曝氣生物濾池在城鎮(zhèn)污水深度處理中的應用簡析

冷雄飛

摘要：城鎮(zhèn)污水深度處理——生物膜法污水處理工藝（曝氣生物濾池），著重介紹該工藝原理、特點、工藝流程和存在問題。

關鍵詞：城鎮(zhèn)污水深度處理 生物膜法 曝氣生物濾池 BAF

城鎮(zhèn)污水處理廠一般采用二級生化處理工藝，處理后廢水直接排放。若對該部分廢水進行深度處理，可實現(xiàn)中水回用，節(jié)約水資源，保護環(huán)境。對城鎮(zhèn)污水進行深度處理的目的，是進一步去除二級處理后水中的COD，懸浮物(SS)、溶解性有機物(BOD5)、氮等污染物質(zhì)。經(jīng)過二級生化處理的出水含有大量的活性污泥碎片，是二級出水水質(zhì)指標COD、BOD5和SS的主要成份。城鎮(zhèn)污水廠二級處理在溫度較低時出水中NH3-N含量較高，選擇三級處理工藝應考慮COD、BOD5、SS的進一步去除，同時，還應重點考慮NH3-N的去除效果。流動床生物氧化硝化法適用于高質(zhì)量的再生水處理，但載體易流失；活性炭吸附法適用于高質(zhì)量的再生水處理，但活性碳需定期更換、再生；而生物接觸氧化法比較適于城鎮(zhèn)二級處理出水水質(zhì)，同時適合大中規(guī)模的處理水量。

在接觸氧化法脫氮工藝中，曝氣生物濾池是比較可行的。曝氣生物濾池是通過曝氣系統(tǒng)供氧，同時曝氣生物濾池采用多孔生物載體，具有較大的比表面積，傳質(zhì)性能好，適合三級處理低濃度下硝化細菌的附著生長，對NH3-N、BOD5、COD有高效的去除作用。曝氣生物濾池（Biological Aerated Filter，簡稱BAF）是20世紀80年代末在歐美發(fā)展來的一種新型的污水處理技術，它是由滴濾池發(fā)展而來并借鑒了快濾池形式，在一個反應器內(nèi)同時完成了生物氧化和固液分離的功能，不需設置二沉池。世界上首座曝氣生物濾池于1981年誕生于法國。隨著環(huán)境對出水水質(zhì)要求的提高，該技術在全世界城市污水處理中獲得了廣泛的推廣應用，目前，在全球已有數(shù)百座大小各異的污水處理廠采用了BAF技術，并取得了良好的處理效果。

一、工藝原理

曝氣生物濾池是借鑒污水處理接觸氧化法和給水快濾池的設計思路，將生物降解與吸附過濾兩種處理過程合并在同一單元反應器中，以濾池中填裝的粒狀填料（如陶粒、焦炭、石英砂、活性炭等）為載體，在濾池內(nèi)部進行曝氣，使濾料表面生長著大量生物膜，當污水流經(jīng)時，利用濾料表面上所附生物膜中高濃度的活性微生物的強氧化分解作用和濾料粒徑較小的特點，充分發(fā)揮微生物的生物代謝、生物絮凝、生物膜和填料的物理吸附和截留作用以及反應器內(nèi)沿水流方向食物鏈的分級捕食作用，實現(xiàn)污染物的高效清除，同時利用反應器內(nèi)好氧、缺氧區(qū)域的存在，實現(xiàn)脫氮除磷的功能。

曝氣生物濾池的功能及原理：

①進行生化反應，生物降解BOD，COD

有機污染物＋O2 CO2＋H2O＋能量

②進行硝化反應，去除水中氨氮

NH4＋1.5O2NO2＋H2O

NO2＋0.5O2NO3

③進行反硝化反應，去除水中硝態(tài)氮

2NO3-＋2H+ N2+H2O+5/2O2

④去除水中懸浮物

曝氣生物濾池的最大特點是使用了濾料，在其表面生長有生物膜。通過對濾料表面的電鏡照片觀察，在濾池中存在種群豐富，結構完整，功能穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。污水自下向上流過濾料，池底則提供曝氣，使廢水中的有機物得到吸附、截留與生物分解，定期地利用處理后出水進行反沖洗，排除增殖的活性污泥。由于曝氣生物濾池獨特的設計和全新運行方式，在同一個池中既有好氧區(qū)、又有缺氧區(qū)，可以在COD得到降解的同時對污水中的NH3-N實現(xiàn)硝化和反硝化。

