曝氣生物濾池污水處理工藝與設(shè)計(jì)

1、曝氣生物濾池污水處理工藝和設(shè)計(jì)曝氣生物濾池污水處理工藝和設(shè)計(jì) 摘要：隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，重視曝氣生物濾池污水處理工藝和設(shè)計(jì)對(duì)于現(xiàn)實(shí)生活中具有重要的意義。本文主要介紹曝氣生物濾池污水處理工藝和設(shè)計(jì)的有關(guān)內(nèi)容。 關(guān)鍵詞 污水；濾池；工藝；處理；設(shè)計(jì)；原理；應(yīng)用； 中圖分類號(hào)：U664.9+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： 引言 我國(guó)是一個(gè)水資源缺乏的國(guó)家,近年來(lái)很多地區(qū)缺水現(xiàn)象漸漸加劇。和此同時(shí),我國(guó)污(廢)水排放量逐年增加,以1997年為例,污(廢)水排放總量為416億m3,污水中化學(xué)需氧量(CODCr)排放量1 757萬(wàn)t,而集中處理率僅為10%左右。大量污水未經(jīng)處理或未經(jīng)有效處理即進(jìn)行排放,

2、其結(jié)果是一方面污染了環(huán)境特殊是水環(huán)境,另一方面加劇了水資源的短缺?？梢哉f(shuō),資金和技術(shù)已成為制約我國(guó)污水處理的兩大主要因素。因此,很有必要找到一種基建投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、占地面積小、管理便利、適合我國(guó)國(guó)情的污水處理新技術(shù),既能使污水得以有效處理,又能使其適當(dāng)回用。 一、曝氣生物濾池原理及其工藝特點(diǎn) 曝氣生物濾池(Biological Aerated Filter)簡(jiǎn)稱BAF,其基本原理是在一級(jí)處理基礎(chǔ)上,以顆粒狀填料及其附著生長(zhǎng)的生物膜為處理介質(zhì),充分發(fā)揮生物代謝作用、物理過(guò)濾作用、膜及膜和填料的物理吸附作用以及反應(yīng)器內(nèi)食物多級(jí)捕食作用,實(shí)現(xiàn)污染物在同一單元反應(yīng)器內(nèi)去除。反應(yīng)器內(nèi)存在著不同的好氧

3、、缺氧區(qū)域,可同步實(shí)現(xiàn)硝化、反硝化,在去除有機(jī)物的同時(shí)達(dá)到脫氮的目的。在污水的有機(jī)物去除、硝化去氨、反硝化脫氮、除磷以及微污染水源的預(yù)處理過(guò)程中有著較好的應(yīng)用前景。尤其適用于人口密集、土地資源緊缺的城鎮(zhèn)污水處理,且不需設(shè)置二沉池,使工藝大大簡(jiǎn)化,設(shè)備配套少,便于操作管理和駕馭。而且該技術(shù)不僅可用于水體富養(yǎng)分化處理,而且可以廣泛地被用于城市污水、小區(qū)生活污水、生活雜排水和食品加工廢水、釀造和造紙等高濃度廢水的處理。 二、曝氣生物濾池工藝設(shè)計(jì) 21曝氣生物濾池工藝基本類型及流程 單個(gè)曝氣生物濾池可以完成碳化、硝化、反硝化、除磷等功能,和其他工藝組合可以進(jìn)行一般城市污水或工業(yè)廢水的二級(jí)或三級(jí)處理。其

4、工藝流程依據(jù)處理水質(zhì)要求可分為3種,即:脫碳曝氣生物濾池(DC)、硝化曝氣生物濾池(N)、反硝化曝氣生物濾池(DN)。曝氣生物濾池處理污水典型工藝組合如表1所示。 22DC曝氣生物濾池的設(shè)計(jì)和計(jì)算 曝氣生物濾池的設(shè)計(jì)和計(jì)算主要包括濾料體積、濾池總面積、濾池高度、布水布?xì)庀到y(tǒng)、反沖洗系統(tǒng)以及污水和濾料的接觸時(shí)間等。 2.2.1濾池池體的設(shè)計(jì)和計(jì)算 濾池池體的設(shè)計(jì)和計(jì)算主要是確定濾料體積及濾池各部分尺寸。通常采納BOD5有機(jī)負(fù)荷Nw法,即每立方米濾料每天所能接受并降解BOD5的量,以kg/(m3?d)表示。對(duì)于二級(jí)污水處理Nw取值2.04.0 kg/(m3?d),當(dāng)對(duì)處理出水對(duì)氨氮硝化有要求時(shí),N

