生物吸附-生物膜過(guò)濾(A-BF法)法處理城市污水研究

1、生物吸附-生物膜過(guò)濾(A-BF法)法處理城市污水研究 摘要：本文論述了A-BF法的技術(shù)特征，介紹了試驗(yàn)研究成果，并將BF級(jí)與A-B法的B級(jí)作了技術(shù)HYPERLINK /Economic/經(jīng)濟(jì)比較。 關(guān)鍵詞：生物吸附 生物膜 城市污水 處理1 引言污水生物處理技術(shù)雖然已取得很大HYPERLINK /fazhan/發(fā)展，并且走向成熟，但人們?nèi)栽诓粩嘀铝τ诟痈咝А⒌秃?、占地更少的新工藝的開(kāi)發(fā)和研究。70年代德國(guó)Aachen大學(xué)B.Bohnke教授提出“生物吸附氧化法(A-B法)”工藝，使污水生物處理技術(shù)取得了重大進(jìn)展。AB法工藝高效省能的核心在A級(jí)，即由于取消了初級(jí)沉淀池和采取低氧運(yùn)行，充分地利用

2、了短世代微生物的吸附能力，大大縮短了曝氣時(shí)間、降低了能耗。而B(niǎo)級(jí)曝氣池仍需按低負(fù)荷活性污泥法設(shè)計(jì)運(yùn)行1，而且還需要后續(xù)停留時(shí)間為24h的沉淀池以滿足固液分離和活性污泥回流的需要。能否在AB法的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)一種更為高效低耗的新工藝，其關(guān)鍵在于對(duì)B級(jí)進(jìn)行有效的改造。多年來(lái)探索快速高效的污水生物處理方法主要遵循兩條途徑2，一是發(fā)揮微生物生理特性的優(yōu)異作用，如AB法中A級(jí)就是充分發(fā)揮了短世代微生物的吸附作用以實(shí)現(xiàn)其快速高效率的；二是提高參與作用的微生物量，增加有機(jī)物與微生物接觸的機(jī)率，如采用高污泥含量的生物膜法34。生物膜法具有容積負(fù)荷高、處理效果好的特點(diǎn)，充分利用生物膜法這一特點(diǎn)，將生物膜工藝串聯(lián)于A

3、級(jí)之后，以取代低負(fù)荷的B級(jí)，并輔以過(guò)濾技術(shù)，形成“生物吸附一生物膜過(guò)濾法(A-BF法)”這就是我們進(jìn)行A-BF法工藝研究的主要目的。生物膜法是一種較為成熟的污水生物處理工藝，但由于這種工藝為防止堵塞要求進(jìn)水中懸浮物和有機(jī)物濃度較低，因此使其在城市污水處理中的推廣應(yīng)用受到限制。在ABF處理工藝中，由于BF級(jí)串聯(lián)于A級(jí)之后，當(dāng)其被用于城市污水處理時(shí)，盡管原污水中懸浮物和有機(jī)物濃度較高，但由于原污水經(jīng)過(guò)A級(jí)處理后，懸浮物與有機(jī)物濃度均已顯著降低，從而可使進(jìn)入BF級(jí)的污水滿足生物膜工藝的進(jìn)水濃度要求，可保證生物膜工藝段(BF級(jí))的穩(wěn)定運(yùn)行，使生物膜法的優(yōu)勢(shì)在工藝中得以充分發(fā)揮，實(shí)現(xiàn)在較短時(shí)間內(nèi)通過(guò)微生

4、物對(duì)有機(jī)物的吸附、氧化作用、使污水得到凈化。并借鑒法國(guó)OTV公司在TSM(1990年No78)刊物上所介紹的“采用生物碳法及活性污泥法進(jìn)行低溫生物處理比較試驗(yàn)”資料5，在生物膜工藝中輔以過(guò)濾技術(shù)，省去B級(jí)二次沉淀池，這樣不僅縮短了處理工藝流程，降低工程投資、減少建設(shè)用地，而且可望提高固液分離效果，改善出水水質(zhì)。2 工藝概述A-BF工藝的試驗(yàn)研究工作分兩部分，一是小試，主要是選擇濾料、探索工藝運(yùn)行條件、進(jìn)行可行性試驗(yàn)；二是中間試驗(yàn)，進(jìn)行不同工況下的運(yùn)行條件試驗(yàn)及處理效果試驗(yàn)，確定推薦設(shè)計(jì)參數(shù)。其工藝流程如圖1。根據(jù)小試結(jié)果可知，當(dāng)濾速為2mh(水力停留時(shí)間為1h)時(shí)以焦炭、膨脹頁(yè)巖(陶粒)為濾料

