BAF工藝的發(fā)展與應(yīng)用課件

1、曝氣生物濾池（BAF）工藝發(fā)展與應(yīng)用 第1頁，共21頁。2 BAF工藝在周家渡水廠的應(yīng)用1 BAF工藝的發(fā)展第2頁，共21頁。BAF工藝的發(fā)展曝氣生物濾池（Biological Aerated Filter，BAF）是上世紀80 年代末在普通生物濾池的基礎(chǔ)上，并借鑒給水濾池工藝而開發(fā)的一種污水處理新工藝. 真正意義上的BAF 可以看作是在整個體積空間內(nèi)，粒狀填料處于淹沒狀態(tài)并提供微生物生長的場所，具有同時去除SS 及其它污染物的反應(yīng)器. 它對廢水的降解機理主要是反應(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著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)境和缺

2、氧段的反硝化作用 .作為一種新型的污水處理工藝，BAF 具有許多自身的特點：BOD5 負荷高，占地面積和池容為常規(guī)生物處理方法的1/10-1/5 左右，能有效的節(jié)約土地；由于BAF 中濾料的截留作用，使得出水中活性污泥很少，無需設(shè)置二沉池等后續(xù)處理單元，從而簡化了處理流程，節(jié)省能耗；BAF 對污水具有很高的處理效率，出水殘余細菌少，去除率高達99.9 %，在滿足排放標準的同時，可以作為中水回用；基建費用、運轉(zhuǎn)費用低，管理簡單，無污泥膨脹問題，同時設(shè)施可間斷運行，長時間停用后再啟動，可在很短時間恢復(fù)正常運行.第3頁，共21頁。BAF工藝的發(fā)展從BAF 工藝的誕生至今已有20 多年的歷史，在這段時

3、間內(nèi)，BAF 工藝得到了長足的發(fā)展，許多公司和研究團隊都相繼獨立開發(fā)了各種形式的曝氣生物濾池. 從其結(jié)構(gòu)以及運行方式的不同，可以有多種劃分.根據(jù)不同的進水方式，BAF 可分為上向流曝氣生物濾池和下向流曝氣生物濾池兩種；根據(jù)不同去除對象可分為單純除碳、除碳/硝化、除碳/硝化/ 反硝化以及除碳/ 脫氮/ 除磷4 種工藝；根據(jù)所使用填料的比重不同又可以分為沉沒式填料曝氣生物濾池和懸浮式填料曝氣生物濾池.第4頁，共21頁。BAF工藝的發(fā)展1 BAF 工藝的發(fā)展歷程1.1 使用沉沒式填料的BAF 工藝填料作為曝氣生物濾池的核心部分，對曝氣生物濾池的發(fā)展有著至關(guān)重要的影響. 填料的不同選擇也會使濾池的運行

4、方式產(chǎn)生一定程度的變化.1.1.1 BIOCARBONE 工藝BIOCARBONE 工藝是由法國CGE 公司所屬的OTV 公司在上世紀80 年代末所開發(fā)，該工藝使用的填料為密度大于水的石英砂礫，其結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示. 經(jīng)預(yù)處理的污水由濾池的頂部流入，底部流出，采用下向流的形式，曝氣管道設(shè)置在濾料層的底部，氣水逆向混合.反應(yīng)器具有一定的截留、氧化分解有機物的能力，對NH4-N 也有一定的去除效果，但對總氮和磷去除效果甚微. BIOCARBONE 使用的是粒狀沉沒式填料，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)截留的SS 達到一定程度后，會阻止氣泡的擴散和污水向下流動，從而導(dǎo)致水頭損失過快，反沖洗頻繁，運行周期縮短，這也成為制

