曝氣生物濾池在濱海污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

潘紅

關(guān)鍵詞：曝氣生物濾池；濱海；污水處理系統(tǒng)；應(yīng)用分析

中圖分類號(hào)：X705 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

在污水處理系統(tǒng)中，污水具有水量大、難降解有機(jī)物含量高、水質(zhì)變化不平穩(wěn)等特點(diǎn)，為凈化水質(zhì)加大了難度，降低了水資源的利用率。為解決上述問題，研究曝氣生物濾池在污水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用這一課題。曝氣生物濾池處理工藝是目前在污水好氧生物處理領(lǐng)域中應(yīng)用較為廣泛的污水處理方法，可以在原有濾池基礎(chǔ)上快速提升負(fù)荷能力和濾池的供氧能力，將污水中各污染物的濃度控制在最低。曝氣生物濾池在進(jìn)水凈化、有機(jī)物轉(zhuǎn)化和氨氮硝化、脫氮除磷等方面具有較為顯著的效果，將陶粒作為濾料，優(yōu)化濾除效果，同時(shí)水流遵循上進(jìn)下出的原則，使得污水通過CN-BAF濾池和N-BAF濾池，將原水中的高濃度污染物有效去除，并經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)和沉淀，最終達(dá)到降解和處理污水中化學(xué)需氧量、生化需氧量、氮、磷的目的，保證出水水質(zhì)指標(biāo)符合相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)，有效利用水資源，可為污水處理、升級(jí)改造等工作提供參考作用。

1工程概況

該工程項(xiàng)目的納污范圍主要包括工業(yè)產(chǎn)業(yè)園以及居民用水，方案設(shè)計(jì)規(guī)劃面積為3.65km²；經(jīng)過實(shí)地考察，該污水廠每天進(jìn)水量大約為3000m³/d，因此將污水處理規(guī)模設(shè)計(jì)為35000 m³/d，且出水量符合相關(guān)要求。其中一期和二期工程的處理規(guī)模均為4000 m³/d，占地面積分別為6555.3m²、7856.1m²，總投資為3654.25萬元。預(yù)處理后的尾水通過質(zhì)檢合格后經(jīng)小溪直接排主入附近河流，最終流入旅游區(qū)作為景觀用水。

根據(jù)污水廠實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行劃分，結(jié)合工程概況，共計(jì)包含三部分。第一部分和第二部分均是污水預(yù)處理單元，二者的污水處理規(guī)模分別為2000 m³/d和12000 m³/d;第三部分為綜合辦公區(qū)，一次建設(shè)完成。

該污水廠污水水量及水質(zhì)情況如下：水量：80～100 m³/d，水質(zhì)：COD>1000 Mg/L（正常在300～500 mg/L、高峰值在1000 mg/L）；pH值：3～6色度：>100。生產(chǎn)污水首先經(jīng)過格柵，將污水中顆粒較大的固體先剔除出來，防止其進(jìn)入后續(xù)處理設(shè)施，影響其他處理單元的正常運(yùn)行。在集水井中，投加硫酸來中和污水，投加量視污水的堿度高低而定。因污水水量大，設(shè)置了兩級(jí)并聯(lián)的水解酸化一好氧處理設(shè)施。在水解酸化池中，利用高溫缺氧的特點(diǎn)，起到降低pH值的作用，使原水呈現(xiàn)弱酸性，利于接下來進(jìn)行好氧處理操作。

此類污水的排放標(biāo)準(zhǔn)按照當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門及廠方要求，出水必須達(dá)到國(guó)家污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)中的II級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。主要污染排放指標(biāo)如下：化學(xué)需氧量（COD）濃度在120 mg/L以下；生化需氧量（BOD）濃度在20 mg/L以下；固體懸浮物濃度（SS）在130 mg/L以下；pH值范圍為6～9；色度小于80。

2基于曝氣生物濾池的污水處理方法

2.1確定污水水量

確定污水中原水的含量是污水處理工程項(xiàng)目中的核心步驟。在水處理工程設(shè)計(jì)中，對(duì)于原水量的計(jì)算通常以平均日水量作為參照，具體計(jì)算公式如式（1）：

