曝氣生物濾池BIOSTYR

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1、曝氣生物濾池 BIOSTYR(r) 幾十年來， 在污水處理領(lǐng)域， 活性污泥法無疑是一種被廣泛使用并 有良好效果的污水生物處理技術(shù)。 但是隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步， 城市規(guī) 模擴(kuò)大以及人類對(duì)居住環(huán)境的日益重視， 活性污泥法的不足越來越突 出地顯現(xiàn)在人們的眼前。 占地巨大 人口的不斷膨脹使城市變得擁擠，許多城市土地稀缺，而 采用活性污泥法的污水處理廠動(dòng)輒幾公頃， 甚至幾十公頃的占地?zé)o疑 成為一種制約。 環(huán)境惡劣 巨大的污水處理構(gòu)筑物大面積暴露在大氣之中，極易產(chǎn)生 臭氣污染，周圍居民無法忍受。因此，越來越多的居民拒絕與污水處 理廠為鄰。 性能不穩(wěn)定 由于是一種懸浮狀態(tài)的微生物膠團(tuán)，活性污泥的濃度通

2、 常在 6000毫克/ 升以下，外界環(huán)境(溫度，污染物濃度等)極易對(duì)處 理效果產(chǎn)生影響，甚至造成污泥膨脹，使處理水質(zhì)惡化。 上世紀(jì)八十年代， 一種針對(duì)以上問題研發(fā)出來的新的污水處理技術(shù)首 先在法國得以運(yùn)用，這就是“淹沒式固定生物膜曝氣濾池”。法國 OTV公司在淹沒式固定生物膜曝氣濾池領(lǐng)域擁有近 20年的工程設(shè)計(jì)、 建設(shè)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，并且在世界各地建設(shè)了 100多座類似工藝的污水處 理廠，其中一種工藝便是 BIOST YR(r)生物濾池。 BIOSTYR(r) 則是一種經(jīng)過改良的新一代上向流曝氣生物濾池。它既 可以用于污水的二級(jí)處理， 也可以用于處理出水需要回用等其它要求 的污水深度處理，并

3、且能夠達(dá)到很高的排放水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。 基本結(jié)構(gòu) BIOST YR(r)工藝是一種淹沒式上向流生物濾池，其濾料為比重小1的 球形顆粒并漂浮在水中，我們稱之為 BIOST YRENETM 每個(gè)生物濾池單元包括： *進(jìn)水管和位于濾池底部的配水渠 (同時(shí)可用于反沖洗水的排除 )； *兩條空氣第 (管孔管)，一條用于工藝曝氣，一條用于氣反沖洗；在 硝化/ 反硝化反應(yīng)時(shí)用兩條管道，在單一硝化反應(yīng)時(shí)曝氣和反沖洗為 同一條管道； *3?3.5米的濾料層，濾料表面附著大量的微生物； *濾池頂部有混凝土濾板，防止濾料的流失； * 濾板上安裝有濾頭，用于濾池出水。 工藝原理 根據(jù)曝氣管道位置的不同設(shè)置

4、可以控制硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)的程 度，也可以單獨(dú)進(jìn)行硝化反應(yīng)或反硝化反應(yīng)。 具有硝化和反硝化功能的BIOSTYRfe物濾池，其曝氣管位于濾床中的 經(jīng)過計(jì)算的位置， 將濾床分隔為下部厭氧區(qū)和上部好氧區(qū)， 它可以去 除所有可降解的污染物，含碳污染物（COC和BOD）懸浮物（SS），氨 氮和硝酸鹽 （即總氮） ，反沖洗氣管位于濾池底部。 對(duì)于通常的僅需要進(jìn)行硝化反應(yīng) （對(duì)氨氮有要求 ），在曝氣和氣反沖洗 時(shí)共用一根位于濾池底部的穿孔管，從而使整個(gè)濾床處于好氧狀態(tài)， 它可以去除大部分可降解的污染物，含碳污染物 （COD和BOD）懸浮 物（SS）和氨氮。 配水和進(jìn)水：從一級(jí)處理或二級(jí)處理出來的水通