5、約該工藝發(fā)展的重大缺陷.第5頁，共21頁。BAF工藝的發(fā)展1.1.2 BIOPUR 工藝BIOCARBONE 工藝誕生后不久，瑞士VATA TECHWABA G Winterthur 公司在生物氧化法和生物曝氣法的基礎(chǔ)上也開發(fā)一種沉沒式填料曝氣生物濾池BIOPUR工藝. BIOPUR工藝的結(jié)構(gòu)、運行方式與BIOCARBONE 工藝基本一樣，所不同的是，BIOPUR 工藝可以根據(jù)水質(zhì)不同來選擇不同的填料載體. 供其選擇的載體有規(guī)整波紋板、陶粒和石英砂3 種. 并且，該工藝使用粗管狀曝氣頭，減少了堵塞現(xiàn)象，可以相應(yīng)地延長運行周期，較BIOCARBONE 工藝有所改進，但效果不佳.第6頁，共21頁。

6、BAF工藝的發(fā)展1.1.3 BIOFOR 工藝隨著污水排放標準的不斷提高，一些老式的工藝漸漸不能滿足污水排放的要求. 德國的菲利普穆勒公司于是在原有工藝的基礎(chǔ)上開發(fā)了一款使用沉沒式填料（BIOLITIES）的新型工藝BIOFOR 工藝，其運行原理如圖2 所示. 與前面兩者工藝相比，BIOFOR 工藝具有一些獨特的優(yōu)點：采用氣水平行上向流，并使用專門的布水布氣設(shè)備，使得氣水進行極好均分，可以更好的避免溝流或短流；采用氣水平行上向流，空氣能將固體物質(zhì)帶入濾床深處，在濾池中能得到高負荷、均勻的固體物質(zhì)，從而延長了反沖洗周期.但BIOFOR 工藝在具有上述優(yōu)點的同時，也存在著一些不足之處. 主要表現(xiàn)在

7、BIOLITIES 填料的價格較高，以及土建施工難度大等方面，這些對工藝的發(fā)展也產(chǎn)生了一定的影響.第7頁，共21頁。BAF工藝的發(fā)展1.1.4 其它沉沒式填料BAF 工藝沸石作為曝氣生物濾池的填料，具有氨氮交換容量大，可減少氨氮沖擊負荷，有利于硝化桿菌生長等優(yōu)點，已漸漸成為填料的研究重點. 韓國科技學(xué)院研究開發(fā)了一種下向流沸石曝氣生物濾池（ZBAF），濾池采用雙層填料，中間用隔板分開，每層填料分別曝氣，反沖洗也采用兩套管路，兩層同時反沖，該濾池對高濃度氨氮廢水具有很好的處理效果. 通過對紡織廢水處理的中試試驗，在水利負荷為1.83 m3 /m2h 時，COD去除率可達92.1 %，BOD 為9

8、8.9 %，T- N 的去除率可高達92 %，表現(xiàn)除了很好的脫氮效果.國內(nèi)對沉沒式填料BAF 的研究也取得了不少的成就. 東南大學(xué)在20 世紀末期開發(fā)除了國內(nèi)首座BAF專利技術(shù)上向流曝氣生物濾池（U- BAF），同時開發(fā)出專利濾料球形輕質(zhì)生物陶粒和單孔膜空氣擴散器、專用濾頭等專利產(chǎn)品，在已運行的工程項目中，取得了很好的處理效果. 重慶大學(xué)針對常規(guī)BAF 工藝易堵塞的缺點，開發(fā)了一種折流式曝氣生物濾池（BBAF），使用填料為自行開發(fā)的密度大于水的酶促生物填料. 運行中污水在池中上下折流，依次流經(jīng)各單池，整體上呈推流狀態(tài). 通過試驗，濾池COD 和BOD 去除率均可達90 %以上，氨氮、總氮、總磷

