曝气生物滤池

曝气生物滤池第一节曝气生物滤池的特点及结构一．概述曝气生物滤池(biologicalaeratedfilter)简称BAF,是八十年代末九十年代初在普通生物滤池的基础上，并借鉴给水滤池工艺而开发的污水处理新工艺，最初用于污水的三级处理，后发展成直接用于二级处理。自八十年代在欧洲建成第一座曝气生物滤池污水处理厂后，目前世界上已有数千座该工艺的污水处理厂。该技术的应用范围：水体富营养化、城市污水、小区生活污水、生活杂排水和食品加工废水、酿造和造纸等高浓度废水处理，同时也可进行中水处理。该技术的基本特点：具有去除SS、COD、BOD5、硝化、脱氮的作用，其最大特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体，节省了后续二次沉淀池，在保证处理效果的前提使处理工艺简化。此外，曝气生物滤池工艺有机物容积负荷高、水力负荷大、水力停留时间短、所需基建投资少、能耗及运行成本低，同时该工艺出水水质高。结构概述：曝气生物滤池是普通生物滤池的一种变形形式，也可看成是生物接触氧化法的一种特殊形式，即在生物反应器内装填高比表面积的颗粒填料，以提供微生物膜生长的载体，并根据污水流向不同分为下向流或上向流，污水由上向下或由下向上流过滤料层，在滤料层下部鼓风曝气，使空气与污水逆向或同向接触，使污水中的有机物与填料表面生物膜通过生化反应得到降解，填料同时起到物理过滤作用。二.曝气生物滤池的构造BAF可分为上向流和下向流滤池，但除污水在滤池中的流向不同外，其池型结构基本相同。早期曝气生物滤池大多都是下向流态，但随着上向流态比下向流滤池的众多优点被人们所认同，所以近年来绝大多数采用上向流曝气生物滤池结构。下图即为典型的曝气生物滤池构造图。从上图可看出，曝气生物滤池的结构形式与普通快滤池类似，其主体由滤池池体、滤料层、承托层、布水系统、布气系统、反冲洗系统、出水系统、管道和自控系统组成。1．滤池池体滤池池体的作用：容纳被处理水量和围挡滤料，并承托滤料和曝气装置的重量。池型：生物滤池的形状有圆形、正方形和矩形三种，结构形式有钢制设备和钢筋混凝土结构等。一般当处理水量较小、池体容积较小并为单座池时，采用圆形钢结构为多；当处理水量和池容较大，选用的池体数量较多并考虑池体共壁时，采用矩形和方形钢筋混凝土结构较经济。滤池的平面尺寸以满足所要求的流态，布水布气均匀，填料安装和维护管理方便，尽量同其它处理构筑物尺寸相匹配等为原则。2．滤料从生物滤池处理污水的发展状况来看，接触填料的选取较为重要。国内外通常采用的接触填料形状有蜂窝管状、束状、波纹状、圆形辐射状、盾状、网状、筒状、规则粒状与不规则粒状等，所用的材质除粒状滤料外，基本上采用玻璃钢、聚氯乙烯、聚丙烯、维尼纶等。由于制作加工和价格原因，国内目前采用的接触填料主要有玻璃钢或塑料蜂窝填料、立体波状填料、软性纤维填料、半软性填料以及粒状滤料等。BAF工艺采用粒状滤料，性能结构后述。3．承托层承托层主要是为了支撑滤料，防止滤料流失和堵塞滤头，同时还可以保持反冲洗稳定进行。承托层常用材质为卵石或磁铁矿，为保证承托层的稳定，并对配水的均匀性起充分作用，要求材质具有良好的机械强度和化学稳定性，形状应尽量接近圆形，工程中一般选用鹅卵石作为承托层。4．布水系统（1）布水系统主要包括：滤池最下部的配水室和滤板上的配水滤头。（2）配水室的作用：a.使某一短时段内进入滤池的污水能在配水室内混合均匀，依靠承托滤板和滤头的阻力作用使污水在滤板下均匀、均质分布，并通过滤板上的滤头而均匀流入滤料层；b.该布水系统除作为滤池正常运行时布水用外，也作为定期对滤池进行反冲洗时布水用。在气、水联合反冲洗时，缓冲配水区还起到均匀配气作用，气垫层也在滤板下的区域中形成。对于下向流滤池，该布水系统主要用作滤池的反冲洗布水和收集净化水用。配水滤头见图2。