式（1）中，Q_Y表示進(jìn)水污水中原水含量；a表示最高日給水量與最低日給水量換算成平均日給水量的轉(zhuǎn)換因子，取值范圍一般為0. 56～0.73，無量綱；口表示污水廠依據(jù)日平均給水量換算成日均排水量的轉(zhuǎn)換因子，一般取0.7～0. 75，無量綱；Q表示污水廠最高日供水量；c表示污水廠用水分項(xiàng)的百分率。

通過上式即可確定污水廠的污水量，便于設(shè)計(jì)污水處理流程以及濾池結(jié)構(gòu)參數(shù)。

2.2設(shè)計(jì)污水進(jìn)水出水水質(zhì)指標(biāo)

該污水廠所排放的污水中的污染物主要包括化學(xué)需氧量COD、氨氮、總磷和總氮以及其他高濃度的有害物質(zhì)。而根據(jù)工程項(xiàng)目納污水質(zhì)的復(fù)雜程度和當(dāng)?shù)嘏盼蹣?biāo)準(zhǔn)可知，污水廠的出水水質(zhì)需要滿足污水處理廠的進(jìn)水要求。污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)見表1。

如表1所示，污水處理廠的進(jìn)水即為預(yù)處理達(dá)標(biāo)的污水廠出水，為保證不破壞污水受納水體的基本功能，污水處理廠出水水質(zhì)指標(biāo)需要按照相關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，具體見表2。

結(jié)合工程概況并對(duì)比進(jìn)、出水指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)可知，污水廠原水中的各污染物濃度均超過進(jìn)、出水水質(zhì)指標(biāo)要求，因此通過工藝比選，工程最終采用具有高效脫氮除磷優(yōu)勢(shì)的曝氣生物濾池處理工藝，才能夠大幅度降低化學(xué)需氧量、生化需氧量、固體懸浮物以及總氮、總磷、氨氮等污染物濃度。

2.3濾池構(gòu)筑物及參數(shù)設(shè)計(jì)

2.3.1粗格柵進(jìn)水泵房

粗格柵與進(jìn)水泵房是污水處理的第一道工序，預(yù)計(jì)處理規(guī)模為5萬m³/d。共建設(shè)3組粗格柵，同時(shí)在粗格柵左右兩側(cè)各裝設(shè)一道閘門，用于設(shè)備檢修。將以上3組粗格柵中的兩組作為切換用，剩余一組作為備用，當(dāng)工程處理規(guī)模達(dá)到5萬m³/d時(shí)，同時(shí)啟用3組粗格柵。進(jìn)水泵房中裝設(shè)6臺(tái)高壓水泵，3臺(tái)潛污泵，1臺(tái)變頻泵，并另外選用3臺(tái)潛污泵作為備用泵。

2.3.2氣浮池

氣浮池配合4組細(xì)格柵，3座沉砂池以及砂水分離器等成套設(shè)備。氣浮池設(shè)計(jì)尺寸大小為3.5 m×1.5 m×2.5 m總體積為13m³。進(jìn)水由兩臺(tái)離心泵完成，對(duì)原水進(jìn)行水量和水質(zhì)上的調(diào)節(jié)，使其按需均勻地進(jìn)入后段工序，同時(shí)完成對(duì)總氮和總磷等方面的調(diào)整。

2.3.3水解沉淀池

裝設(shè)3格水解沉淀池，有效水深為8.6 m，每格配有污水混合區(qū)、絮凝劑揮發(fā)區(qū)和水解濃縮區(qū)。選用PAC作為絮凝劑的原材料，同時(shí)借助PAM助凝劑。水解沉淀池總?cè)莘e為24m³，尺寸為10.2×21.6×7.5（H）m。在沉淀池中加入混合硅藻精土的復(fù)合除磷藥劑，初步去除原水中的有機(jī)物和高濃度的污染物，包括大部分色度和氨氮。這里需要注意的是，投入外加劑的濃度不宜過高或過低，過高易污染優(yōu)質(zhì)水，過低去除污染物不徹底，通常情況下，對(duì)藥劑的濃度取20～35 mg/L之間為最佳，同時(shí)日用量不得超過0.3 t。沉淀池的主要設(shè)備包括3臺(tái)攪拌機(jī)，2套加藥泵以及2臺(tái)溶藥攪拌器。當(dāng)系統(tǒng)出水經(jīng)過離心脫水機(jī)高速處理后，測(cè)得的污水中原水含量在70%～75%之間時(shí)，表明此時(shí)的水質(zhì)可直接外排或作為肥料使用。