9、分別為74.0 %，39.1 %，46.5 %.第8頁，共21頁。BAF工藝的發(fā)展1.2 使用懸浮式填料的BAF 工藝初期，人們對于BAF 填料的研究以沉沒式填料居多，但隨著人工填料逐漸取代天然填料，對懸浮式填料的研究越來越多. 1.2.1 BIOSTYE 工藝BIOSTYR 最初由法國OTV 公司所開發(fā)，該工藝BIOCARBONE 工藝的改進型，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3 所示.與沉沒式BAF 工藝不同，該工藝使用的是密度小于水的球形有機顆粒，填料在反應(yīng)器中呈漂浮狀. 相比而言，BIOSTYR 最大的特點在于使用雙層填料，曝氣在濾池中間進行，可將濾池分為不同體積的好氧和缺氧部分，并且處理出水一部分通

10、過回流系統(tǒng)從底部重新回到反應(yīng)器中，具有一定的硝化反硝化功能；此外，由于反應(yīng)器使用懸浮式填料，反沖洗自上而下通過重力作用進行反沖，節(jié)省了動力.第9頁，共21頁。BAF工藝的發(fā)展1.2.2 BIOSMEDI 工藝BIOSMEDI 工藝采用的填料為密度小于0.1 的人工合成輕質(zhì)顆粒，氣水平行上向流，該工藝與BIOSTYR工藝基本相同，所不同的是：BIOSMEDI 采用單層填料，無回流系統(tǒng)，脫氮效果不如前者；反沖洗方式不同，BIOSTYR 采用氣水聯(lián)合反沖，而BIOSMEDI 利用濾池出水進行脈沖反沖洗.隨著對懸浮式填料研究越來越深入，與沉沒式填料相比，前者有著許多突出的優(yōu)點. Allan T. Ma

11、nn 等人通過對懸浮式和沉沒式填料的對比試驗得到，在去除COD，SS，NH4+-N 等方面，懸浮式填料較沉沒式填料性能好，同時也更能抵抗低溫以及有機負荷和水力負荷的沖擊. 因此，懸浮式填料BAF 工藝將逐漸成為BAF 工藝研究的重點之一. 1.3 兩種填料組合BAF 工藝由于懸浮式填料和沉沒式填料都有著自身的優(yōu)勢，因而，在污水處理過程中，能否將兩種優(yōu)勢很好的結(jié)合起來就成了一個全新的課題.西班牙格拉納達大學(xué)的Francisco Osorio and Ernesto Hontoria 就嘗試使用陶瓷填料和塑料填料組成的雙層曝氣生物濾池進行污水處理試驗. 裝置中塑料填料在濾池的下部，陶瓷填料覆蓋在塑

12、料填料上方，這樣可以防止反沖時發(fā)生跑料. 曝氣裝置安裝在濾池的底部，在分別使用上向流和下向流進行試驗發(fā)現(xiàn)，下向流運行效果更加理想. 在進水BOD5 和SS 分別為250 mg/L 和110 mg/L 時，出水BOD5 和SS 可控制在20 mg/L 和25 mg/L 左右. 由于濾池在較大的負荷范圍內(nèi)均可獲得很好的處理效果，抗沖擊負荷能力較一般BAF 工藝有明顯的提高，使得該工藝在污水處理方面將得到更加廣泛的應(yīng)用.第10頁，共21頁。BAF工藝的發(fā)展2 BAF 工藝的發(fā)展方向BAF 作為一種高效、節(jié)能、占地面積小的新型污水處理技術(shù)，近年來已成為國內(nèi)外的研究熱點. 填料是曝氣生物濾池的重要組成部

13、分，填料的改變對BAF 工藝的發(fā)展影響深遠. 由填料的發(fā)展歷程可以看出，從最初的天然砂石到現(xiàn)如今的球形生物陶粒、酶促填料等高科技產(chǎn)品，其趨勢就是逐漸弱化自然影響因素，而強化人工控制過程，使填料不斷滿足人們事先所設(shè)計好的要求. 但一種填料同時滿足多種要求難度仍然相當(dāng)之大，從而多種填料組合的多層或多段曝氣生物濾池將在很大程度上成為今后一段時期研究的重點.固定化微生物曝氣生物濾池技術(shù)（I- BAF）也將是一個新的發(fā)展方向. 國內(nèi)有研究者將變異菌和酶制劑固定在大孔網(wǎng)狀載體上作為填料處理高難度有機工業(yè)廢水，生物負載量可達到傳統(tǒng)生物處理工藝的3-10 倍，污染物去除率95 %以上，有較強脫氮除磷功效.綜上