5、過配水堰均勻地分配 到各個(gè)濾池的進(jìn)水渠中，然后通過進(jìn)水管重力流入濾池底部的配水 渠，在進(jìn)水管或渠上安裝有自動(dòng)閥門， 用于某些情況下的停止進(jìn)水 （比 如在反沖洗的過程中 ），污水通過濾池底部的配水渠進(jìn)入到整個(gè)濾池， 這些設(shè)計(jì)保證了濾池在整個(gè)截面上的均勻配水。同下向流濾池 （如濾 料的比重大于 1）不同，該濾池的水頭保證了進(jìn)水配水的均勻，因此 濾池底部不再需要濾頭 （那樣很容易堵塞 ）或者配水管網(wǎng)， 并且在處理 前不需要篩網(wǎng)。 濾料：BIOST YRENETM料是一種粒徑小、形狀一致的球形濾料，其 比重小于 1，具有很大的比表面積，這使它具有如下特性： *濾料比表面積大，具有較高的凈化能力，處

6、理負(fù)荷高； 機(jī)械性能和物理化學(xué)性能好，不易磨損； *濾料的原材料來自于國內(nèi)的工業(yè)原料， 可就地生產(chǎn)加工， 成本低廉； * 濾料損失極小，幾乎不用更換。 由濾料作為微生物的載體，其巨大的表面積上附著了大量的微生物， 在底部曝氣管所提供的氧的作用下，污水中的含碳污染物(COD和BOD) 被降解，氨氮?jiǎng)t被氧化成硝基氮。 在硝化 / 反硝化的情況下，處理后的出水需要進(jìn)行回流，回流水和原 水在進(jìn)水渠中混合后進(jìn)入濾池， 污水首先進(jìn)入濾床下部的厭氧區(qū)， 在 此進(jìn)行反硝化反應(yīng)， 將回流水中的硝基氮去除； 然后進(jìn)入上部的好氧 區(qū)，在此將含碳污染物分解，將氨氮轉(zhuǎn)化為硝基氮。 由于硝化、 反硝化反應(yīng)機(jī)

7、理受進(jìn)水水溫的影響很大， 因此低進(jìn)水水溫 將明顯影響生化反應(yīng)的池容。但是，BIOSTYR(r)濾池具有足夠的停留 時(shí)間(1?2小時(shí))，同時(shí)還有80?100 C的工藝空氣的連續(xù)鼓入，因 此生化反應(yīng)受外界氣候條件影響極?。?同時(shí)，由于在濾池中的微生物 是固定在載體上， 而不象活性污泥法懸浮在水中， 因此其單位體積內(nèi) 的生物量極大，提高了處理效率。由于以上兩個(gè)原因，較低的進(jìn)水水 溫對(duì)其生化反應(yīng)影響較小，BIOSTYR(r)濾池可以在8?30 C的范圍 內(nèi)正常運(yùn)行。 最后，污水流經(jīng)濾床的方向是壓縮濾料的方向， 而不是擴(kuò)展濾料的方 向，由此也加強(qiáng)了對(duì)懸浮物質(zhì)的截留作用，從而不再需要沉淀池。 濾池的處

