BAF工艺的发展与应用课件

1、曝气生物滤池（BAF）工艺发展与应用 第1页，共21页。2 BAF工艺在周家渡水厂的应用1 BAF工艺的发展第2页，共21页。BAF工艺的发展曝气生物滤池（Biological Aerated Filter，BAF）是上世纪80 年代末在普通生物滤池的基础上，并借鉴给水滤池工艺而开发的一种污水处理新工艺. 真正意义上的BAF 可以看作是在整个体积空间内，粒状填料处于淹没状态并提供微生物生长的场所，具有同时去除SS 及其它污染物的反应器. 它对废水的降解机理主要是反应器内填料上所附生物膜中微生物氧化分解作用，填料及生物膜的吸附阻留作用和沿着水流方向形成的食物链分级捕食作用以及生物膜内部微环境和缺

2、氧段的反硝化作用 .作为一种新型的污水处理工艺，BAF 具有许多自身的特点：BOD5 负荷高，占地面积和池容为常规生物处理方法的1/10-1/5 左右，能有效的节约土地；由于BAF 中滤料的截留作用，使得出水中活性污泥很少，无需设置二沉池等后续处理单元，从而简化了处理流程，节省能耗；BAF 对污水具有很高的处理效率，出水残余细菌少，去除率高达99.9 %，在满足排放标准的同时，可以作为中水回用；基建费用、运转费用低，管理简单，无污泥膨胀问题，同时设施可间断运行，长时间停用后再启动，可在很短时间恢复正常运行.第3页，共21页。BAF工艺的发展从BAF 工艺的诞生至今已有20 多年的历史，在这段时

3、间内，BAF 工艺得到了长足的发展，许多公司和研究团队都相继独立开发了各种形式的曝气生物滤池. 从其结构以及运行方式的不同，可以有多种划分.根据不同的进水方式，BAF 可分为上向流曝气生物滤池和下向流曝气生物滤池两种；根据不同去除对象可分为单纯除碳、除碳/硝化、除碳/硝化/ 反硝化以及除碳/ 脱氮/ 除磷4 种工艺；根据所使用填料的比重不同又可以分为沉没式填料曝气生物滤池和悬浮式填料曝气生物滤池.第4页，共21页。BAF工艺的发展1 BAF 工艺的发展历程1.1 使用沉没式填料的BAF 工艺填料作为曝气生物滤池的核心部分，对曝气生物滤池的发展有着至关重要的影响. 填料的不同选择也会使滤池的运行

4、方式产生一定程度的变化.1.1.1 BIOCARBONE 工艺BIOCARBONE 工艺是由法国CGE 公司所属的OTV 公司在上世纪80 年代末所开发，该工艺使用的填料为密度大于水的石英砂砾，其结构图如图1 所示. 经预处理的污水由滤池的顶部流入，底部流出，采用下向流的形式，曝气管道设置在滤料层的底部，气水逆向混合.反应器具有一定的截留、氧化分解有机物的能力，对NH4-N 也有一定的去除效果，但对总氮和磷去除效果甚微. BIOCARBONE 使用的是粒状沉没式填料，当反应器内截留的SS 达到一定程度后，会阻止气泡的扩散和污水向下流动，从而导致水头损失过快，反冲洗频繁，运行周期缩短，这也成为制

5、约该工艺发展的重大缺陷.第5页，共21页。BAF工艺的发展1.1.2 BIOPUR 工艺BIOCARBONE 工艺诞生后不久，瑞士VATA TECHWABA G Winterthur 公司在生物氧化法和生物曝气法的基础上也开发一种沉没式填料曝气生物滤池BIOPUR工艺. BIOPUR工艺的结构、运行方式与BIOCARBONE 工艺基本一样，所不同的是，BIOPUR 工艺可以根据水质不同来选择不同的填料载体. 供其选择的载体有规整波纹板、陶粒和石英砂3 种. 并且，该工艺使用粗管状曝气头，减少了堵塞现象，可以相应地延长运行周期，较BIOCARBONE 工艺有所改进，但效果不佳.第6页，共21页。