5、w一般取值2.0 kg/(m3?d),當(dāng)進(jìn)行三級(jí)處理時(shí),Nw一般取值0.120.182 kg/(m3?d)。設(shè)計(jì)時(shí)先確定濾料體積,然后再計(jì)算其他部分尺寸。濾料的總有效體積W可用下式計(jì)算: 濾池總面積為:A=W/H,H為濾料層高度,一般為2.54.5 m。單個(gè)濾池面積一般限制在a100 m2。因此,濾池座數(shù)為: 濾池總高度為: 其中:配水室高度h1=1.01.2 m,承托層高度h2=0.30.5 m,清水區(qū)高度h3=0.71.0 m,超高h(yuǎn)4=0.30.5 m污水流過(guò)濾料層高度的空塔停留時(shí)間t1(h): 污水流過(guò)濾料層高度的實(shí)際停留時(shí)間t(h) e為孔隙率,對(duì)圓形陶粒濾料,一般e=0.5。對(duì)于單

6、個(gè)濾池池形一般為圓形,對(duì)于多個(gè)濾池,一般為共壁正方形。 2.2.2配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 曝氣生物濾池的配水系統(tǒng)一般采納小阻力配水系統(tǒng),并依據(jù)反沖洗形式采納濾頭、格柵、平板孔式較多?？蓞㈤喗o水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)中有關(guān)過(guò)濾章節(jié)。 2.2.3反沖洗系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 曝氣生物濾池和一般濾池反沖洗方式大致相同,主要有單一水反沖洗和氣-水聯(lián)合反沖洗。氣-水聯(lián)合反沖洗按水、氣的沖洗先后依次又分為先氣后水和氣水同時(shí)沖洗工藝。采納氣-水聯(lián)合反沖洗通常依次為:先單獨(dú)用氣反沖洗,再氣-水聯(lián)合反沖洗,最終用清水反沖洗。操作過(guò)程由PLC或計(jì)算機(jī)自動(dòng)限制。反沖洗周期約為2448 h,反沖洗水速為1525 m/h(Q進(jìn)水/Q沖洗=15%30

7、%),氣速為2070 m/h,沖洗排水SS為8001 200 mg/L。 2.2.4污泥產(chǎn)量的計(jì)算 曝氣生物濾池污泥產(chǎn)量可按(3)式計(jì)算: 式中Y污泥產(chǎn)量; SBOD5溶解BOD量; TBOD5總BOD5時(shí); X0進(jìn)水SS。 2.3N曝氣生物濾池的設(shè)計(jì)和計(jì)算 2.3.1N池體的設(shè)計(jì)和計(jì)算 和DC池相像,主要包括濾料體積及濾池各部分尺寸的確定,可按表面負(fù)荷和容積負(fù)荷法進(jìn)行設(shè)計(jì)。濾料表面負(fù)荷qNH3-N是指每平方米濾料每天所能接收并降解的NH3-N是,以g/(m2?d)表示,它和NH3-N濃度、水溫、供氧量和濾池的水力負(fù)荷有關(guān)。對(duì)于一般城市污水,濾料表面負(fù)荷qNH3-N為0.4 g/(m3?d)(