5、的濾池，對(duì)CODCr、BOD5的去除率相近，分別為53、51和85、86。由此確定，焦炭和膨脹頁(yè)巖(陶粒)均可作為BF級(jí)濾池之待選濾料?？紤]取材方便與價(jià)格等因素，在中試中選用焦炭作為濾料。 生物吸附生物膜過(guò)濾法(A-BF法)處理工藝由A級(jí)和BF級(jí)組成，以串聯(lián)方式運(yùn)行。在A-BF法的工藝研究中，A級(jí)只按AB法研究中推薦的工藝參數(shù)運(yùn)行2(A級(jí)曝氣時(shí)間為0.5h，混合液污泥濃度23gL，池內(nèi)溶解氧控制在0.10.7mgL，A級(jí)沉淀池水力停留時(shí)間1.7h)，A級(jí)之后的BF級(jí)屬于生物膜工藝，通過(guò)在附著有生物膜的濾(填)料層間曝氣充氧并結(jié)合過(guò)濾工藝，構(gòu)成生物膜濾池。該池為淹沒(méi)式層間曝氣，下向流等濾速變水頭

6、過(guò)濾，以粒徑為26mm的焦炭作為濾(填)料，濾料充填高度2m，在此池內(nèi)可同時(shí)完成生物氧化降解有機(jī)污染物與截留脫落的生物膜和懸浮物的作用?？諝鈴木酁V料底部2540cm處通人，一方面有利于發(fā)揮下層濾料表面生物膜的氧化降解作用，另一方面又有利于提高整個(gè)生物膜濾池的貯污能力，延長(zhǎng)反沖周期。曝氣點(diǎn)以下2540cm厚的濾層起到過(guò)濾的作用，進(jìn)一步截留水中懸浮物和脫落的生物膜，完成固液分離過(guò)程。由于生物膜生長(zhǎng)、固著在比表面積較大的濾料表面上，這就使得池中容納著大量微生物，從而在體現(xiàn)出容積負(fù)荷高、停留時(shí)間短的特點(diǎn)的同時(shí)，又能保證濾池在較低的污泥負(fù)荷下運(yùn)行，為進(jìn)一步氧化降解經(jīng)A級(jí)處理后污水中剩余的有機(jī)污染物提供了

7、可靠的保障，進(jìn)而獲得優(yōu)良處理效果，保證了出水的穩(wěn)定性。3 結(jié)果與分析3.1 BF級(jí)生物膜濾池不同濾速下的處理效果BF級(jí)的濾速是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)參數(shù)，其大小直接影響到BF級(jí)乃至整個(gè)ABF處理工藝的效果。BF級(jí)生物膜濾池在不同濾速下的處理效果(平均值)參見(jiàn)表1。由表1可知，隨BF級(jí)濾速的提高，即水力停留時(shí)間的縮短，BF級(jí)的處理效果及ABF工藝總的處理效果均呈下降趨勢(shì)。濾速在2mh及以下時(shí)，該工藝可保持優(yōu)良的出水水質(zhì)，出水CODCr均小36mgL；BOD5均小于8mgL。因此，BF級(jí)濾速為2mh時(shí)，既可保證有較佳的出水水質(zhì)，又可保持較高的處理效率。故以2mh濾速作為BF級(jí)穩(wěn)定性試驗(yàn)的運(yùn)行參數(shù)。此外，從

8、表1還可看出，當(dāng)BF級(jí)濾速為4mh、水力停留時(shí)間為0.5h時(shí)，該工藝的出水水質(zhì)平均值：CODCr為57.1mgL、CODCr為13.8mgL、SS為15.5mgL，仍能達(dá)到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB897888)的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。由此也可說(shuō)明本工藝在推薦濾速下仍保留有較大的耐大水量沖擊的余地。ABF工藝不同濾速下的平均處理效果 表1濾速(mh)CODCrBOD5SS原水mgLA級(jí)出水mgLBF級(jí)出水mgLBF級(jí)去除率總?cè)コ试甿gLA級(jí)出水mgLBF級(jí)出水mgLBF級(jí)去除率總?cè)コ?原水mgLA級(jí)出水mgLBF級(jí)出水mgLBF級(jí)去除率總?cè)コ?165623717.692.696.920569.52.7

