气浮曝气生物滤池

气浮法和曝气生物滤池组合工艺处理洗浴废水曝气生物滤池简介曝气生物滤池（BiologicalAeratedFilter）简称BAF，是80年代末在欧美发展起来的一种新型生物膜法污水处理工艺。该工艺具有去除SS、COD、BOD、硝化、脱氮、除磷、去除AOX（有害物质）的作用，其特点是集生物氧化和截留悬浮固体与一体，节省了后续沉淀池(二沉池)，其容积负荷、水力负荷大，水力停留时间短，所需基建投资少，出水水质好：运行能耗低，运行费用省。BAF在我国作为一种新工艺，正处于推广阶段。大连市马栏河污水处理厂是我国第一个采用BAF工艺的城市污水处理厂，。许多科研单位也对曝气生物滤池结构形式、功能、启动和滤料等方面进行了详细的研究，取得了很多成果（一）曝气生物滤池工艺发展和特点曝气生物滤池（biologicalaeratedfilter）与普通活性污泥法相比，具有有机负荷高、占地面积小（是普通活性污泥法的1/3）、投资少（节约30%）、不会产生污泥膨胀、氧传输效率高、出水水质好等优点，但它对进水SS要求较严（一般要求SS≤100mg/L，最好SS≤60mg/L），因此对进水需要进行预处理。同时，它的反冲洗水量、水头损失都较大。世界上首座曝气生物滤池于1981年在法国投产，随后在欧洲各国得到广泛应用。美国和加拿大等美洲国家在20世纪80年代末引进此工艺，日本、韩国和中国台湾也先后引进了此项技术。目前世界上较大的环保公司如法国得利满公司、德国菲力普穆勒公司、法国VEOLIA公司均把它作为拳头产品在全世界推广。在中国内地，曝气生物滤池正处于推广阶段。大连市马栏河污水处理厂是我国第一个采用曝气生物滤池工艺的城市污水处理厂（由东北市政院设计），广东新会东郊污水处理厂采用了水解——曝气生物滤池污水处理工艺（由中冶马院设计）。另外，我国一部分工业废水的处理也采用了此项技术。国内许多科研设计单位对曝气生物滤池也进行了试验研究。随着曝气生物滤池在世界范围内不断推广和普及，很多学者在其结构形式、功能、启动和滤料等方面进行了具体的研究，取得了很多成果。（二）国内外发展情况1.BIOSTYR工艺BIOSTYR是法国OTV公司的注册水处理工艺技术，由于采用了新型轻质悬浮填料－BIOSTYRENE（主要成分是聚苯乙烯，且比重小于1g/cm3）而得名。下面以去除BOD、SS并具有硝化脱氮功能的反应器为例说明其工艺结构与基本原理。BIOSTYR工艺是一种上向流生物滤池，是一种运行可靠、自动化程度高、出水水质好、抗冲击能力强和节约能耗的新一代污水处理革新工艺。BIOSTYR工艺是成熟/高效的一种污水生物处理工艺，其参与生物处理的生物附着在颗粒状滤料上。污水通过滤料，其中含有的污染物被滤料表层上的生物膜降解转化，同时，溶解状态的有机物和特定物质也被去除，所产生的污泥保留在过滤层中，而只让净化的水通过，这样可在一个密闭反应器中达到完全的生物处理而不需在下游设置二沉池进行固液分离。法国威立雅水务系统（前身为OTV）在沉没式生物滤池领域拥有十几年的工程设计、建设和运行经验，并且在世界各地建设了100多座类似工艺的污水处理厂，该工艺最先开发时是用于二级和三级处理，而目前该工艺已经可以和多种预处理工艺配合直接进行生化处理，并且能够达到很好的排放水质标准。滤池底部设有进水和排泥管，中上部是填料层，厚度一般为2。5～3。5m，为防止滤料流失，滤床上方设置装有滤头的混凝土挡板，滤头可从板面拆下，不用排空滤床，方便维修。挡板上部空间用作反冲洗水的储水区，其高度根据反冲洗水头而定，该区内设有回流泵用以将滤池出水泵至配水廊道，继而回流到滤池底部实现反硝化，在不需要反硝化的工艺中则没有该回流系统。填料层底部与滤池底部的空间留作反冲洗再生时填料膨胀之用。滤池供气系统分两套管路，置于填料层内的工艺空气管用于工艺曝气，并将填料层分为上下两个区：上部为好氧区，下部为缺氧区。根据不同的原水水质、处理目的和要求，填料层的高度可以变化，好氧区、厌氧区所占比例也可有所不同。