2.3.4曝氣生物濾池

該工程項(xiàng)目根據(jù)污水廠污水類型以及其自身的納污能力，選用的曝氣生物濾池為串聯(lián)式三級(jí)兩段處理工藝。三級(jí)為三個(gè)污水處理單元，兩段為CN-BAF濾池和N-BAF濾池。同時(shí)設(shè)有反沖洗管道、污水緩沖池以及多組鼓風(fēng)機(jī)房等設(shè)施。曝氣生物濾池構(gòu)造示意圖見圖1。

一級(jí)曝氣濾池采用上向流方式，能使得廢水與固體填料充分接觸，達(dá)到較好的生物凈化作用；二級(jí)曝氣濾池采用下向流方式，不但可以使得廢水能得到進(jìn)一步的凈化，也可以起到過濾作用，降低出水的水中固體物懸浮濃度值。

建設(shè)5座第一階段濾池CN - BAF，其中2座為清水池，用于污水反沖洗，尺寸為8.1×6.2×7.3（H）m。一階段濾池對(duì)流入的污水進(jìn)行初步處理，降解其中的大部分有機(jī)物和懸浮物，設(shè)置過濾水速最高為2.48m/h，可滿足同時(shí)處理大流量污水。濾池的生物反應(yīng)過濾區(qū)面積為236 m²，選擇陶粒作為濾池的理想濾料，厚度為4.2 m，過濾負(fù)荷為4.1 kg/（m³·d），對(duì)氨氮的硝化負(fù)荷為1.2 kg／（m³·d），反沖洗清水管道的氣水比為6：1。一般來說，系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，由于持續(xù)濾除新的污染物，導(dǎo)致生物膜的厚度不斷增加，從而濾除能力隨之下降，因此，需要對(duì)濾池進(jìn)行清水沖洗操作。對(duì)CN - BAF濾池連續(xù)沖洗Sh，沖洗周期為24～48 h，保證每次沖洗時(shí)間不少于1 h。

建設(shè)6座第二階段濾池N-BAF，其中包含3座清水池，該清水池的作用與第一階段中的清水池作用相同，均對(duì)濾池反沖洗。尺寸為7.2×5.3×4.8（H）m。第一階段對(duì)污水處理后的尾水經(jīng)過CN-BAF頂部進(jìn)入N-BAF濾池，第二階段濾池主要對(duì)進(jìn)水中的污染物進(jìn)行進(jìn)一步濾除，通過發(fā)生硝化反應(yīng)來降低化學(xué)需氧量和生化需氧量的濃度。N-BAF的過濾速率最高為4.2 m/h，生物過濾區(qū)面積為220m²；在此增加濾料厚度，為一階段濾料厚度的2倍，有機(jī)容積負(fù)荷和硝化負(fù)荷均為2.0 kg/（m³·d）；沖洗管道的曝氣量為36.3 m³/h，氣水比為4：1;由于濾料厚度增加，加大過濾負(fù)擔(dān)，因此，設(shè)置反沖洗時(shí)間為18 h，周期為12～72 h，反沖洗時(shí)間間隔為30 min一次。陶粒參數(shù)為φ5～φ3，堆積密度越小越好，通常為240 kg／m³，孔隙率不得高于60%，比重要大于2.21kg／m³。

CN -BAF和N- BAF共用以下設(shè)備：3臺(tái)曝氣風(fēng)機(jī)，流速為12m³／h，轉(zhuǎn)速為120r/min，輸出功率為325 KW，壓強(qiáng)為0.12 Mpa；20套曝氣轉(zhuǎn)換器，用于隨時(shí)調(diào)節(jié)曝氣氣水比例；3用2備共5臺(tái)反沖洗水泵，流速為250 m³／h，水揚(yáng)程為36 m，轉(zhuǎn)速為280r/min；3臺(tái)反沖洗高壓離心機(jī)，流速為15.32m³／h，壓強(qiáng)為0.31 Mpa，輸出額定功率為42 KW;6臺(tái)內(nèi)回流泵，出力為20 kg/h，回流比為172%。

2.3.5加藥系統(tǒng)

