9出水 水質(zhì)(mg/L)TN1994官方 數(shù)據(jù)6.56.34-TP0.8流量為38350m3/d0.06流量為36979m3/d-COD7(BOD 5)3858.5SS1175.9備注：Hobro和Frederikshavn處理廠的Biostyr只部分 地完成反硝化，其余的反硝化由其他反硝化裝置(仍是生物濾池)完成Biostyr目前在國內(nèi)尚無工程應(yīng)用，但值得

17、一提的是，大連市引進(jìn)BAF的另一工藝形式-BIO FOR工藝成為國內(nèi)研究開發(fā)BAF新的契機，與之相關(guān)的填料技術(shù)的進(jìn)展也已取得一定成果。從動態(tài)的角度看，隨著我國對現(xiàn)代BAF試驗與開發(fā)的進(jìn)展，該工藝的各個工程環(huán)節(jié)-各類填料、自控系統(tǒng)、運行方式等諸多方面必將會有不同程度的突破，生物膜的作用機理的研究也將以這一較新的工藝形式為載體逐步深入。4 結(jié)論Biostyr是現(xiàn)代BAF的代表工藝之一，具有處理負(fù)荷高、出水水質(zhì)優(yōu)、占地省等特點，而且功能完善，一定 程度上體現(xiàn)了生物膜法好氧處理的本質(zhì)。參考文獻(xiàn)1 F Rogalla,et al. Upscaling a compact nitrogen removal

18、 process. Wat Sci Tech,1992,26(5 6):1067 10762 F Rogalla,et al. High rate aerated biofilters for plant upgrading. Wat Sci Tech,1994,29(12):207 2163 Allant Mann,et al. Performance of floating and sunken media biological aerated filters under unsteady stateconditions. Wat Res,1999,33(4):1108 11134 Allant Mann,et al. A comparison of floating and sunken media biological aerated filters for nit