氣浮曝氣生物濾池

氣浮法和曝氣生物濾池組合工藝處理洗浴廢水曝氣生物濾池簡介曝氣生物濾池（BiologicalAeratedFilter）簡稱BAF，是80年代末在歐美發(fā)展起來的一種新型生物膜法污水處理工藝。該工藝具有去除SS、COD、BOD、硝化、脫氮、除磷、去除AOX（有害物質）的作用，其特點是集生物氧化和截留懸浮固體與一體，節(jié)省了后續(xù)沉淀池(二沉池)，其容積負荷、水力負荷大，水力停留時間短，所需基建投資少，出水水質好：運行能耗低，運行費用省。BAF在我國作為一種新工藝，正處于推廣階段。大連市馬欄河污水處理廠是我國第一個采用BAF工藝的城市污水處理廠，。許多科研單位也對曝氣生物濾池結構形式、功能、啟動和濾料等方面進行了詳細的研究，取得了很多成果（一）曝氣生物濾池工藝發(fā)展和特點曝氣生物濾池（biologicalaeratedfilter）與普通活性污泥法相比，具有有機負荷高、占地面積?。ㄊ瞧胀ɑ钚晕勰喾ǖ?/3）、投資少（節(jié)約30%）、不會產生污泥膨脹、氧傳輸效率高、出水水質好等優(yōu)點，但它對進水SS要求較嚴（一般要求SS≤100mg/L，最好SS≤60mg/L），因此對進水需要進行預處理。同時，它的反沖洗水量、水頭損失都較大。世界上首座曝氣生物濾池于1981年在法國投產，隨后在歐洲各國得到廣泛應用。美國和加拿大等美洲國家在20世紀80年代末引進此工藝，日本、韓國和中國臺灣也先后引進了此項技術。目前世界上較大的環(huán)保公司如法國得利滿公司、德國菲力普穆勒公司、法國VEOLIA公司均把它作為拳頭產品在全世界推廣。在中國內地，曝氣生物濾池正處于推廣階段。大連市馬欄河污水處理廠是我國第一個采用曝氣生物濾池工藝的城市污水處理廠（由東北市政院設計），廣東新會東郊污水處理廠采用了水解——曝氣生物濾池污水處理工藝（由中冶馬院設計）。另外，我國一部分工業(yè)廢水的處理也采用了此項技術。國內許多科研設計單位對曝氣生物濾池也進行了試驗研究。隨著曝氣生物濾池在世界范圍內不斷推廣和普及，很多學者在其結構形式、功能、啟動和濾料等方面進行了具體的研究，取得了很多成果。（二）國內外發(fā)展情況1.BIOSTYR工藝BIOSTYR是法國OTV公司的注冊水處理工藝技術，由于采用了新型輕質懸浮填料－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器為例說明其工藝結構與基本原理。BIOSTYR工藝是一種上向流生物濾池，是一種運行可靠、自動化程度高、出水水質好、抗沖擊能力強和節(jié)約能耗的新一代污水處理革新工藝。BIOSTYR工藝是成熟/高效的一種污水生物處理工藝，其參與生物處理的生物附著在顆粒狀濾料上。污水通過濾料，其中含有的污染物被濾料表層上的生物膜降解轉化，同時，溶解狀態(tài)的有機物和特定物質也被去除，所產生的污泥保留在過濾層中，而只讓凈化的水通過，這樣可在一個密閉反應器中達到完全的生物處理而不需在下游設置二沉池進行固液分離。法國威立雅水務系統(tǒng)（前身為OTV）在沉沒式生物濾池領域擁有十幾年的工程設計、建設和運行經(jīng)驗，并且在世界各地建設了100多座類似工藝的污水處理廠，該工藝最先開發(fā)時是用于二級和三級處理，而目前該工藝已經(jīng)可以和多種預處理工藝配合直接進行生化處理，并且能夠達到很好的排放水質標準。濾池底部設有進水和排泥管，中上部是填料層，厚度一般為2。5～3。5m，為防止濾料流失，濾床上方設置裝有濾頭的混凝土擋板，濾頭可從板面拆下，不用排空濾床，方便維修。