滤池底部的空气管路是反冲洗空气管。该工艺具有如下优点：1;上向流滤池，底部渠道进配水，顶部出水2;滤料比重小于13;穿孔管曝气，节省设备投资和维护费4;滤头在滤池的顶部，与处理后水接触，易于维护5;重力反冲洗，无须反冲洗水泵6;工艺空气和反冲洗用气共用鼓风机7;曝气管可布置在滤层中部或底部，在同一池中可完成硝化、反硝化功能2、Biofor工艺Biofor（生物过滤氧化反应池）是得利满水务继滴滤池、Biodrof干式过滤系统之后的专为污水处理厂设计的第三代生物膜反应池。与其它类型的生物过滤工艺相比，Biofor主要具有下列特性：①向上流生物过滤待处理的水自滤池底部流至顶部，这个上流过滤在滤池的整个高度上持续提供正压条件，与下向流过滤相比，这为向上流过滤提供了许多优势。②使用特制的过滤及生物膜支持煤介：Biolite生物滤料生物滤料将孔隙率、密度、硬度和耐磨损度等完美的结合，以确保获得很高的生物膜浓度和较大的截留能力，并加长了运行周期。③高性能曝气Biofor采用了特制的曝气头：它不仅能高效的供氧，而且节约能源、使用安全、易于操作和维护。④流体完全均匀的分布空气和水流为同向流。Biofor生物滤池的滤板配有非凡的25UB33e滤头，该滤头的防阻塞设计通过均匀的配水使过滤效果更加优化。⑤有效的冲洗冲洗操作为全自动、可编程3．BIOSMEDI工艺上海市政院邹伟国等开发了一种名为BIOSMEDI的曝气生物滤池，它采用了脉冲反冲洗、气水同向流的形式，可用于微污染源水预处理或污水深度处理。BIOSMEDI生物滤池是上海市政工程设计研究院针对微污染原水开发的一种新型生物滤池，该滤池以轻质颗粒滤料为过滤介质，滤料比重较小，一般约在0。1左右，粒径的大小为4～5mm左右，比重及粒径的大小可根据实际需要选择确定，这种滤料具有来源广泛、滤料比表面积大、表面适宜微生物生长、价格便宜（300～500元/米3）、化学稳定性好等一系列优点。滤池上部采用钢筋混凝土板（板上采用倒滤头出气和水）抵制滤料的浮力及运行的阻力。在滤层下部，用混凝土板或钢板分隔在滤层下部形成气囊，在反冲洗时下部形成空气室。原水从进水阀进入气室，通过中空管进入滤层，在滤料阻力的作用下使滤池进水均匀，空气布气管安装在滤层下部，空气通过穿孔布气管进行布气，经过滤层去除水中的有机物、氨氮后，出水经倒滤头进入上部清水区域排出。滤池反冲洗采用脉冲冲洗的方法，首先关闭进水阀及曝气管，打开滤池下部的反冲洗气管，在滤层下部形成一段气垫层，当气垫层达到一定高度后，此时瞬时把气垫层中的空气通过阀门或虹吸的方法迅速排空，此时滤层中从上到下冲洗的水流量瞬时忽然加大，导致滤料层忽然向下膨胀，脉冲几次后，可以把附着在滤料上的悬浮物质脱落，再打开排泥阀，利用生物滤池的出水进行水漂洗，可有效地达到清洁滤料的目的。具有以下优点：①、较小的滤层阻力；采用气水同向流，避免了气水逆向流时水流速度和气流速度的相对抵消而造成能量的浪费，另外，滤料粒径较均匀，大大增加滤层的孔隙率，减少滤池运行时的水头损失。②、价格低、性能优的滤料；滤料具有来源广泛、滤料比表面积大、表面适宜微生物生长、价格便宜（一般价格低于500元/m3）、化学稳定性好；滤料比表面积大，有利于氧气的传质，大大提高了充氧效率，布气可采用穿孔管布气即可，节省工程投资。③、独特的脉冲反冲洗形式；传统的水反冲、气水反冲均难以奏效，该滤池采用独特的脉冲反冲洗方式，不需要专门的反冲洗水泵及鼓风机，是一种高效、低能耗的反冲洗形式。（三）应用范围曝气生物滤池的应用范围较为广泛，其在水深度处理、微污染源水处理、难降解有机物处理、低温污水的硝化、低温微污染水处理中都有很好的、甚至不可替代的功能。在低温污水中，西宁第二污水处理厂由于冬季最低水温约6℃，为了解决硝化问题，在可行性研究报告报告中就推荐了曝气生物滤池+A2/O处理工艺。在广东新会4万立方米/吨污水处理厂（BOT特许权项目）项目中，首次应用于国内生活污水处理工程中并获得成功，其工艺为水解+二级曝气生物滤池（设CN池与N池二级），该项目已经投产运行。