曝气生物滤池在城镇污水深度处理中的应用简析

发布时间：2022-10-05 21:44 热度：

冷雄飞
摘要：城镇污水深度处理——生物膜法污水处理工艺（曝气生物滤池），着重介绍该工艺原理、特点、工艺流程和存在问题。
关键词：城镇污水深度处理 生物膜法 曝气生物滤池 BAF

城镇污水处理厂一般采用二级生化处理工艺，处理后废水直接排放。若对该部分废水进行深度处理，可实现中水回用，节约水资源，保护环境。对城镇污水进行深度处理的目的，是进一步去除二级处理后水中的COD，悬浮物(SS)、溶解性有机物(BOD5)、氮等污染物质。经过二级生化处理的出水含有大量的活性污泥碎片，是二级出水水质指标COD、BOD5和SS的主要成份。城镇污水厂二级处理在温度较低时出水中NH3-N含量较高，选择三级处理工艺应考虑COD、BOD5、SS的进一步去除，同时，还应重点考虑NH3-N的去除效果。流动床生物氧化硝化法适用于高质量的再生水处理，但载体易流失；活性炭吸附法适用于高质量的再生水处理，但活性碳需定期更换、再生；而生物接触氧化法比较适于城镇二级处理出水水质，同时适合大中规模的处理水量。
在接触氧化法脱氮工艺中，曝气生物滤池是比较可行的。曝气生物滤池是通过曝气系统供氧，同时曝气生物滤池采用多孔生物载体，具有较大的比表面积，传质性能好，适合三级处理低浓度下硝化细菌的附着生长，对NH3-N、BOD5、COD有高效的去除作用。曝气生物滤池（Biological Aerated Filter，简称BAF）是20世纪80年代末在欧美发展来的一种新型的污水处理技术，它是由滴滤池发展而来并借鉴了快滤池形式，在一个反应器内同时完成了生物氧化和固液分离的功能，不需设置二沉池。世界上首座曝气生物滤池于1981年诞生于法国。随着环境对出水水质要求的提高，该技术在全世界城市污水处理中获得了广泛的推广应用，目前，在全球已有数百座大小各异的污水处理厂采用了BAF技术，并取得了良好的处理效果。
一、工艺原理
曝气生物滤池是借鉴污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思路，将生物降解与吸附过滤两种处理过程合并在同一单元反应器中，以滤池中填装的粒状填料（如陶粒、焦炭、石英砂、活性炭等）为载体，在滤池内部进行曝气，使滤料表面生长着大量生物膜，当污水流经时，利用滤料表面上所附生物膜中高浓度的活性微生物的强氧化分解作用和滤料粒径较小的特点，充分发挥微生物的生物代谢、生物絮凝、生物膜和填料的物理吸附和截留作用以及反应器内沿水流方向食物链的分级捕食作用，实现污染物的高效清除，同时利用反应器内好氧、缺氧区域的存在，实现脱氮除磷的功能。
曝气生物滤池的功能及原理：
①进行生化反应，生物降解BOD，COD
有机污染物＋O2 CO2＋H2O＋能量
②进行硝化反应，去除水中氨氮
NH4＋1.5O2 NO2＋H2O
NO2＋0.5O2 NO3
③进行反硝化反应，去除水中硝态氮
2NO3-＋2H+ N2+H2O+5/2O2
④去除水中悬浮物
曝气生物滤池的最大特点是使用了滤料，在其表面生长有生物膜。通过对滤料表面的电镜照片观察，在滤池中存在种群丰富，结构完整，功能稳定的生态系统。污水自下向上流过滤料，池底则提供曝气，使废水中的有机物得到吸附、截留与生物分解，定期地利用处理后出水进行反冲洗，排除增殖的活性污泥。由于曝气生物滤池独特的设计和全新运行方式，在同一个池中既有好氧区、又有缺氧区，可以在COD得到降解的同时对污水中的NH3-N实现硝化和反硝化。
对于难生物降解的废水，曝气生物滤池的微生物黏附在颗粒填料表面，可接种和驯化特殊菌种，提高难降解废水的处理效果。另外，由于大量的微生物生长在粒状填料粗糙多孔的表面，微生物不会流失，即使长时间不运转也能保持其菌种。这样，使其运行管理非常简单。曝气生物滤池的粒状填料对微生物有富集作用，即使在处理低浓度废水时，填料表面微生物浓度也很高，所以曝气生物滤池处理低浓度废水时仍能具有较高的去除率，而且挂膜时间短，使系统能够很快进入正常运行状态。
二、工艺特点
①BAF水力负荷高、容积负荷大、水力停留时间短、出水水质好。
②BAF占地面积小，基建投资省。BAF反应时间短，具有同步去除COD及SS的功能，可不设二沉淀池。
③菌群结构合理。传统的活性污泥法微生物的分布相对均匀，而在BAF中沿污水流程能形成不同的优势生物菌种，可使有机物降解、硝化/反硝化能在同一个池子中发生，简化了工艺流程。在距进水端较近的滤层中，污水中的有机物浓度较高，各种异养菌占优势，主要是去除BOD；在距出水端较近的滤层中，污水中的有机物浓度已较低，自养型的硝化菌占优势，可以进行氨氮的硝化反应。
④在设置回流或单独设置反硝化段的情况下可以实现较好的脱氮效果。
⑤耐冲击能力强。BAF滤池的滤层内保持着高浓度的生物量，对水质、水量及温度变化有较强的适应性，不像活性污泥法那么敏感。
三、工艺流程
单个曝气生物滤池可完成碳化、硝化、反硝化、除磷等功能，与其他工艺组合可进行一般城市污水或工业废水的三级处理。
曝气生物滤池（BAF）工艺具体流程为：污水厂二级出水进入集水井，经泵提升后，进入曝气生物滤池进行好氧处理，同时向曝气生物滤池内投加铝盐，出水经消毒处理后可进行中水回用。其工艺流程见图1。

图1 工艺流程图

城镇污水厂二级出水经上述工艺进行深度处理后，可达到中水回用水质要求，可以进行循环再利用，主要用于不与人体直接接触的用水，如便器的冲洗，地面、汽车清洗，绿化浇洒，消防，工业普通用水等，达到节约资本，保护环境的目的。
四、存在问题
①对进水的SS要求较高，SS一般不超过100mg/L，最好控制在60 mg/L以下，这就要求强化一级处理，往往需要投加絮凝剂，使得污泥量增加，运行费用提高。
②生物除磷效果不好，多采用化学法除磷。
虽然曝气生物滤池技术发展较快，但其反应机理与反应动力学的研究尚待深入，有关反应机理的理论体系还有待完善，但随着现代生物检测技术的发展，有关曝气生物滤池处理机理的研究将有望取得突破。随着现代材料科学的发展，利用各种新型材料作为曝气生物滤池滤料，可使曝气生物滤池降解污染物的能力将大大提高，因此，曝气生物滤池在污水处理中将发挥更大的作用。

参考文献：
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2. 唐受印，戴友芝，汪大翚.废水处理工程[M].北京：化学工业出版社，2004.7.
3. 杨秀山，彭永臻，李军等.微生物与水处理工程[M]. 北京：化学工业出版社, 2002.