曝气生物滤池的原理及工艺

曝气生物滤池的原理及工艺纲要：曝气生物滤池（BAF）是最近几年发展起来的一项废水好氧生物办理的新工艺。介绍了上向流和下向流曝气生物滤池的基本工作原理。对比较传统的活性污泥法，曝气生物滤池拥有办理能力强、办理成效好、受气温影响小、耐冲击负荷、不需二沉、工艺流程简单和菌群构造合理等长处。剖析了国内外典型曝气生物滤池办理工艺的特色及应用。并议论了曝气生物滤池工艺运用中的预办理及除P脱N等重点技术。该工艺在我国拥有广阔的应用远景。重点词：曝气生物滤池；除磷脱氮；生物膜；预办理WorkingprincipleandtechnologyofBAFWangxin，027Abstract:TheBiologicalAeratedFilter(BAF)inrecentyearsdevelopedanaerobicbiologicaltreatmentofwastewaterofthenewtechnology.IntroducedtothestreamandflowtotheBAF'sbasicworkingprinciple.Comparedtoconventionalactivatedsludge,BAFhasastrongcapacitytodealwithgoodresults,theeffectsofsmalltemperatureresistance,impactload,notwoShen,asimpleprocessandthefloraareasonablestructureoftheadvantages.AnalysisofatypicalhomeandabroadBAFprocessandthecharacteristicsoftheapplication.AnddiscussedtheBAFtechnologyandtheuseofpre-NinadditiontoPfromthekeytechnology.Theprocessinourcountrywillbewidelyapplied.Keywords:biologicalaeratedfilter;removelofPandN;biofilm；pretreatment我国履行的《污水综合排放标准》（GB8978---1996），对除P脱N提出了较高要求。而现有城市污水办理中的活性污泥法难以达到该目标。为此，一定成立新的污水厂或对现有污水厂进行改造，使之拥有除P脱N功能。同时，跟着城市发展步伐的加速及城市地区的拓展，污水办理设备离城区愈来愈近，有的甚至建在城区，所以，污水厂的土地使用遇到严格的限制。传统的污水办理厂不行防止地要产生异味和噪音。因为以上诸多客观需求，一定找寻新的污水办理技术。实践表示，吞没式曝气生物滤池（BAF）工艺是最为经济有效的除P脱N办理方法之一。BAF(BiologicalAeratedFiler)技术最早由法国CGE（CompaguineGenereledesEanx）企业所属的OTV（L’OmniumdeFraitementsetdeValorisation）企业开发。当前，在欧美、日本等地已有数百座大小各异的污水办理厂采纳了BAF技术。我国已经有多个示范工程，从BAF工艺的开发到日益成熟，国内出门现了多种鉴于BAF技术的水办理工艺。我们针对国家《污水综合排放标准》（GB8978---1996）就怎样运用BAF水办理方案进行了商讨。BAF技术的基本工作原理和工艺特色1.1BAF基本工作原理BAF工艺种类和操作方式有多种，各具特色，但其基来源理是一致的。曝气生物滤池办理污水的原理是反响器内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水流方向形成的食品链分级捕食作用以及生物膜内部微环境和厌氧段的反硝化作用。