前置反硝化曝氣生物濾池工藝的可行性分析

龔 起，顧 平

（黑龍江省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，黑龍江哈爾濱150036）

良好的水環(huán)境是構(gòu)建和諧社會(huì)、維持社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。為解決全球普遍存在的水資源危機(jī)，我們應(yīng)當(dāng)樹(shù)立全民意識(shí)，一方面科學(xué)合理的利用水資源，另一方面，就是采取切實(shí)可行的策略保護(hù)水資源，避免水環(huán)境的進(jìn)一步污染。城市污水是天然水體的主要污染源之一，在污水排放前采取一定的技術(shù)進(jìn)行處理，將其中對(duì)水體有危害的污染物去除，是保護(hù)水環(huán)境的必要手段之一。目前，普遍的城市污水處理方法有化學(xué)處理法，物化處理法和生物處理法，應(yīng)用已經(jīng)很廣泛，各有利弊，但是效果褒貶不一。因此，研究出創(chuàng)新性的，能結(jié)合各種方法優(yōu)點(diǎn)的污水處理工藝已經(jīng)迫在眉睫。

1 曝氣生物濾池工藝的特點(diǎn)

1.1 曝氣生物濾池的產(chǎn)生和發(fā)展

曝氣生物濾池是二十世紀(jì)80年代在普通生物濾池的基礎(chǔ)上而開(kāi)發(fā)的新型污水處理工藝。最初曝氣生物濾池是用于城市污水的深度處理，后來(lái)經(jīng)過(guò)發(fā)展，目前，已廣泛用于污水的二級(jí)生物處理。自80年代在歐洲檢測(cè)世界上第一座以曝氣生物濾池為主題的污水處理廠后，該工藝開(kāi)始在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家流行。目前，世界上已有數(shù)百座采用曝氣生物濾池的污水處理廠。曝氣生物濾池也從最初的單一工藝逐漸發(fā)展成系列組合工藝，能有效去除水中的懸浮物、COD、BOD5，還可進(jìn)行硝化、脫氮除磷，并具有去除有毒有害物質(zhì)的作用。

曝氣生物濾池最大的優(yōu)點(diǎn)就是將生物降解作用和懸浮固體的截留作用置于同一個(gè)反應(yīng)器中完成，這樣可取消后續(xù)的二沉池，并節(jié)省了污泥回流系統(tǒng)，使處理工藝顯著簡(jiǎn)化。此外，曝氣生物濾池可承載較高的有機(jī)物負(fù)荷和水力負(fù)荷，且水力停留時(shí)間較短，具有能耗和運(yùn)行成本低、操作管理簡(jiǎn)單、出水水質(zhì)優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)[1-4]。

曝氣生物濾池基于普通生物濾池而發(fā)展起來(lái)的，可看做是普通生物濾池的一種變形，也可看做是生物接觸氧化法的一種變形。在曝氣生物濾池中，裝填比表面積較高的顆粒性填料，為微生物的生長(zhǎng)繁殖提供所需的載體，在濾料底部進(jìn)行鼓風(fēng)曝氣，空氣、污水、和填料上生物膜三相接觸，通過(guò)生物作用將污染物降解，同時(shí)顆粒狀填料也可起到過(guò)濾截留的效果。

自90年代開(kāi)始，我國(guó)也開(kāi)始對(duì)曝氣生物濾池技術(shù)開(kāi)展相關(guān)研究[5-7]，目前已將該技術(shù)成功應(yīng)用于多個(gè)大、中、小型的污水處理工程。曝氣生物濾池的特殊有點(diǎn)受到學(xué)術(shù)界與工程界越來(lái)越廣泛的青睞。

1.2 曝氣生物濾池形成過(guò)程及特點(diǎn)