8、理出水： 漂浮的濾料通過混凝土蓋板阻擋在濾池中， 蓋板上 安裝有許多濾頭， 可使處理后的出水流出， 由于這些濾頭只同處理后 的水接觸，因此避免了堵塞；同時(shí)，由于這些濾頭上面沒有濾料，故 而很容易進(jìn)行維護(hù)。 濾池反沖洗： 隨著懸浮物質(zhì)的截留和生物膜的不斷生長， 濾床需要定 期進(jìn)行反沖洗， 即重力反沖洗和氣反沖， 反沖洗后的水由濾池底部的 集水溝（即進(jìn)水暗渠 ）收集并排到一個(gè)集水池中。 反沖冼水即濾池頂部 濾板的上面儲(chǔ)存的一定高度的清水層， 此清水層在一組濾池中是相通 的，清水層的高度是經(jīng)過計(jì)算的， 可使所儲(chǔ)存的水量足夠用于濾池的 反沖冼。由于反沖洗是通過重力進(jìn)行并與正常過濾的方向相反， 因此

9、不再需要反沖冼水泵。 定期的逆向流反沖洗可以去除過剩的生物膜和所截留的懸浮物， 而不 需要使它通過整個(gè)濾床。 向下的水的沖洗可以在最短路線內(nèi)把截留物 沖出濾床，并且是截留物重力落下的方向，節(jié)約能耗且效率高。 反沖洗過程如下： *關(guān)閉濾池的進(jìn)水閥，打開濾池底部的反沖洗排水閥； * 濾池頂部的清水重力流下，進(jìn)行預(yù)沖洗； * 然后輔以氣反沖進(jìn)行氣水聯(lián)合反沖； 僅用空氣沖洗和僅用水沖洗交替進(jìn)行； 最后再僅用水沖洗 反沖洗的控制程序分兩種： 即時(shí)間控制 (正常情況下是 24小時(shí)反沖洗 一次)和壓差控制 (即通過濾料層上下的壓力差進(jìn)行自動(dòng)起動(dòng)運(yùn)行 )。 濾池的曝氣：每個(gè)濾池的工藝空氣和反沖

10、洗空氣由同一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)堤 供，鼓風(fēng)機(jī)是不停止工作的。 只不過在進(jìn)行硝化 / 反硝化型的濾池中， 它們的布?xì)夤芫W(wǎng)是分開的， 并且由閥門進(jìn)行切換； 而在單一硝化的濾 池中，工藝空氣和反沖洗空氣是同一布?xì)夤芫W(wǎng)， 兩種方式的供氣由濾 池入口的調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)。 濾池的工藝性能：根據(jù)去除污染物的不同，BIOST YR(r)濾池可以分為 除碳型，硝化型，硝化 / 反硝化型以及后反硝化型。 由于濾料上附著的巨大而豐富的生物膜，BIOST YR(r)濾池的處理能力 大大高于活性污泥法。 主要優(yōu)點(diǎn) *由于BIOSTYR(r)工藝將濾池和生化反應(yīng)器結(jié)合起來，因此不再需要 沉淀池； *占地面積小，是常規(guī)工藝的1

11、/4?1/5，節(jié)省大量征地和地基處理費(fèi) 用； *池容小，土建工程量比其它工藝少 20％? 40％； * 全部模塊化結(jié)構(gòu)，改擴(kuò)建容易，工期短； * 上部出水為清水，濾頭不易堵塞，檢修和更換容易。無需放空濾池 中濾料； * 可對(duì)廠區(qū)進(jìn)行全封閉，無臭味污染，視覺和景觀效果好； *不需要單獨(dú)的反沖冼水和反沖洗水泵， 降低了設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用； * 穿孔管曝氣，節(jié)省設(shè)備投資和維護(hù)費(fèi)，效率高。而膜式曝氣頭通常 在運(yùn)行兩年后開始喪失其效率； *自動(dòng)化程度高，操作人員少； * 低溫運(yùn)行穩(wěn)定，受溫度影響很?。? *由于其具有連續(xù)的物理過濾能力，一旦生物反應(yīng)發(fā)生問題，濾池仍 可去除絕大部分的懸浮

