曝气生物滤池原理及研究现状

1、生物滤池理及研究现状曝气生物滤池(baf, biological aerated filter)也叫淹没式曝气生物滤池。国 外从20世纪初开始进行研究，于80年代末基本成型，后不断改进，并已开发出多 种形式。在开发过程中，充分借鉴了污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思 路，集曝气、高滤速、截留悬浮物，定期反冲洗等特点于一体。目前工程中曝气 生物滤池的使用形式可以分为以下四大类：(1) biocarbone的构造特点如图11,污水从滤池上部流入，下向流流出 滤池。在滤池中下部设曝气管进行曝气，曝气池上部起生物降解作用，下部主要 起截留ss及脱落的生物膜的作用。运行中，因截留了ss及生物膜的生长

2、，水头 损失逐渐增加，达到设计值后，开始反冲洗。一般采用气水联合反冲，底部设有 反冲洗气、水装置。反冲出水反冲进水图ll biocarbone结构示意图fig. 1-1 scheme of biocarbone图1-2 biostyr结构示意图 fig. 1-2 scheme of biostyr(2) biostyr的结构示意图见图12。由法国otv公司开发的biostyr工艺 采用密度小于水的滤料，一般为聚苯乙烯小球。运行时采用上向流，在滤池顶部 设格网或滤板以阻止滤料流出，正常运行时滤料呈压实状态，反冲时采用气水联合反冲，反冲水釆用下向流以冲散被压实的滤料小球,反冲出水从滤池底部流出。b

3、iostyr工艺在欧美应用较为普遍，而且许多集中在处理厂用地紧张、出水水质要求高的地方。对于已实现有机碳降解、硝化的处理厂，该工艺可在外加有机碳源的情况下，完成反硝化切；也可对只进行有机碳降解的二级处理厂进行升级，达到脱氮的水平。在具备一级强化处理的条件下，该工艺能完全胜任工业废水、市政污水的二级处理。此外，与化学混凝沉淀结合，还能有效除磷。从 功能上讲，在去除废水中bod5、ss以及硝化、脱氮等方面，该工艺己经系列化, 通过具体工艺形式的改变（是否设置回流、改变工艺空气管在滤池内的高度以及 曝气量等），biostyr即可单独实现去除ss和降解bod5、完成硝化和反硝化的 功能。表14记录了b

4、iostyr在丹麦的几个运行实例。（3）biofor结构特点如图13所示。底部为气水混合室，之上为长柄滤头、 理气管、垫层、滤料层。所用滤料密度大于水，自然堆积。biofors行时一般 采用上向流,污水从底部进入气水混合室，经长柄滤头配水后通过垫层进入滤料。反冲洗时，气、水同时进入气水混合室，长柄滤头配水、气后进入滤料，反冲洗 出水回流至初沉池，与原污水合并处理。biofor采用上向流（气水同向流）的主要原因有：同向流可促使布气、布水 均匀;若采用下向流，则截留的ss主要集中在填料的上部。运行时间一长，滤池 内会出现负水头现象，进而引起沟流，采用上向流可避免这一点；采用上向流， 截留在底部的s

5、s可在气泡的上升过程中被带入滤池中上部，提高填料层的纳污率，延长了反冲洗的间隔时间。（4）biopur是由瑞士研发的一种新型曝气生物滤池，其填料采用规整波纹板 和颗粒载体，并可根据污水类型和进、出水指标结合不同的填料类型组合成不同的工艺。biopur工艺可以处理城市污水和工业废水，也可以用于废水的深度处理（硝化.脱氮、除磷）。biopuri艺的运行参数见表15。表14丹麦biostyr的运行实例【绚tab. 1-4 implementing instance of biostyr in denmark污水处理厂 处理目的 污水性质nyborg硝化一反硝化 城市污水（含50%工业废水）hobro

6、硝化一反硝化 城市污水（含40%工业废水）frederikshavn 硝化biostry 一反硝化 城市污水 （含20%工业废水）流量(m3/d)13000910010100流速（m/h）1.12.21codci负荷(kg/m3d)2.42.22.3滤池面积（m）504168441好氧区、缺氧区高度（m）1.5. 1.02.4, 0.62.1, 0.9回流比（）300100200反硝化碳源甲醇乙醉一甲醇甲醇nhzn1.80.350.9no27no3*4.63.9tn6.56.34出水水质tp0.80.06(mg/l)codcr7(bod5)385&5ss1175.9出水图1-3 bio

