曝氣生物濾池深入研究

1、.曝氣生物濾池深入研究1、 概 述 隨著社會(huì)的發(fā)展，水資源緊缺的問題日益嚴(yán)重，水將成為制約社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)重要因素。目前我國(guó)缺水主要呈現(xiàn)水質(zhì)性缺水的特點(diǎn)，城市污水經(jīng)二級(jí)處理后出水直接排到水體，一方面增加了水體的自凈負(fù)荷，另一方面也是一種水資源的浪費(fèi)，所以保護(hù)資源除了從節(jié)約用水出發(fā)外，我們還要提高水處理技術(shù)水平，使得各種水質(zhì)都能夠得到充分的利用，來解決目前的水資源緊缺問題。二級(jí)處理出水占不能直接利用的水資源的很大比例，如果得到進(jìn)一步處理，可以被應(yīng)用于各種工業(yè)生產(chǎn)，這將對(duì)保護(hù)水資源、解決部分地區(qū)水質(zhì)性缺水問題會(huì)起到重要作用，為此本文介紹一種針對(duì)二級(jí)處理出水及相仿水質(zhì)原水的新型回用水處理工藝。2、 工

2、藝流程簡(jiǎn)介2.1二級(jí)處理出水的一般水質(zhì)指標(biāo)如下：指標(biāo)名稱COD（mg/L）BOD （mg/L）SS（mg/L）磷 （mg/L）NH3-N（mg/L）主要指標(biāo)1002020115以上各指標(biāo)為大多數(shù)污水廠的處理出水指標(biāo),不同水廠指標(biāo)略異。以上水質(zhì)一般可以用于灌溉等，但還不能滿足城市景觀水或工業(yè)用水的水質(zhì)要求。2.2 工藝流程簡(jiǎn)介：針對(duì)以上及類似水質(zhì)，我們提出了一種能夠回用于電廠循環(huán)冷卻用水或其它一些工業(yè)用水的處理工藝，設(shè)計(jì)流程如下圖：二級(jí)出水 調(diào)節(jié)水箱 BAF 高效混凝沉淀池 出水回用混凝劑、液氯根據(jù)循環(huán)冷卻用水的水質(zhì)要求，把設(shè)計(jì)的工藝分為生物處理和物化處理兩部分。生物處理部分為曝氣生物濾池（BA

3、F）。曝氣生物濾池實(shí)質(zhì)是生物膜的一種實(shí)現(xiàn)形式，是在曝氣池中填充生物陶粒，利用陶粒表面附著的生物膜降解水中污染物的處理單元。由于陶粒具有粒徑小，孔隙率大，堆積密度小，比表面積大等特點(diǎn)，陶粒表面容易附著生物膜。陶粒表面附著大量的生物膜，生物膜中生長(zhǎng)著眾多種屬和數(shù)量的微生物，有好氧菌、兼氧菌、厭氧菌，所以曝氣生物濾池對(duì)水中的各種有機(jī)物都有一個(gè)很好的去除作用，同時(shí)對(duì)氨氮也有很高的去除效率。物化處理法是通過向原水中投加混凝劑，經(jīng)過合理的反應(yīng)和沉淀來去除水中的懸浮物和膠體同時(shí)又可以去除水中的磷的一種物理化學(xué)處理方法。本次設(shè)計(jì)中采用高效混凝沉淀池作為物化處理單元，高效混凝反應(yīng)沉淀池是利用流體力學(xué)理論，通過折

4、板和一些整流板來實(shí)現(xiàn)控制水的流態(tài)使得水在反應(yīng)池中的剪切力從大到小，使脫穩(wěn)膠體形成致密的污泥礬花，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)絮凝合理控制，并保證絮凝反應(yīng)效果最佳且沉淀出水效果最好的一種反應(yīng)沉淀池。本單元特點(diǎn)：反應(yīng)時(shí)間短，沉淀池表面負(fù)荷高，沉淀池出水水質(zhì)好且出水穩(wěn)定，可以保證沉淀池出水濁度小于3NTU。曝氣生物濾池要求進(jìn)水中不能含有滅菌劑或影響生物活性的混凝劑，而出水中會(huì)有大量細(xì)菌、懸浮物。根據(jù)這一工藝特點(diǎn)在其后布置高效混凝沉淀池，水力流程合理，運(yùn)行靈活方便，而且不必考慮投加藥劑對(duì)微生物的影響。2.3 中試模型設(shè)計(jì)參數(shù)中試模型主要處理單元及流程如下：1、曝氣生物濾池：外型設(shè)計(jì)尺寸為8008007500mm，由鋼板