1.2.1 生物膜的形成 生物膜屬于高度親水的異質(zhì)體系，在膜表面以及一定深度的內(nèi)部生長(zhǎng)著大量的微生物和微型動(dòng)物，并形成有機(jī)污染物-細(xì)菌-原生動(dòng)物-后生動(dòng)物的食物鏈。

生物膜是由大量微生物構(gòu)成的粘性物質(zhì)。當(dāng)污水在載體表面流過(guò)時(shí)，微生物和載體表層富含的物質(zhì)相結(jié)合，并且固定。于是，載體表面逐漸形成了微生物膜，即生物膜[8]。同時(shí)，污水源源不斷的流經(jīng)載體，污廢水中富含的有機(jī)物質(zhì)作為微生物的生長(zhǎng)的底物。通過(guò)水體攪動(dòng)以及外加曝氣，O2在微生物膜內(nèi)部得以傳遞、擴(kuò)散等，這些均利于微生物對(duì)有機(jī)底物的氧化降解作用的進(jìn)行。同時(shí)，生物膜中也擁有大量絲狀菌，它們相互交織并延伸于廢水中，使得生物膜以立體結(jié)構(gòu)存在于載體表面。

根據(jù)Characklis 的研究，經(jīng)過(guò)物理、化學(xué)和生物過(guò)程復(fù)合作用，在載體表面逐漸積累形成生物膜。該過(guò)程主要包括：

（1）含有機(jī)底物的廢水流經(jīng)載體，使得生物膜吸收到有機(jī)質(zhì)；

（2）含浮游微生物的廢水流經(jīng)載體，浮游微生物表面在載體表面形成不可逆吸附；

（3）生物膜內(nèi)部的各種微生物對(duì)廢水中有機(jī)物、氮磷等物質(zhì)的利用與轉(zhuǎn)化。

當(dāng)污廢水中含有充足的營(yíng)養(yǎng)物（如可生化有機(jī)物、氮磷）、微量元素和O2時(shí)，微生物在載體表面迅速生長(zhǎng)繁殖。此外，微生物通過(guò)新陳代謝不斷形成大量的分泌物，如膠質(zhì)粘膜。微生物將會(huì)在這些分泌物組成的粘膜中生長(zhǎng)繁殖。該過(guò)程使得微生物能夠在載體表面向水體中不斷延伸。該生長(zhǎng)過(guò)程的結(jié)果，即生成不斷加厚的生物膜。但是，當(dāng)生物膜的厚度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，溶解氧便無(wú)法穿透生物膜內(nèi)部，于是，在生物膜的最深處，形成了厭氧區(qū)，該處只有厭氧菌存活。因此，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行的水處理工藝中，典型的微生物膜由兩層構(gòu)成，即好氧層和厭氧層。當(dāng)然，其中也有大量的兼性微生物存在。但是好氧層的厚度通常有2mm 左右。好氧層中的微生物由于能直接獲得大量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和氧氣，生長(zhǎng)繁殖迅速，相對(duì)于厭氧層的微生物，好氧層的微生物能夠降解去除水體中大多數(shù)的有機(jī)物；相對(duì)的，生長(zhǎng)于生物膜內(nèi)部的微生物只能獲得相對(duì)少量的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，氧氣也較少或者無(wú)法獲得氧氣，好氧微生物生長(zhǎng)代謝受到抑制，逐漸被厭氧微生物和兼性微生物取代，形成了厭氧層。當(dāng)然，厭氧微生物以及兼性微生物只有在生物膜形成一定厚度，氧氣難于到達(dá)的時(shí)候才逐漸形成。隨著厭氧微生物的大量繁殖，厭氧層也逐漸加厚[9]。