滤池的反冲洗：滤池在运行时生物滤料层截留部分悬浮物、生物絮凝吸附的部分胶体颗粒和微生物膜在新陈代谢过程中增殖老化脱落的微生物膜，这些物质的过多存在显著地增加了曝气生物滤池的过滤阻力，会使处理能力减小和处理出水水质下降，所以运行一定时间必须对滤池进行反冲洗，将这些物质通过反冲洗随冲洗水排出滤池外，保证滤池的正常运行。一般冲洗周期比较长，运行1～2天左右才冲洗一次，如果布水系统设计不合理或安装达不到要求，使反冲洗时配水不均匀，将产生下列不良后果：（1）使整个生物滤池冲洗不均匀，部分区域冲洗强度大，部分区域冲洗强度小。运行时滤料层内截留大量悬浮物质，这些物质的存在显著地增加了生物滤池的过滤能力，使处理能力下降；同时也使水溶液主体的溶解氧和生物易降解的有机物与生物膜上微生物之间的传质效率下降，影响生物滤池对有机物的去除效率。反冲洗的目的就是使这些物质随反冲洗水排掉，保证生物滤池正常稳定运行，如果反冲洗布水不均匀，使部分区域反冲洗达不到要求，该区域的生物滤料中杂质冲洗不干净，将影响生物滤池对污染物的去除效果。（2）冲洗强度大的区域，由于水流速度过大，会冲动承托层，引起生物滤料与承托层混合，甚至引起生物滤料的流失，有时也会引起布气系统的松动，对曝气生物滤池造成极大危害。除上述采用滤板和配水滤头的配水方式以外，国内也有小型的曝气生物滤池采用栅型承托板和穿孔布水管（管式大阻力配水方式）的配水形式。曝气生物滤池一般采用的管式大阻力配水方式，其形式如图3所示。进水支管流速1.5～2.5m/s穿孔布水支管干管流速1.0～1.5m/s布水干管图2-8管式大阻力配水系统5．布气系统布气系统包括：工艺曝气系统和进行气-水联合反冲洗时的供气系统。a.工艺曝气系统：是保持曝气生物滤池中足够的溶解氧并维持曝气生物滤池内生物膜高活性、对有机物和氨氮的高去除率的必备条件。一般采用鼓风曝气形式，良好的充氧方式应有高的氧吸收率。最简单的曝气装置可采用穿孔管。穿孔管属大、中气泡型，但氧利用率较低，仅为3%～4%，其优点是不易堵塞，造价低。在实际应用中有充氧曝气与反冲洗曝气共用同一套布气管的形式，但由于充氧曝气需气量比反冲洗时需气量小，因此配气不易均匀。共用同一套布气管虽然能减少投资，但运行时不能同时满足两者的需要，影响曝气生物滤池的稳定运行。在实践中发现此办法利少弊多，最好将两者分开，单独设立一套曝气管，以保持正常运行；同时另设立一套反冲洗布气管，以满足反冲洗布气的要求。现在国内外曝气生物滤池常用生物滤池专用曝气器作为滤池的空气扩散装置，如德国PHILLIPMüLLER公司的OXAZUR空气扩散器、华骐环保公司的单孔膜空气扩散器专利产品。单孔膜空气扩散器按一定间隔安装在空气管道上，空气管道又被固定在承托滤板上，单孔膜空气扩散器一般都设计安装在滤料承托层里，距承托板约0.1～0.15m，使空气通过扩散器并流过滤料层时可达到30%以上的氧利用率。该种扩散器的另一个特点是不容易堵塞，即使堵塞也可用水进行冲洗。单孔膜空气扩散器见图4,滤板、滤头、单孔膜空气扩散器总成见图5。6.反冲洗系统曝气生物滤池反冲洗系统与给水处理中的V型滤池类似，采用气—水联合反冲洗，其目的是：去除生物滤池运行过程中截留的各种颗粒及胶体污染物以及老化脱落的微生物膜。曝气生物滤池气—水联合反冲洗通过滤板及固定其上的配水长柄滤头实现。反冲洗过程程序：先降低滤池内的水位并单独气洗，而后采用气—水联合反冲洗，最后再单独采用水洗。在反冲洗过程中必须掌握好冲洗强度和冲洗时间，既要达到使截留物质冲洗出滤池，又要避免对滤料过分冲刷，使生长在滤料表面的微生物膜脱落而影响处理效果。反冲洗时刻的测定：可通过运行时间、滤料层阻力损失、水质参数等来完成，一般是由在线检测仪表将检测数据反馈给PLC，并由PLC系统来自动控制和操作。7.出水系统出水系统有采用周边出水和采用单侧堰出水等。在大、中型污水处理工程中，为了工艺布置方便，一般采用单侧堰出水较多，并将出水堰口处设计为60。斜坡，以降低出水口处的水流流速；在出水堰口处设置栅形稳流板以将反冲洗时有可能被带至出水口处的陶粒与稳流板碰撞，导致流速降低而在该处沉降，并沿斜坡下滑回滤池中。