曝气生物滤池污水处理工艺与设计

1、曝气生物滤池污水处理工艺和设计曝气生物滤池污水处理工艺和设计 摘要：随着社会的发展和进步，重视曝气生物滤池污水处理工艺和设计对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍曝气生物滤池污水处理工艺和设计的有关内容。 关键词 污水；滤池；工艺；处理；设计；原理；应用； 中图分类号：U664.9+2 文献标识码：A 文章编号： 引言 我国是一个水资源缺乏的国家,近年来很多地区缺水现象渐渐加剧。和此同时,我国污(废)水排放量逐年增加,以1997年为例,污(废)水排放总量为416亿m3,污水中化学需氧量(CODCr)排放量1 757万t,而集中处理率仅为10%左右。大量污水未经处理或未经有效处理即进行排放,

2、其结果是一方面污染了环境特殊是水环境,另一方面加剧了水资源的短缺。可以说,资金和技术已成为制约我国污水处理的两大主要因素。因此,很有必要找到一种基建投资少、运行费用低、占地面积小、管理便利、适合我国国情的污水处理新技术,既能使污水得以有效处理,又能使其适当回用。 一、曝气生物滤池原理及其工艺特点 曝气生物滤池(Biological Aerated Filter)简称BAF,其基本原理是在一级处理基础上,以颗粒状填料及其附着生长的生物膜为处理介质,充分发挥生物代谢作用、物理过滤作用、膜及膜和填料的物理吸附作用以及反应器内食物多级捕食作用,实现污染物在同一单元反应器内去除。反应器内存在着不同的好氧

3、、缺氧区域,可同步实现硝化、反硝化,在去除有机物的同时达到脱氮的目的。在污水的有机物去除、硝化去氨、反硝化脱氮、除磷以及微污染水源的预处理过程中有着较好的应用前景。尤其适用于人口密集、土地资源紧缺的城镇污水处理,且不需设置二沉池,使工艺大大简化,设备配套少,便于操作管理和驾驭。而且该技术不仅可用于水体富养分化处理,而且可以广泛地被用于城市污水、小区生活污水、生活杂排水和食品加工废水、酿造和造纸等高浓度废水的处理。 二、曝气生物滤池工艺设计 21曝气生物滤池工艺基本类型及流程 单个曝气生物滤池可以完成碳化、硝化、反硝化、除磷等功能,和其他工艺组合可以进行一般城市污水或工业废水的二级或三级处理。其

4、工艺流程依据处理水质要求可分为3种,即:脱碳曝气生物滤池(DC)、硝化曝气生物滤池(N)、反硝化曝气生物滤池(DN)。曝气生物滤池处理污水典型工艺组合如表1所示。 22DC曝气生物滤池的设计和计算 曝气生物滤池的设计和计算主要包括滤料体积、滤池总面积、滤池高度、布水布气系统、反冲洗系统以及污水和滤料的接触时间等。 2.2.1滤池池体的设计和计算 滤池池体的设计和计算主要是确定滤料体积及滤池各部分尺寸。通常采纳BOD5有机负荷Nw法,即每立方米滤料每天所能接受并降解BOD5的量,以kg/(m3?d)表示。对于二级污水处理Nw取值2.04.0 kg/(m3?d),当对处理出水对氨氮硝化有要求时,N

5、w一般取值2.0 kg/(m3?d),当进行三级处理时,Nw一般取值0.120.182 kg/(m3?d)。设计时先确定滤料体积,然后再计算其他部分尺寸。滤料的总有效体积W可用下式计算: 滤池总面积为:A=W/H,H为滤料层高度,一般为2.54.5 m。单个滤池面积一般限制在a100 m2。因此,滤池座数为: 滤池总高度为: 其中:配水室高度h1=1.01.2 m,承托层高度h2=0.30.5 m,清水区高度h3=0.71.0 m,超高h4=0.30.5 m污水流过滤料层高度的空塔停留时间t1(h): 污水流过滤料层高度的实际停留时间t(h) e为孔隙率,对圆形陶粒滤料,一般e=0.5。对于单

6、个滤池池形一般为圆形,对于多个滤池,一般为共壁正方形。 2.2.2配水系统的设计 曝气生物滤池的配水系统一般采纳小阻力配水系统,并依据反冲洗形式采纳滤头、格栅、平板孔式较多。可参阅给水排水设计手册中有关过滤章节。 2.2.3反冲洗系统的设计 曝气生物滤池和一般滤池反冲洗方式大致相同,主要有单一水反冲洗和气-水联合反冲洗。气-水联合反冲洗按水、气的冲洗先后依次又分为先气后水和气水同时冲洗工艺。采纳气-水联合反冲洗通常依次为:先单独用气反冲洗,再气-水联合反冲洗,最终用清水反冲洗。操作过程由PLC或计算机自动限制。反冲洗周期约为2448 h,反冲洗水速为1525 m/h(Q进水/Q冲洗=15%30