一系列的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和氣體的傳遞發(fā)生于生物膜內(nèi)部、外部，以及生物膜與水層之間。通過(guò)水體自然攪動(dòng)或者外加曝氣使溶解氧進(jìn)入水體并進(jìn)入流動(dòng)水層內(nèi)部，融入的氧氣又通過(guò)附著水層到達(dá)生物膜，為好氧微生物提供電子受體；污廢水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)則通過(guò)流動(dòng)水層傳遞給附著水層，最后滲入微生物膜，在此，大量微生物進(jìn)行新陳代謝將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)吸收轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)了水體的凈化、污染物的去除和降解。微生物的部分代謝產(chǎn)物CO2、H2S、NH3等氣體融入水層并隨著水體流動(dòng)進(jìn)入水體表面的空氣。而水分子則隨著附著水層流入流動(dòng)水層。此時(shí)的生物膜即成熟的生物膜，特點(diǎn)是沿著水流方向形成生物膜，膜上由細(xì)菌、絲狀菌等多種微生物甚至原生動(dòng)物組成。這些生物在生態(tài)系統(tǒng)方面達(dá)到穩(wěn)定和平衡。體現(xiàn)在水處理工藝方面，即有機(jī)物、氮磷等污染物的降解和去除效果最好，出水水質(zhì)穩(wěn)定。一般來(lái)講，生物膜由最開(kāi)始附著到穩(wěn)定成熟，需經(jīng)歷潛伏和生長(zhǎng)兩個(gè)階段。常規(guī)的城市生活污水生物膜法處理過(guò)程中，常溫下（約20℃），歷經(jīng)20～30d 才能形成成熟的生物膜。

但隨生物膜上的生物不斷繁殖壯大，生物膜內(nèi)部生長(zhǎng)的厭氧菌群代謝產(chǎn)物也不斷增加。這些物質(zhì)排出生物膜的過(guò)程中，影響了好氧層微生物的生存環(huán)境，削弱了生物膜的上的微生物生存環(huán)境的平衡性。同時(shí)，大量氣態(tài)代謝產(chǎn)物的不斷排出，使得微生物附著于非生命載體物質(zhì)上的固定能力不斷變?nèi)?，變得易于從載體上脫落。此時(shí)的生物膜上的環(huán)境對(duì)微生物生長(zhǎng)并不利，主要體現(xiàn)在水處理工藝效果，即凈水效能較差。此時(shí)的生物膜也稱作老化生物膜。當(dāng)生物膜固定于載體的固定能力無(wú)法抵消水流、曝氣等的沖擊，便從載體表面脫落，而新的生物膜將逐漸在裸露的載體表面形成。同上述過(guò)程一樣，新生的生物膜同樣經(jīng)歷膜的加厚、厭氧層的形成等這一周期過(guò)程，達(dá)到凈水能力的高峰，即成熟的生物膜，隨后再次老化脫落。

1.2.2 生物濾池法除臭能力 生物濾池具有安全可靠的除臭效果，可獲得接近100%的去除率。生物濾池用于污水處理過(guò)程中，降解產(chǎn)生的臭氣經(jīng)過(guò)氣體收集裝置集中送到生物濾池除臭單元，臭氣通過(guò)微生物的生物濾層時(shí)，微生物通過(guò)對(duì)臭味物質(zhì)的吸收、降解以及吸附作用將污染物降解為CO2、水分子、H2SO4、HNO3等無(wú)機(jī)易降解物質(zhì)。

1.3 曝氣生物濾池存在的問(wèn)題

曝氣生物濾池是在普通生物濾池的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。普通生物濾池在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出多種缺陷：

（1）如采用下向流方式，通過(guò)池底自然通風(fēng)，氣水在濾池中逆流而行，容易在濾料中形成氣泡，產(chǎn)生局部堵塞的現(xiàn)象；

（2）污水自上而下流經(jīng)濾池，污水中的固體物質(zhì)容易積聚于濾池表面，容易造成濾池的堵塞；

（3）采用自然通風(fēng)供氧，受水溫氣溫、濾池高度、濾料尺寸等影響較大，容易造成供氧不足、影響污水處理效果。

因此，為解決普通生物濾池在應(yīng)用中存在的這些問(wèn)題，可采用上向流的曝氣生物濾池運(yùn)行方式，即氣水平行上流的流態(tài)和鼓風(fēng)機(jī)曝氣技術(shù)，保證供氣充足、氣水混合均勻，該運(yùn)行方式可有效阻止氣泡在濾料上的堵塞。與此同時(shí)，污水中的固體污染物能被空氣卷入濾床深處，提高濾池的固體負(fù)荷率，延遲反沖洗周期，進(jìn)而降低了反沖洗的頻率與能耗。