5、焊制而成，曝氣生物濾池內(nèi)濾層厚度3.5m（4.5m）。設(shè)計(jì)水量為2m3/h，曝氣生物濾池的有效停留時(shí)間為1.5小時(shí)。本次試驗(yàn)采用的曝氣生物濾池為上向流式，即下部進(jìn)水，上部出水，濾池設(shè)有進(jìn)水管、曝氣管、反沖洗進(jìn)水管、反沖洗氣管、生產(chǎn)出水管、反沖洗出水管，系統(tǒng)進(jìn)水、進(jìn)氣管路上均裝有流量計(jì)，以計(jì)量水量、氣量。2、混凝沉淀池：池型為80015002200mm，設(shè)計(jì)水量為2m3/h。反應(yīng)池的反應(yīng)時(shí)間為12min，沉淀池上升流速為2.4mm/s。3、 中試實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論試驗(yàn)的進(jìn)水為城市二級(jí)處理沉淀出水，開始運(yùn)行二十天左右進(jìn)行掛膜馴化等實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備，不對(duì)水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，只是觀察生物膜的生物相，二十天后，生物相狀

6、態(tài)基本穩(wěn)定，生物膜基本成型，可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)檢測(cè)分析。系統(tǒng)啟動(dòng)快是此新工藝主要特點(diǎn)。BAF生物陶粒采用自然掛膜方式，當(dāng)陶粒表面生物膜中的生物相穩(wěn)定后，即可認(rèn)為掛膜成功，此過程僅需要1020天時(shí)間。肉眼觀察生物陶粒表面無明顯生物膜，但在顯微鏡下，可看到陶粒表面周圍有不連續(xù)的生物膜（菌膠團(tuán)為主體）存在。高效混凝沉淀池注水即可正常運(yùn)行，因此BAF掛膜成功可認(rèn)為整體系統(tǒng)啟動(dòng)完成。以下是處理水量穩(wěn)定在2m3/h時(shí)的進(jìn)、出水檢測(cè)數(shù)據(jù)：3.1 本系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物的去除從上圖可以看出：本次試驗(yàn)的進(jìn)水COD為60140mg/L，出水COD維持在3050 mg/L之間，COD的平均去除率在50左右。 其余未被降解的部分多

7、數(shù)成分為難生物降解有機(jī)物，這種水質(zhì)一般可以應(yīng)用于電廠的循環(huán)冷卻或一般工業(yè)生產(chǎn)中，如印染行業(yè)等。 本工藝對(duì)比其它處理工藝對(duì)COD的去除效率高，且運(yùn)行穩(wěn)定。進(jìn)水為二級(jí)出水，因此原水可生化性較差，進(jìn)水COD為60140mg/L，出水COD維持在3050 mg/L之間。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，BAF對(duì)原水COD的去除率僅為3040%，物化法高效混凝沉淀池對(duì)COD的去除率可達(dá)到30，整套系統(tǒng)COD的平均去除率在50左右。實(shí)驗(yàn)的COD的容積運(yùn)行負(fù)荷為： 2.14COD/m3d。對(duì)于有機(jī)物濃度比較低的進(jìn)水水質(zhì)，COD的容積負(fù)荷不宜太高。3.2 本系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除 如上圖所示，進(jìn)水中的氨氮在50mg/L左右，在此負(fù)荷