12、物；而且僅需要幾天即可恢復(fù)生物處理能力， 而活性污泥法需要幾個(gè)星期才能恢復(fù)； *工藝操作靈活，同一濾池內(nèi)可同時(shí)完成硝化的反硝化的功能。 曝氣生物濾池處理煉油生產(chǎn)廢水 煉油廠加氫裂化、加氫精制和鉑重整等裝置所排廢水排放量 約70t/h,酚類污染物在100?160mg/L,這股高酚廢水未作任何處 理直接排至污水處理場(chǎng)，本實(shí)驗(yàn)采用上向流曝氣生物濾池 簡稱BAF）對(duì)含酚廢水的處理進(jìn)行了研 (Biological Aerated Filter, 究。 1實(shí)驗(yàn)部分 1.1含酚廢水水質(zhì)分析 課題組對(duì)含酚廢水水質(zhì)進(jìn)行了分析，監(jiān)測(cè)方法［1］:，及測(cè)試結(jié) 果的統(tǒng)計(jì)見表1。 由表1可見，該廢水

13、的COD BODs硫化物，石油類和氨氮等污 染物均處于常見水平，而酚污染則處于較高狀態(tài)，是這股廢水的主要 污染物；由于酚類物質(zhì)易為微生物降解［1］，因此廢水的可生化性較 好，結(jié)果也表明m(BOD5/m(COD値較高，平均為0.56。 表1含酚廢水水質(zhì)及測(cè)定方法 測(cè)試項(xiàng)目 平均值 變化范圍 測(cè)定方法 1 P (COD)/(mg ? L-) 574 366?797 重鉻酸鉀回流 -1 P (BOD)/(mg ? L ) 322 212?419 五日生化法 ■■ ■1 ■ ■ r ■ ■ (_■ P (酚)/(mg ? L1) 135 96.5 ?160 溴酸

14、鉀滴定法 -1 P (油)/(mg ? L ) 26.2 12.5 ?44.0 紫外分光光度 -1 P (COD)/(mg ? L ) 37.0 17.0 ?52.2 電位測(cè)定法 1 P (COD)/(mg ? L-) 27.8 11.8 ?50.8 碘量法 出水■ B i?Y生輸?施的搶輸示? 1.2實(shí)驗(yàn)裝置及工藝參數(shù) 本實(shí)驗(yàn)采用上向流曝氣生物濾池(BAF)對(duì)含酚廢 水進(jìn)行處理，BAF是一種新型高負(fù)荷淹沒式三相反應(yīng) 器，它將生化反應(yīng)與吸附過濾兩種處理過程合并在同一構(gòu)筑物中完 成。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的曝氣生物濾池結(jié)構(gòu)見圖 1,主要是由生物反應(yīng)過濾 區(qū)、

15、曝氣裝置、反沖洗裝置等三部分組成，生物反應(yīng)過濾區(qū)由生物濾 料層和碎石墊層組成，濾料層采用粒徑4-6mm的輕質(zhì)生物陶粒，高度 2.0m,墊層采用10-20mm的碎石，厚度0.2m，濾池有效容積75L;曝 氣生物濾池所需空氣通過布置碎石墊層內(nèi)的穿孔曝氣管直接進(jìn)入生 物濾料層；反沖洗裝置采用配水和配氣聯(lián)合系統(tǒng)， 實(shí)驗(yàn)中把配氣管與 曝氣管合并，把配水管與進(jìn)水管合并。 本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的工藝參數(shù)及操作條件見表 2。 表2實(shí)驗(yàn)的工藝參數(shù)及操作條件 項(xiàng)目 控制參數(shù) 處理水量 25.0 ?42.0 水力停留時(shí)間/h 1.5 ?2.5 曝氣量/ (m3 ? h-1) 0.20 ?0.35 水