此外，與普通生物濾池相比，曝氣生物濾池可對(duì)濾床進(jìn)行反沖洗。普通生物濾池不具備反沖洗系統(tǒng)，濾料堵塞之后只能移到濾池外進(jìn)行清洗，或者更換濾料，操作管理復(fù)雜，費(fèi)用較高，也導(dǎo)致濾池停用時(shí)間的延長(zhǎng)，有時(shí)甚至需要幾天的時(shí)間。而曝氣生物濾池采用上向流的形式，在需要進(jìn)行反沖洗的時(shí)候只需人工或自動(dòng)調(diào)高水量、氣量，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)濾床的清洗，是濾料上老化的生物膜以及截留的固體雜質(zhì)沖出濾池之外。

2 反硝化脫氮工藝特點(diǎn)

在水體中，氮的主要存在形態(tài)為有機(jī)氮和無(wú)機(jī)氮兩種。（水中的有機(jī)氮和無(wú)機(jī)氮之和統(tǒng)稱為總氮，而氨氮和有機(jī)氮又稱為凱氏氮。）有機(jī)氮包含蛋白質(zhì)、尿素、氨基酸、多肽等，來(lái)源于生活污水、工業(yè)廢水（如羊毛加工、制革、印染等）、農(nóng)業(yè)廢棄物（農(nóng)作物、牲畜等）。在微生物降解的作用下，有機(jī)氮可轉(zhuǎn)化為無(wú)機(jī)氮。無(wú)機(jī)氮主要有氨氮、亞硝酸氮和硝酸氮3 種形式，這三者統(tǒng)稱為氮化合物。水體中一部分的無(wú)機(jī)氮是源于有機(jī)氮的微生物分解，另外有一部分是由于施用氮肥的農(nóng)田排水和地表徑流，和某些工業(yè)廢水（如焦化廢水、化肥生產(chǎn)廢水）的排放。

當(dāng)將氮化合物含量較高的污水直接排放時(shí)，會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害[10]，例如，氮化合物含量較高時(shí)會(huì)導(dǎo)致水體的富營(yíng)養(yǎng)化；氨氮降解時(shí)會(huì)消耗水體的溶解氧；氮類物質(zhì)會(huì)使水體產(chǎn)生一定的色度和氣味；最近，富營(yíng)養(yǎng)化導(dǎo)致的藻毒素問(wèn)題也引起人們的重視。此外，若將氮含量超過(guò)1mg·L-1的水用于農(nóng)田灌溉是，一些農(nóng)作物可能會(huì)因?yàn)檫^(guò)量吸收水中的氮而產(chǎn)生貪青倒伏的現(xiàn)象。

2.1 反硝化過(guò)程

水中氮類物質(zhì)的反硝化反應(yīng)是由一群異養(yǎng)型的微生物完成[11,12]，在缺氧的條件下，這些微生物將亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮還原成氣態(tài)氮（N2）或N2O、NO[13]。參與這一生化反應(yīng)的微生物就是反硝化細(xì)菌，這種細(xì)菌在自然界中幾乎無(wú)處不在，污水處理系統(tǒng)中常用的的反硝化細(xì)菌有變形桿菌、假單胞桿菌、小球菌等。這類反硝化細(xì)菌在有溶解氧的條件下，利用氧進(jìn)行呼吸，對(duì)有機(jī)物進(jìn)行好氧降解；而當(dāng)水中沒(méi)有分子氧、而存在硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮時(shí)，則可以硝酸鹽根和亞硝酸鹽根作為電子受體，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氮類物質(zhì)的反硝化去除[14-16]。反硝化過(guò)程以異化作用為主，其去除的氮約占總?cè)コ康?0%～75%。