6、BAF工艺的发展1.1.3 BIOFOR 工艺随着污水排放标准的不断提高，一些老式的工艺渐渐不能满足污水排放的要求. 德国的菲利普穆勒公司于是在原有工艺的基础上开发了一款使用沉没式填料（BIOLITIES）的新型工艺BIOFOR 工艺，其运行原理如图2 所示. 与前面两者工艺相比，BIOFOR 工艺具有一些独特的优点：采用气水平行上向流，并使用专门的布水布气设备，使得气水进行极好均分，可以更好的避免沟流或短流；采用气水平行上向流，空气能将固体物质带入滤床深处，在滤池中能得到高负荷、均匀的固体物质，从而延长了反冲洗周期.但BIOFOR 工艺在具有上述优点的同时，也存在着一些不足之处. 主要表现在

7、BIOLITIES 填料的价格较高，以及土建施工难度大等方面，这些对工艺的发展也产生了一定的影响.第7页，共21页。BAF工艺的发展1.1.4 其它沉没式填料BAF 工艺沸石作为曝气生物滤池的填料，具有氨氮交换容量大，可减少氨氮冲击负荷，有利于硝化杆菌生长等优点，已渐渐成为填料的研究重点. 韩国科技学院研究开发了一种下向流沸石曝气生物滤池（ZBAF），滤池采用双层填料，中间用隔板分开，每层填料分别曝气，反冲洗也采用两套管路，两层同时反冲，该滤池对高浓度氨氮废水具有很好的处理效果. 通过对纺织废水处理的中试试验，在水利负荷为1.83 m3 /m2h 时，COD去除率可达92.1 %，BOD 为9

8、8.9 %，T- N 的去除率可高达92 %，表现除了很好的脱氮效果.国内对沉没式填料BAF 的研究也取得了不少的成就. 东南大学在20 世纪末期开发除了国内首座BAF专利技术上向流曝气生物滤池（U- BAF），同时开发出专利滤料球形轻质生物陶粒和单孔膜空气扩散器、专用滤头等专利产品，在已运行的工程项目中，取得了很好的处理效果. 重庆大学针对常规BAF 工艺易堵塞的缺点，开发了一种折流式曝气生物滤池（BBAF），使用填料为自行开发的密度大于水的酶促生物填料. 运行中污水在池中上下折流，依次流经各单池，整体上呈推流状态. 通过试验，滤池COD 和BOD 去除率均可达90 %以上，氨氮、总氮、总磷

9、分别为74.0 %，39.1 %，46.5 %.第8页，共21页。BAF工艺的发展1.2 使用悬浮式填料的BAF 工艺初期，人们对于BAF 填料的研究以沉没式填料居多，但随着人工填料逐渐取代天然填料，对悬浮式填料的研究越来越多. 1.2.1 BIOSTYE 工艺BIOSTYR 最初由法国OTV 公司所开发，该工艺BIOCARBONE 工艺的改进型，其结构示意图如图3 所示.与沉没式BAF 工艺不同，该工艺使用的是密度小于水的球形有机颗粒，填料在反应器中呈漂浮状. 相比而言，BIOSTYR 最大的特点在于使用双层填料，曝气在滤池中间进行，可将滤池分为不同体积的好氧和缺氧部分，并且处理出水一部分通

10、过回流系统从底部重新回到反应器中，具有一定的硝化反硝化功能；此外，由于反应器使用悬浮式填料，反冲洗自上而下通过重力作用进行反冲，节省了动力.第9页，共21页。BAF工艺的发展1.2.2 BIOSMEDI 工艺BIOSMEDI 工艺采用的填料为密度小于0.1 的人工合成轻质颗粒，气水平行上向流，该工艺与BIOSTYR工艺基本相同，所不同的是：BIOSMEDI 采用单层填料，无回流系统，脱氮效果不如前者；反冲洗方式不同，BIOSTYR 采用气水联合反冲，而BIOSMEDI 利用滤池出水进行脉冲反冲洗.随着对悬浮式填料研究越来越深入，与沉没式填料相比，前者有着许多突出的优点. Allan T. Ma