8、下，出水的氨氮可以控制在 3mg/L以下，經(jīng)過投加氯氣，氨氮在投加氯氣的氧化作用下，出水氨氮值小于1mg/L，達(dá)到一般循環(huán)冷卻水的指標(biāo)要求，氨氮的去除率在95以上。對(duì)于一般的城市二級(jí)出水，氨氮值較低，一般小于15 mg/L，經(jīng)本工藝處理后很容易滿足循環(huán)冷卻用水標(biāo)準(zhǔn)。本次實(shí)驗(yàn)氨氮的運(yùn)行容積負(fù)荷為1.07氨氮/m3d。3.3 本系統(tǒng)對(duì)濁度的去除 新工藝出水濁度低且穩(wěn)定。原水為二級(jí)出水濁度較低，在818NTU之間，BAF通過濾料的截留作用，是出水的濁度穩(wěn)定在10NTU左右，高效混凝沉淀通過脫穩(wěn)的膠體形成污泥礬花在沉淀池中沉淀去除原水濁度，沉淀池出水濁度小于3NTU，整套系統(tǒng)對(duì)濁度的去除率在80以上。

9、4、 工程實(shí)例我國(guó)江浙的大部分城市內(nèi)河水污染嚴(yán)重，一般水質(zhì)指標(biāo)與城市二級(jí)排放的水質(zhì)相仿（主要是由于內(nèi)河水流速度慢，很多加工企業(yè)超標(biāo)準(zhǔn)排放造成）。工程實(shí)例是采用本技術(shù)處理江蘇某地區(qū)的污染河水，處理后用于電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。本工程處理規(guī)模為600m3/h，原水污染嚴(yán)重，一般水質(zhì)為河水溫度140，懸浮物25350mg/l，CODMn9.520.0mg/l，氨氮2.08.0mg/l，色度1550度，水呈現(xiàn)暗綠色，有藻類漂浮。要求處理后出水為濁度小于3NTU，CODMn小于5mg/l，氨氮小于1.0mg/L，滿足電廠的用水要求。處理工藝流程為曝氣生物濾池混凝沉淀池，曝氣池體積為1320049008000

10、mm，反應(yīng)沉淀池體積為9000130005500mm，曝氣量為23m3/min，曝氣鼓風(fēng)機(jī)功率為45kw，曝氣池出水經(jīng)過投加聚鋁后，直接進(jìn)入混凝沉淀池，同時(shí)在反應(yīng)池首端設(shè)一根投加液氯管道，定期投氯滅藻殺菌，出水直接進(jìn)入循環(huán)冷卻水系統(tǒng)或化水車間。現(xiàn)已經(jīng)運(yùn)行一年多，運(yùn)行穩(wěn)定，系統(tǒng)容易停運(yùn)和再次啟動(dòng)，運(yùn)行管理方便，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，處理出水的水質(zhì)指標(biāo)可以穩(wěn)定為：指標(biāo)CODMn （mg/l）氨氮（mg/l）濁度（NTU）色度數(shù)值251135、 結(jié)論1) 對(duì)于二級(jí)出水，曝氣生物濾池加高效混凝沉淀處理工藝對(duì)氨氮具有很好的去除效果，氨氮去除率達(dá)95以上，氨氮負(fù)荷為N=1.07kg/(m3.d)，在此負(fù)荷下，

11、氨氮的處理出水可以達(dá)到循環(huán)冷卻水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（氨氮小于1mg/L）；2) 二級(jí)出水經(jīng)過新工藝處理，COD可以達(dá)到再生水回用于景觀水體的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T95-2000（CODCr小于50 mg/L），接近地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GHZB1-1999）IV；3) 新工藝的出水濁度可以達(dá)到循環(huán)冷卻水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。4) 新工藝抗沖擊負(fù)荷能力很強(qiáng)，沖擊負(fù)荷影響過后，系統(tǒng)可以很快恢復(fù)。曝氣生物濾池填料的研究進(jìn)展曝氣生物濾池（Biological aerated filter：BAF）處理污水是近年來開發(fā)出的污水處理工藝，已在歐美和日本廣為流行，但在我國(guó)研究甚少。曝氣生物濾池最大的特點(diǎn)是集生物氧化和截留懸浮固體于一