7、for结构示意图fig.l -3 scheme of biofor表15 biopur工艺的运行參数】 tab. 1-5 parameter of biopur in run-time参数抬标参数指标bods处理负荷20kg/m'd运行操作可自控停留时间0.5 1.oh对周围环境影响嗓声小、臭味小气水比23:1（城市污水）维修管理简单除磷脱氮强施工质量简单反应器体积是活性污泥工艺的1/20水质适应性水质变化适应性强出水水质稳定性高污泥董35kg/m3本试验以上向流曝气生物滤池工艺处理城镇生活污水，以下本文中的曝气生 物滤池均指上向流曝气生物滤池°1.2.2曝气生物滤池的功能单

8、个曝气生物滤池可完成碳化、硝化、反硝化、除磷等功能，与其它工艺组 合可进行一般城市污水或工业废水的二级或三级处理。表1%是采用曝气生物滤 池处理污水的典型流程。表1（采用瞩气生物滤池处理污水典型流程 tab. 1-6 typical flow of baf to treat wastewaler功能典型流程碳化s/c+bf/c碳化硝化s/c+bf/c/n碳化+硝化+反硝化s/c+bf/c/n+bf/dn碳化+硝化+反硝化as+bf/n+bf/dn注：s/c为化学沉淀，bf为曝气生物滤池，/c为碳化，/n为硝化，/dn为反硝化，as为活性 污泥。由于各功能的实现对滤料粒径大小和滤层厚度、负荷、曝

9、气等参数的要求不 尽相同，一般认为不宜把各种功能放在同一个曝气生物滤池中完成。但最近有研 究者对在一个曙气生物滤池中完成碳化+硝化、硝化+反硝化、硝化+生物除磷、 硝化+化学除磷和反硝化+生物除磷等组合功能进行了尝试和探讨，均取得了一 定的研究成果。1.2.3曝气生物滤池的基本原理曝气生物滤池的工艺类型和操作方式各具特点，但其基本原理是一致的。曝气生物滤池的基本原理为：在涟池中装填一定量粒径较小的颗粒状滤料，滤料表面附着生长生物膜，滤池内部曝气。污水流经时，污染物、溶解氧及其它物质首先经过液相扩散到生物膜表面及内部，利用滤料上高浓度生物膜的强氧化降解能力对污水进行快速净化，此为生物氧化降解过程

10、。同时，因污水流经时，滤料呈 压实状态，利用滤料粒径较小的特点及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的大 量悬浮物，且保证脱落的生物膜不会随水漂出，此为截留作用:运行一定时间后,因水头损失的增加，需对滤池进行反冲洗，以释放截留的悬浮物并更新生物膜, 此为反冲洗过程。一般说来，曝气生物滤池具有以下特征：用颗粒状滤料作为 生物载体，如陶粒、焦炭，活性炭等；高水力负荷、高容积负荷及髙的生物膜 活性；具有生物氧化降解和截留ss的双重功能，生物处理单元之后无需设置 二沉池；需要定时反冲洗，清洗滤池中截留的ss,同时更新生物膜22-23,«1.2.4曝气生物滤池技术的研究方向由于生物曝气滤池能够节省

11、利用土地资源，降低污水处理工程造价和运行费用，在我们这样一个人均资源相对匮乏的国家将具有重大意义，也将因此产生重 大的社会效益、经济效益和环境效益卩铁近年来曝气生物滤池己经成为国内外的研究热点，各种不同形式的曝气生物 滤池不断推出，许多已经得到成功应用，并取得了很好的应用效果。目前曝气生 物滤池的研究方向有：反应机理特别是生物膜生长和生物膜活性的研究;(2) 反应动力学的研究；(3) 预处理技术与曝气生物滤池技术的整合;(4) 改性处理的新型吸附型填料的研究。进入21世纪后，我国的纺织行业在生产过程中带来的资源消耗大.污染物排放量多的矛盾日益显现，国家岀台的一系列政策法规已经向纺织印染行业频频

12、发 出警示：国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要(绚的22项经济和社会 发展指标中，与印染行业直接相关约束性指标是：在“十一五”期间，单位国内 生产总值能源消耗降低20 %左右，单位工业增加值用水量降低30 %,主要污染 物排放总量减少10%殉；2006年10月1日起，国家环保总局公布的清洁生产标 准纺织业(棉印染)|271(hjrri85-2006)正式执行，该标准从生产工艺和设备、 原材料、资源消耗和污染物产生指标.生态纺织品、环境管理等各个方面提出了新的要求；国家环保总局组织的按纺织产品细分的印染行业污染物排放标准正在紧锣密鼓编制之中;家发改委组织编制的“印染行业准入条件”近期也即将出