14、所述，BAF 工藝的發(fā)展與填料的發(fā)展息息相關(guān)，以I- BAF 為代表的高科技填料的開發(fā)仍將是BAF工藝發(fā)展的主流趨勢；而多種填料組合的多層或多段曝氣生物濾池工藝在污水處理過程中所表現(xiàn)出的高效處理能力和穩(wěn)定性，將使其在今后一段時期成為BAF 工藝的另外一個重要研究方向.第11頁，共21頁。BAF工藝在周家渡水廠的應(yīng)用1 周家渡水廠的BAF 預(yù)處理工藝 周家渡水廠是上海一家老水廠，2019 年起進行了深度處理改造工程，2019 年2 月完工。改造后的水廠采用黃浦江上游原水，制水能力為1萬m3/d，處理工藝分2 條處理能力為5 千m3/d 的平行處理流程， 采用BAF 預(yù)處理工藝的工藝流程為：BAF

15、-常規(guī)處理-臭氧-活性炭。活性炭出水加少量氯，進入清水庫后由二泵房提升輸入管網(wǎng)(見圖1)。第12頁，共21頁。BAF工藝在周家渡水廠的應(yīng)用BAF 構(gòu)造和氣水反沖快濾池相似， 僅增加了曝氣系統(tǒng)，濾池分為3 格，呈單排布置，單格面積為14m2，設(shè)計濾速52m/h，陶粒濾料厚度2m，下面有20cm 礫石為承托層，設(shè)計空床停留時間22min。濾料底部采用多孔管進行連續(xù)曝氣，安裝1 臺羅茨鼓風(fēng)機曝氣，風(fēng)量為5.5m3/min，升壓為29kpa。沖洗采用氣水反沖洗。氣沖洗強度為55m3/m2. h， 水沖洗強度為60m3/m2. h。配氣、水系統(tǒng)采用濾板和長柄濾頭。BAF結(jié)構(gòu)示意圖見圖2。第13頁，共21

16、頁。BAF工藝在周家渡水廠的應(yīng)用BAF 工藝中濾料的選擇主要考慮易掛膜、不易堵塞、不易破碎等因素。經(jīng)對比，選擇了江西省萍鄉(xiāng)市佳能環(huán)保工程有限公司生產(chǎn)的QT 系列陶粒濾料。其主要特點是： 陶粒用江西優(yōu)質(zhì)粘土為原料，表面粗糙、多微孔、不結(jié)釉，解決了其他片狀陶粒表面結(jié)釉的問題； 強度高、孔隙率大、比表面積大、化學(xué)和物理穩(wěn)定性好。與聚氯乙烯等規(guī)則填料相比，具有生物附著力強，掛膜性能良好等優(yōu)點； 形狀為球形，密度適中， 水流流態(tài)好，反沖洗容易進行。周家渡水廠采用的陶粒的具體參數(shù)為： 粒徑3-5mm； 形狀：球形；有效粒徑3.2mm；顏色：棕褐色；密度：1.7kg/l；堆積密度0.85kg/l；比表面積：

17、 1.510.4cm2/g；孔隙率50%左右。第14頁，共21頁。BAF工藝在周家渡水廠的應(yīng)用2 BAF 的運行2.1 BAF 的運行BAF 生產(chǎn)試驗于2019 年7 月開始運行至今，進水流量為170-300m3/h， 濾速為4.05-7.14m/h， 濾料容積負荷為2-3m3/m3 h，空床停留時間為30-17min。進水的同時進行曝氣， 氣量為330m3/h， 氣水比為1.9 1-1.1 1。沖洗周期與原水濁度有關(guān)，一般控制為7-10 天，當(dāng)水頭損失1.5m-1.8m時進行反沖洗。若運行中反沖洗不及時，就會產(chǎn)生氣阻，使水濾不下去，這時只要立即反沖就可解決。開啟曝氣鼓風(fēng)機時，池中水面應(yīng)低于進