12、體，節(jié)省了后續(xù)沉淀池（如二沉池）。此外，該處理工藝容積負(fù)荷、水力負(fù)荷大，占地面積、基建投資少，氧轉(zhuǎn)移率高，出水水質(zhì)好等特點(diǎn)。 1 曝氣生物濾池污水處理技術(shù)的發(fā)展 在城市污水的治理領(lǐng)域，傳統(tǒng)的污水處理工藝，如傳統(tǒng)活性污泥工藝及其變形工藝、生物氧化溝工藝、生物脫氮除磷工藝（A/O法、A/A/O法及其改進(jìn)工藝）。A-B工藝和SBR工藝等，處理的水質(zhì)能達(dá)到排放水的一般要求，但不能達(dá)到城市 一般回用水標(biāo)準(zhǔn)，而且投資和占地面積大，難于管理。例如活性污泥法，其研究、應(yīng)用、改進(jìn)已有很長(zhǎng)的歷史，目前在世界上仍占優(yōu)勢(shì)地位，但同時(shí)也存在一些難以克服的缺點(diǎn)。因此，近十幾年來，各種廢水處理新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。在歐洲，為了適

13、應(yīng)新的標(biāo)準(zhǔn)1-2，陸續(xù)開發(fā)了一系列新的污水處理技術(shù)，曝氣生物濾池從中脫穎而出。它首先被用作三級(jí)處理，后來發(fā)展成直接用于二級(jí)處理3。自第1套建在靠近巴黎的sois-sons污水處理廠的裝置投產(chǎn)運(yùn)行以來4，已在歐、美和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家廣為流行，目前世界上已有幾百座污水處理廠應(yīng)用了這種技術(shù)。曝氣生物濾池不僅用于水體富營(yíng)養(yǎng)化處理，而且廣泛地用于生活污水、生活雜排水和食品加工、水果蔬菜罐頭、魚肉制品、釀造和造紙等工業(yè)廢水處理中。 2 填料在曝氣生物濾池中的核心地位 曝氣生物濾池充分借鑒了污水處理接觸氧化法和給水快濾池的設(shè)計(jì)思路，集曝氣、高濾速、截留懸浮物、定期反沖洗等特點(diǎn)于一體。其工作原理主要有過濾、吸附

14、和生物代謝5。濾池工作時(shí)，在濾池中裝填一定量粒徑較小的粒狀濾料，濾料表面生長(zhǎng)著生物膜，濾池內(nèi)部曝氣，污水流經(jīng)時(shí)，利用濾料上高濃度生物膜的強(qiáng)氧化降解能力對(duì)污水進(jìn)行快速凈化；同時(shí)，因污水流經(jīng)時(shí)，濾料呈壓實(shí)狀態(tài)，利用濾料粒徑較小的特點(diǎn)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(huì)隨水漂出；此外，填料及附著其上生長(zhǎng)的生物膜對(duì)溶解性有機(jī)物具有一定的吸附作用。運(yùn)行一定時(shí)間后，因水頭損失的增加，需對(duì)濾池進(jìn)行反沖洗，以釋放截留的懸浮物并更新生物膜，此為反沖洗過程。曝氣生物濾池正是通過這樣反復(fù)的周期性運(yùn)轉(zhuǎn)來處理污水的。填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

15、濾池發(fā)展過程中依次出現(xiàn)過3種不同的形式1、6-7：BIOCARBONE，BIOFOR和BIOSTYR，采用的填料各不相同。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。石英砂粒由于密度大，比表面積、孔隙率小；當(dāng)污水流經(jīng)濾層時(shí)阻力很大，生物量少，因此濾池負(fù)荷不高、水頭損失大。輕質(zhì)陶粒和聚苯乙烯作填料時(shí)，由于密度小，比表面積、孔隙率大，生物量大，因此濾池負(fù)荷較大，水頭損失較小。國(guó)外的實(shí)際運(yùn)行表明，BIOFOR和BIOSTYR明顯優(yōu)于BIOCARBONE。 事實(shí)上，BAF性能的優(yōu)劣很大程度上取決于填料的特性，填料的研究和開發(fā)