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)內設有回流泵用以將濾池出水泵至配水廊道，繼而回流到濾池底部實現(xiàn)反硝化，在不需要反硝化的工藝中則沒有該回流系統(tǒng)。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。濾池供氣系統(tǒng)分兩套管路，置于填料層內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、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。該工藝具有如下優(yōu)點：1;上向流濾池，底部渠道進配水，頂部出水2;濾料比重小于13;穿孔管曝氣，節(jié)省設備投資和維護費4;濾頭在濾池的頂部，與處理后水接觸，易于維護5;重力反沖洗，無須反沖洗水泵6;工藝空氣和反沖洗用氣共用鼓風機7;曝氣管可布置在濾層中部或底部，在同一池中可完成硝化、反硝化功能2、Biofor工藝Biofor（生物過濾氧化反應池）是得利滿水務繼滴濾池、Biodrof干式過濾系統(tǒng)之后的專為污水處理廠設計的第三代生物膜反應池。與其它類型的生物過濾工藝相比，Biofor主要具有下列特性：①向上流生物過濾待處理的水自濾池底部流至頂部，這個上流過濾在濾池的整個高度上持續(xù)提供正壓條件，與下向流過濾相比，這為向上流過濾提供了許多優(yōu)勢。②使用特制的過濾及生物膜支持煤介：Biolite生物濾料生物濾料將孔隙率、密度、硬度和耐磨損度等完美的結合，以確保獲得很高的生物膜濃度和較大的截留能力，并加長了運行周期。③高性能曝氣Biofor采用了特制的曝氣頭：它不僅能高效的供氧，而且節(jié)約能源、使用安全、易于操作和維護。④流體完全均勻的分布空氣和水流為同向流。Biofor生物濾池的濾板配有非凡的25UB33e濾頭，該濾頭的防阻塞設計通過均勻的配水使過濾效果更加優(yōu)化。⑤有效的沖洗沖洗操作為全自動、可編程3．BIOSMEDI工藝上海市政院鄒偉國等開發(fā)了一種名為BIOSMEDI的曝氣生物濾池，它采用了脈沖反沖洗、氣水同向流的形式，可用于微污染源水預處理或污水深度處理。BIOSMEDI生物濾池是上海市政工程設計研究院針對微污染原水開發(fā)的一種新型生物濾池，該濾池以輕質顆粒濾料為過濾介質，濾料比重較小，一般約在0。1左右，粒徑的大小為4～5mm左右，比重及粒徑的大小可根據(jù)實際需要選擇確定，這種濾料具有來源廣泛、濾料比表面積大、表面適宜微生物生長、價格便宜（300～500元/米3）、化學穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點。濾池上部采用鋼筋混凝土板（板上采用倒濾頭出氣和水）抵制濾料的浮力及運行的阻力。在濾層下部，用混凝土板或鋼板分隔在濾層下部形成氣囊，在反沖洗時下部形成空氣室。原水從進水閥進入氣室，通過中空管進入濾層，在濾料阻力的作用下使濾池進水均勻，空氣布氣管安裝在濾層下部，空氣通過穿孔布氣管進行布氣，經(jīng)過濾層去除水中的有機物、氨氮后，出水經(jīng)倒濾頭進入上部清水區(qū)域排出。濾池反沖洗采用脈沖沖洗的方法，首先關閉進水閥及曝氣管，打開濾池下部的反沖洗氣管，在濾層下部形成一段氣墊層，當氣墊層達到一定高度后，此時瞬時把氣墊層中的空氣通過閥門或虹吸的方法迅速排空，此時濾層中從上到下沖洗的水流量瞬時忽然加大，導致濾料層忽然向下膨脹，脈沖幾次后，可以把附著在濾料上的懸浮物質脫落，再打開排泥閥，利用生物濾池的出水進行水漂洗，可有效地達到清潔濾料的目的。