曝氣生物濾池BIOSTYR

1、曝氣生物濾池BIOSTYR(r)幾十年來(lái)，在污水處理領(lǐng)域，活性污泥法無(wú)疑是一種被廣泛使用并有良好效果的污水生物處理技術(shù)。但是隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，城市規(guī)模擴(kuò)大以及人類對(duì)居住環(huán)境的日益重視，活性污泥法的不足越來(lái)越突出地顯現(xiàn)在人們的眼前。 占地巨大 人口的不斷膨脹使城市變得擁擠，許多城市土地稀缺，而采用活性污泥法的污水處理廠動(dòng)輒幾公頃，甚至幾十公頃的占地?zé)o疑成為一種制約。環(huán)境惡劣 巨大的污水處理構(gòu)筑物大面積暴露在大氣之中，極易產(chǎn)生臭氣污染，周圍居民無(wú)法忍受。因此，越來(lái)越多的居民拒絕與污水處理廠為鄰。性能不穩(wěn)定 由于是一種懸浮狀態(tài)的微生物膠團(tuán)，活性污泥的濃度通常在6000毫克/升以下，外界環(huán)境（溫度，

2、污染物濃度等）極易對(duì)處理效果產(chǎn)生影響，甚至造成污泥膨脹，使處理水質(zhì)惡化。上世紀(jì)八十年代，一種針對(duì)以上問題研發(fā)出來(lái)的新的污水處理技術(shù)首先在法國(guó)得以運(yùn)用，這就是“淹沒式固定生物膜曝氣濾池”。法國(guó)OTV公司在淹沒式固定生物膜曝氣濾池領(lǐng)域擁有近20年的工程設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，并且在世界各地建設(shè)了100多座類似工藝的污水處理廠，其中一種工藝便是BIOSTYR(r)生物濾池。BIOSTYR(r) 則是一種經(jīng)過(guò)改良的新一代上向流曝氣生物濾池。它既可以用于污水的二級(jí)處理，也可以用于處理出水需要回用等其它要求的污水深度處理，并且能夠達(dá)到很高的排放水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。 基本結(jié)構(gòu)BIOSTYR(r)工藝是一種淹沒式上向流生

3、物濾池，其濾料為比重小1的球形顆粒并漂浮在水中，我們稱之為BIOSTYRENETM。每個(gè)生物濾池單元包括：*進(jìn)水管和位于濾池底部的配水渠(同時(shí)可用于反沖洗水的排除)；*兩條空氣第(管孔管)，一條用于工藝曝氣，一條用于氣反沖洗；在硝化/反硝化反應(yīng)時(shí)用兩條管道，在單一硝化反應(yīng)時(shí)曝氣和反沖洗為同一條管道；*33.5米的濾料層，濾料表面附著大量的微生物；*濾池頂部有混凝土濾板，防止濾料的流失；*濾板上安裝有濾頭，用于濾池出水。 工藝原理根據(jù)曝氣管道位置的不同設(shè)置可以控制硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)的程度，也可以單獨(dú)進(jìn)行硝化反應(yīng)或反硝化反應(yīng)。具有硝化和反硝化功能的BIOSTYR生物濾池，其曝氣管位于濾床中的經(jīng)過(guò)

4、計(jì)算的位置，將濾床分隔為下部厭氧區(qū)和上部好氧區(qū)，它可以去除所有可降解的污染物，含碳污染物(COD和BOD)，懸浮物(SS)，氨氮和硝酸鹽(即總氮)，反沖洗氣管位于濾池底部。對(duì)于通常的僅需要進(jìn)行硝化反應(yīng)(對(duì)氨氮有要求)，在曝氣和氣反沖洗時(shí)共用一根位于濾池底部的穿孔管，從而使整個(gè)濾床處于好氧狀態(tài)，它可以去除大部分可降解的污染物，含碳污染物(COD和BOD)，懸浮物(SS)和氨氮。配水和進(jìn)水：從一級(jí)處理或二級(jí)處理出來(lái)的水通過(guò)配水堰均勻地分配到各個(gè)濾池的進(jìn)水渠中，然后通過(guò)進(jìn)水管重力流入濾池底部的配水渠，在進(jìn)水管或渠上安裝有自動(dòng)閥門，用于某些情況下的停止進(jìn)水(比如在反沖洗的過(guò)程中)，污水通過(guò)濾池底部的配