16、溫/C 25.0 ?40.0 進(jìn)水pH值 7.0?8.0 1.3降酚菌培養(yǎng) 為了培養(yǎng)出高效的降酚菌類，課題組分別采用煉油廢水生化污泥 和生活污泥進(jìn)行微生物培養(yǎng)，培養(yǎng)時(shí)控制的參數(shù)見表 3。 表3降酚菌培養(yǎng)控制參數(shù) 項(xiàng)目 控制參數(shù) 水力停留時(shí)間/h 2.0 ?2.5 P (酚)/(mg ? L-1) 70- 100 1 P (COD)/(mg ? L-) 300?500 1 P (DO)/(mg ? L-) 2.5 ?4.0 溫度/c 25 ?40 進(jìn)水pH值 7.0 ?8.0 氨、磷 適量 采用煉油廢水生化污泥經(jīng)過近1個(gè)月的培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)

17、載體上生長了 大量的微生物（以淺色疏松的絲狀菌為主），廢水中COD有一定的降解 （降解量為40— 80mg/L），但是，廢水中的酚基本上沒有得到降解（降 解量僅為2—8mg/L）。這說明，在高濃度酚的存在下，生化污泥中 的細(xì)菌受到了抑制，缺乏耐酚型微生物。 改用生活污泥進(jìn)行微生物培養(yǎng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生活污泥中的微生物 種類較多，大量的不同類型的微生物為降酚菌的培養(yǎng)提供了菌源； 培 養(yǎng)效果可從圖2反應(yīng)出來。 結(jié)果顯示，在3-4d的時(shí)間，由生活污泥培養(yǎng)出的生物膜即可達(dá) 到很強(qiáng)的降酚能力，酚去除率已接近 90% ;同時(shí)鏡檢發(fā)現(xiàn)：生物膜 中的菌膠團(tuán)結(jié)構(gòu)良好，其中含大量的球菌、雙球菌、

18、鏈球菌。 2結(jié)果與問題討論 2.1主要污染物的降解 根據(jù)酚的可生化性能及進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷，對(duì)含酚廢水的處理進(jìn)行了 三種水力停留時(shí)間（HRT）的實(shí)驗(yàn)，分別為2.5h , 2.0h和1.5h主要污 染物的平均進(jìn)、出水變化見表 4。 水 水 水 水 水 水 水 水 水 水 水 水 507 233 128 267 91 35 1.0 28 12 29 29 5 44 132 8.2 381 53 0.5 41 7.1 46 545 47 47 29 127 141 6.4 325 36 40 0.5 37

19、 6.5 34 34 5 從表4數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)采用的是好氧生化，酚、 S2-及BOD 這些易于氧化的物質(zhì)或指標(biāo)去除效果最好， NH3-N則沒有得到降解， 其它如COES口油也有不同程度的降解。 2.2水力停留時(shí)間與去除效果的關(guān)系 -*-WXl** f-CODlt 卑卒 畫岸您舟f ?耒篇宦It BB3 8D*Q靜■!*耳?！鰰r(shí)闊的黃廉 圖3描述了停留時(shí)間對(duì)COCK酚降解的影響情況，可知，在一定 范圍內(nèi)，停留時(shí)間對(duì)CO丙酚的去除率影響不大，均有較好的出水水 質(zhì)和較高的去除率；進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，當(dāng)停留時(shí)間從2.5h減小到2.0h 后, COD勺平均去除率雖由76.

20、0 %降到73.6 %，但它的去除負(fù)荷卻由 3.22kg /(m.d)升高到4.49kg /(m?d);酚的平均去除率雖由95.5 % 降到93.8 %，但它的去除負(fù)荷卻由1.08 kg / (m3.d)升高到1.39kg /(m3 ? d);但是，如果停留時(shí)間再進(jìn)一步減小到 1.5h，則降解效果 明顯下降。本實(shí)驗(yàn)的目的在于尋求一種高效的含酚廢水的處理方式及 較適宜的水力停留時(shí)間，使大部分的COD尤其酚得到降解，防止這些 污染物在后續(xù)的綜合生化處理中產(chǎn)生沖擊， 顯然，當(dāng)水力停留時(shí)間為 2.0h 時(shí)，就已經(jīng)達(dá)到了目的: 出水中酚的平均質(zhì)量濃度為 8.5 mg／L， 平均去降率達(dá)到93%，而且此

