曝气生物滤池

－－BAF曝气生物滤池1.BAF工艺概述2.BAF类型及工艺组合3.BAF系统组成（构造剖析）4.BAF运行管理5.BAF设计及施工要点、注意事项曝气生物滤池(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生物处理新工艺。曝气生物滤池内装填有高比表面积的颗粒填料，以提供微生物膜生长的载体，污水由上向下或者由下往上流过滤料层，滤料层下部设有鼓风曝气，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的生物膜发生生化反应得以降解，填料同时起到物理过滤阻截作用。1.概述自从法国OTV公司在20世纪80年代末期开发出首座曝气生物滤池(简称BAF)至今的数十年时间里，在科研人员和工程技术人员的共同努力下，BAF技术取得了长足的发展，工艺趋于更加成熟，功能更加完善。该技术不仅可用于污水处理厂的三级精处理和水体富营养化处理，而且广泛地适用于城市污水、小区生活污水、以及各类的工业废水处理。随着研究的深入，曝气生物滤池从单一的工艺逐渐发展成系列综合工艺，具有去除SS、COD、BOD5、硝化、脱氮除磷的作用。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下使处理工艺简化。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。2.BAF类型及工艺组合2.1BAF曝气生物滤池的基本类型⑴BIOCARBONE工艺BIOCARBONE结构简图如图所示，其滤料为密度比水大的球形陶粒，结构类似于普通快滤池，经预处理的污水从滤池顶部流入，向下流出滤池，在滤池中下部进行曝气，气水处于逆流，在反应器中，有机物被微生物氧化分解，NH3—N被氧化成NO3—N，另外由于在生物膜内部存在厌氧/兼氧环境，在硝化的同时能实现部分反硝化。在无脱氮要求的情况下，滤池底部的水可直接排出系统，一部分留作反冲洗之用。如果有脱氮要求，出水需进入下一级后置反硝化柱，同时需外加碳源。一般情况下在单个BIOCARBONE滤池中不能同时取得理想的硝化/反硝化效果。随着过滤的进行，滤料表面新产生的生物量越来越多，截留的SS不断增加，在开始阶段水头损失增加缓慢，当固体物质积累达到一定程度，在滤层上部形成表面堵塞层，阻止气泡的释放，从而导致水头损失迅速上升，很快达到极限水头损失，此时应立即进行反冲洗再生，以去除滤床内过量的生物膜及SS，恢复处理能力。反冲洗采用气水联合反冲洗。反冲洗水为经处理后的达标水，反冲水从滤池底部进入上部流出，反冲空气来自底部单独的反冲洗进气管，反冲洗时关闭底部进水和工艺空气，水气交替单独反冲，最后用水漂洗。滤层有轻微的膨胀，在气水对填料的流体冲刷和填料间相互摩擦下，老化的生物膜以及被截留的SS与填料分离，在漂洗阶段被冲出滤池，反冲洗污泥则返回预处理部分。BIOSTYR工艺是法国OTV公司对其原有BIOCARBONE的一个改进，其滤料为相对密度小于1的球形有机颗粒，漂浮在水中。经预处理的污水与经硝化的滤池出水按一定回流比混合后进入滤池底部。在滤池中间进行曝气，根据反硝化程度的不同将滤池分为不同体积的好氧和缺氧部分。在缺氧区，一方面反硝化菌利用进水中的有机物作为碳源，将滤池中的NO3—N转化为N2，实现反硝化。另一方面，填料上的微生物利用进水中的溶解氧和反硝化产生的氧降解BOD，同时，一部分SS被截留在滤床内，这样便减轻了好氧段的固体负荷。经过缺氧段处理的污水然后进入好氧段，在好氧段微生物利用气泡中转移到水中的溶解氧进一步降解BOD，硝化菌将NH3—N氧化为NO3—N，滤床继续截留在缺氧段没有去除的SS。流出滤池的水经上部滤头排出，滤池出水分为：①排出处理系统；②按回流比与原水混合进行反硝化；③用作反冲洗。⑵BIOSTYR工艺如果在BIOSTYR中，只需进行单独硝化或反硝化，只需将曝气管的位置设置在滤池底部即可。