曝气生物滤池(BAF)的现状与发展[权威资料]

曝气生物滤池 (BAF)的现状与发展 本文档格式为 WORD,感谢你的阅读。 摘要：曝气生物滤池是一种将生物氧化机理与深床过滤机理有机结合的新型污水生物处理技术。本文对曝气生物滤池的工艺原理、工艺特点、工艺形式以及工艺效能进行了综合评述，并提出了曝气生物滤池今后的研究方向。 关键词：曝气生物滤池；现状；发展 X83A Abstract: biological aerated filters is a biological oxidation mechanism and deep bed filtering mechanism of the organic combination of new biological wastewater treatment technology. In this paper, the biological aerated filters principle of process, technological features, technology and process performance forms are summarized, and put forward the biological aerated filters the future research direction. Keywords: biological aerated filters； The present situation； development 近年来随着城市建设和工业的发展 ,城市用水量急剧增加 ,大量不达标污水的排放不仅污染了环境和水源 ,更加重了水资源的日益短缺和水质的日益恶化 ,从而 导致生态环境的恶性循环。因此 ,寻求经济高效的污水处理技术 ,对促进污水回用的发展和水环境的恢复有着现实和深远的意义。 生物法是污水处理的基本方法 ,然而传统污水生物处理工艺不可避免的具有占地面积比较大、处理系统复杂、运行管理难度大、处理效能低下等缺点 ,而且随着城市发展步伐的加快及城市区域的拓展 ,污水处理设施离城区越来越近 ,有的甚至建在城区 ,污水处理厂的土地使用也受到严格的限制。在这种背景下 ,生物过滤的思想被引入到污水处理中来 ,于是占地面积小、出水水质高、投资省、抗冲击负荷能力强、具有模块化结构并可自动 化操作的曝气生物滤池 ( Biological Aerated Filter, BAF)就应运而生了。 1 曝气生物滤池工艺原理及其特点 1.1 工艺原理 曝气生物滤池是将接触氧化工艺和悬浮物过滤工艺结合在一起的污水处理工艺 ,其工艺原理为在滤池中装填一定量粒径较小的粒状滤料 ,滤料表面生长着生物膜 ,滤池内部曝气 ,污水流经时 ,由于滤料上附着高浓度生物膜量 ,利用其强氧化降解能力快速降解废水中的污染物。同时 ,利用滤料粒径较小的特点及生物膜的生物絮凝作用 ,截留污水中的大量悬浮物 ,且保证脱落 的生物膜不会随水漂出 ,由此达到净化废水的目的。随着过滤的进行 ,由于滤料层内生物膜逐渐增厚 ,悬浮固体不断积累 ,过滤水头损失逐步加大 ,在一定进水压力下 ,设计流量将得不到保证 ,此时应进行反冲洗再生以去除滤床内过量的生物膜及悬浮固体 ,恢复滤池的处理能力。曝气生物滤池属于附着生长固定膜生物反应器 ,在其填料上可发生有机物的代谢过程 ,还可以将生物转化过程产生的生物污泥和进水带入的悬浮物进一步截流在滤池内 ,起到生物过滤的作用。 1.2 工艺特点 曝气生物滤池虽是生物膜处理方法的一种 ,但与传统生物滤池相比 ,仍具有明显特点 : (1)BAF 采用的粗糙多孔的小颗粒（如陶粒、焦炭、石英砂、活性炭、聚苯乙烯滤料等）填料作为生物载体 ,可在填料表面保持较高的生物量 (可达 10 15 g/L) ,易于挂膜且运行稳定。 (2)生物相复杂 ,菌群结构合理 ,反应器内具有明显的空间梯度特征 ,能耐受较高的有机和水力冲击负荷 ,不同的污染物可以在同一反应器被渐次去除 ,同步发挥生物氧化作用、生物吸附絮凝和物理截留作用 ,出水水质好 ,可满足回用要求。 (3)区别于一般生物滤池及生物滤塔 ,在去除 BOD、氨氮时需进行曝气 ,但粒状填料层具有较高的氧转移效率 ,曝气量低 ,运行能耗较低 ,硝化和反硝化效率高。 (4)BAF 滤池为半封闭或全封闭构筑物 ,其生化反应受外界温度影响较小 ,适合于寒冷地区进行污水处理。 (5)高浓度的微生物量增大了 BAF 的容积负荷 ,进而降低了池容积和占地面积 ,使基建费用大大降低。 (6)滤池运行过程中通过反冲洗去除滤层中截留的污染物和脱落的生物膜 ,无需二沉池 ,简化了工艺流程 ,采用模块化结构设计 ,使运行管理更加方便。 (7)反应器沿水流方向呈明显的空间梯度特征 。 (8)减少了污水厂异味 ,无污泥膨胀问题 ,无需污泥回流。 2 常规生物滤池的分类 近年来曝气生物滤池发展迅速 ,工艺形式不断推陈出新 , 曾先后出现 BIOCARBON、 BIOSTYR、 BIOFOR、 BIOSMEDI、BIOPUR、 COLOX 等形式 ,其中 BIOCARBON、 BIOSTYR、 BIOFOR、BIOSMEDI、 BIOPUR 是现代曝气生物滤池几种典型的运行工艺。其中， BIOSMEDI、 BIOPUR 是曝气生物滤池的新工艺。 2.1 BIOCARBON 工艺 20 世纪 80 年代末期 ,法国 OTV 公司在废水处理领域首次开发出了 BIOCARBONE 工艺，它属于曝气生物滤池的最早形式。该工艺采用密度比水大的膨胀板岩作填料 ,结构类似于普通快滤池。待处理的污水从滤池顶部流入 ,下向流流出滤池 ,在滤池中下部进行曝气。在滤池中有机物被微生物氧化分解 ,NH4-N 被氧化成 NO3-N ,另外由于在生物膜内部存在厌氧/兼氧环境 ,因此在硝化的同时能实现部分反硝化。在无脱氮要求的情况下 ,滤池底部的水可直接外排 ,一部分留作反冲洗之用 ；如果有脱氮要求 ,出水需进入下一级后置反硝化柱 ,同时需外加碳源。一 般情况下在单 BIOCARBONE 滤池中不能同时取得理想的硝化 / 反硝化效果。 BIOCARBONE 工艺的缺点是负荷不够高 ,且大量被截留的 SS 集中在滤池上端几十厘米处 ,此处水头损失占了整个滤池水头损失的绝大部分。同时纳污能力不强 ,容易堵塞 ,运行周期短。 2.2BIOSTYR 工艺 BIOSTYR 工艺也是法国 OTV 公司的注册工艺 ,是对原有BIOCARBONE 的一个改进 ,由于采用了新型轻质悬浮填料 BIOSTYRENETM ( 主要成分是聚苯乙烯 ,且比重小于 1) 而得名 ,填料漂 浮在水中。经预处理的污水与经硝化的滤池出水按一定回流比混合后进入滤池底部 ,在滤池中间进行曝气 ,根据反硝化程度的不同将滤池分为不同体积的好氧和缺氧部分。在缺氧区 ,一方面 ,反硝化菌利用进水中的有机物作为碳源 ,将滤池中的 NO3- N 转化为 N2，实现反硝化；另一方面 ,滤料上的微生物利用进水中的溶解氧和反硝化产生的氧降解BOD。同时 ,一部分 SS 被截留在滤床内 ,这样便减轻了好氧段的固体负荷。经过缺氧段处理的污水进入好氧段 ,在此微生物利用气泡转移到水中的溶解氧进一步降解 BOD ,硝化菌将NH4-N 氧化为 NO3-N，滤床继续截留在缺氧段未被去除的SS。 相比 BIOCARBON, BIOSTYR 工艺有以下优点 :(1) 滤头布置在滤池顶部 ,不易堵塞 ,同时可从滤板上部直接拆卸 ,便于更换 ；(2)重力流反冲洗无需反冲泵 ,节省了动力 ；(3)硝化、反硝化可在同一池内完成。 2.3 BIOFOR 工艺 BIOFOR 工艺是法国 SUEZ - 里昂水务下属的 DEGREMONT 公司的一项专利技术。填料采用本公司研发BIOLITE ,解决了曝气生物滤池的除磷问题，使曝气生物滤池工艺达到更好的效果。 底部为气水混合室 ,之上为滤板和专用长柄滤头、承托层、滤料 ,曝气器位于承托层内 ,提供微生物新陈代谢所需的养分。 BIOFOR 采用密度大于水的滤料 ,自然堆积 ,滤板和专用长柄滤头在滤料层下部 ,以支撑滤料的重量。从下向上进行过滤和反冲洗 ,两者同向。 BIOFOR 一般需两级或两级以上串联实现硝化和反硝化 ,两者在两个池内分别进行。 2.4 BIOPUR 工艺 BIOPUR 是瑞士 VA TA TECH WABAG Winterthur 研发的一种新型曝气生物滤池 ,其填料采用规整波纹板和颗粒 载体 ,并可根据污水类型和进、出水指标结合不同的填料类型组合成不同的工艺。 进水水流由 BIOPUR-DN 上部经过波纹板填料之后进入 BIOPUR - NK 的底部 ,污水在经过陶粒填料处理后 ,利用自然水头由 BIOPUR-NK 上部出水系统收集到出水渠进入集水池后排放。同时空气从 BIOPUR-DN 和 BIOPUR-NK 池的底部通入，延长了空气和污水的接触时间。 BIOPUR-NK 池的污水由下向上流动与污水中的悬浮物和脱落的生物膜形成逆流 ,更加有利于悬浮物和脱落的生物膜被截留在陶粒中 ,完成固液 分离的过程。