BAF水流流向主要分为下向流和上向流，此中下向流以OTV企业的BIOCARBONE工艺为代表；上向流以OTV企业的BIOSTYR工艺为代表。NO3-N转BIOSTYR和BIOCARBONE工艺表示图见图1。图1BIOSTYR和BIOCARBONE工艺BAF反响器为周期运转，从开始过滤到反冲洗完成为一个完好的周期。详细过程以下：在BIOCARBON工艺中，经预办理的污水从滤池顶部进入，在滤池底部进行曝气，气水处于逆流。在反应此中，有机物被微生物氧化分解，NH3-N被氧化成NO3-N，此外因为在生物膜的内部存在厌氧/兼氧环境，在硝化的同时实现部分反硝化。在无脱N要求的状况下，从滤池底部的出水口直接排出系统，一部分留做反冲洗之用，假如有脱N的要求，出水需进入下一级后置反硝化柱，同时需外加碳源，因为内环境反硝化不可以使出水TN达到排放要求。跟着过滤的进行，因为填料表面新产生的生物量愈来愈多，截留的SS不停增添，在开始阶段水头损失增添迟缓，当固体物质累积达到必定程度，拥塞滤层的上表面，而且阻挡气泡的开释，将会致使水头损失很快抵达极限，此时应立刻进入反冲洗重生，以去除滤床内过度的生物膜及SS，恢复办理能力。反冲洗采纳气水联合反冲，反冲洗水为经办理后达标水，反冲空气来自于地部独自的反冲气管。反冲时封闭进水和工艺空气，水气交替独自反冲，最后用水漂洗。滤层有稍微的膨胀，在气水对填料的流体冲洗和填料间互相摩擦下，老化的生物膜和被截留的SS与填料分别，冲洗下来的生物膜及SS在漂洗中被冲出滤池，反冲洗污泥回流至预办理部分。因为正常过滤和反冲时水流方向相反，使填料层顶部的高浓度污泥不经过整个滤床，而是以最快的速度走开滤池，这对保证滤池的出水是有益的。在BIOSTYR工艺中，经预办理的污水与经硝化的滤池出水按必定回流比混淆后进入滤池底部。在滤层中进行曝气，曝气系统将滤池分为好氧和缺氧两部分。在缺氧区，一方面反硝化菌利用进水中的有机物作为碳源，将滤池中的化为N2,实现反硝化。另一方面，填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被吸附截留在滤床内，这样便减少了好氧段的固体负荷。经过缺氧段办理的污水而后进入好氧段，好氧段的微生物利用从气泡转移到水中的溶解氧进一步降解BOD，硝化菌将NH3-N氧化为NO3-N，滤床持续截留在缺氧段没有被除掉的SS。流出滤层的水经上部滤头清除滤池，出水按需求分为：（1）排出办理系统；（2）按回流比与原水混淆进行反硝化；（3）用作反冲洗水。跟着过滤的进行，滤层中新产生的生物膜和SS累积不停增添，水头损失与时间呈线性正有关。当水头损失达到极限水头损失机，应实时进入反冲洗以恢复滤池的办理能力。因为在BIOSTYR工艺中没有形成表面拥塞层，使得BIOSTYR工艺比BIOCARBONE工艺运转时间要长。反冲时也为气水交替反冲，反冲洗水即为储存在滤池顶部的达标排放水，反冲空气来自底部的反冲洗气管，反冲水自上而下。其反冲过程基本近似于BIOCARBONE工艺。二者的反冲过程没有太多的理论依照，但一定掌握以下原则：既要恢复过滤能力，又要保证填料表面仍附着有足够的生物体，使滤池知足下一周期净化办理要求。从BIOCARBONE到BIOSTYR工艺的运用是一个逐渐发展的过程，该技术的关键是采纳了一种特别的填料（密度为cm3左右的有机填料）。对比而言，BIOSTYR工艺有以下长处：（1）重力流反冲洗无需反冲泵，节俭了动力；（2）滤头部署在滤池顶部，与办理水接触不易拥塞，便于改换；（3）硝化/反硝化在同一池内达成。