16、在BAF工藝中至關(guān)重要，為此，英國(guó)、美國(guó)和印度等國(guó)已制定了曝氣生物濾池所用濾料的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，法國(guó)德利滿公司對(duì)應(yīng)用于曝氣生物濾池的濾料也制定了相應(yīng)的說明書及測(cè)試規(guī)范，可見各國(guó)對(duì)曝氣生物濾池的濾料都有嚴(yán)格的要求。 3 填料的研究進(jìn)展 曝氣生物濾池所用填料，根據(jù)其采用原料的不同，可分為無機(jī)填料、有機(jī)高分子填料；根據(jù)填料密度的不同，可分為上浮式填料和沉沒式填料。無機(jī)填料一般為沉沒式填料，有機(jī)高分子填料一般為上浮式填料。常見的無機(jī)填料有陶粒、焦炭、石英砂、活性炭、膨脹硅鋁酸鹽等，有機(jī)高分子填料有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等。國(guó)外，Rebecca Moore等8研究了尺寸范圍分別為1.53.5mm和2.54

17、.5mm的填料對(duì)曝氣生物濾池處理效果的影響，發(fā)現(xiàn)小顆粒（1.53.5mm）填料雖然有利于脫氮，但不適應(yīng)高的水力負(fù)荷；而大顆粒（2.54.5mm）填料雖然改善了濾池操作條件，減少了反沖洗的次數(shù)，但不利于脫氮和SS的去除。這為曝氣生物濾池填料在尺寸要求上提供了一定的依據(jù)。Allant9等人研究結(jié)果表明：上浮式填料比沉沒式填料對(duì)SS、有機(jī)物的去除率高，更耐有機(jī)負(fù)荷和水力負(fù)荷沖擊。Won-Seok Chang10等以天然沸石和砂粒為填料研究BAF對(duì)紡織廢水的處理效果發(fā)現(xiàn)：天然沸石對(duì)紡織廢水的處理效果優(yōu)于砂粒的處理效果，這是因?yàn)樘烊环惺哂懈鼜?qiáng)的陽離子交換能力和更大的比表面積。這說明輕質(zhì)填料取代高密度填

18、料是曝氣生物濾池污水處理技術(shù)發(fā)展過程中的必然趨勢(shì)。 我國(guó)對(duì)曝氣生物濾池填料的研究以陶粒為最多，這是因?yàn)樘樟Ｗ鳛樘盍系囊环N，不僅材料低廉易得，而且顯示出的優(yōu)良特性，特別適合我國(guó)的國(guó)情。早期的陶粒大多采用頁巖直接燒制、破碎、篩分而成，為不規(guī)則狀（片狀居多）。最近出現(xiàn)的球形輕質(zhì)陶粒，采用粘土（主要成分為偏鋁硅酸鹽）為原材料，加入適當(dāng)化工原料作為膨脹劑，經(jīng)高溫?zé)贫伞Ｖ鞓份x等人11以粘土為主要原料，結(jié)合其它化工原料在溫度為1180時(shí)燒制的輕質(zhì)陶粒用作曝氣生物濾池污水處理的研究表明：球形輕質(zhì)陶粒強(qiáng)度大、孔隙率大。比表面積大、化學(xué)穩(wěn)定性好，與玻璃鋼、聚氯乙烯、聚丙烯、維綸等濾料相比，具有生物附著性強(qiáng)、掛

19、膜性能良好、水流流態(tài)好、反沖洗容易進(jìn)行。截污能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；形狀規(guī)則，粒徑可大可小，密度適宜，克服了不規(guī)則粒狀濾料水流阻力大，易引起氧化池堵塞，反沖洗強(qiáng)度大，易沖刷破碎的缺點(diǎn)；加工過程完全不同于傳統(tǒng)的片狀陶粒濾料。表面結(jié)釉一直是傳統(tǒng)片狀陶粒濾料沒有解決的難題；而球形輕質(zhì)陶粒主要以粘土為原料，控制適當(dāng)?shù)呐淞虾蜔乒に嚕筛淖兲樟５拿芏?，且使其表面粗糙、多微孔、不結(jié)釉。以球形輕質(zhì)陶粒作接觸填料，采用淹沒式曝氣生物濾池處理污水，可以起到深度處理的作用，處理后的水能重新利用并節(jié)約用地。周彩樓等12以凈水廠淤泥為原料研制超輕陶粒取得了滿意的結(jié)果，開創(chuàng)了污泥資源化的又一途徑。齊兵強(qiáng)、王占生等人6以球形輕質(zhì)陶粒（主要性能見表1）作為曝氣生物濾池填料處理生活污水時(shí)發(fā)現(xiàn)