反硝化分為三級(jí)生物脫氮系統(tǒng)、二級(jí)生物脫氮系統(tǒng)和一級(jí)生物脫氮系統(tǒng)。所謂三級(jí)生物脫氮系統(tǒng)，是指污水連續(xù)經(jīng)過(guò)三個(gè)單元生物處理裝置，依次完成各項(xiàng)凈化功能，最后一級(jí)實(shí)現(xiàn)反硝化脫氮。其中每個(gè)單元處理裝置都有自己的反應(yīng)池：第一級(jí)為曝氣池，第二級(jí)為硝化池，第三級(jí)為反硝化池，以及二沉池和污泥回流系統(tǒng)等。

該工藝的優(yōu)點(diǎn)是不同功能的菌屬如好氧菌、硝化菌和反硝化菌分別生長(zhǎng)在不同的單元構(gòu)筑物之中，可根據(jù)各自的特點(diǎn)調(diào)節(jié)最適宜的生長(zhǎng)環(huán)境和工況條件，所以生化反應(yīng)速度較快；并且由于不同微生物種屬構(gòu)成的污泥分別在不同的沉淀池中進(jìn)行沉淀分離和回流，因此運(yùn)行管理比較方便，靈活性和適應(yīng)性較大，容易進(jìn)行掌握，運(yùn)行效果也較好。但是這種三級(jí)生物脫氮系統(tǒng)所需的處理構(gòu)筑物和設(shè)備較多，因此造價(jià)高、整體管理較為復(fù)雜，目前在實(shí)際工程中的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越少了。

二級(jí)生物脫氮系統(tǒng)。這種二級(jí)系統(tǒng)將對(duì)有機(jī)物的氧化和對(duì)氨氮的硝化兩個(gè)過(guò)程置于第一級(jí)反應(yīng)器中同時(shí)完成，混合液經(jīng)沉淀后在第二級(jí)中進(jìn)行反硝化脫氮，然后進(jìn)入最終沉淀池，進(jìn)行泥水分離。二級(jí)生物脫氮系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與三級(jí)生物脫氮系統(tǒng)較為類似，但是減少了一個(gè)中間沉淀池，整體工藝有所簡(jiǎn)化。

單級(jí)生物脫氮系統(tǒng)。此種系統(tǒng)的特點(diǎn)是在工藝流程中不設(shè)置中間沉淀池，僅在工藝的末位設(shè)有一個(gè)最終沉淀池。該工藝對(duì)有機(jī)污染物的去除以及氨化反應(yīng)和硝化反應(yīng)在同一構(gòu)筑物內(nèi)進(jìn)行，從該構(gòu)筑物流出的混合液不經(jīng)過(guò)沉淀而直接進(jìn)入缺氧池，利用反硝化細(xì)菌進(jìn)行反硝化反應(yīng)。所以該工藝的流程簡(jiǎn)單，處理構(gòu)筑物和設(shè)備較少，克服了上述三級(jí)、二級(jí)生物脫氮系統(tǒng)的缺點(diǎn)，使得工程造價(jià)和運(yùn)行管理復(fù)雜程度均有所降低。但是，該單級(jí)生物脫氮系統(tǒng)也存在著用于反硝化的有機(jī)碳源不足、難以進(jìn)行調(diào)控、難以保證出水水質(zhì)等問(wèn)題。

2.2 前置反硝化工藝特點(diǎn)

以上的生物脫氮系統(tǒng)都是遵循污水有機(jī)碳氧化、氨化硝化、反硝化的順序進(jìn)行的。這種對(duì)污水順序進(jìn)行處理的3 種系統(tǒng)都需要在硝化階段投加堿度、而在反硝化階段投加碳源有機(jī)物，使得運(yùn)行費(fèi)用增高。