1.2BAF的工艺特色与活性污泥法对比，拥有以下特色：1）拥有更高的生物浓度和更高的有机负荷。BAF中采纳的粗拙多孔的粒状填料为微生物供应了更佳的生长环境，易于挂膜及稳固运转，可在填料表面保持许多的生物量，单位体积内微生物量远远大于活性污泥中的微生物量（可达10~15g/L）。高浓度的微生物量使得BAF的容积负荷增大，从而减少了池容积和占地面积，使基建花费大大降低。2）占地面积小。因为在BAF反响器中，办理成效与填料高度成正有关，所以能够经过增添填料高度来减少占地面积。3）工艺简单，基建花费低。因为填料的机械截留作用以及滤料表面的微生物和代谢中产生的粘性物质形成的吸附架桥作用，所以，可省去二沉池，从而降低基建花费，在稳固运转状况下，去除SS的机理近似于一般快滤池，只需没有发生穿透，出水SS均较为理想。4）受气温影响小。因为BAF滤池为半封闭或全封闭修建物，其生化反响受外界温度影响较小，所以合适于严寒地域进行污水办理。5）菌群构造合理。传统的活性污泥法，微生物的散布相对均匀，而在BAF中从上到下形成了不一样的优势生物菌种，所以使得除C、硝化/反硝化能在同一个池子中发生，简化了工艺流程。6）耐冲击力强。BAF滤池对有机负荷、水力负荷、温度的变化不像活性污泥法那么敏感。国内外典型的BAF组合工艺及特色依照污水办理要求不一样，可将BAF工艺分为以下几类：除C/硝化工艺；C/硝化/反硝化工艺；除C/除P/脱N工艺。除C/硝化工艺图2为某设计院设计的试验工程，原水经过预办理，进入BAF滤池实现除C和硝化，在该工艺中，因为生物膜厌氧内环境的存在，对TN有必定的去除率，但TN不是控制指标，合用于对NH3-N排放有要求的工艺。当进水固体杂质许多时，初级办理建议采纳水解，这样可减少初级办理的产泥量。图2水解-BAF工艺除C/硝化/反硝化工艺图3的工艺为鉴于A/O的原理对图2工艺的改良。因为在图2工艺中未波及对TN的要求，假如对TN排放有限制，只需将出水的一部分回流到前段水解池便能够实现反硝化，实现脱N目的，往常回流比R为100%~300%。图4的工艺将硝化和反硝化分别在两个滤池中进行，该工艺操作方便运转可靠，但一定外增补碳源供反硝化之用，而且外加碳源的量一定严格控制，外加碳源过少，反硝化不完全，TN排放不可以达标；外加碳源过多，出水COD难以达标。所以建议合适多加碳源，但一定再出水中将DO质量浓度保持在2~4mg/L，以防备出水COD超标。图5的工艺中将BAF作为三级办理，实现脱N的目的，该工艺采纳BIOSTYR3工艺，代表性的有法国GERGY污水厂。该厂办理流量为40，000m/d，出入水水质见表1。图3水解-BAF硝化工艺图4两头后置脱N工艺图5BAF三级办理工艺表1GERGY污水厂出入水水质mg/L项目进水出水COD670<60SS350<20BOD5350<25TKN350<10运转时，对曝气池出水水质需加控制以保证有充分的反硝化碳源。假如要实现出水P排放达标，可在斜沉池前加入化学除P剂即可。该工艺可作为我国部分污水办理厂的扩建工艺，使出水TN达标排放。除C/除P/脱N工艺图6的工艺合用于进水杂质SS浓度很高的原水。BAF为中间曝气，利用进水的碳作为反硝化碳源，减少了好氧段的负荷，节俭了用地面积，同时后办理除P可保证BAF池中有充分的P营养源。该工艺中BAF为上向流，外国用得许多的为BIOSTYR工艺。图7的工艺将硝化和反硝化分别在两个不一样滤池中进行，仍拥有单段前置脱N的很多长处，同时，操作比单池脱N稳固靠谱，但该工艺投资及占地面积较大。在混沉池中加入化学出P剂，实现除P目标。该工艺进水杂质、SS浓度不宜过大，不然混沉池的排泥将成为问题。同时要保证BAF池生化反响所需的P营养源。