加藥系統(tǒng)中的藥劑均是在化學(xué)發(fā)生器中反應(yīng)生成。聚合氯化鋁的濃度為12.5 mg/L；聚丙烯酰胺制取完成后需要經(jīng)過澄清池進(jìn)行稀釋，控制濃度在0.2 mg/L以下，否則會(huì)破壞原有水質(zhì)，同時(shí)在原有基礎(chǔ)上新增3臺(tái)制備聚丙烯酰胺藥劑的裝置，制備能力為1000 L/h；硫酸亞鐵的難度為20 mg/L，并分少量多次添加，且必須在聚丙烯酰胺之后投入系統(tǒng)中，配合1臺(tái)容積為120m³的硫酸亞鐵儲(chǔ)罐；堿式氯化鋁的投入濃度為360 mg/L，設(shè)有3組投加裝置，每組裝置的容積為100m³；聚合硫酸鐵初次投放濃度為20 mg/L，之后每次投放濃度一次增加1—2mg/L，保證過濾效率。

2.3.6清水池及調(diào)試

工程共設(shè)2座清水池，主要負(fù)責(zé)存儲(chǔ)用于反沖洗的清水和緩沖池用水。同時(shí)伴有4臺(tái)反沖洗水泵，1臺(tái)旋流低壓抽水泵。設(shè)置反沖洗排水區(qū)5格，主要起截流反沖洗水作用。在反沖洗排水區(qū)的四個(gè)邊格安裝2臺(tái)潛污泵，目的是將反沖洗污水經(jīng)過緩沖池運(yùn)送到混凝沉淀池，并利用深水?dāng)嚢杵鲗?duì)沉淀池實(shí)時(shí)攪拌，防止污染物沉淀。紫外消毒渠共設(shè)有3座，分為5格，設(shè)計(jì)標(biāo)高為5.2 m，出水流量為0.5萬m³/d，單元格面積為3.6m²，深度為1.2 m，采用低壓高強(qiáng)紫外線等設(shè)計(jì)紫外消毒模塊組，模塊內(nèi)置清洗裝置。

對(duì)曝氣生物濾池進(jìn)行調(diào)試。先加入吸附性較強(qiáng)的活性污泥菌與亞硝酸鹽混合物進(jìn)行生物掛膜，一周后的馴化采用經(jīng)二級(jí)生化處理的印染廢水加入一定量的營(yíng)養(yǎng)物作為連續(xù)進(jìn)水，曝氣生物濾池采用上流式，并每天不斷增大進(jìn)水的流量，連續(xù)運(yùn)行數(shù)天后檢測(cè)出水水質(zhì)，當(dāng)曝氣生物濾池對(duì)COD的去除率已經(jīng)達(dá)到35%以上，可以認(rèn)為其馴化已經(jīng)成功，即可進(jìn)入污水試驗(yàn)階段。

3應(yīng)用效果分析

研究在已有的污水處理系統(tǒng)基礎(chǔ)上，結(jié)合污水處理能力更強(qiáng)的曝氣生物濾池工藝，組成高效的污水處理系統(tǒng)。在上述研究基礎(chǔ)上，在生物濾池的水力停留時(shí)間為18 h，回流比為2：1的條件下，對(duì)曝氣生物濾池應(yīng)用于污水處理系統(tǒng)中的效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)并分析。

系統(tǒng)自運(yùn)行起72 h之內(nèi)，曝氣生物濾池順利實(shí)現(xiàn)污水污染物掛膜，并逐步穩(wěn)定。應(yīng)用期間，研究區(qū)所在地區(qū)溫度為10℃～22℃之間，污水處理工藝進(jìn)行一周后，測(cè)得的出水水質(zhì)滿足指標(biāo)要求。之后每隔3天對(duì)采用曝氣生物濾池工藝的進(jìn)、出水中的污染物濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，共采樣20次，統(tǒng)計(jì)檢測(cè)通過，分析設(shè)計(jì)的工藝對(duì)污水的處理效果。

3.1 COD去除效果分析

根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，繪制曝氣生物濾池對(duì)化學(xué)需氧量COD濃度的去除效果曲線，見圖2。