BIOSTYR中随着过滤的进行，其水头损失增长与BIOCARBONE有所不同，其水头损失增长与运行时间成正相关。当水头损失达到极限水头损失时，应及时进入反冲洗以恢复滤池处理能力，BIOSTYR中没有形成表面堵塞层，使得BIOSTYR工艺比BIOCARBONE工艺运行时间相对要长。其反冲水为贮存在滤池底部的达标排放水，自上而下进行反冲。其反冲过程基本类似于BIOCARBONE工艺。相比而言BIOSTYR工艺有如下优点：①重力流反冲洗无需反冲泵，节省了动力；②滤头布置在滤池顶部，预处理水接触不易堵塞，便于更换；③硝化/反硝化可在同一池内完成。⑶BIOFOR工艺BIOFOR工艺是由Degremont公司开发的，其底部为气水混合室，之上为长柄滤头、曝气管、垫层、滤料。BIOFOR和BIOSTYR不同的是采用密度大于水的滤料，自然堆积，其余的结构、运行方式、功能等方面与BIOSTYR大同小异。以上为曝气生物滤池主要的三种形式，在世界范围内都有应用，其中BIOCARBONE为早期形式，目前大多采用BIOSTYR和BIOFOR工艺。我们公司所采用的BAF工艺亦是属于BIOFOR工艺范畴。2.2BAF曝气生物滤池的功能分类曝气生物滤池根据其在污水处理过程中去除污染物或营养物质的不同，可分为除碳型（DC曝气生物滤池）、硝化型（N曝气生物滤池）、硝化/反硝化型、后反硝化型以及除磷滤池等。曝气生物滤池功能的调整是通过对曝气管道位置的设置，即好氧区及厌氧区的分配，来控制硝化反应和反硝化反应的程度（也可以单独进行硝化反应或反硝化反应），从而实现其相应的功能。此外，亦也经由进水水质调控得以实现的。（如出水回流、进水投加除磷混凝剂等）⑴除碳型（DC曝气生物滤池）主要用于处理可生化性较好的工业废水以及对氨氮等营养物质没有特殊要求的生活污水，其主要去除对象为污(废)水中的碳化有机物和截留污水中的悬浮物，也即去除BOD、COD、SS。纯以去除污(废)水中碳化有机物为主的曝气生物滤池称为DC曝气生物滤池。由于DC曝气生物滤池属于生物膜法处理工艺，所以当进水有机物浓度较高，同时有机负荷较大时，其生物反应的速度很快，微生物的增殖也很快，同时老化脱落的微生物膜也较多，使滤池的反冲洗周期缩短。所以对于采用DC曝气生物滤池处理污(废)水时，建议进水CODcr≤1500mg/L，BOD/COD≥0.3。⑵硝化型（N曝气生物滤池）硝化型曝气生物滤池主要对污水中的氨氮进行硝化，故称为N曝气生物滤池，适用于仅需要进行硝化反应的场合(即排放标准只对氨氮有做要求而对总氮则无规定)。在该段滤池中，供气较为充足整个滤床处于好氧状态，由于进水中的有机物浓度较低，异养微生物较少，优势生长的微生物为自养性硝化菌，将污水中的氨氮氧化成硝酸氮或亚硝酸氮。同样在该段滤池中，由于微生物的不断增殖，老化脱落的微生物膜也较多，所以间隔一定时间也需对该滤池进行反冲洗。⑶反硝化型（DN曝气生物滤池）反硝化型（DN）曝气生物滤池，不设曝气管道，只设有反冲洗布气管道。反硝化型（DN）曝气生物滤池整个滤床均处于厌氧状态，在厌氧条件下，NO3-N和NO2-N在硝化菌的作用下被还原为气态N2，从而实现脱氮作用；反硝化型（DN）曝气生物滤池适用对出水总N有要求的场合；⑷硝化/反硝化型具有硝化和反硝化功能的BAF生物滤池，其曝气管位于滤床中的经过计算的位置，将滤床分隔为下部厌氧区和上部好氧区，它可以去除所有可降解的污染物，含碳污染物(COD和BOD)，悬浮物(SS)，氨氮和硝酸盐(即总氮)。污水首先进入滤床下部的厌氧区，在此进行反硝化反应。即在厌氧条件下，NO3-N和NO2-N在硝化菌的作用下被还原为气态N2；然后进入上部的好氧区，在此将含碳污染物分解，将氨氮转化为硝态氮。2.3BAF曝气生物滤池处理工艺流程在采用曝气生物滤池处理工艺时，根据其处理对象的不同和要求的排放水质指标的不同，可将BAF工艺分为以下几类：除C工艺、除C/硝化工艺、除C/硝化/反硝化工艺、除C/除P/硝化/工艺、除C/除P/脱N工艺，现分述如下。