7、%),气速为2070 m/h,冲洗排水SS为8001 200 mg/L。 2.2.4污泥产量的计算 曝气生物滤池污泥产量可按(3)式计算: 式中Y污泥产量; SBOD5溶解BOD量; TBOD5总BOD5时; X0进水SS。 2.3N曝气生物滤池的设计和计算 2.3.1N池体的设计和计算 和DC池相像,主要包括滤料体积及滤池各部分尺寸的确定,可按表面负荷和容积负荷法进行设计。滤料表面负荷qNH3-N是指每平方米滤料每天所能接收并降解的NH3-N是,以g/(m2?d)表示,它和NH3-N浓度、水温、供氧量和滤池的水力负荷有关。对于一般城市污水,滤料表面负荷qNH3-N为0.4 g/(m3?d)(

8、出水NH3-N2 mg/L,T=10)。当温度为20时,相宜负荷为0.510 g/(m2?d)滤料总表面积计算公式为: 滤料容积负荷qNH3-N是指每立方米滤料每天所能接收并降解的NH3-N量,以kg/(m3?d)表示。对于沉没式硝化滤池,其硝化容积负荷一般在0.11.5 kg/(m3?d)。考虑到硝化时多种影响因素,工程设计时,一般选取0.40.8 kg/(m3?d)。已知硝化负荷后,滤池所需体积可按下式计算: 2.3.2供气量的计算和供气系统的设计 微生物需氧量包括降解有机物和硝化的需氧量,可用下式估算: 2.3.3硝化滤池碱须要量的计算 一般,硝化1g NH3-N须要消耗7?14 g碱度

9、,故需碱量计算公式为: 碱度= (7?14QCNH3-N)/1 000 对于典型城市污水,进水中的NH3-N浓度一般为2040 mg/L,TKN=5060 mg/L,碱度约300 mg/L(以CaCO3计),假定部分TKN用于细胞合成,则污水中氨氮为50 mg/L(估算),按80%去除率计,硝化碱量约为:507?140?8=285?6 mg/L。可见,对城市污水处理厂,当采纳硝化脱氮工艺时,不须要另外补充碱度。 三、曝气生物滤池的发展和展望 法国OTV公司近年来开发了一种名为Biostyr的新型曝气生物滤池处理技术.Biostyr曝气生物滤池由其所采纳的新型轻质悬浮填料biostyrene(主

10、要成分是聚苯乙烯,且比重小于1g/cm3)而得名.目前,Biostyr工艺在欧美国家得到普遍应用,而且很多工程集中在污水处理设施用地惊慌,出水水质要求高的地方.Biostyr工艺可以在去除SS和COD的同时,实现硝化、反硝化脱氮功能。 BIOPUR是瑞士VATATECHWABAG Winterthur(原苏尔寿环境技术部)研发的一种新型曝气生物滤池,其填料采纳规整水纹板和颗粒载体,并可依据污水类型和进、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,也可用于废水的深度处理(硝化、脱氮、除磷)。 曝气生物滤池是一种发展较快的新型生物处理技术，具有占地面积小

11、、出水水质高、投资省、运行敏捷便利、易于管理、抗冲击负荷实力强等优点，不仅可以用于污水的一级和二级处理，而目还可用于微污染水源水预处理等。曝气生物滤池技术将污水生物处理和深层过滤集于一身,充分体现了现代水处理工艺的特点。 虽然曝气生物滤池技术发展较快,但其反应机理和反应动力学的探讨尚待深化,有关反应机理的理论体系还有待完善.近年来曝气生物滤池已经成为国内外的探讨热点,各种不同形式的曝气生物滤池不断推出,很多已经得到胜利应用,并取得了很好的应用效果。随着现代生物检测技术和纳米测量技术的发展,有关曝气生物滤池处理机理的探讨将有望取得突破,特殊是在生物膜生长和生物膜活性的探讨将成为较新的前沿性课题.

12、而采纳适合的预处理技术和曝气生物滤池技术的整合,将为今后模块化组合和曝气生物滤池技术的大规模应用打下坚实的基础。而在新材料方面,通过改性处理的新型吸附型填料,可以大大强化曝气生物滤池对某些难降解污染物的去除实力,从而在污水的高级处理和给水处理中发挥更大的作用。曝气生物滤池是一种适合我国国情的水处理技术,应加大力气进行深化探讨,推动该技术的国产化并在水处理中推广应用。 结束语 曝气生物滤池作为一种新型污水处理技术,在国外已有实际应用。运行阅历表明,采纳该工艺可显著节约基建投资并削减占地面积,出水水质较好,运行费用低,管理便利,特殊是其模块化结构利于将来的扩建。该工艺可独立建立,也可和其他污水处理工艺组合应用,是一种可替代传统的污水处理工艺、适合我国国情的污水处理法。 参考文献 1Clack. et al. Phosphorus Remoel by Chemical Precipitation in aBiological Aerated Filer.Wat Res.,1997,(31)10:2557-2563. 2