由圖2可知，原水中的COD初始濃度為426～563 mg/L，進(jìn)水經(jīng)過第一階段CN - BAF濾池后，COD被大部分降解，COD濃度降為121～157

mg/L范圍內(nèi)，COD去除率達(dá)到72%；一階段出水作為第二階段N-BAF濾池的進(jìn)水，N-BAF對(duì)尾水進(jìn)行再次濾除，使得COD濃度降為20～40 mg/L之間，去除率高達(dá)74%。由此可以證明，曝氣生物濾池對(duì)污水中的COD具有較高的去除率。

3.2氨氮去除效果分析

曝氣生物濾池對(duì)氨氮的去除效果見圖3。

如圖3所示，曝氣生物濾池對(duì)氨氮的過濾效果極為明顯。第一階段的濾池CN - BAF大幅度削減了氨氮濃度，將其硝化并轉(zhuǎn)化為硝酸鹽和亞硝酸鹽；出水進(jìn)入第二階段的N-BAF濾池，進(jìn)一步硝化氨氮，保持最終出水中氨氮濃度為2～4mg/L范圍內(nèi)。當(dāng)原水中氨氮的初始濃度為32～47mg/L范圍內(nèi)時(shí)，CN - BAF濾池與N- BAF濾池均能保持75%～82%的高去除率。由此可見，曝氣生物濾池對(duì)污水中高濃度的氨氮去除效果較好。

3.3 TN去除效果分析

曝氣生物濾池對(duì)TN的去除效果見圖4。

如圖4所示，原水中總氮的濃度較高，初始濃度為56～70 mg/L，第一階段CN - BAF對(duì)總氮的去除效果不如其他兩種污染物效果顯著，去除率為25%；經(jīng)過第二階段N-BAF濾池處理后，污水中的總氮濃度明顯降低，最終出水濃度為4.0～15.8mg/L之間，去除效果顯著，去除率高達(dá)74%。結(jié)合圖3和圖4可知，CN - BAF濾池的處理工藝主要實(shí)現(xiàn)對(duì)污水中化學(xué)需氧量和氨氮的降解以及硝化作用，將其中的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽和可降解小分子等物質(zhì)，以至于對(duì)污水中總氮的硝化能力減弱，導(dǎo)致水中氮元素不斷累積，提高了總氮的初始濃度，因此，第一階段出水中的總氮去除效果不是很理想；在N-BAF濾池處理中，對(duì)總氮的去除效果明顯改善，去除率大幅度上升，說明該階段的硝化能力增強(qiáng)，主要原因是N-BAF階段進(jìn)行了三級(jí)曝氣，將厭氧環(huán)境轉(zhuǎn)換成了好氧環(huán)境，所以，經(jīng)過第一階段出水中的剩余TN濃度可得到更好的硝化，因此，最終該階段對(duì)污水中TN的去除效果比較理想。

綜上所述，采用曝氣生物濾池對(duì)污水中的COD、氨氮、總氮等污染物進(jìn)行去除，可達(dá)到較高的去除率，對(duì)污水的凈化效果較好，可保證進(jìn)、出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，符合污水排放標(biāo)準(zhǔn)。

4結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)現(xiàn)有海水淡化工藝對(duì)海水淡化效果不佳的問題，項(xiàng)目擬將BBF用于海水淡化工藝中。文章在介紹曝氣生物過濾技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合該技術(shù)的特點(diǎn)，對(duì)曝氣生物過濾技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了研究。以每天的水量為基礎(chǔ)，來計(jì)算出廢水的水量，并以此為基礎(chǔ)，參考接受的污水水質(zhì)的復(fù)雜程度，來設(shè)計(jì)出進(jìn)水和出水的水質(zhì)指數(shù)，在曝氣生物濾池的工藝流程基礎(chǔ)上，對(duì)過濾器結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行了分析，從而決定了廢水的處理流程，并在流程的基礎(chǔ)上，對(duì)曝氣生物濾池對(duì)廢水的凈化作用進(jìn)行了分析。對(duì)比分析測(cè)試結(jié)果可知，曝氣生物過濾技術(shù)是一種高效的廢水處理技術(shù)，它可以使傳統(tǒng)的廢水處理過程變得簡(jiǎn)單，在廢水處理和升級(jí)改造方面有著很好的應(yīng)用前景，可以極大地提高近海廢水的處理能力。