2.3.1除C工艺除C型BAF工艺主要是用于去除水体中有机污染物（COD）。为了使滤池能以较长的周期运行，减少反冲洗次数，降低能耗，运用BAF处理生活污水和工业废水时一般需对原水进行预处理。否则原水中的大量杂质和SS都将进入曝气生物滤池，这将会堵塞曝气、布水系统，给系统的运行带来不良后果。预处理段一般用沉淀或水解酸化，对工业废水还需在BAF滤池前加设调节池。如果用BAF处理饮用水的微污染，由于饮用水源中固体杂质比生活、工业污废水少得多，故可不另外考虑预处理可直接将水进入BAF滤池。除C型曝气生物滤池法示意图：2.3.2除C/硝化工艺上图a为BAF最早的工艺雏形，原水经过预沉，在预沉池中投加絮凝剂，随后经过BAF滤池进一步去除COD、BOD并同时发生硝化反应将NH3—N硝化为NO3—N。在该工艺中由于生物膜厌氧内环境的存在对TN有一定的去除率，但TN不是控制指标，适用于对NH3—N排放有要求的工艺。图a的工艺本质上和图b的工艺没有较大区别，图b的工艺更适合于固体杂质多、产泥量大的原水，经过水解可减少初级处理的产泥量，减少清泥费用。2.3.3除C/硝化/反硝化工艺如图C流程可以达到脱N的目的。原水经过水解预处理去除SS等固体杂质，进入BAF滤池，在BAF滤池中去除有机污染物，同时将NH3—N氧化为NO3—N，BAF滤池出水的一部分回流进入水解池，利用进水中的C源，实现反硝化。回流比R一般为100～300%，该工艺是基于A/O思想开发。图d的工艺将硝化和反硝化分别在两个滤池中进行，该工艺操作方便，运行可靠。根据原水水质情况选择预沉或水解预处理，出水进入一级BAF滤池，在滤池中实现有机物的去除，同时发生硝化反应。一级BAF滤池的出水进入二级BAF滤池前必须外加碳源(甲醇、乙醇等有机物)，因为经过一级BAF滤池后的污水中的有机物一般不能满足二级BAF进行反硝化所需的碳源。外加碳源的量必须严格控制，如果外加碳源量过少，反硝化不彻底，TN排放不能达标，如果外加碳源过多，出水COD又可能超标，因此建议适当多加碳源，但必须在出水中将DO维持在2~4mg/L，以防出水COD超标。2.3.4除C/除P/硝化/工艺从目前的BAF运行工艺看，完全用生物除磷是很难达到排放标准的；用生物除磷就失去了生物滤池高负荷的特点，造成投资过大，因此最好用加FeC13药剂的方法除磷，而生物滤池由于耐水力冲击负荷，可使处理后的水超量回流，并在运行中投加化学药剂，将化学处理和生物处理同时应用于系统中，达到脱N除P目的，使化学药剂相对用量减少，从而降低运行费用。BAF除磷主要有两种前置除磷和后置除磷。如果进水固体杂质较少，可选用前置除磷工艺；如果进水固体杂质较多则最好选择后置除磷，除磷剂一般用FeCl3较为经济。如上图所示，除C/除P/硝化/工艺与除C/硝化工艺的不同在于在混沉池中加入了化学除磷剂，可同时去除进水中的SS等杂质，只要投入除磷剂的量适当便可使出水P达标排放。但在该工艺中预处理除磷必须保证BAF生物滤池的需磷量（BOD5:N:P=100:5:1）2.3.5除C/除P/脱N工艺图e工艺适用于杂质SS浓度很高的原水进行除P脱N，如果选择R2回流方式，对BAF滤池的形式没有特别要求，如果选择R1方式进行回流，BAF滤池只能为BIOFOR或BIOSTYR滤池，将硝化/反硝化集中在滤池中进行。两种回流方式都为前置脱N，利用进水中的有机物作为反硝化碳源，既减轻了BAF滤池好氧段的负荷，又节省了运行费用。BAF滤池出水进入混沉池在混沉池中实现后置除P，可保证BAF滤池中有充足的P营养源。在图f的工艺中，原水进入混沉池，在混沉池中投加适量的除磷剂，混沉出水与部分回流水混合进入反硝化滤池，利用原水中有机物作为反硝化碳源。反硝化滤池出水进入硝化滤池，将NH3—N转化为NO3—N，出水部分回流。该工艺流程中将硝化/反硝化分别在两个不同的滤池中进行，仍具有单池前置脱N的许多优点，同时操作比单池前置脱N