因此，在80年代后期研究人員對(duì)脫氮工藝進(jìn)行了改進(jìn)，產(chǎn)生了前置反硝化工藝，即將反硝化單元置于系統(tǒng)之首。原污水和回流污泥首先同時(shí)進(jìn)入位于系統(tǒng)初始的缺氧池，同時(shí)，一部分后續(xù)好氧池內(nèi)已充分反應(yīng)的硝化液也回流至該缺氧池（可稱之為內(nèi)循環(huán)或硝化液回流）。缺氧池內(nèi)的反硝化菌以原廢水中的有機(jī)碳為電子供體、以回流液中的硝酸鹽（或亞硝酸鹽）為電子受體，將硝態(tài)氮還原為氣態(tài)氮，從而完成反硝化脫氮過(guò)程。在此之后，混合液進(jìn)入到后續(xù)好氧池，再完成有機(jī)物氧化、硝化反應(yīng)等反應(yīng)[17-19]。

由于原污水是直接進(jìn)入到系統(tǒng)之首的缺氧池，因此為缺氧池的反硝化反應(yīng)提供了足夠的有機(jī)物碳源，不需要再外投碳源，既節(jié)省了運(yùn)行成本，又保證了反硝化過(guò)程對(duì)C/N 比的要求。缺氧池設(shè)置于好氧池之前，反硝化過(guò)程也會(huì)消耗一部分的碳源有機(jī)物，減輕了后續(xù)好氧池的有機(jī)負(fù)荷，減少好氧池中有機(jī)物氧化和氨氮硝化所需的溶解氧量[20]。

在該前置反硝化系統(tǒng)中，缺氧池反硝化反應(yīng)所產(chǎn)生的堿度也可以部分補(bǔ)償后續(xù)好氧池中硝化反應(yīng)所消耗的堿度，因此，對(duì)于含氮濃度不高的污廢水，可不必另行投加堿度[21]。

前置反硝化系統(tǒng)將好氧池設(shè)置在缺氧池后，可以進(jìn)一步去除反硝化殘留在水中的有機(jī)污染物，使出水水質(zhì)得以改善。而且該流程相對(duì)簡(jiǎn)單，省去了中間沉淀池，構(gòu)筑物數(shù)量減少。

前置反硝化脫氮系統(tǒng)的好氧池和缺氧池可以合建在同一構(gòu)筑物內(nèi)，用隔墻將兩個(gè)不同功能的池體分開(kāi)即可；當(dāng)然也可以建成兩個(gè)獨(dú)立的構(gòu)筑物，以滿足不同的生物處理功能需求[22-24]。

3 前置反硝化曝氣生物濾池工藝的可行性分析

3.1 工藝的技術(shù)選擇依據(jù)

污水處理是一項(xiàng)側(cè)重環(huán)境效益和社會(huì)效益的工程，在建設(shè)和實(shí)際運(yùn)行中常常受到資金的限制，因此，選擇經(jīng)濟(jì)有效、成熟、可靠的污水處理技術(shù)是關(guān)鍵。一般的項(xiàng)目的技術(shù)選擇積于以下幾點(diǎn)：

（1）環(huán)境特征及要求 多數(shù)的公司經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，可使用的征地已較少，而公司的生產(chǎn)生活區(qū)比較集中，欲建設(shè)的污水處理廠只能在廠區(qū)、生活區(qū)周邊選擇，既要使建設(shè)的污水處理廠出水水質(zhì)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、滿足納污水體的要求，又要使污水處理廠投資少、占地面積小、運(yùn)行成本低、產(chǎn)生的異味小、不影響周邊居民的正常生產(chǎn)生活。