具有以下優(yōu)點：①、較小的濾層阻力；采用氣水同向流，避免了氣水逆向流時水流速度和氣流速度的相對抵消而造成能量的浪費，另外，濾料粒徑較均勻，大大增加濾層的孔隙率，減少濾池運行時的水頭損失。②、價格低、性能優(yōu)的濾料；濾料具有來源廣泛、濾料比表面積大、表面適宜微生物生長、價格便宜（一般價格低于500元/m3）、化學穩(wěn)定性好；濾料比表面積大，有利于氧氣的傳質，大大提高了充氧效率，布氣可采用穿孔管布氣即可，節(jié)省工程投資。③、獨特的脈沖反沖洗形式；傳統(tǒng)的水反沖、氣水反沖均難以奏效，該濾池采用獨特的脈沖反沖洗方式，不需要專門的反沖洗水泵及鼓風機，是一種高效、低能耗的反沖洗形式。（三）應用范圍曝氣生物濾池的應用范圍較為廣泛，其在水深度處理、微污染源水處理、難降解有機物處理、低溫污水的硝化、低溫微污染水處理中都有很好的、甚至不可替代的功能。在低溫污水中，西寧第二污水處理廠由于冬季最低水溫約6℃，為了解決硝化問題，在可行性研究報告報告中就推薦了曝氣生物濾池+A2/O處理工藝。在廣東新會4萬立方米/噸污水處理廠（BOT特許權項目）項目中，首次應用于國內生活污水處理工程中并獲得成功，其工藝為水解+二級曝氣生物濾池（設CN池與N池二級），該項目已經(jīng)投產運行。在難降解有機物處理中，青島啤酒（徐州金波）有限公司廢水處理工程中，再用了水解酸化+曝氣生物濾池處理工藝，從運行上看，選用的工藝是滿足要求的。在中水回用中，大連馬欄河污水處理廠工程，采用的是法國得利滿A3D+BIOFOR工藝技術，出水水質達到三級標準，日處理污水12萬噸，其中4萬噸出水可回用于城市綠化，建筑施工，工業(yè)等。山西臨汾中水回用工程中，二級處理的出水作為水源，為了解決其氨氮這一指標，該工程采用曝氣生物濾池作為預處理單元。在國內，豬場糞便污水處理工程，印染廢水處理工程，腸衣加工廢水處理工程，淀粉廢水處理工程等中都有應用。（五）問題與前景作為一種嶄新的水處理工藝——曝氣生物濾池正處在推廣之中。根據(jù)目前的研究和應用情況，今后仍有好多問題有待研究：生物膜的特點及其快速啟動的方式；生物氧化功能和過濾功能之間的相互關系；反沖洗過程中生物膜的脫落規(guī)律；進一步拓寬曝氣生物濾池的應用范圍，研究其在水深度處理、微污染源水處理、難降解有機物處理、低溫污水的硝化、低溫微污染水處理問題中如何與其他工藝相結合。曝氣生物濾池中核心介質――濾料的研究也會促進該工藝在中國的應用的范圍，BIOSTYR、Biofor兩種工藝功能比較強大，但在中國大范圍的應用仍存在問題，如專利問題，再有它們從投資上都比較大，這也阻礙了這兩種工藝在中國的大范圍的應用。所以特種濾料的的研究與生產的國產化將是曝氣生物濾池在國內大范圍的應用的關鍵氣浮法簡介氣浮法對處理洗浴廢水適用性的理論分析氣浮法的分離機理是在待處理水中通人大量密集的微細氣泡,使其與雜質、絮粒相互粘附,形成整體比重小于水的浮體,從而依靠浮力浮出水面,以完成固液分離。氣浮在理論上有如下適合于處理洗浴廢水的特點。（1）洗浴廢水的特點。洗浴廢水中污染物質主要是皮膚表面膜、毛發(fā)上污物及洗滌劑,形成的絮凝體較輕,有利于通過氣浮去除。(2)洗浴廢水中含有少量陰離子洗滌劑（LAS）,屬表面活性劑,主要成分為十二烷基苯磺酸鹽,與其它類型的合成洗滌劑相比由于減少了支鏈,可生化性得到一定程度提高,但由于含有苯環(huán)、磺酸基等難生物降解的化學基團,仍屬難生物降解物質,其分子同時具有親水及憎水兩個基團。