9、96.098.7403610.998.9100273830428.590.096.120680.84.194.798.07311691698.5100386128536.286.595.024398.98.190.996.29132009.395.899.0464929457.180.090.918590.313.884.791.954914915.588.997.03.2 BF級(jí)生物膜濾池在不同曝氣量下的處理效果BF級(jí)運(yùn)行時(shí)的曝氣量是關(guān)系到運(yùn)行費(fèi)用的重要參數(shù)，是處理工藝的一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，對(duì)考察工藝的經(jīng)濟(jì)合理性具有重要意義。BF級(jí)生物膜濾池在不同氣水比下的處理效果平均值列于表2。當(dāng)BF

10、級(jí)以2mh濾速運(yùn)行時(shí)，曝氣量分別按氣水比81、61控制，從表2數(shù)據(jù)可知，提高氣水比處理效果雖有所提高，但變化不大，因此推薦采用氣水比為61的曝氣量，既可保證有良好的處理效果，且可降低能耗，節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。BF級(jí)在不同曝氣量下的處理效果 表2名稱(chēng)結(jié)果項(xiàng)目8161原水A級(jí)出水BF級(jí)出水BF級(jí)去除率%A-BF總?cè)コ?原水A級(jí)出水BF級(jí)出水BF級(jí)去除率%A-BF總?cè)コ?CODCr(mgL)73830428.590.096.145921422.989.195.0BOD5(mgL)20680.84.194.798.014563.63.394.397.5SS(mgL)7311691.598.599.853

11、61611.798.099.53.3 BF級(jí)生物膜濾池的過(guò)濾工作周期BF級(jí)生物膜濾池屬于等濾速、變水頭過(guò)濾類(lèi)型，其濾后水頭恒定，濾前水頭隨過(guò)濾的進(jìn)行逐漸加大。一般情況下當(dāng)濾前、濾后的水頭差達(dá)到1m時(shí)，一個(gè)過(guò)濾工作周期即告結(jié)束。BF級(jí)不同濾速及同一濾速(2mh)不同氣水比下的過(guò)濾工作周期和處理水量平均值見(jiàn)表3，從表3數(shù)據(jù)可知，BF級(jí)的過(guò)濾工作周期隨濾速的加大而縮短，而相同濾速下以不同氣水比(81、61)控制曝氣量時(shí)，其過(guò)濾工作周期處理水量基本相近。這也說(shuō)明濾池的工作周期是與濾層的儲(chǔ)污能力密切相關(guān)的。濾層不變，儲(chǔ)污能力也不變，所以濾速加大，工作周期縮短而處理水量則不變。BF級(jí)生物膜濾池不同工況下的

12、過(guò)濾工作周期表3濾速(m/h)氣水比進(jìn)水(m3/h)過(guò)濾周期(h)周期產(chǎn)水(m3)1810.125116.314.52810.25068.717.22610.25064.516.13810.37548.518.24810.50028.014.0ABF工藝穩(wěn)定性運(yùn)行試驗(yàn)結(jié)果 表4名稱(chēng)結(jié)果項(xiàng)目原水A級(jí)出水BF級(jí)出水BF級(jí)去除(%)A-BF總?cè)?%)變化范圍平均值變化范圍平均值變化范圍平均值變化范圍平均值變化范圍平均值CODCr(mg/L)31577645512933722110.035.722.385.394.689.892.397.495.1BOD5(mg/L)7918312729.887.15

13、6.80.47.43.784.599.493.492.199.897.0SS(mg/L)5010604522047017419.02.186.710098.493.810099.33.4 A-BF工藝及BF級(jí)生物膜濾池運(yùn)行的穩(wěn)定性3.4.1 A-BF工藝及BF級(jí)生物膜濾池運(yùn)行穩(wěn)定性與對(duì)進(jìn)水水質(zhì)變化的適應(yīng)性按濾速為2mh、氣水比為61的運(yùn)行條件對(duì)該工藝進(jìn)行了近兩個(gè)月的運(yùn)行穩(wěn)定性試驗(yàn)。結(jié)果列于表4。從表4不難看出，雖然原水水質(zhì)變化幅度較大，但ABF工藝和BF級(jí)生物膜濾池，仍然有較穩(wěn)定的處理效果和較高的去除率，出水水質(zhì)達(dá)到了較高的水平。同時(shí)也說(shuō)明ABF工藝和BF級(jí)生物膜濾池對(duì)原水水質(zhì)的變化都具有較強(qiáng)