5、水渠進(jìn)入到整個(gè)濾池，這些設(shè)計(jì)保證了濾池在整個(gè)截面上的均勻配水。同下向流濾池(如濾料的比重大于1)不同，該濾池的水頭保證了進(jìn)水配水的均勻，因此濾池底部不再需要濾頭(那樣很容易堵塞)或者配水管網(wǎng)，并且在處理前不需要篩網(wǎng)。濾料：BIOSTYRENETM濾料是一種粒徑小、形狀一致的球形濾料，其比重小于1，具有很大的比表面積，這使它具有如下特性： *濾料比表面積大，具有較高的凈化能力，處理負(fù)荷高； *機(jī)械性能和物理化學(xué)性能好，不易磨損； *濾料的原材料來(lái)自于國(guó)內(nèi)的工業(yè)原料，可就地生產(chǎn)加工，成本低廉； *濾料損失極小，幾乎不用更換。 由濾料作為微生物的載體，其巨大的表面積上附著了大量的微生物，在底部曝氣管

6、所提供的氧的作用下，污水中的含碳污染物(COD和BOD)被降解，氨氮?jiǎng)t被氧化成硝基氮。 在硝化/反硝化的情況下，處理后的出水需要進(jìn)行回流，回流水和原水在進(jìn)水渠中混合后進(jìn)入濾池，污水首先進(jìn)入濾床下部的厭氧區(qū)，在此進(jìn)行反硝化反應(yīng)，將回流水中的硝基氮去除；然后進(jìn)入上部的好氧區(qū)，在此將含碳污染物分解，將氨氮轉(zhuǎn)化為硝基氮。由于硝化、反硝化反應(yīng)機(jī)理受進(jìn)水水溫的影響很大，因此低進(jìn)水水溫將明顯影響生化反應(yīng)的池容。但是，BIOSTYR(r)濾池具有足夠的停留時(shí)間(12小時(shí))，同時(shí)還有80100°C的工藝空氣的連續(xù)鼓入，因此生化反應(yīng)受外界氣候條件影響極??；同時(shí)，由于在濾池中的微生物是固定在載體上，而不象

7、活性污泥法懸浮在水中，因此其單位體積內(nèi)的生物量極大，提高了處理效率。由于以上兩個(gè)原因，較低的進(jìn)水水溫對(duì)其生化反應(yīng)影響較小，BIOSTYR(r)濾池可以在830°C的范圍內(nèi)正常運(yùn)行。最后，污水流經(jīng)濾床的方向是壓縮濾料的方向，而不是擴(kuò)展濾料的方向，由此也加強(qiáng)了對(duì)懸浮物質(zhì)的截留作用，從而不再需要沉淀池。濾池的處理出水：漂浮的濾料通過(guò)混凝土蓋板阻擋在濾池中，蓋板上安裝有許多濾頭，可使處理后的出水流出，由于這些濾頭只同處理后的水接觸，因此避免了堵塞；同時(shí)，由于這些濾頭上面沒有濾料，故而很容易進(jìn)行維護(hù)。濾池反沖洗：隨著懸浮物質(zhì)的截留和生物膜的不斷生長(zhǎng)，濾床需要定期進(jìn)行反沖洗，即重力反沖洗和氣反沖