在难降解有机物处理中，青岛啤酒（徐州金波）有限公司废水处理工程中，再用了水解酸化+曝气生物滤池处理工艺，从运行上看，选用的工艺是满足要求的。在中水回用中，大连马栏河污水处理厂工程，采用的是法国得利满A3D+BIOFOR工艺技术，出水水质达到三级标准，日处理污水12万吨，其中4万吨出水可回用于城市绿化，建筑施工，工业等。山西临汾中水回用工程中，二级处理的出水作为水源，为了解决其氨氮这一指标，该工程采用曝气生物滤池作为预处理单元。在国内，猪场粪便污水处理工程，印染废水处理工程，肠衣加工废水处理工程，淀粉废水处理工程等中都有应用。（五）问题与前景作为一种崭新的水处理工艺——曝气生物滤池正处在推广之中。根据目前的研究和应用情况，今后仍有好多问题有待研究：生物膜的特点及其快速启动的方式；生物氧化功能和过滤功能之间的相互关系；反冲洗过程中生物膜的脱落规律；进一步拓宽曝气生物滤池的应用范围，研究其在水深度处理、微污染源水处理、难降解有机物处理、低温污水的硝化、低温微污染水处理问题中如何与其他工艺相结合。曝气生物滤池中核心介质――滤料的研究也会促进该工艺在中国的应用的范围，BIOSTYR、Biofor两种工艺功能比较强大，但在中国大范围的应用仍存在问题，如专利问题，再有它们从投资上都比较大，这也阻碍了这两种工艺在中国的大范围的应用。所以特种滤料的的研究与生产的国产化将是曝气生物滤池在国内大范围的应用的关键气浮法简介气浮法对处理洗浴废水适用性的理论分析气浮法的分离机理是在待处理水中通人大量密集的微细气泡,使其与杂质、絮粒相互粘附,形成整体比重小于水的浮体,从而依靠浮力浮出水面,以完成固液分离。气浮在理论上有如下适合于处理洗浴废水的特点。（1）洗浴废水的特点。洗浴废水中污染物质主要是皮肤表面膜、毛发上污物及洗涤剂,形成的絮凝体较轻,有利于通过气浮去除。(2)洗浴废水中含有少量阴离子洗涤剂（LAS）,属表面活性剂,主要成分为十二烷基苯磺酸盐,与其它类型的合成洗涤剂相比由于减少了支链,可生化性得到一定程度提高,但由于含有苯环、磺酸基等难生物降解的化学基团,仍属难生物降解物质,其分子同时具有亲水及憎水两个基团。在气浮过程中,亲水基团的一头与絮粒的亲水部分相结合后,使絮粒的附加憎水基团增加,憎水基团可与气泡牢固粘附在一起,使原先粘附不牢上浮缓慢的带气絮粒去除性能得以改善,同时水中阴离子洗涤剂(LAS)也得以去除,气浮净水效果得以提高。(3)从气浮时水中气泡的形成过程分析,洗浴废水中表面活性剂的存在有利于微气泡的形成与稳定。根据气泡内外受力情况,表面张力对泡内空气产生附加压强Ps。为平衡这个附加压强,泡内空气压强Ps必须大于泡外压强Po,即P=Ps+Po。附加压强的大小与表面张力系数a成正比,而与气半径r成反比,即Ps=2a/r在附加压强不变的情况下,洗浴废水中少量表面活性剂的存在能够降低水的表面张力系数a,则气泡半径可以进一步缩小。气泡越小,浮速越小,对水体的扰动也小,不会撞碎絮粒而且气泡越小,同体积的空气形成的气泡数也越多,比表面积越大,微气泡与絮粒通过碰撞粘附、凝聚成大的带气絮粒的机率也越大。（4）气浮法从工程应用的角度分析有许多适合中水工程的特点。占地面积为沉淀法的1/8～1/2,池容也仅为沉淀法的1/8～1/4;气浮法对絮凝的要求低,只要絮粒成长到足以被上升的微气泡粘附即可,可缩短反应时间及减小反应池池容。气浮在理论上具有许多适合于处理洗浴废水的特点,但尚需试验验证处理效果及确定工艺参数。三、工程实例（一）材料与方法1、原水水质 废水为同济大学校本部学生浴室排放的洗浴废水，其水质水量较为稳定，污染程度不高。设计水量为300～360m3/d，废水水质及中水回用标准见表1。