由于生物膜生长快 ,并固着在比表面积较大、规整、水气分布均匀的填料表面上 ,这就使得池中微生物量大、生物活性高、传质速度快 ,从而在容积负荷高、停留时间短的同时 ,又可使滤池在较低的污泥负荷下运行。为进一步降解污水中难降解的有机污染物和严格控制出水水质提供了可靠的保证。 2.5 BIOSMEDI 工艺 BIOSMEDI 是上海市政研究院的专利产品。对不同材质的滤料进行筛选 ,最后采用人工合成轻质颗粒滤料 (粒径一般在 3 5 mm)。它具有来源广泛、滤料比表面积大、表面适宜微生物生长、价格 便宜、化学稳定性好、密度较小等一系列优点。 滤池采用混凝土池壁或钢制 ,分四部分 :上部采用钢筋混凝土盖板 (可预制 ) 封顶 ,用于抵消滤料的浮力及运行时的阻力 ,在盖板上安装倒滤头 ,滤头可从顶部拆卸 ,便于清洗 ；滤池中部是滤料层 ,其厚度及滤料的大小可根据实际情况确定；滤层下部是穿孔排泥管及布气管 ,在滤池旁 (也可在滤池下部 ) 增加一气室；其底部通过连接通道与滤池主体相连 ,专门用于脉冲反冲洗。 3 曝气生物滤池的效能 3.1 有机物和悬浮物的去除 曝气生物滤池内填料的物理吸附和过滤 截留作用以及生物膜的生物氧化作用决定了池内 SS 和有机物的高效去除 ,国内外该领域的研究及应用也充分证明了上述观点。Pastorelli G.对中试规模的淹没式生物滤池连续进行 18 个月的试验研究表明 BOD5 和 SS 去除率均大于 95%。 Gilbert Desbos 在研究 SS 和 COD 的去除率同滤速之间的关系时发现 ,当负荷的增大并不是因为进水中更多的 SS,而是由于更高的流量和低停留时间时 ,去除效率是相当稳定的 ,总的 SS 去除率在80% 90%之间 ,而 COD 去除率在 70% 80%之间波动。 3.2 氨氮的去除 有关 BAF 硝化性能的研究已得到越来越多研究者的重视 ,通过优化运行参数 BAF 的硝化效率已得到了明显的提高。J.Cromphout 利用上向流曝气生物滤池处理含氨的富营养化水时 ,在气水比 11, 滤速 5.18m/h,温度 10 以上条件下 ,硝化效率可达 100%。 R.Pujol 等通过对法国巴黎 Achresh 处理厂的上向流曝气生物滤池两年的研究认为 ,在滤速 4 6m /h, 6 8 m /h, 8 10 m /h 运行条件下 ,当 NH3-N 的容积负荷为 1.15kg NH3-N /m3 d 时 ,曝气 生物滤池氨氮去除率始终保持在 80% 100% ,滤速的提高不仅不是影响反应器硝化速度的限制因素 ,反而会对硝化有积极的促进作用。目前的研究表明 ,曝气生物滤池的硝化性能与有机物浓度、温度、停留时间等因素有密切的关系 ,因此硝化性能的研究有待进一步的深入。 反硝化作用 ,由于曝气生物滤池中存在厌氧和兼性微生物 ,使得反硝化得以进行。 Pujol 研究认为 ,反硝化最好采用外加碳源的办法 ,在最佳滤速为 10 15 m /h 时 , 脱氮能力可达到 100%。 Pujol 还比较了前置反硝化和后置反硝化的优劣 ,认为反硝化 过程应采用上向流的进水方式进行。 Chen 等研究生物过滤反应器与活性污泥反应器以及流化床的反硝化特性时 ,发现在不同水力条件下 ,反应器内微生物种群会发生一定的变化 ,但优势种群 杆菌属基本稳定。 3.3 磷的去除 单独利用 BAF 的生物作用除磷是很难达到排放标准的 ,通常情况下需采取化学方法除磷。 Gon2calves 进行曝气生物滤池同步脱氮除磷的研究时发现 ,进水方式对磷去除效果影响不大。德国科隆污水处理厂采用曝气生物滤池进行的同步硝化除磷实验表明 ,曝气生物滤池除磷率可达 70% ,总磷可降至0.5mg/L。 Pak 等研究了利用 2 级生物滤池在交替好氧、厌氧条件下运行对污水中氮磷的去除情况 ,发现影响除磷的因素为COD/TP 值和水力停留时间 ,好氧过程中产生的硝酸盐和亚硝盐对磷的释放有一定影响。从目前研究可知 ,单纯采用曝气生物滤池除磷效果较差 ,如何在滤池中创造良好的厌氧、好氧环境有待进一步探讨。 4 结论及展望 作为一种全新的污水生物处理技术 ,曝气生物滤池近年来已经成为国内外的研究热点。自 20 世纪 80 年代末以来 ,各种不同形式的曝气生物滤池不断推出 ,许多已经成功地应用于水处理实际 ,取得了 很好的应用效果。随着现代生物检测技术和纳米测量技术的发展 ,有关曝气生物滤池处理机理的研究将有望