在氣浮過程中,親水基團的一頭與絮粒的親水部分相結合后,使絮粒的附加憎水基團增加,憎水基團可與氣泡牢固粘附在一起,使原先粘附不牢上浮緩慢的帶氣絮粒去除性能得以改善,同時水中陰離子洗滌劑(LAS)也得以去除,氣浮凈水效果得以提高。(3)從氣浮時水中氣泡的形成過程分析,洗浴廢水中表面活性劑的存在有利于微氣泡的形成與穩(wěn)定。根據(jù)氣泡內外受力情況,表面張力對泡內空氣產生附加壓強Ps。為平衡這個附加壓強,泡內空氣壓強Ps必須大于泡外壓強Po,即P=Ps+Po。附加壓強的大小與表面張力系數(shù)a成正比,而與氣半徑r成反比,即Ps=2a/r在附加壓強不變的情況下,洗浴廢水中少量表面活性劑的存在能夠降低水的表面張力系數(shù)a,則氣泡半徑可以進一步縮小。氣泡越小,浮速越小,對水體的擾動也小,不會撞碎絮粒而且氣泡越小,同體積的空氣形成的氣泡數(shù)也越多,比表面積越大,微氣泡與絮粒通過碰撞粘附、凝聚成大的帶氣絮粒的機率也越大。（4）氣浮法從工程應用的角度分析有許多適合中水工程的特點。占地面積為沉淀法的1/8～1/2,池容也僅為沉淀法的1/8～1/4;氣浮法對絮凝的要求低,只要絮粒成長到足以被上升的微氣泡粘附即可,可縮短反應時間及減小反應池池容。氣浮在理論上具有許多適合于處理洗浴廢水的特點,但尚需試驗驗證處理效果及確定工藝參數(shù)。三、工程實例（一）材料與方法1、原水水質 廢水為同濟大學校本部學生浴室排放的洗浴廢水，其水質水量較為穩(wěn)定，污染程度不高。設計水量為300～360m3/d，廢水水質及中水回用標準見表1。PHSS(mg/l)COD（mg/l）BODmg/l）NH4+.N(mg/l)TN（mg/l）TP（mg/l）LAS（mg/l）濁度（mg/l）6.5～7.275～24060～18040～604～2412～250.5～0.82～820～120表1洗浴廢水水質Table1Bathingwastewaterquality2、工藝流程 工藝流程見圖1。系統(tǒng)工藝流程以及部分水質指標全程由PLC、中心工控機和在線儀表實現(xiàn)自動控制。整個處理系統(tǒng)分為以下幾部分。氣氣動閥用氣洗浴廢水熱交換池去浴池調節(jié)池毛發(fā)聚集器氣浮池藥劑浴器罐空壓機中間水池曝氣生物濾池紫外線消毒器清水池調節(jié)池風機曝氣生物濾池風機綜合用水系統(tǒng)預處理系統(tǒng)泵吸收預熱新鮮水調節(jié)池預曝氣自流泵至三好塢景觀泵出水自流反應系統(tǒng)出水系統(tǒng)供氣系統(tǒng)2、1綜合集水系統(tǒng)首先洗浴廢水出水流入熱交換池（由熱交換盤管吸收余熱后對浴室冷水升溫，由溫度測控器實時監(jiān)測進出水溫度，傳入中央工控機），之后經(jīng)過格柵進入調節(jié)池。調節(jié)池設有曝氣管以平衡水質，并對廢水進行預曝氣。調節(jié)池內設超聲波液位控制器，對水位進行實時監(jiān)測，由中心工控機控制潛污泵的啟停，低水位停泵，中水位啟泵，高水位報警。流量為240～300m3/d。2、2預處理系統(tǒng)調節(jié)池廢水被潛污泵提升經(jīng)毛發(fā)聚集器進入氣浮池，通過向洗浴廢水中加入混凝劑聚合氯化鋁鐵(PAFC)進行破乳和混凝氣浮，可降低水中的洗滌劑、懸浮物、膠體等污染物的含量。氣浮出水進入中間水池（缺氧池）。氣浮池聚合氯化鋁鐵投量為15mg/L。