14、的適應(yīng)能力。3.4.2 BF級(jí)對(duì)不同有機(jī)投配負(fù)荷的適應(yīng)性根據(jù)表4所列A級(jí)出水(即BF級(jí)進(jìn)水)CODCr、BOD5值的變化范圍，可HYPERLINK /pc/計(jì)算出BF級(jí)的有機(jī)物投配負(fù)荷變化范圍為：CODCr容積負(fù)荷3.418.91kgCODCrm3d，BOD5容積負(fù)荷為0.792.30kgB0D5m3d。由此可見(jiàn)，在有機(jī)投配負(fù)荷變化較大的情況下，仍能有表4所列的穩(wěn)定的處理效果和高質(zhì)量的出水水質(zhì)，說(shuō)明BF級(jí)生物膜濾池對(duì)有機(jī)物投配負(fù)荷的變化也同樣具有良好的適應(yīng)性。經(jīng)多次對(duì)BF級(jí)生物膜濾池中的生物量進(jìn)行測(cè)定的結(jié)果表明，BF級(jí)中的生物量較高，其在池中的平均生物量為13g干污泥L填料，其中有機(jī)份占60以

15、上，同樣根據(jù)表4所列A級(jí)出水的BOD5變化范圍可計(jì)算得出BF級(jí)污泥投配負(fù)荷為0.100.30kgBOD5KgVSS.d，由此表明，BF級(jí)生物膜濾池既具有較高的容積負(fù)荷，又使污泥有機(jī)負(fù)荷維持在一個(gè)較低的水平上。這也正是BF級(jí)生物膜濾池既能保持很高的處理效率，又能保持有良好出水水質(zhì)的關(guān)鍵所在。 3.5 BF級(jí)生物膜濾池各項(xiàng)反沖洗參數(shù)的確定BF級(jí)生物膜濾池運(yùn)行一段時(shí)間以后，隨著濾池內(nèi)生物的大量繁殖與截留的懸浮物質(zhì)的增加，其濾層的阻力也逐漸升高，當(dāng)濾層阻力達(dá)1m左右時(shí)，則需對(duì)其進(jìn)行逆向氣、水反沖洗，將老化的生物膜及所截留的懸浮物質(zhì)沖洗出池外以保證濾池的正常的運(yùn)行。對(duì)于反沖洗過(guò)程中氣、水的反沖洗強(qiáng)度應(yīng)控

16、制得當(dāng)，過(guò)低達(dá)不到反沖洗的目的，過(guò)高會(huì)使生物膜嚴(yán)重脫落，造成填料層內(nèi)生物量減少，以致影響處理效果，并易造成填料的破損、流失及增加不必要的反沖洗耗水量、耗電量。 濾池反沖洗采用逆向氣、水混合沖洗，反沖步驟為：氣沖(氣水)沖水沖。反沖水源為BF級(jí)生物膜濾池的處理出水，反沖排水在實(shí)際工程中可排人A級(jí)沉淀池，沉淀后與A級(jí)剩余污泥一起排出系統(tǒng)，其反沖耗水量占周期處理水量的5以下，反沖時(shí)濾層的膨脹率較小，約為10左右。3.6 關(guān)于ABF工藝的脫氮、除磷效果通過(guò)對(duì)穩(wěn)定性試驗(yàn)期間各段氨氮、總氮、總磷的測(cè)定、統(tǒng)計(jì)得知，A-BF工藝對(duì)氨氮的總?cè)コ蕿?9.0，其中BF級(jí)的去除率為86.5；A-BF工藝對(duì)總氮的總?cè)?/p>

17、除率為39.6，其中BF級(jí)的去除率為24.0；A-BF工藝對(duì)總磷的總?cè)コ蕿?7.6，其中BF級(jí)的去除率為36.7。以上數(shù)據(jù)說(shuō)明，雖然A-BF工藝總的水力停留時(shí)間較短，但對(duì)氮、磷仍有較好的處理效果。且脫氮除磷主要發(fā)生BF級(jí)。4 技術(shù)HYPERLINK /Economic/經(jīng)濟(jì)比較現(xiàn)就幾個(gè)主要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，將BF級(jí)生物膜濾池的試驗(yàn)結(jié)果與AB法工藝中B級(jí)作如下比較。4.1 處理效果對(duì)比BF級(jí)與B級(jí)CODCr的去除率分別為89.8、61.7(相對(duì)于該級(jí)進(jìn)水而言，下同)；BOD5的去除率分別為93.4、84.8；SS的去除率分別為98.4、81.5?？梢?jiàn)BF級(jí)的去除效果均優(yōu)于B級(jí)，尤其是CODCr的