图8的工艺中在预沉池中投加化学除P剂实现化学除P，除C、硝化、反硝化分别在三个滤池中进行，BAF池均为BIOSTYR工艺，外加碳源进行后置脱N。因为各滤池相对独立，各自的办理目的明确，所以运转稳固性和办理成效好。固然池数许多，但能够将大多数的池容埋于地面以下。只需设计合理仍可做到节俭用地，特别是该工艺的雨水办理技术值得在设计中进行借鉴。法国塞纳中心3COLOMBES污水厂为该工艺的典型代表。该厂的设计流量为240，000m/d，出入水水质见表2。图6前置脱N-后续化学除P工艺图7两段前置脱N工艺图8三阶段除P脱N工艺表2COLOMBES污水厂出入水水质mg/L项目进水旱季排放雨季排放COD600<60<80SS3602030BOD24025305NH3-N40<8<12TKN601015TP161该工艺合用于大水量、运转稳固要求高的生活污水办理。图9两段曝气BAF工艺图9的工艺与惯例两段曝气生物滤池的最大不一样在于，一般除C在硝化池，而在这里除C与反硝化同处一池，硝化池不过作为除C的靠谱保证。在该工艺中硝化池和反硝化池均需进行曝气。进水从BAFDN池上部经填料后进入BAFN池的底部，而后从BAFN池上部出水。空气从BAFDN的底部通入形成逆流，增大了气水接触面积，有益于氧的转移，有益于发挥表面生物膜的氧化降解作用。反硝化作用主要利用BAFDN池中氧下多上少的散布在顶部实现反硝化。BAFN池中进行曝气为出水COD达标供应了更靠谱的保证。如对P有更高的要求，可在BAFN池进水端投加Fecl。3该工艺能够办理生活污水、含高浓度COD的有机工业废水，也可用于废水的深度办理。其运转参数见表3。表3两段曝气BAF运转参数参数BOD办理负荷/HRT/h气、水比-1-3（kg·d·m）指标2~10~1（2~3）：1参数除P脱N生物反响器体积-3污泥量/(kg·m)指标强活性污泥法的3~101/20工艺的技术评论纵观以上工艺，流程特别简单，但能使出水达到办理要求，这是由BAF滤池自己固有的性质决定的。每个工艺主要有以下两部分构成：预办理（积淀或水解）+BAF。依据出水能否有脱N的污水，假如有进水碳源充分可考虑选择上向流前置脱N，这样既能够缩短流程（减少占地面积），同时又能够节俭投资。假如进水碳源不充分，最好将硝化/反硝化独自进行，考虑后置脱n，其最为不利的一面是需要外加碳源，运转成真相对较高。另一个最大的问题是怎样投加合适剂量的碳源，这需要靠谱的自动控制、稳固的进水浓度，同时，出水需要进行曝气用于去除过度的碳。但后置脱N一旦进入正常运转，出水水质稳固，同时操作也较为简单。BAF除P工艺主要有两种：前置除P和后置除P。假如进水固体杂质较少，可选前置除P。假如进水固体杂质许多则最好选择后置除P，除P剂一般用Fecl3较为经济合理。表4为同时进行硝化/反硝化的BIOSTYR滤池常用设计参数。表4BIOSTYR常用设计参数办理目的污水性质滤速/(m·h-1)COD负荷-3-1)/(kg·m·d硝化/反硝城市污水为主1~2~化单池面积/m2好氧区高度/回流比/%气水比缺氧区高度<100~100~300（1~3）：1

NH3-N负荷-3-1/(kg·m·d)<BAF运转控制的影响要素滤料滤料是生物膜的载体，兼有截留悬浮物质的作用。同时滤料作为曝气生物滤池的核心构成部分，影响着曝气生物滤池的发展。曝气生物滤池发展过程一次形成的3种不一样的形式，采纳的滤料各不同样：BIOCARBONE采纳的是石英砂粒；BIOFOR采纳的是轻质陶粒；BIOSTYR采纳的则是密度比水小的聚苯乙烯球形颗粒。外国的实质运转表示，BIOFOR和BIOSTYR显然优于BIOCARBONE。所以，曝气生物滤池的性能好坏很大程度上取决于滤料的特征，滤料的研究和开发在曝气生物滤池工艺中至关重要。