11、nn 等人通过对悬浮式和沉没式填料的对比试验得到，在去除COD，SS，NH4+-N 等方面，悬浮式填料较沉没式填料性能好，同时也更能抵抗低温以及有机负荷和水力负荷的冲击. 因此，悬浮式填料BAF 工艺将逐渐成为BAF 工艺研究的重点之一. 1.3 两种填料组合BAF 工艺由于悬浮式填料和沉没式填料都有着自身的优势，因而，在污水处理过程中，能否将两种优势很好的结合起来就成了一个全新的课题.西班牙格拉纳达大学的Francisco Osorio and Ernesto Hontoria 就尝试使用陶瓷填料和塑料填料组成的双层曝气生物滤池进行污水处理试验. 装置中塑料填料在滤池的下部，陶瓷填料覆盖在塑

12、料填料上方，这样可以防止反冲时发生跑料. 曝气装置安装在滤池的底部，在分别使用上向流和下向流进行试验发现，下向流运行效果更加理想. 在进水BOD5 和SS 分别为250 mg/L 和110 mg/L 时，出水BOD5 和SS 可控制在20 mg/L 和25 mg/L 左右. 由于滤池在较大的负荷范围内均可获得很好的处理效果，抗冲击负荷能力较一般BAF 工艺有明显的提高，使得该工艺在污水处理方面将得到更加广泛的应用.第10页，共21页。BAF工艺的发展2 BAF 工艺的发展方向BAF 作为一种高效、节能、占地面积小的新型污水处理技术，近年来已成为国内外的研究热点. 填料是曝气生物滤池的重要组成部

13、分，填料的改变对BAF 工艺的发展影响深远. 由填料的发展历程可以看出，从最初的天然砂石到现如今的球形生物陶粒、酶促填料等高科技产品，其趋势就是逐渐弱化自然影响因素，而强化人工控制过程，使填料不断满足人们事先所设计好的要求. 但一种填料同时满足多种要求难度仍然相当之大，从而多种填料组合的多层或多段曝气生物滤池将在很大程度上成为今后一段时期研究的重点.固定化微生物曝气生物滤池技术（I- BAF）也将是一个新的发展方向. 国内有研究者将变异菌和酶制剂固定在大孔网状载体上作为填料处理高难度有机工业废水，生物负载量可达到传统生物处理工艺的3-10 倍，污染物去除率95 %以上，有较强脱氮除磷功效.综上

14、所述，BAF 工艺的发展与填料的发展息息相关，以I- BAF 为代表的高科技填料的开发仍将是BAF工艺发展的主流趋势；而多种填料组合的多层或多段曝气生物滤池工艺在污水处理过程中所表现出的高效处理能力和稳定性，将使其在今后一段时期成为BAF 工艺的另外一个重要研究方向.第11页，共21页。BAF工艺在周家渡水厂的应用1 周家渡水厂的BAF 预处理工艺 周家渡水厂是上海一家老水厂，2019 年起进行了深度处理改造工程，2019 年2 月完工。改造后的水厂采用黄浦江上游原水，制水能力为1万m3/d，处理工艺分2 条处理能力为5 千m3/d 的平行处理流程， 采用BAF 预处理工艺的工艺流程为：BAF

15、-常规处理-臭氧-活性炭。活性炭出水加少量氯，进入清水库后由二泵房提升输入管网(见图1)。第12页，共21页。BAF工艺在周家渡水厂的应用BAF 构造和气水反冲快滤池相似， 仅增加了曝气系统，滤池分为3 格，呈单排布置，单格面积为14m2，设计滤速52m/h，陶粒滤料厚度2m，下面有20cm 砾石为承托层，设计空床停留时间22min。滤料底部采用多孔管进行连续曝气，安装1 台罗茨鼓风机曝气，风量为5.5m3/min，升压为29kpa。冲洗采用气水反冲洗。气冲洗强度为55m3/m2. h， 水冲洗强度为60m3/m2. h。配气、水系统采用滤板和长柄滤头。BAF结构示意图见图2。第13页，共21

16、页。BAF工艺在周家渡水厂的应用BAF 工艺中滤料的选择主要考虑易挂膜、不易堵塞、不易破碎等因素。经对比，选择了江西省萍乡市佳能环保工程有限公司生产的QT 系列陶粒滤料。其主要特点是： 陶粒用江西优质粘土为原料，表面粗糙、多微孔、不结釉，解决了其他片状陶粒表面结釉的问题； 强度高、孔隙率大、比表面积大、化学和物理稳定性好。与聚氯乙烯等规则填料相比，具有生物附着力强，挂膜性能良好等优点； 形状为球形，密度适中， 水流流态好，反冲洗容易进行。周家渡水厂采用的陶粒的具体参数为： 粒径3-5mm； 形状：球形；有效粒径3.2mm；颜色：棕褐色；密度：1.7kg/l；堆积密度0.85kg/l；比表面积：