（2）水質(zhì)特點(diǎn) 很多工廠在生產(chǎn)生活過(guò)程中產(chǎn)生的廢水由生產(chǎn)廢水和生活污水組成，生產(chǎn)廢水經(jīng)相應(yīng)的廢水處理設(shè)施處理后，通過(guò)獨(dú)立的排水系統(tǒng)排入外環(huán)境。生活污水經(jīng)生活污水管網(wǎng)，未經(jīng)處理直排附近河道，如果欲處理的廢水為單一的生活污水，要經(jīng)化驗(yàn)分析，若B/C 在0.5～0.6 之間，可生化性好。也可以申請(qǐng)質(zhì)量安全環(huán)保處組織相關(guān)部門和單位經(jīng)過(guò)多次考察、專題研究、聘請(qǐng)專家對(duì)可選擇的污水處理工藝進(jìn)行詳細(xì)論證。

（3）國(guó)內(nèi)生活污水處理工藝現(xiàn)狀 目前，我國(guó)已建成的生活污水處理廠大多采用傳統(tǒng)活性污泥法及其變形工藝、氧化溝工藝、AB 工藝、SBR 工藝等，活性污泥法已成為污水處理的主體技術(shù)，隨著人口的不斷膨脹和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，水體污染問(wèn)題已對(duì)人類的生存和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展構(gòu)成了威脅，因此，各國(guó)對(duì)污水處理要求越來(lái)越嚴(yán)格，雖然這幾種處理工藝處理的水質(zhì)都能達(dá)到排放水的一般要求，但其投資和占地面積大，難于管理，部分工藝處理負(fù)荷低、運(yùn)行啟動(dòng)慢、經(jīng)常出現(xiàn)污泥膨脹、耐沖擊能力差等諸多問(wèn)題。90年代以來(lái)，廢水生物處理新工藝、新技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)、應(yīng)用取得了長(zhǎng)足進(jìn)展，各種新工藝應(yīng)運(yùn)而生，其共同特點(diǎn)是高效、穩(wěn)定、節(jié)能，并具有脫氮除磷等多種功能。

曝氣生物濾池具有同時(shí)完成生物處理與固液分離，占地面積小，工程投資和運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，并可通過(guò)調(diào)整濾池結(jié)構(gòu)形式而成為具有脫氮除磷功能的組合工藝。在保證處理效果的前提下使處理工藝簡(jiǎn)化，同時(shí)，BAF 工藝有機(jī)負(fù)荷高、水力負(fù)荷大，水力停留時(shí)間短，能耗、運(yùn)行成本低，出水水質(zhì)高，在污水處理過(guò)程中不易產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象。而傳統(tǒng)的活性污泥法占地面積較大，SBR 工藝雖然省去二沉池，但由于生化部分為敞開(kāi)式，污水處理過(guò)程中產(chǎn)生的臭味對(duì)周邊環(huán)境影響較大。

根據(jù)以上分析，結(jié)合某些實(shí)際工廠的環(huán)境特征、納污水體水質(zhì)要求、生活污水水質(zhì)特點(diǎn)以及各種處理工藝的比較，最終確定曝氣生物濾池工藝處理生活污水的可行性。

3.2 前置反硝化曝氣生物濾池工藝的可行性分析

國(guó)內(nèi)流行的曝氣生物濾池形式是在普通生物濾池的基礎(chǔ)上，借鑒給水濾池工藝發(fā)展起來(lái)的，BAF工藝有除碳工藝、除碳/硝化工藝、除碳/硝化/反硝化工藝、除碳/除磷/脫氮工藝等多種類型的組合工藝。

除碳工藝主要去除污水中碳化有機(jī)物；除碳/硝化工藝主要去除污水中有機(jī)污染物，并將硝化處理；除碳/ 硝化/ 反硝化工藝主要有水解+BAF 法和膜法硝化反硝化法，主要用于去除有機(jī)污染物并實(shí)現(xiàn)脫氮目的。水解+BAF 工藝是基于活性污泥A/O 思想，屬泥法脫氮,膜法硝化反硝化法是將硝化反硝化分別設(shè)在兩座BAF 池中進(jìn)行，需外加碳源，其加入量較難控制。