滤料的粒径对曝气生物滤池的运转有重要的影响。Moore等研究发现跟着曝气生物滤池内滤料尺寸的减小，能够提升反响器对底物的去除效率，但会增添反冲洗的需求。肖文胜在单级BIOFOR中，使用不规则形状页岩及球形黏土陶粒作填料办理生活污水，试验结果表示，它们对CODcr、SS的去向均能达到满意成效，对CODcr,二者办理成效靠近，对NH3-N和SS的去除，不规则页岩比陶粒成效略好一点，但差异不大。反冲洗跟着悬浮物的截留和生物膜的增添，对曝气生物滤池进行反冲洗是一定的，以便将老化的生物膜和截留的悬浮物冲洗除掉。张杰等对小规模的曝气生物滤池的研究表示，脉冲反冲洗的效率远大于气-水连续反冲洗；扩展流池型曝气生物滤池比均匀流池型曝气生物滤池易于洗净和2生物滤层的恢复。扩展流曝气生物滤池脉冲气流强度为8~10L/（m·s），连续2水冲强度为2~4L/（m·s），反冲洗时间为5min。李玉华等采纳气浮-曝气生物滤池工艺办理哈尔滨某棉纺厂印染废水的试验结果表示曝气生物滤池采纳气-水联合反冲的成效较好，得出最正确水冲强度为25~7L/（m·s）、气冲强度为132~17L/（m·s），反冲洗时间为15min，反冲洗周期为24h。气水比气水比是影响生物膜生长和出水成效的重要要素。在好氧办理工艺中需氧量是工业控制的主要指标。生物膜的量，微生物的代谢能力和代谢过程，有机物的去向动力，出水有机物的浓度，均与氧的供应密度有关。往常，用于硝化的BAF-C/N需要较高的气水比，而仅需碳化的BAF-C可采纳较低的比值。应用BIOSTYR进行硝化的研究表示，去除1kgNH3-N所需的供肚量3为70m。刘金香等在对沸石-陶粒曝气生物滤池办理微污染水源水的试验研究中指出：当气水比为时，出水中溶解氧的质量浓度为2~3mg/L，CODMn的均匀去除率为%，氨氮的均匀去除率为%；当气水比增大为1时，出水中DO的质量浓度为5~7mg/L，CODMn的均匀去除率上涨为%，氨氮的去除率上涨为%；而气水比增大为2时，CODMn、氨氮的去除率没有显然增添。水力负荷水力负荷的大小以多种方式影响曝气生物滤池的净化成效。水力负荷的大小直接关系到水在曝气生物滤池中与滤料上生物膜的接触时间。从水力逗留时间HRT）来考虑，微生物对基质的降解需要必定的接触反响时间作保证。水力负荷愈小，水与滤料接触时间愈长，办理成效愈好，反之亦然。可是HRT与工程造价亲密有关，在知足办理要求的前提下，应尽可能减少HRT。王立立等采纳以球形轻质陶粒作为填料的曝气生物滤池对南方独有的低浓度生活污水进行试验，研究发此刻低曝气条件下，当水力负荷在2~（m·h）范围变化时，CODcr的去除率体现先增添后降低的趋向，而氨氮的去除率则受水力负荷的变化影响较小。议论预办理为了使滤池能有较长的运转周期，减少反冲次数降低能耗，运用BAF的工艺都需对水进行预办理，不然原水中的大批杂质和SS将进入曝气滤池，将会拥塞曝气、布水系统，给系统的运转带来严重的结果。特别是滤池用于二级办理时，常常需投加药剂才能达到这一要求，药剂的使用不单增添了运转花费，部分药剂还降低碱度，从而影响反硝化，这是运用BAF工艺时需要考虑的问题。除P脱N在生物除P技术中，将脱N和除P相联合的系统对除P不利，因为除P脱N自己是一对不行调解的矛盾，假如DO太低，除P率会降落，硝化反响遇到限制，污泥沉降性能差，假如DO太高，则因为回流厌氧区DO增添，反硝化遇到限制，同时NO3-N的浓度可影响厌氧区P的开释。因为，P的开释最好为厌氧环境，假如有NO3-N存在就表示只好为兼氧环境。从当前的BAF运转工艺看，完好用生物除P是很难达到排放标准的。用生物除P就失掉了生物滤池高负荷的特色，造成投资过大，所以最好用加Fecl3药剂的方法除P，而生物滤池因为耐水力冲