8.管道和自控系统曝气生物滤池既要完成有机污染物的降解功能，也要完成对污水中各种颗粒及胶体污染物以及老化脱落的微生物膜的截留功能，同时还要完成实现滤池本身的反冲洗，这几种方式交替运行。对于小型工业废水处理中，滤池的控制可以简单些，甚至可以采用手动控制；而对于城镇污水处理厂，由于污水处理模较大，一般有若干组滤池模块拼装而成，而且在运行中还要根据需要进行若干组滤池之间的切换，若采用手动控制则工作量较大且较难完成。为提高滤池的处理能力和对污染物的去除效果，所以必须有PLC控制系统来自动完成对滤池的运行控制，需要设计必要的自控系统。三．曝气生物滤池与普通生物滤池的工艺性能比较1.普通生物滤池的缺陷:它采用污水下向流过滤，通过滤池下部通风孔自然通风供氧，气、水逆向而行，并且不具备反冲洗系统。由于上述结构形式,普通生物滤池在运行中会产生以下缺陷:(1)采用污水下向流过滤和自然通风供氧，在运行中整个滤池高度上供气气压分布不均，容易形成沟流或短流，同时在滤料中容易形成气泡，造成局部气堵现象，从而影响处理效果；(2)采用污水下向流过滤和自然通风供氧，气、水为逆向流，空气在一定程度上阻止水流将污水中的固体物质带入滤床深处，从而使固体物质聚积在滤池的表层，使滤池容易堵塞；(3)由于采用自然通风供氧，通风供氧状况的好坏受制于池内温度与气温之差、滤池高度、滤料孔隙率及风力，不能给滤池提供较稳定、均匀的通风量；滤池堵塞会影响自然通风，使滤池供氧不足导致微生物缺氧现象，严重影响处理效果；(4)普通生物滤池不具备反冲洗系统，在滤池堵塞时不能及时将引起堵塞的脱落微生物膜和其它杂物清理出滤池。2.上向流曝气生物滤池的特点(1)上向流曝气生物滤池在结构上采用气水平行上向流态，同时采用强制鼓风曝气技术，使得气、水进行极好的均分，防止了气泡在滤料中的凝结，氧气利用率高，能耗低；与普通生物滤池污水下向流态相反，气、水平行上向流态持续在整个滤池高度上提供正压条件，可以更好地避免形成沟流或短流；(2)采用气水平行上向流，使空间过滤能被更好地运用，空气能将污水中的固体物质带入滤床深处，在滤池中能得到高负荷、均匀的固体物质，延长反冲洗周期，减少清洗时间和清洗时的水、气量。（3）采用强制鼓风曝气代替普通生物滤池的自然通风供氧。强制鼓风曝气是由罗茨鼓风机提供压缩空气并由空气管道输送至BAF，然后由设置于滤料层中的布气管使空气均匀通过滤料层。两者的作用均是使空气中的氧转移到污水与微生物的混合液中，以供给微生物氧源。但是，采用自然通风供氧受制于多种外部条件，使通风量或供氧量不稳定且不均匀，不能给微生物提供稳定可靠并足够的氧源，从而不能满足其在代谢过程中所需的氧量，使得滤池的有机负荷较低，一般BOD5负荷为0.2～0.5kgBOD5/m3·d。采用自然通风供氧时，当污水COD浓度大于400～500mg/l时，由于供氧量不足可能导致产生滤池厌氧现象，影响处理效果，同时也限制了浓度较高的废水采用生物滤池工艺的可能性。而强制曝气供氧量可根据污水的进水浓度进行大小调节，使微生物在任何时候都能有足够的氧源，且受外部条件的制约较少。同时，采用强制曝气供氧可提高滤池的有机负荷，使得BOD5负荷可高达5～6kgBOD5/m3·d，进水COD浓度允许达到1000～1500mg/l而不会产生滤池厌氧现象。(4)普通生物滤池不具备滤床反冲洗系统，不能使截留的SS和脱落生物膜及时排出池外。曝气生物滤池设置的反冲洗系统可以在需要时通过人工或自动利用适量的水、气量来对滤料进行清洗，使滤料上多余的增厚微生物膜和截留在滤层中的已脱落的微生物膜和固体物质被冲洗出滤池外，使滤池保持通畅、不堵塞，以保证污水处理时滤层中水、气的正常流通。反冲洗所用水一般为滤池正常运行时的出水，被储存在清水池中备用。四.曝气生物滤池与其它处理工艺的比较除了曝气生物滤池自身的优点之外，曝气生物滤池与其它生物处理方法相比还具有以下几个优点：1）较小的池容和占地面积曝气生物滤池的BOD5容积负荷可达到5～6kgBOD5/