8、，反沖洗后的水由濾池底部的集水溝(即進(jìn)水暗渠)收集并排到一個(gè)集水池中。反沖冼水即濾池頂部濾板的上面儲(chǔ)存的一定高度的清水層，此清水層在一組濾池中是相通的，清水層的高度是經(jīng)過(guò)計(jì)算的，可使所儲(chǔ)存的水量足夠用于濾池的反沖冼。由于反沖洗是通過(guò)重力進(jìn)行并與正常過(guò)濾的方向相反，因此不再需要反沖冼水泵。定期的逆向流反沖洗可以去除過(guò)剩的生物膜和所截留的懸浮物，而不需要使它通過(guò)整個(gè)濾床。向下的水的沖洗可以在最短路線內(nèi)把截留物沖出濾床，并且是截留物重力落下的方向，節(jié)約能耗且效率高。反沖洗過(guò)程如下：*關(guān)閉濾池的進(jìn)水閥，打開濾池底部的反沖洗排水閥；*濾池頂部的清水重力流下，進(jìn)行預(yù)沖洗；*然后輔以氣反沖進(jìn)行氣水聯(lián)合反沖；

9、*僅用空氣沖洗和僅用水沖洗交替進(jìn)行；*最后再僅用水沖洗。反沖洗的控制程序分兩種：即時(shí)間控制(正常情況下是24小時(shí)反沖洗一次)和壓差控制(即通過(guò)濾料層上下的壓力差進(jìn)行自動(dòng)起動(dòng)運(yùn)行)。濾池的曝氣：每個(gè)濾池的工藝空氣和反沖洗空氣由同一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)堤供，鼓風(fēng)機(jī)是不停止工作的。只不過(guò)在進(jìn)行硝化/反硝化型的濾池中，它們的布?xì)夤芫W(wǎng)是分開的，并且由閥門進(jìn)行切換；而在單一硝化的濾池中，工藝空氣和反沖洗空氣是同一布?xì)夤芫W(wǎng)，兩種方式的供氣由濾池入口的調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)。濾池的工藝性能：根據(jù)去除污染物的不同，BIOSTYR(r)濾池可以分為除碳型，硝化型，硝化/反硝化型以及后反硝化型。由于濾料上附著的巨大而豐富的生物膜，BIOS

10、TYR(r)濾池的處理能力大大高于活性污泥法。主要優(yōu)點(diǎn) *由于BIOSTYR(r)工藝將濾池和生化反應(yīng)器結(jié)合起來(lái)，因此不再需要沉淀池； *占地面積小，是常規(guī)工藝的1/41/5，節(jié)省大量征地和地基處理費(fèi)用；*池容小，土建工程量比其它工藝少2040；*全部模塊化結(jié)構(gòu)，改擴(kuò)建容易，工期短；*上部出水為清水，濾頭不易堵塞，檢修和更換容易。無(wú)需放空濾池中濾料；*可對(duì)廠區(qū)進(jìn)行全封閉，無(wú)臭味污染，視覺和景觀效果好；*不需要單獨(dú)的反沖冼水和反沖洗水泵，降低了設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用；*穿孔管曝氣，節(jié)省設(shè)備投資和維護(hù)費(fèi)，效率高。而膜式曝氣頭通常在運(yùn)行兩年后開始喪失其效率；*自動(dòng)化程度高，操作人員少；*低溫運(yùn)行穩(wěn)定，受

11、溫度影響很??；*由于其具有連續(xù)的物理過(guò)濾能力，一旦生物反應(yīng)發(fā)生問題，濾池仍可去除絕大部分的懸浮物；而且僅需要幾天即可恢復(fù)生物處理能力，而活性污泥法需要幾個(gè)星期才能恢復(fù)；*工藝操作靈活，同一濾池內(nèi)可同時(shí)完成硝化的反硝化的功能。 曝氣生物濾池處理煉油生產(chǎn)廢水    煉油廠加氫裂化、加氫精制和鉑重整等裝置所排廢水排放量約70th，酚類污染物在100160mgL，這股高酚廢水未作任何處理直接排至污水處理場(chǎng)，本實(shí)驗(yàn)采用上向流曝氣生物濾池(Biological Aerated Filter,簡(jiǎn)稱BAF)對(duì)含酚廢水的處理進(jìn)行了研究。1 實(shí)驗(yàn)部分1.1 含酚廢水水質(zhì)分析課題組對(duì)含