2、3反應系統(tǒng) 中間水池出水為兩路，由在線氨氮、總磷等自動控制儀表監(jiān)測，若水質較好，則由曝氣生物濾池處理后直接排入中水池；若水質一般，則不經(jīng)曝氣生物濾池直接流入膜反應池，經(jīng)自吸泵抽吸進入中水池；若水質較差，則由曝氣生物濾池處理后再行排入中間水池，之后流入膜反應池。曝氣生物濾池的控制由中心工控機通過電磁閥箱對氣動閥門進行自動調控。曝氣生物濾池濾料粒徑為3～5mm；最佳水力負荷為1.5m3/m2·h；最佳容積負荷為2kgCOD/m3·d；最佳水力停留時間（HRT）為0.4h；正常運行48h后反沖洗10min；HRT時間為0.5～2h。膜生物反應器通過自吸泵抽吸作用出水，出水采用間歇出水方式，出水12min，停止3min；HRT為2～4h；污泥停留時間（SRT）為60d；污泥濃度為3000～4000mg/L。當反應器的水位到達超低水位或中水池水位達到高水位時，反應器停止出水。膜生物反應器用在線清洗和離線清洗兩種方式進行清洗。膜生物反應器運行約3個月進行一次在線清洗，運行約6個月進行一次離線清洗，清洗用藥劑為次氯酸鈉，活性氯濃度約為3000mg/L，在線清洗藥液量為：2L/m2膜；離線清洗藥液量為：可以浸沒膜組件。2、4出水系統(tǒng)反應器的出水經(jīng)在線紫外消毒器消毒后進入清水池（中水池），由潛水泵送入校園景觀系統(tǒng)，再流入學校三好塢水體進行水源補給。3、工藝設計特點（1）膜生物反應器膜組件的高效截留作用不僅可保證出水水質，同時使反應器內保持較高的生物量，使生物處理效率提高。膜使微生物完全截留在反應器內，實現(xiàn)了反應器HRT和污泥齡的完全分離，使運行控制更加靈活穩(wěn)定，使世代周期較長的硝化菌得以富集，使其具有脫氮的效果。當MLSS濃度較高時，在傳統(tǒng)活性污泥法中將導致污泥膨脹，使處理效果變壞。而膜生物反應器，不會出現(xiàn)污泥膨脹，并且不必考慮污泥的沉降性能。即使MLSS達到7g/L以上時，仍然可以正常運行，經(jīng)膜分離的出水仍可以得到較好的水質。反應器在高容積負荷、低污泥負荷、長泥齡下運行，高的污泥停留時間使污泥消化，污泥產率低。 （2）膜系統(tǒng)采取集裝化，既節(jié)省占地面積，又便于管理和清洗。（3）對膜組件壽命有所延長。組合氣浮池可以降低水中的洗滌劑、懸浮物、膠體等污染物的含量，從而使后續(xù)處理的負荷大為減輕，尤其是對膜污染的延緩有很大的好處。將曝氣生物濾池和膜生物反應池進行有機組合，使工藝系統(tǒng)更能適應不同時段的水質水量變化。生物接觸氧化降低了膜生物反應器的負荷，相應延長了膜的清洗周期。（4）工藝采用HC系列回轉式鼓風機對膜生物反應池、調節(jié)池及曝氣生物濾池進行曝氣，與羅茨風機相比具有噪音?。ǖ陀?5dB）、節(jié)能、運行穩(wěn)定的優(yōu)點。（5）整個工藝流程控制及水質指標在線監(jiān)測采用PLC自動控制系統(tǒng)，尤其使膜生物反應器便于運行管理。上位機采用CIMPLICITY組態(tài)軟件，操作系統(tǒng)WIN-xp。使用通用公司VERSAMAXPLC可編程控制器和各種智能儀表組成自動控制下位機，實現(xiàn)對現(xiàn)場設備及儀表進行監(jiān)控與管理。4、工藝主要構筑物設備主要構筑物設備指標參數(shù)見表2。