18、去除率更為突出。BF級(jí)出水CODCr均值僅為22.3mgL，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于B級(jí)，并達(dá)到了建設(shè)部雜用水和北京市中水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，這在一般的生化處理工藝中是難以實(shí)現(xiàn)的。BF級(jí)與B級(jí)的出水水質(zhì)及中水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5。BF級(jí)生物膜濾池的出水水質(zhì)除衛(wèi)生學(xué)指標(biāo)外均達(dá)到中水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。BF級(jí)與B級(jí)出水水質(zhì)對(duì)比 表5工藝項(xiàng)目BF級(jí)出水B級(jí)出水中水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)CODCcr(mgL)22.381.250BOD5(mgL)3.710.210SS(mg/L)2.11410PH6.58686.59ABS(mgL) l2色度(倍)30404.2 水力停留時(shí)間、容積負(fù)荷的對(duì)比BF級(jí)與B級(jí)的總水力停留時(shí)間分別為1h、45h(曝氣2h，沉淀23

19、h)，B級(jí)的總水力停留時(shí)間為BF級(jí)的45倍。BF級(jí)與B級(jí)的容積負(fù)荷分別為1.5kgBOD5m3.d、0.54kgBOD5m3.d，BF級(jí)容積負(fù)荷是B級(jí)的2.8倍。4.3 工程造價(jià)、運(yùn)行費(fèi)用、占地面積的對(duì)比 經(jīng)估算，BF級(jí)的工程造價(jià)可比B級(jí)節(jié)省40。BF級(jí)的運(yùn)行費(fèi)用可比B級(jí)節(jié)省50。BF級(jí)的占地面積可比B級(jí)節(jié)省66，其中，B級(jí)曝氣池水深按4m計(jì)，B級(jí)沉淀池有效水深按3m計(jì)。5 結(jié)論 ABF法處理工藝中，一方面A級(jí)利用了短世代微生物的吸附能力，發(fā)揮了微生物生理特性的優(yōu)異作用；另一方面BF級(jí)則利用了生物膜法具有高微生物保有量的特點(diǎn)，提高了系統(tǒng)內(nèi)參與作用的微生物量，增加了有機(jī)物與微生物接觸的機(jī)會(huì)，充分

20、地將實(shí)現(xiàn)生物處理快速高效的兩條途徑有機(jī)地結(jié)合在一個(gè)處理工藝之中，達(dá)到了預(yù)期目的。 研究結(jié)果表明：將生物膜處理技術(shù)與過(guò)濾技術(shù)相結(jié)合，串聯(lián)于高效的A級(jí)之后，以取代AB法工藝中處理效率較低的B級(jí)，是可行的，所形成的新的處理工藝，具有處理效率高、出水效果好的突出特點(diǎn)。當(dāng)污水的總水力停留時(shí)間為3.2h時(shí)，A-BF工藝的CODCr去除率在90以上，BOD5去除率在95以上，SS去除率在98以上。 A-BF工藝具有優(yōu)良的出水水質(zhì)。在ABF工藝正常運(yùn)行情況下，當(dāng)BF級(jí)生物膜濾池以2mh濾速運(yùn)行時(shí)，其出水CODCr在40mgL以下，BOD5在10mgL以下，SS在10mgL以下。若再經(jīng)消毒處理后，即可達(dá)到中水水

21、質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)BF級(jí)生物膜濾池以4mh濾速運(yùn)行時(shí)，其CODCr在60mgL以下，BOD5在20mgL以下，SS在30mgL以下，達(dá)到了污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB897888)的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。 確定了BF級(jí)生物膜濾池的設(shè)計(jì)、運(yùn)行參數(shù)。當(dāng)要求處理出水達(dá)到中水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，BF級(jí)生物膜濾池的濾速為2mh，水力停留時(shí)間為1h，容積負(fù)荷2kgBOD5m3d，曝氣量按氣水比6：1控制；當(dāng)要求處理出水水質(zhì)達(dá)到污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，BF級(jí)生物膜濾池的濾速為4mh，曝氣量按氣水比61控制。 確定了BF級(jí)生物膜濾池的結(jié)構(gòu)形式BF級(jí)生物膜濾池為淹沒(méi)式填料層間曝氣濾池，采取下向流等濾速變水頭過(guò)濾，以粒徑為26mm的焦炭或陶粒作為濾(填)料，曝氣管安裝高度為距濾料底部2540cm。填料充填總高度為2m。 ABF工藝運(yùn)行穩(wěn)定，耐沖擊負(fù)荷，對(duì)水質(zhì)變化的