我國(guó)南方城市生活污水處理廠多采用水解+曝氣生物濾池處理工藝，東北地區(qū)多采用DC+N 曝氣生物濾池法，大連馬欄河、大慶西城、哈爾濱太平、大慶東城污水處理廠擴(kuò)建部分均采用DC+N 曝氣生物濾池處理工藝，出水雖能達(dá)標(biāo)，但TN 不達(dá)標(biāo)。

曝氣生物濾池反硝化系統(tǒng)主要有前置反硝化和后置反硝化。隨著曝氣生物濾池工藝研究的深入，國(guó)內(nèi)外都有試驗(yàn)和報(bào)道證明：BAF 在運(yùn)行過(guò)程中存在同步硝化反硝化現(xiàn)象，綜合比較如下：

（1）BAF 同步硝化反硝化對(duì)TN 的去除效果不理想，脫氮率僅為30%左右，脫氮的穩(wěn)定性較差。

（2）后置反硝化BAF 工藝對(duì)TN 的去除效果較同步硝化反硝化效果好，但需外加碳源，其優(yōu)點(diǎn)是由于外加碳源可使反硝化速率大大提高。但存在的問(wèn)題是外加碳源的投加量較難控制，且運(yùn)行管理要求較高，同時(shí)，為確保去除剩余的碳源，需設(shè)置后曝氣來(lái)降解。在國(guó)外，多數(shù)的工程應(yīng)用主要采用后置反硝化。

（3）前置反硝化BAF 工藝脫氮效果最好，在碳源充足的情況下，脫氮率可達(dá)80%～90%。但需嚴(yán)格控制回流污水帶來(lái)的DO 含量及回流水量，其運(yùn)行控制較為復(fù)雜，因此，國(guó)內(nèi)外污水處理中不選用前置反硝化。

由于一些項(xiàng)目具有脫氮除磷要求，因此在工藝選擇上，經(jīng)過(guò)大量的水質(zhì)分析和技術(shù)論證，根據(jù)受納水體要求，對(duì)BAF 工藝流程、工藝參數(shù)進(jìn)行了充分的研究和優(yōu)化組合，大膽地將前置反硝化原理應(yīng)用于BAF 工藝中，用于處理生活污水。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行，前置反硝化BAF 工藝在生活污水處理中取得了良好的效果，實(shí)踐證明，前置反硝化BAF 不但具有較高的脫氮效果，而且對(duì)高濃度的COD 具有快速降解作用，可謂一舉兩得。

4 結(jié)論

傳統(tǒng)的曝氣生物濾池形式，包括除碳工藝、除碳/硝化工藝、除碳/硝化/反硝化工藝、除碳/除磷/脫氮工藝等多種類型的組合工藝流行多年，可以解決一些污水治理的問(wèn)題，但是需要的外加條件較多，比如附加碳源等等，造成操作上某些環(huán)節(jié)難以控制。而目前的一些改進(jìn)形式如水解+曝氣生物濾池處理工藝，DC+N 曝氣生物濾池法等，出水-N 雖能達(dá)標(biāo)，但TN 不達(dá)標(biāo)。并不能達(dá)到理性效果。所以探索出一條不同于前人的新的思路是今后研究的重點(diǎn)。本文討論了同步、前置和后置反硝化工藝結(jié)合曝氣生物濾池的處理效果，創(chuàng)新性的將前置反硝化原理應(yīng)用于BAF 工藝中，用于處理生活污水，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行，中試效果良好，脫氮能力很強(qiáng)，并且COD 降解速度加快。根據(jù)本文的結(jié)論，前置反硝化曝氣生物濾池工藝具有很強(qiáng)的可行性，可以根據(jù)具體情況，大面積投入使用。

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