曝氣生物濾池工藝在污水處理廠升級(jí)改造中的應(yīng)用

吳曉波，申 崢

（中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津 300074）

近年來(lái)全國(guó)水環(huán)境污染形勢(shì)嚴(yán)峻，已經(jīng)成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。當(dāng)前，國(guó)家加大了水污染防治力度，相繼出臺(tái)了“水十條”等政策文件，黨的十九屆四中全會(huì)《中共中央關(guān)于堅(jiān)持和完善中國(guó)特色社會(huì)主義制度、推進(jìn)國(guó)家治理體系和治理能力現(xiàn)代化若干重大問(wèn)題的決定》明確“踐行綠水青山就是金山銀山的理念，堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國(guó)策。”隨著國(guó)家對(duì)污水排放的管控日趨嚴(yán)厲，我國(guó)城鎮(zhèn)污水廠的排放標(biāo)準(zhǔn)也日趨嚴(yán)格，許多污水處理廠的提標(biāo)升級(jí)改造勢(shì)在必行。污水廠升級(jí)改造工藝包括MBBR工藝、MBR工藝、臭氧高級(jí)氧化工藝及曝氣生物濾池工藝等。

曝氣生物濾池是一種較為新穎的技術(shù)，生物量較大、生物狀態(tài)相對(duì)穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)生物氧化、生物硝化、生物截留懸浮固體等多種功能。文章根據(jù)某城市污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行情況，融入曝氣生物濾池工藝技術(shù)，最終分析曝氣生物濾池在污水處理廠升級(jí)改造中的應(yīng)用效果，同時(shí)提出工藝應(yīng)用的注意事項(xiàng)，為污水廠升級(jí)改造設(shè)計(jì)提供參考。

1 曝氣生物濾池工藝原理及其特點(diǎn)

1.1 曝氣生物濾池工藝原理

曝氣生物濾池簡(jiǎn)稱BAF，是20世紀(jì)80年代末90年代初在普通生物濾池的基礎(chǔ)上，借鑒給水濾池工藝而開(kāi)發(fā)的污水處理新工藝[1]。隨著研究的深入，BAF從單一工藝逐漸發(fā)展為系列綜合工藝，其內(nèi)涵也擴(kuò)展到生物活性濾池，這就包括了缺氧條件下的反硝化濾池，即在好氧或缺氧條件下完成污水的生物處理（碳氧化、硝化、反硝化）和懸浮物的去除。目前污水廠升級(jí)改造工程中常用到的曝氣生物濾池類型有碳氧化曝氣生物濾池（C池）、碳氧化/部分硝化曝氣生物濾池（C/N池）、硝化曝氣生物濾池（N池）、前置/后置反硝化生物濾池（pre/post-DN池）。

工藝原理：在濾池中裝填一定量粒徑較小的粒狀濾料，濾料表面生長(zhǎng)著生物膜，在碳氧化和硝化生物濾池內(nèi)部設(shè)置工藝曝氣系統(tǒng)，污水流經(jīng)時(shí)，利用濾料上形成的高濃度微生物對(duì)污水進(jìn)行快速凈化；同時(shí)，利用濾料粒徑較小的特點(diǎn)及生物膜的生物絮凝作用截留污水中的大量懸浮物，運(yùn)行一定時(shí)間后，因水頭損失增加，需對(duì)濾池進(jìn)行反沖洗，反沖洗系統(tǒng)宜采用氣/水聯(lián)合反沖洗。具體如圖1所示。

圖1 曝氣生物濾池工藝原理

1.2 曝氣生物濾池工藝特點(diǎn)

（1）處理構(gòu)筑物占地面積較小，對(duì)于較大規(guī)模的污水處理廠而言可以節(jié)省約1/3～1/2的占地面積，適合現(xiàn)狀污水廠升級(jí)改造工程；

（2）污染物的容積負(fù)荷較高，抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)，處理效果也比較穩(wěn)定，工藝流程較為簡(jiǎn)單，成本較低；

（3）可根據(jù)污水特性單獨(dú)使用或者多級(jí)組合使用；

（4）濾料層內(nèi)氧的轉(zhuǎn)移效率較高；

（5）產(chǎn)生的臭氣較少，衛(wèi)生條件較好；

（6）自動(dòng)化程度較高，可無(wú)人值守。

2 曝氣生物濾池工藝在污水處理廠升級(jí)改造中的應(yīng)用

2.1 原有工藝及其運(yùn)行數(shù)據(jù)

某污水處理廠原設(shè)計(jì)規(guī)模為14萬(wàn)m3/d，進(jìn)廠污水包括化工廢水、制藥廢水，工業(yè)廢水占比20%～30%，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)狀工藝流程為進(jìn)水→粗格柵→進(jìn)水泵房→細(xì)格柵→曝氣沉砂池→A級(jí)曝氣池→中間沉淀池→B級(jí)曝氣池→二沉池→紫外消毒→出水，具體如圖2所示。原工藝處理下的污水處理效果如表1所示。