18、水槽。運行時各格水面應(yīng)齊平，使曝氣均勻。2.2 曝氣和溶解氧為了給生物供氧，運行時要采用連續(xù)曝氣。據(jù)測定，出水的溶解氧明顯增加，平均比進水增加1.6 倍，最高時增加7.5 倍。當(dāng)原水氨氮較低( 1mg/l)時，測定得出，當(dāng)進水： (DO/NH3-N) 5； 且DO 5mg/l 時， 可停止曝氣， 以節(jié)約運行費用的結(jié)論。第15頁，共21頁。BAF工藝在周家渡水廠的應(yīng)用2.3 生物鏡檢水廠于8、9、10 月取陶粒濾池中的濾料進行了生物鏡檢， 結(jié)果如表1： 表1 生物鏡檢結(jié)果匯總表第16頁，共21頁。BAF工藝在周家渡水廠的應(yīng)用 3 去除效果及去除率第17頁，共21頁。BAF工藝在周家渡水廠的應(yīng)用3

19、.1 去除濁度BAF 對濁度有良好的去除效果， 試驗期間濁度平均去除率為40.9%， 最大值為69.3%， 其中曝氣時去除率較低， 不曝氣時較高，這是因為曝氣時對濾層有攪動，降低了去除率。BAF 的除濁作用有兩方面， 一是濾層截留， 和砂濾池的原理類似。二是生物吸附和生物凝降解作用，稱為生物除濁。生物吸附和和絮凝是由微生物代謝時分泌出莢膜、細胞外粘液和多糖類物質(zhì)，懸浮顆粒由此粘附在生物膜表面，成為生物膜的一部分，或者粘結(jié)細小顆料成為較大的絮體，被濾層截留 。根據(jù)試驗， 生物濾池中， 由于無機顆粒表面粘附的有機物被生物降解，可降低顆粒表面的 電位4.4-37.2%，有利于絮凝沉降，并能減少后面混

20、凝劑的加注量。周家渡水廠砂濾池出水控制在0.5NTU 以下時， 硫酸鋁加注量為25mg/l， 比相鄰的其他水廠節(jié)約混凝劑10-20%左右。另外，陶粒進水未加混凝劑使?jié)豳|(zhì)脫穩(wěn)， 顆粒間孔隙又大于砂濾池， 所以濁度去除率仍低于一般砂濾池。據(jù)分析， BAF 去除濁度不宜過高，過高時，泥沙會包裹生物膜，影響生物膜的正常生長。第18頁，共21頁。BAF工藝在周家渡水廠的應(yīng)用3.2 鐵、錳的去除BAF 運行1 周后， 對鐵的去除率明顯增加， 可認為除物理-化學(xué)作用外， 有了生物除鐵作用， 濾層中生成鐵細菌，能通過酶的生物催化作用，在較低的氧化還原電位下快速氧化鐵， 被氧化的鐵以 羥基鐵的形式沉積在細胞的鞘膜中，反沖洗時和污水一起排出池外。試驗中鐵的平均去除率為53.1%。運行2 周后， BAF 對錳的去除效果明顯， 生物除錳理論要求pH 7.4-7.5， 氧化還原電位Eh 400-500mV， 溶解氧約為5mg/l。試驗中錳的平均去除率為36.6%。3.3 耗氧量CODMn 和紫外吸光度E254 的去除有機物作為異養(yǎng)菌的電子供體和碳源，為異養(yǎng)菌提供能量和參與細胞合成。BAF 對CODMn 的平均去除率為