對于難生物降解的廢水，曝氣生物濾池的微生物黏附在顆粒填料表面，可接種和馴化特殊菌種，提高難降解廢水的處理效果。另外，由于大量的微生物生長在粒狀填料粗糙多孔的表面，微生物不會流失，即使長時間不運轉也能保持其菌種。這樣，使其運行管理非常簡單。曝氣生物濾池的粒狀填料對微生物有富集作用，即使在處理低濃度廢水時，填料表面微生物濃度也很高，所以曝氣生物濾池處理低濃度廢水時仍能具有較高的去除率，而且掛膜時間短，使系統(tǒng)能夠很快進入正常運行狀態(tài)。

二、工藝特點

①BAF水力負荷高、容積負荷大、水力停留時間短、出水水質(zhì)好。

②BAF占地面積小，基建投資省。BAF反應時間短，具有同步去除COD及SS的功能，可不設二沉淀池。

③菌群結構合理。傳統(tǒng)的活性污泥法微生物的分布相對均勻，而在BAF中沿污水流程能形成不同的優(yōu)勢生物菌種，可使有機物降解、硝化/反硝化能在同一個池子中發(fā)生，簡化了工藝流程。在距進水端較近的濾層中，污水中的有機物濃度較高，各種異養(yǎng)菌占優(yōu)勢，主要是去除BOD；在距出水端較近的濾層中，污水中的有機物濃度已較低，自養(yǎng)型的硝化菌占優(yōu)勢，可以進行氨氮的硝化反應。

④在設置回流或單獨設置反硝化段的情況下可以實現(xiàn)較好的脫氮效果。

⑤耐沖擊能力強。BAF濾池的濾層內(nèi)保持著高濃度的生物量，對水質(zhì)、水量及溫度變化有較強的適應性，不像活性污泥法那么敏感。

三、工藝流程

單個曝氣生物濾池可完成碳化、硝化、反硝化、除磷等功能，與其他工藝組合可進行一般城市污水或工業(yè)廢水的三級處理。

曝氣生物濾池（BAF）工藝具體流程為：污水廠二級出水進入集水井，經(jīng)泵提升后，進入曝氣生物濾池進行好氧處理，同時向曝氣生物濾池內(nèi)投加鋁鹽，出水經(jīng)消毒處理后可進行中水回用。其工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

城鎮(zhèn)污水廠二級出水經(jīng)上述工藝進行深度處理后，可達到中水回用水質(zhì)要求，可以進行循環(huán)再利用，主要用于不與人體直接接觸的用水，如便器的沖洗，地面、汽車清洗，綠化澆灑，消防，工業(yè)普通用水等，達到節(jié)約資本，保護環(huán)境的目的。

四、存在問題

①對進水的SS要求較高，SS一般不超過100mg/L，最好控制在60 mg/L以下，這就要求強化一級處理，往往需要投加絮凝劑，使得污泥量增加，運行費用提高。

②生物除磷效果不好，多采用化學法除磷。

雖然曝氣生物濾池技術發(fā)展較快，但其反應機理與反應動力學的研究尚待深入，有關反應機理的理論體系還有待完善，但隨著現(xiàn)代生物檢測技術的發(fā)展，有關曝氣生物濾池處理機理的研究將有望取得突破。隨著現(xiàn)代材料科學的發(fā)展，利用各種新型材料作為曝氣生物濾池濾料，可使曝氣生物濾池降解污染物的能力將大大提高，因此，曝氣生物濾池在污水處理中將發(fā)揮更大的作用。

參考文獻：

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注：文章內(nèi)所有公式及圖表請以PDF形式查看。