圖2 某污水廠現(xiàn)狀工藝流程圖

表1 某污水處理廠原工藝處理效果 單位：mg/L

2.2 污水處理廠升級(jí)改造方案

通過(guò)對(duì)現(xiàn)狀污水廠出水水質(zhì)進(jìn)行分析可知，該工程現(xiàn)狀出水NH3-N、TN、TP、SS指標(biāo)波動(dòng)較大，升級(jí)改造后應(yīng)該要滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。由于該工程現(xiàn)狀構(gòu)筑物改造困難且現(xiàn)狀廠不能停水，因此升級(jí)改造方案為在現(xiàn)狀工藝后增設(shè)深度處理工藝保證出水達(dá)標(biāo)。深度處理工藝考慮針對(duì)性的脫氮除磷工藝，由于廠區(qū)占地面積有限，需要選擇節(jié)省占地的工藝，經(jīng)綜合分析比較，該工程采用了C/N曝氣生物濾池、DN反硝化生物濾池、高效沉淀池及轉(zhuǎn)盤(pán)過(guò)濾工藝。

二級(jí)處理出水進(jìn)入C/N池，C/N池實(shí)現(xiàn)有機(jī)物去除的同時(shí)發(fā)生硝化反應(yīng)，然后進(jìn)入DN池反硝化，由于該工程出水TN較高，而深度處理進(jìn)水中BOD含量較低，因此需要在DN池外加碳源，DN池出水進(jìn)入高效沉淀池，在沉淀池中加入除磷藥劑PAC，實(shí)現(xiàn)除磷及大部分固體雜質(zhì)的去除，最終設(shè)置轉(zhuǎn)盤(pán)過(guò)濾保證出水SS達(dá)標(biāo)，紫外消毒保證出水衛(wèi)生要求。改造后工藝流程如圖3所示，其中無(wú)填充加粗框內(nèi)構(gòu)筑物為此次新建。

圖3 某污水處理廠改造后工藝處理流程圖

2.3 曝氣生物濾池在該工程污水處理廠中的設(shè)計(jì)參數(shù)

C/N曝氣生物濾池：總過(guò)濾面積約為1056m2，設(shè)置12格，單格有效過(guò)濾面積為88m2，平均過(guò)濾速度約為5.5m/h，平均強(qiáng)制濾速約為6m/h；濾料采用陶粒濾料，粒徑3～5mm，濾料層高4m；BOD5容積負(fù)荷約為0.66kg/m3，NH3-N容積負(fù)荷約為0.66kg/m3；工藝曝氣系統(tǒng)的氣水比為2.5，反沖洗采用氣水聯(lián)合沖洗，反沖洗周期為12～24h。

DN反硝化生物濾池：總過(guò)濾面積約為880m2，設(shè)置10格，單格有效過(guò)濾面積為88m2，平均過(guò)濾速度約為6.6m/h，平均強(qiáng)制濾速約為7.3m/h；濾料采用陶粒濾料，粒徑4～6mm，濾料層高3m；反硝化負(fù)荷約為1.75kgNO3-N/m3；反沖洗采用氣水聯(lián)合沖洗，反沖洗周期為12～24h。反硝化濾池進(jìn)水為向上流式，與N2溢出方向相同，N2隨進(jìn)水溢出，不需要單獨(dú)驅(qū)氮。在DN池進(jìn)水渠內(nèi)設(shè)有NO3-N在線檢測(cè)儀，同時(shí)根據(jù)最終出水TN在線檢測(cè)儀和COD在線檢測(cè)儀通過(guò)儀表反饋值，利用專用軟件計(jì)算碳源需要量，以節(jié)省碳源投加量以及防止出水CODcr超標(biāo)。

2.4 升級(jí)改造效果

該污水廠升級(jí)改造后水質(zhì)指標(biāo)如表2所示，可以看出，現(xiàn)狀廠升級(jí)改造后能夠穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

表2 某污水處理廠升級(jí)改造后的處理效果 單位：mg/L

3 曝氣生物濾池在污水處理廠升級(jí)改造中應(yīng)用的注意事項(xiàng)

（1）曝氣生物濾池對(duì)進(jìn)水SS要求較高，如果進(jìn)水SS的濃度較大，會(huì)增加濾池反沖洗頻率，建議進(jìn)水SS小于100mg/L[2]。

（2）需要控制硝化濾池與碳氧化濾池之間的溶解氧參數(shù)為2～4mg/L。

（3）需要考慮濾速與碳氧化之間的關(guān)系，關(guān)注其增加的反硝化效率情況。

（4）若濾池主要功能為碳氧化、硝化，則需要控制容積負(fù)荷參數(shù)為 BOD5≤2kgBOD5/(m3·d)，以此輔助氨氮去除，強(qiáng)化去除效果。

（5）若碳源不足，則可以將反硝化池放置在硝化池的前面，以此實(shí)現(xiàn)回流，實(shí)現(xiàn)前置反硝化。

（6）對(duì)于C/N池需要合理設(shè)計(jì)曝氣系統(tǒng)，建議采用穿孔管或者專用的單孔膜空氣擴(kuò)散器。

（7）曝氣生物濾池對(duì)TP去除效果非常有限，如果要使出水TP達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，必須增加化學(xué)除磷。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，曝氣生物濾池在污水處理廠的升級(jí)改造中具有良好的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，且目前已經(jīng)逐漸投用到我國(guó)各地區(qū)的污水處理系統(tǒng)中，極大提升了城市污水處理能力。在實(shí)際工程中，需要結(jié)合污水處理廠的原本處理能力，根據(jù)現(xiàn)狀工藝，優(yōu)化設(shè)定提升目標(biāo)與方案，充分發(fā)揮曝氣生物濾池的積極作用，以此提升污水處理廠的深度處理能力，強(qiáng)化污水處理效率，實(shí)現(xiàn)污水處理廠的升級(jí)改造目標(biāo)。