17、 1.510.4cm2/g；孔隙率50%左右。第14页，共21页。BAF工艺在周家渡水厂的应用2 BAF 的运行2.1 BAF 的运行BAF 生产试验于2019 年7 月开始运行至今，进水流量为170-300m3/h， 滤速为4.05-7.14m/h， 滤料容积负荷为2-3m3/m3 h，空床停留时间为30-17min。进水的同时进行曝气， 气量为330m3/h， 气水比为1.9 1-1.1 1。冲洗周期与原水浊度有关，一般控制为7-10 天，当水头损失1.5m-1.8m时进行反冲洗。若运行中反冲洗不及时，就会产生气阻，使水滤不下去，这时只要立即反冲就可解决。开启曝气鼓风机时，池中水面应低于进

18、水槽。运行时各格水面应齐平，使曝气均匀。2.2 曝气和溶解氧为了给生物供氧，运行时要采用连续曝气。据测定，出水的溶解氧明显增加，平均比进水增加1.6 倍，最高时增加7.5 倍。当原水氨氮较低( 1mg/l)时，测定得出，当进水： (DO/NH3-N) 5； 且DO 5mg/l 时， 可停止曝气， 以节约运行费用的结论。第15页，共21页。BAF工艺在周家渡水厂的应用2.3 生物镜检水厂于8、9、10 月取陶粒滤池中的滤料进行了生物镜检， 结果如表1： 表1 生物镜检结果汇总表第16页，共21页。BAF工艺在周家渡水厂的应用 3 去除效果及去除率第17页，共21页。BAF工艺在周家渡水厂的应用3

19、.1 去除浊度BAF 对浊度有良好的去除效果， 试验期间浊度平均去除率为40.9%， 最大值为69.3%， 其中曝气时去除率较低， 不曝气时较高，这是因为曝气时对滤层有搅动，降低了去除率。BAF 的除浊作用有两方面， 一是滤层截留， 和砂滤池的原理类似。二是生物吸附和生物凝降解作用，称为生物除浊。生物吸附和和絮凝是由微生物代谢时分泌出荚膜、细胞外粘液和多糖类物质，悬浮颗粒由此粘附在生物膜表面，成为生物膜的一部分，或者粘结细小颗料成为较大的絮体，被滤层截留 。根据试验， 生物滤池中， 由于无机颗粒表面粘附的有机物被生物降解，可降低颗粒表面的 电位4.4-37.2%，有利于絮凝沉降，并能减少后面混

20、凝剂的加注量。周家渡水厂砂滤池出水控制在0.5NTU 以下时， 硫酸铝加注量为25mg/l， 比相邻的其他水厂节约混凝剂10-20%左右。另外，陶粒进水未加混凝剂使浊质脱稳， 颗粒间孔隙又大于砂滤池， 所以浊度去除率仍低于一般砂滤池。据分析， BAF 去除浊度不宜过高，过高时，泥沙会包裹生物膜，影响生物膜的正常生长。第18页，共21页。BAF工艺在周家渡水厂的应用3.2 铁、锰的去除BAF 运行1 周后， 对铁的去除率明显增加， 可认为除物理-化学作用外， 有了生物除铁作用， 滤层中生成铁细菌，能通过酶的生物催化作用，在较低的氧化还原电位下快速氧化铁， 被氧化的铁以 羟基铁的形式沉积在细胞的鞘膜中，反冲洗时和污水一起排出池外。试验中铁的平均去除率为53.1%。运行2 周后， BAF 对锰的去除效果明显， 生物除锰理论要求pH 7.4-7.5， 氧化还原电位Eh 400-500mV， 溶解氧约为5mg/l。试验中锰的平均去除率为36.6%。3.3 耗氧量CODMn 和紫外吸光度E254 的去除有机物作为异养菌的电子供体和碳源，为异养菌提供能量和参与细胞合成。BAF 对CODMn 的平均去除率为