21、時(shí)COD和酚的去除負(fù)荷相對(duì)也大。 2.3 影響因素 影響B(tài)AF對(duì)酚降解的因素主要有溫度、pH值、水中溶解氧和曝 氣量。 ① 溫度 微生物降解有機(jī)物是隨著溫度升高而速度加快的，溫度低于 25C，菌的活性明顯下降，而高于 45C時(shí)，菌的活性也受到抑制， 處理效果明顯降低。試驗(yàn)得出耐酚噬酚菌的適宜溫度是 25-40 C。 ② 原水pH值 進(jìn)水pH值在7.0?8.0范圍內(nèi)較為適宜。由于汽提廢水中含有 S2-，其氧化后生成酸，若進(jìn)水pH值偏低時(shí)，會(huì)造成出水pH值過低， 抑制生物膜的活性。 ③ 曝氣量和水中 DO 試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)生物床的微生物容量很大， 水力負(fù)荷及有機(jī)去除負(fù)荷 都相當(dāng)高，所需

22、的曝氣量相應(yīng)較大，一般氣水體積比為 5?8；另外， 從BAF不同位置采樣分析，發(fā)現(xiàn) DO的質(zhì)量濃度池頂較池底低0.5? 1.0mg/ L,充分表明耐酚噬酚菌是一種好氧微生物，出水的 DO的質(zhì) 量濃度不宜低于2.5?3.0mg/L,若過低，則影響降酚菌的繁殖和活 性。 2.4 BAF 的反沖洗 隨著運(yùn)行時(shí)間的延長，生物陶粒中截留的 SS的增多和生物膜的 增厚及脫落會(huì)造成水頭的增加，且會(huì)引起陶粒中水和氣的分布不均， 這時(shí)必須對(duì)BAF進(jìn)行反沖洗。反沖周期的長短主要與水力負(fù)荷、 進(jìn)水 有機(jī)負(fù)荷有關(guān)，也受反沖強(qiáng)度和時(shí)間的影響；水力、有機(jī)負(fù)荷大，濾 池中產(chǎn)生的污泥量就多， 反沖的周期就短； 從

23、裝置上安裝的壓差計(jì)顯 示，反沖洗時(shí)裝置的水頭損失約 35?45cm沖洗周期為2?3 d。實(shí) 驗(yàn)中對(duì)BAF采用氣一水聯(lián)合反沖，反沖洗的氣、水強(qiáng)度較小，氣強(qiáng)度 為8.5?12.5 1 /(m ? s)，水強(qiáng)度為4.0?8.5 1 /(m2 - s)，沖洗時(shí) 間 20-30min 。 3 結(jié)論 ① 選用生物陶粒作為曝氣生物濾池的濾料， 利用生活污泥可快速 培養(yǎng)出高效的降酚菌種。 ② 曝氣生物濾池作為含酚廢水的處理裝置， 具有設(shè)計(jì)簡單、 處理 時(shí)間短、去除率和去除負(fù)荷高的特點(diǎn)。 ③ 含酚廢水在進(jìn)水酚的質(zhì)量濃度不大于 160m/L, COD勺質(zhì)量濃 度不大于800m/L的條件下，水力停留時(shí)間僅需 2.0h，經(jīng)過曝氣生 物濾池的處理，出水中酚和 COD勺平均質(zhì)量濃度分別不大于8.5mg/ L和140m/L,酚的平均去除率達(dá)到93%, COD勺平均去除率達(dá)到 ④ 某煉油廠含酚廢水量約70t / h,設(shè)計(jì)的曝氣生物濾池有效容 積僅140m可設(shè)計(jì)為直徑8.45m、有效高度2.5m的圓柱形的曝氣生 物濾池。