PHSS(mg/l)COD（mg/l）BODmg/l）NH4+.N(mg/l)TN（mg/l）TP（mg/l）LAS（mg/l）浊度（mg/l）6.5～7.275～24060～18040～604～2412～250.5～0.82～820～120表1洗浴废水水质Table1Bathingwastewaterquality2、工艺流程 工艺流程见图1。系统工艺流程以及部分水质指标全程由PLC、中心工控机和在线仪表实现自动控制。整个处理系统分为以下几部分。气气动阀用气洗浴废水热交换池去浴池调节池毛发聚集器气浮池药剂浴器罐空压机中间水池曝气生物滤池紫外线消毒器清水池调节池风机曝气生物滤池风机综合用水系统预处理系统泵吸收预热新鲜水调节池预曝气自流泵至三好坞景观泵出水自流反应系统出水系统供气系统2、1综合集水系统首先洗浴废水出水流入热交换池（由热交换盘管吸收余热后对浴室冷水升温，由温度测控器实时监测进出水温度，传入中央工控机），之后经过格栅进入调节池。调节池设有曝气管以平衡水质，并对废水进行预曝气。调节池内设超声波液位控制器，对水位进行实时监测，由中心工控机控制潜污泵的启停，低水位停泵，中水位启泵，高水位报警。流量为240～300m3/d。2、2预处理系统调节池废水被潜污泵提升经毛发聚集器进入气浮池，通过向洗浴废水中加入混凝剂聚合氯化铝铁(PAFC)进行破乳和混凝气浮，可降低水中的洗涤剂、悬浮物、胶体等污染物的含量。气浮出水进入中间水池（缺氧池）。气浮池聚合氯化铝铁投量为15mg/L。2、3反应系统 中间水池出水为两路，由在线氨氮、总磷等自动控制仪表监测，若水质较好，则由曝气生物滤池处理后直接排入中水池；若水质一般，则不经曝气生物滤池直接流入膜反应池，经自吸泵抽吸进入中水池；若水质较差，则由曝气生物滤池处理后再行排入中间水池，之后流入膜反应池。曝气生物滤池的控制由中心工控机通过电磁阀箱对气动阀门进行自动调控。曝气生物滤池滤料粒径为3～5mm；最佳水力负荷为1.5m3/m2·h；最佳容积负荷为2kgCOD/m3·d；最佳水力停留时间（HRT）为0.4h；正常运行48h后反冲洗10min；HRT时间为0.5～2h。膜生物反应器通过自吸泵抽吸作用出水，出水采用间歇出水方式，出水12min，停止3min；HRT为2～4h；污泥停留时间（SRT）为60d；污泥浓度为3000～4000mg/L。当反应器的水位到达超低水位或中水池水位达到高水位时，反应器停止出水。膜生物反应器用在线清洗和离线清洗两种方式进行清洗。膜生物反应器运行约3个月进行一次在线清洗，运行约6个月进行一次离线清洗，清洗用药剂为次氯酸钠，活性氯浓度约为3000mg/L，在线清洗药液量为：2L/m2膜；离线清洗药液量为：可以浸没膜组件。2、4出水系统反应器的出水经在线紫外消毒器消毒后进入清水池（中水池），由潜水泵送入校园景观系统，再流入学校三好坞水体进行水源补给。3、工艺设计特点（1）膜生物反应器膜组件的高效截留作用不仅可保证出水水质，同时使反应器内保持较高的生物量，使生物处理效率提高。膜使微生物完全截留在反应器内，实现了反应器HRT和污泥龄的完全分离，使运行控制更加灵活稳定，使世代周期较长的硝化菌得以富集，使其具有脱氮的效果。当MLSS浓度较高时，在传统活性污泥法中将导致污泥膨胀，使处理效果变坏。而膜生物反应器，不会出现污泥膨胀，并且不必考虑污泥的沉降性能。即使MLSS达到7g/L以上时，仍然可以正常运行，经膜分离的出水仍可以得到较好的水质。反应器在高容积负荷、低污泥负荷、长泥龄下运行，高的污泥停留时间使污泥消化，污泥产率低。 （2）膜系统采取集装化，既节省占地面积，又便于管理和清洗。（3）对膜组件寿命有所延长。组合气浮池可以降低水中的洗涤剂、悬浮物、胶体等污染物的含量，从而使后续处理的负荷大为减轻，尤其是对膜污染的延缓有很大的好处。将曝气生物滤池和膜生物反应池进行有机组合，使工艺系统更能适应不同时段的水质水量变化。生物接触氧化降低了膜生物反应器的负荷，相应延长了膜的清洗周期。（4）工艺采用HC系列回转式鼓风机对膜生物反应池、调节池及曝气生物滤池进行曝气，与罗茨风机相比具有噪音小（低于65dB）、节能、运行稳定的优点。