13、台节能减排，成为印染企业中使用频率最高的名词，成为各级政府和行业的管理 目标，印染行业面临空前的压力【绚。由于2007年，太湖发生大规模蓝漢爆发事件，对太湖流域的正常生产和生活 造成巨大影响。水体富营养化会导致水环境质量日益恶化，对地表水体的生态系 统及环境卫生方面造成严重影响2430】。氮、磷污染是导致水体富营养化的主要 原因。以控制水体富营养化为目的开发脱氮、除磷技术已成为目前污水处理领域 的研究热点之一。根据国务院的要求，进一步加大太湖流域水环境保护力度，太 湖流域范围内的污水处理厂必须提髙出水水质标准，满足脱氮除磷的要求。江苏 省对于太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放

14、颁布了db32/1072-2007标准，于2008年6月30日实施执行。根据这项新标准纺织染整行业工业污水处理后的出水要达到化学需氧*(codcr)60mg/l.氨氮(nh?n)5(8) mg/l、总氮15mg/l.总磷0.5 mg的要求，这对于纺织染整行业的水污染治理要 求来说是一个极严的标准，对于纺织染整这种重污染而且水量又大的行业企业来 说，是一个极大的挑战，很多企业甚至面临生存危机。江苏省太湖流域很多纺织 染整企业都率先开始了污水处理厂的升级改造工程，或新建污水处理项目以适应 新的标准要求。我国纺织业年耗水量超过100亿吨，废水排放量居全国第六位，其中印染行 业的排放量约占80%,用水

15、量按纺织品单位重量计是国外的23倍。染整加工大 多在较髙温度下进行，能耗大，单耗是国外的35倍。节能减排是国家制定的重 要方针，如何把节能减排落实到位，这是纺织印染和染料生产行业共同的贲任和 使命。其中活性染料是纤维素纤维染色最主要的染料，因色谱宽广、色泽鲜艳. 性能优异和适用性强而广为应用。活性染料世界年产量约25万吨，约占染料总量 的20%。2005年我国活性染料年产量约16万吨，2006年达174万吨，占总产量的25%。但是活性染料利用率不高，一般在659s72%,且会产生大量有色污水：染 色时还要耗用大量电解质，造成废水中无机盐浓度严重超量，大大增加了活性染 料染色废水处理的难度卩儿1

16、.3.2课题的提出1.3.2.1课题的来源本论文依托的课题为上海市科学技术委员会创新行动计划(项目编号 07dzl2011)o对在太湖流域或水源地5000米内纺织污水处理厂削减排放量，提 高水资源回收率，开源节流、合理利用，进行水资源深度处理及部分回用的研究。1.322课题研究的目的及意义纺织印染业作为工业污染的主要领域，对其排放污染物的控制尤为重要。2007年9月20号，江苏省发布了太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要 水污染排放限值，其中对codcr,氨氮，色度的排放限值有明显的提髙。为使 其达到新的排放标准，许多污水处理厂将会面临升级改造的要求。在对原有的污 水处理工艺设施制定相应的

17、污水处理升级改造工艺之前，有必要对采用的工艺特 别是曝气生物滤池进行实验研究以及整套工艺进行的模拟研究。本课题采用a/o与曝气生物滤池联用的装置对模拟印染废水废水进行小试, 着重了解曝气生物滤池工艺运行的控制参数对有机物降解和脱氮脱色效果的影 响；探讨装置的启动条件及染料废水脱色过程的优化；确定处理废水过程中曝气 生物滤池的动力学参数；为对baf在印染废水的处理厂中的应用，以及已有废 水处理厂的升级改造方案提出相关的建议。通过本课题研究，可以指导印染废水处理实践，为印染废水处理的升级改造 工程提供设计参数，同时可以为类似工业废水的处理提供参考。因此，本课题研 究具有一定的理论研究和实践指导意义。13.2.3课题研究内容本课题以印染废水为研究对象，采用a/0与曝气生物滤池联用的装置对其 进行处理，主要研究内容如下：(1) a/o与曝气生物滤池联用装置启动挂膜的研究研究a/0与曝气生物滤池联用装置的启动挂膜过程，检测各段启动时各污 染物去除情况的变化，分析生物膜上的生物相。(2) 模拟废水中染料脱色过程的研究由于在a/0与曝气生物滤池联用工艺中，色度的去除和降低主要在a/0, 所以着重对此阶段模拟废水中染料脱色的过程进行了研究分析。(3) 曝气生物滤池运行参数的优化研究曝气生物滤池运行参数对处理效果的影响：气水比对codcr氨氮、色