12、酚廢水水質(zhì)進(jìn)行了分析，監(jiān)測(cè)方法1：，及測(cè)試結(jié)果的統(tǒng)計(jì)見表1。由表1可見，該廢水的COD，BODs，硫化物，石油類和氨氮等污染物均處于常見水平，而酚污染則處于較高狀態(tài)，是這股廢水的主要污染物；由于酚類物質(zhì)易為微生物降解1，因此廢水的可生化性較好，結(jié)果也表明m(BOD5)m(COD)值較高，平均為0.56。表1 含酚廢水水質(zhì)及測(cè)定方法測(cè)試項(xiàng)目平均值變化范圍測(cè)定方法(COD)/(mg·L-1)574366797重鉻酸鉀回流(BOD)/(mg·L-1)322212419五日生化法(酚)/(mg·L-1)13596.5160溴酸鉀滴定法(油)/(mg·L-1)26

13、.212.544.0紫外分光光度(COD)/(mg·L-1)37.017.052.2電位測(cè)定法(COD)/(mg·L-1)27.811.850.8碘量法1.2 實(shí)驗(yàn)裝置及工藝參數(shù)本實(shí)驗(yàn)采用上向流曝氣生物濾池(BAF)對(duì)含酚廢水進(jìn)行處理，BAF是一種新型高負(fù)荷淹沒式三相反應(yīng)器，它將生化反應(yīng)與吸附過(guò)濾兩種處理過(guò)程合并在同一構(gòu)筑物中完成。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的曝氣生物濾池結(jié)構(gòu)見圖1，主要是由生物反應(yīng)過(guò)濾區(qū)、曝氣裝置、反沖洗裝置等三部分組成，生物反應(yīng)過(guò)濾區(qū)由生物濾料層和碎石墊層組成，濾料層采用粒徑4-6mm的輕質(zhì)生物陶粒，高度2.0m，墊層采用10-20mm的碎石，厚度0.2m，濾池有效容積

14、75L；曝氣生物濾池所需空氣通過(guò)布置碎石墊層內(nèi)的穿孔曝氣管直接進(jìn)入生物濾料層；反沖洗裝置采用配水和配氣聯(lián)合系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)中把配氣管與曝氣管合并，把配水管與進(jìn)水管合并。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的工藝參數(shù)及操作條件見表2。 表2 實(shí)驗(yàn)的工藝參數(shù)及操作條件項(xiàng)目控制參數(shù)處理水量25.042.0水力停留時(shí)間/h1.52.5曝氣量(m3·h-1)0.200.35水溫25.040.0進(jìn)水pH值7.08.01.3 降酚菌培養(yǎng)為了培養(yǎng)出高效的降酚菌類，課題組分別采用煉油廢水生化污泥和生活污泥進(jìn)行微生物培養(yǎng)，培養(yǎng)時(shí)控制的參數(shù)見表3。表3 降酚菌培養(yǎng)控制參數(shù)項(xiàng)目控制參數(shù)水力停留時(shí)間/h2.02.5(酚)/(mg·

15、L-1)70100(COD)/(mg·L-1)300500(DO)/(mg·L-1)2.54.0溫度2540進(jìn)水pH值7.08.0氨、磷適量采用煉油廢水生化污泥經(jīng)過(guò)近1個(gè)月的培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)載體上生長(zhǎng)了大量的微生物(以淺色疏松的絲狀菌為主)，廢水中COD有一定的降解(降解量為4080mg/L)，但是，廢水中的酚基本上沒有得到降解(降解量?jī)H為28mgL)。這說(shuō)明，在高濃度酚的存在下，生化污泥中的細(xì)菌受到了抑制，缺乏耐酚型微生物。改用生活污泥進(jìn)行微生物培養(yǎng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生活污泥中的微生物種類較多，大量的不同類型的微生物為降酚菌的培養(yǎng)提供了菌源；培養(yǎng)效果可從圖2反應(yīng)出來(lái)。結(jié)果顯示，在3-