（5）整个工艺流程控制及水质指标在线监测采用PLC自动控制系统，尤其使膜生物反应器便于运行管理。上位机采用CIMPLICITY组态软件，操作系统WIN-xp。使用通用公司VERSAMAXPLC可编程控制器和各种智能仪表组成自动控制下位机，实现对现场设备及仪表进行监控与管理。4、工艺主要构筑物设备主要构筑物设备指标参数见表2。主要构筑物规格（型号）参数说明调节池11m×7.5m×4.0m有效容积250m3钢筋混凝土地下式曝气生物滤池直径1.2m有效容积6m3钢制絮凝气浮池F15组合型有效容积27m3钢制中间水池1.5m×2.7m×4.0m有效容积15m3钢筋混凝土地下式膜生物反应池3.3m×2.7m×4.0m有效容积31m3钢筋混凝土地下式清水池1.5m×2.7m×4.0m有效容积15m3钢筋混凝土地下式供水潜污泵50JYWQ15-20流量18m3/h，扬程20m，功率2.2kW一用一备自吸出水泵50ZX18-20流量18m3/h，扬程20m，功率2.2kW一用一备风机HC-501风量1.32m3/h，功率2.2kW两用一备膜组件SUR系列平均膜孔径0.2μmPE中空纤维膜，日本三菱表2主要构筑物及设备指标Table2Mainstructuresandinstruments（二）结果与讨论1、系统启动1.1曝气生物滤池段调试接种污泥取自上海东区污水处理厂二沉池回流污泥，首先将污泥打入曝气生物滤池闷曝2d。之后全流程运行调试，不断提高进水负荷，同时向废水系统内投加适当营养盐。10d后BAF滤池的陶粒滤料均已挂膜，观察微生物相，发现有黄褐色菌胶团出现。陶粒滤料表观由填装时的黑褐色转为黄褐色，表面产生粘性。继续提高进水负荷，15d后发现黄褐色已占填料个体的绝大部分，陶粒表面生物膜厚度明显较培养初期增厚，COD的去除率达到55%以上。此时，认为微生物的培养驯化结束。1.2膜生物反应池段 接种污泥取自上海市东区污水厂二沉池的回流污泥（MLSS5690mg/L，SV72%，SVI78.17mL/g），外观呈棕褐色，镜检生物相丰富，驯化以废水加营养的方式进水。处理水量也是逐步递增。经过20d左右的培养，污泥适应废水水质，出水水质良好，认为驯化成功。2处理效果 驯化结束后，正式出水。工程的处理效果见表3。项目PHSS(mg/l)COD(mg/l)BOD(mg/l)进水6.5～7.275～24060～18040～60出水6.2～6.5≈07～201～2回用标准6～9≤10≤6项目NH4+.N(mg/l)TN(mg/l)TP(mg/l)LAS(mg/l)浊度NTU进水4～2412～250.5～0.82～820～120出水0～44～60.01～0.030.2～0.30.3～0.4回用标准≤5≤15≤0.5≤0.5≤5表3主要水质指标及回用标准Table3Effluentqualityandreusestandard3、运行结果分析（1）进水浊度值在20～120NTU的范围内波动，由于膜生物反应器膜的高效截留作用而出水浊度值始终保持在0.3或0.4NTU左右，远远小于回用标准的5NTU。膜生物反应器的出水SS接近于零，因此工艺对SS的去除非常有效。（2）当进水COD为60～180mg/L时，反应池上清液的COD为20～30mg/L，其生物去除率在67%～84%。其原因有两方面[4]：一是SRT的延长使内源呼吸加剧，产生了大量溶解性污染物（SMP），从而导致上清液COD上升；二是F/M值太低而不足以维持反应器中微生物的生长需要，使得大量微生物死亡，而死亡微生物难以降解，致使上清液COD上升。然而出水COD却能稳定在10mg/L以下，是因为膜系统的截留作用对稳定出水起到了重要作用，提高了系统整体的抗冲击能力，使COD的去除效率保持在较高水平。（3）对阴离子表面活性剂（LAS）的去除有两部分，一是气浮池对LAS的物化去除；二是膜生物反应器对LAS的生化去除。随着反应器中污泥量的增加，对LAS的去除