主要構筑物規(guī)格（型號）參數(shù)說明調節(jié)池11m×7.5m×4.0m有效容積250m3鋼筋混凝土地下式曝氣生物濾池直徑1.2m有效容積6m3鋼制絮凝氣浮池F15組合型有效容積27m3鋼制中間水池1.5m×2.7m×4.0m有效容積15m3鋼筋混凝土地下式膜生物反應池3.3m×2.7m×4.0m有效容積31m3鋼筋混凝土地下式清水池1.5m×2.7m×4.0m有效容積15m3鋼筋混凝土地下式供水潛污泵50JYWQ15-20流量18m3/h，揚程20m，功率2.2kW一用一備自吸出水泵50ZX18-20流量18m3/h，揚程20m，功率2.2kW一用一備風機HC-501風量1.32m3/h，功率2.2kW兩用一備膜組件SUR系列平均膜孔徑0.2μmPE中空纖維膜，日本三菱表2主要構筑物及設備指標Table2Mainstructuresandinstruments（二）結果與討論1、系統(tǒng)啟動1.1曝氣生物濾池段調試接種污泥取自上海東區(qū)污水處理廠二沉池回流污泥，首先將污泥打入曝氣生物濾池悶曝2d。之后全流程運行調試，不斷提高進水負荷，同時向廢水系統(tǒng)內投加適當營養(yǎng)鹽。10d后BAF濾池的陶粒濾料均已掛膜，觀察微生物相，發(fā)現(xiàn)有黃褐色菌膠團出現(xiàn)。陶粒濾料表觀由填裝時的黑褐色轉為黃褐色，表面產生粘性。繼續(xù)提高進水負荷，15d后發(fā)現(xiàn)黃褐色已占填料個體的絕大部分，陶粒表面生物膜厚度明顯較培養(yǎng)初期增厚，COD的去除率達到55%以上。此時，認為微生物的培養(yǎng)馴化結束。1.2膜生物反應池段 接種污泥取自上海市東區(qū)污水廠二沉池的回流污泥（MLSS5690mg/L，SV72%，SVI78.17mL/g），外觀呈棕褐色，鏡檢生物相豐富，馴化以廢水加營養(yǎng)的方式進水。處理水量也是逐步遞增。經(jīng)過20d左右的培養(yǎng)，污泥適應廢水水質，出水水質良好，認為馴化成功。2處理效果 馴化結束后，正式出水。工程的處理效果見表3。項目PHSS(mg/l)COD(mg/l)BOD(mg/l)進水6.5～7.275～24060～18040～60出水6.2～6.5≈07～201～2回用標準6～9≤10≤6項目NH4+.N(mg/l)TN(mg/l)TP(mg/l)LAS(mg/l)濁度NTU進水4～2412～250.5～0.82～820～120出水0～44～60.01～0.030.2～0.30.3～0.4回用標準≤5≤15≤0.5≤0.5≤5表3主要水質指標及回用標準Table3Effluentqualityandreusestandard3、運行結果分析（1）進水濁度值在20～120NTU的范圍內波動，由于膜生物反應器膜的高效截留作用而出水濁度值始終保持在0.3或0.4NTU左右，遠遠小于回用標準的5NTU。膜生物反應器的出水SS接近于零，因此工藝對SS的去除非常有效。（2）當進水COD為60～180mg/L時，反應池上清液的COD為20～30mg/L，其生物去除率在67%～84%。其原因有兩方面[4]：一是SRT的延長使內源呼吸加劇，產生了大量溶解性污染物（SMP），從而導致上清液COD上升；二是F/M值太低而不足以維持反應器中微生物的生長需要，使得大量微生物死亡，而死亡微生物難以降解，致使上清液COD上升。然而出水COD卻能穩(wěn)定在10mg/L以下，是因為膜系統(tǒng)的截留作用對穩(wěn)定出水起到了重要作用，提高了系統(tǒng)整體的抗沖擊能力，使COD的去除效率保持在較高水平。（3）對陰離子表面活性劑（LAS）的去除有兩部分，一是氣浮池對LAS的物化去除；二是膜生物反應器對LAS的生化去除。隨著反應器中污泥量的增加，對LAS的去除