16、4d的時(shí)間，由生活污泥培養(yǎng)出的生物膜即可達(dá)到很強(qiáng)的降酚能力，酚去除率已接近90；同時(shí)鏡檢發(fā)現(xiàn)：生物膜中的菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)良好，其中含大量的球菌、雙球菌、鏈球菌。2 結(jié)果與問題討論2.1 主要污染物的降解根據(jù)酚的可生化性能及進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷，對(duì)含酚廢水的處理進(jìn)行了三種水力停留時(shí)間(HRT)的實(shí)驗(yàn)，分別為2.5h，2.0h和1.5h主要污染物的平均進(jìn)、出水變化見表4。表4 主要污染物的平均進(jìn)、出水變化結(jié)果 mg·L-1停留時(shí)間h(COD)(酚)(BOD)(S2-)(油)(氨氮)進(jìn)水出水進(jìn)水出水進(jìn)水出水進(jìn)水出水進(jìn)水出水進(jìn)水出水1.55072331284426791351.0281229292.054

17、51441328.238153470.5417.147462.55291271416.432536400.5376.53434從表4數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)采用的是好氧生化，酚、S2-及BOD5這些易于氧化的物質(zhì)或指標(biāo)去除效果最好，NH3-N則沒有得到降解，其它如COD和油也有不同程度的降解。2.2 水力停留時(shí)間與去除效果的關(guān)系 圖3描述了停留時(shí)間對(duì)COD和酚降解的影響情況，可知，在一定范圍內(nèi)，停留時(shí)間對(duì)COD和酚的去除率影響不大，均有較好的出水水質(zhì)和較高的去除率；進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，當(dāng)停留時(shí)間從2.5h減小到2.0h后，COD的平均去除率雖由76.0降到73.6，但它的去除負(fù)荷卻由3.22kg(m.d)

18、升高到4.49kg(m·d)；酚的平均去除率雖由95.5降到93.8，但它的去除負(fù)荷卻由1.08 kg(m3.d) 升高到1.39kg(m3·d)；但是，如果停留時(shí)間再進(jìn)一步減小到1.5h，則降解效果明顯下降。本實(shí)驗(yàn)的目的在于尋求一種高效的含酚廢水的處理方式及較適宜的水力停留時(shí)間，使大部分的COD尤其酚得到降解，防止這些污染物在后續(xù)的綜合生化處理中產(chǎn)生沖擊，顯然，當(dāng)水力停留時(shí)間為2.0h時(shí)，就已經(jīng)達(dá)到了目的：出水中酚的平均質(zhì)量濃度為8.5 mgL，平均去降率達(dá)到93，而且此時(shí)COD和酚的去除負(fù)荷相對(duì)也大。2.3 影響因素影響B(tài)AF對(duì)酚降解的因素主要有溫度、pH值、水中溶解氧和曝氣量。溫度微生物降解有機(jī)物是隨著溫度升高而速度加快的，溫度低于25，菌的活性明顯下降，而高于45時(shí)，菌的活性也受到抑制，處理效果明顯降低。試驗(yàn)得出耐酚噬酚菌的適宜溫度是25-40。原水pH值進(jìn)水pH值在7.08.0范圍內(nèi)較為適宜。由于汽提廢水中含有S2-，其氧化后生成酸，若進(jìn)水pH值偏低時(shí)，會(huì)造成出水pH值過(guò)低，抑制生物膜的活性。曝氣量和水中DO試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)生物床的微生物容量很大，水力負(fù)荷及有機(jī)去除負(fù)荷都相當(dāng)高，所需的曝氣量相應(yīng)較大，一般氣水體積比為58；另外，從BAF不同位置采樣分析，發(fā)現(xiàn)DO的質(zhì)量濃度池頂較池底低0.