曝气生物滤池的原理及工艺
[摘要] 曝气生物滤池(BAF) 是近年国外发展起来的一项废水好氧生物处理的新工艺。介绍了上向流和下向流曝气生物滤池的基本工作原理。与传统活性污泥法相比曝气生物滤池具有处理能力强、处理效果好、受气温影响小、耐冲击负荷、不需二沉、工艺流程简单和菌群结构合理等优点。分析了目前国内外典型曝气生物滤池处理工艺的特点及应用。并讨论了曝气生物滤池工艺运用中的预处理及除P 脱N 等关键技术。该工艺在我国具有广阔的应用前景。
[关键词] 曝气生物滤池;除磷脱氮;预处理;回流
我国正在执行的《污水综合排放标准》(GB8978 —1996) ,对除P 脱N 提出了较高的要求。而现有城市污水处理中的活性污泥法难以达到该目标。为此,必须建立新的污水厂或对现有污水厂进行改造,使之具有除P 脱N 功能。同时,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,因此,污水厂的土地使用受到严格的限制。传统的污水处理厂不可避免地要产生异味和噪音。由于以上诸多客观需求,必须寻找新的污水处理技术。实践表明,淹没式曝气生物滤池(BAF) 工艺是最为经济有效的除P 脱N 处理方法之一。
BAF(Biological Aerated Filer) 技术最早由法国CGE (Compaguine Generele des Eanx) 公司所属的OTV(L’Omnium de Fraitement s et de Valorisation)公司开发〔1〕。目前,在欧美、日本等地已有数百座大小各异的污水处理厂采用了BAF 技术。我国北京已有5 个示范工程,马鞍山钢铁设计院即将成立全国BAF 研究中心。从BAF 工艺的开发到日趋成熟,国内外出现了多种基于BAF 技术的水处理工艺。我们针对国家《污水综合排放标准》( GB8978 —1996) 就如何运用BAF 水处理方案进行了探讨。
1 BAF 技术的基本工作原理和工艺特点
1. 1 BAF 基本工作原理
BAF 工艺类型和操作方式有多种,各具特点,但其基本原理是一致的。曝气生物滤池处理污水的原理是反应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物链分级捕食作用〔2〕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,其中下向流以OTV 公司的BIOCARBONE 工艺为代表;上向流以OTV 公司的BIOSTYR 工艺为代表。BIOSTYR 和BIOCARBONE 工艺示意图见图1 。
BAF 反应器为周期运行,从开始过滤到反冲洗完毕为一个完整的周期。具体过程如下: 在BIO2CARBON 工艺中,经预处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。在反应器中,有机物被微生物氧化分解,NH3 - N 被氧化成NO3 - N ,另外由于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 要求的情况下,从滤池底部的出水可直接排出系统,一部分留做反冲洗之用,如果有脱N 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能使出水TN 达到排放要求。
随着过滤的进行,由于填料表面新产生的生物量越来越多,截留的SS 不断增加,在开始阶段水头损失增加缓慢,当固体物质积累达到一定程度,堵塞滤层的上表面,并且阻止气泡的释放,将会导致水头损失很快达到极限,此时应立即进入反冲洗再生,以去除滤床内过量的生物膜及SS ,恢复处理能力。
反冲洗采用气水联合反冲,反冲洗水为经处理后达标水,反冲空气来自于底部单独的反冲气管。反冲时关闭进水和工艺空气,水气交替单独反冲,最后用水漂洗。滤层有轻微的膨胀,在气水对填料的流体冲刷和填料间相互摩擦下,老化的生物膜和被截留的SS 与填料分离,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处理部分。由于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,而是以最快的速度离开滤池,这对保证滤池的出水是有利的。
在BIOSTYR 工艺中,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NO3 - N 转化为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,这样便减轻了好氧段的固体负荷。经过缺氧段处理的污水然后进入好氧段,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 ,滤床继续截留在缺氧段没有被去除的SS。流出滤层的水经上部滤头排出滤池,出水按需求分为: (1) 排出处理系统; (2) 按回流比与原水混合进行反硝化; (3) 用作反冲洗水。随着过滤的进行,滤层中新产生的生物膜和SS 积累不断增加,水头损失与时间成线性正相关。当水头损失达到极限水头损失时,应及时进入反冲洗以恢复滤池的处理能力。由于在BIOSTYR 工艺中没有形成表面堵塞层,使得BIOSTYR 工艺比BIOCARBONE 工艺运行时间要长。
反冲时也为气水交替反冲,反冲洗水即为贮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。其反冲过程基本类于BIOCARBONE 工艺。
两者的反冲过程没有太多的理论依据,但必须把握以下原则: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,使滤池满足下一周期净化处理要求。
从BIOCARBONE 到BIOSTYR 工艺的运用是一个逐步发展的过程,该技术的关键是采用了一种特殊的填料(密度为0. 8 g/ cm3 左右的有机填料) 。相比而言,BIOSTYR 工艺有如下优点: (1) 重力流反冲洗无需反冲泵,节省了动力; (2) 滤头布置在滤池顶部,与处理水接触不易堵塞,便于更换; (3) 硝化/ 反硝化在同一池内完成。
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