8、出水NH3-N2 mg/L,T=10)。當(dāng)溫度為20時(shí),相宜負(fù)荷為0.510 g/(m2?d)濾料總表面積計(jì)算公式為: 濾料容積負(fù)荷qNH3-N是指每立方米濾料每天所能接收并降解的NH3-N量,以kg/(m3?d)表示。對(duì)于沉沒(méi)式硝化濾池,其硝化容積負(fù)荷一般在0.11.5 kg/(m3?d)。考慮到硝化時(shí)多種影響因素,工程設(shè)計(jì)時(shí),一般選取0.40.8 kg/(m3?d)。已知硝化負(fù)荷后,濾池所需體積可按下式計(jì)算: 2.3.2供氣量的計(jì)算和供氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 微生物需氧量包括降解有機(jī)物和硝化的需氧量,可用下式估算: 2.3.3硝化濾池堿須要量的計(jì)算 一般,硝化1g NH3-N須要消耗7?14 g堿度

9、,故需堿量計(jì)算公式為: 堿度= (7?14QCNH3-N)/1 000 對(duì)于典型城市污水,進(jìn)水中的NH3-N濃度一般為2040 mg/L,TKN=5060 mg/L,堿度約300 mg/L(以CaCO3計(jì)),假定部分TKN用于細(xì)胞合成,則污水中氨氮為50 mg/L(估算),按80%去除率計(jì),硝化堿量約為:507?140?8=285?6 mg/L?？梢?jiàn),對(duì)城市污水處理廠,當(dāng)采納硝化脫氮工藝時(shí),不須要另外補(bǔ)充堿度。 三、曝氣生物濾池的發(fā)展和展望 法國(guó)OTV公司近年來(lái)開(kāi)發(fā)了一種名為Biostyr的新型曝氣生物濾池處理技術(shù).Biostyr曝氣生物濾池由其所采納的新型輕質(zhì)懸浮填料biostyrene(主

10、要成分是聚苯乙烯,且比重小于1g/cm3)而得名.目前,Biostyr工藝在歐美國(guó)家得到普遍應(yīng)用,而且很多工程集中在污水處理設(shè)施用地驚慌,出水水質(zhì)要求高的地方.Biostyr工藝可以在去除SS和COD的同時(shí),實(shí)現(xiàn)硝化、反硝化脫氮功能。 BIOPUR是瑞士VATATECHWABAG Winterthur(原蘇爾壽環(huán)境技術(shù)部)研發(fā)的一種新型曝氣生物濾池,其填料采納規(guī)整水紋板和顆粒載體,并可依據(jù)污水類型和進(jìn)、出水指標(biāo)結(jié)合不同的填料類型組合成不同的工藝.BIOPUR工藝可以處理城市污水和工業(yè)廢水,也可用于廢水的深度處理(硝化、脫氮、除磷)。 曝氣生物濾池是一種發(fā)展較快的新型生物處理技術(shù)，具有占地面積小

11、、出水水質(zhì)高、投資省、運(yùn)行敏捷便利、易于管理、抗沖擊負(fù)荷實(shí)力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，不僅可以用于污水的一級(jí)和二級(jí)處理，而目還可用于微污染水源水預(yù)處理等。曝氣生物濾池技術(shù)將污水生物處理和深層過(guò)濾集于一身,充分體現(xiàn)了現(xiàn)代水處理工藝的特點(diǎn)。 雖然曝氣生物濾池技術(shù)發(fā)展較快,但其反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的探討尚待深化,有關(guān)反應(yīng)機(jī)理的理論體系還有待完善.近年來(lái)曝氣生物濾池已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外的探討熱點(diǎn),各種不同形式的曝氣生物濾池不斷推出,很多已經(jīng)得到勝利應(yīng)用,并取得了很好的應(yīng)用效果。隨著現(xiàn)代生物檢測(cè)技術(shù)和納米測(cè)量技術(shù)的發(fā)展,有關(guān)曝氣生物濾池處理機(jī)理的探討將有望取得突破,特殊是在生物膜生長(zhǎng)和生物膜活性的探討將成為較新的前沿性課題.

12、而采納適合的預(yù)處理技術(shù)和曝氣生物濾池技術(shù)的整合,將為今后模塊化組合和曝氣生物濾池技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。而在新材料方面,通過(guò)改性處理的新型吸附型填料,可以大大強(qiáng)化曝氣生物濾池對(duì)某些難降解污染物的去除實(shí)力,從而在污水的高級(jí)處理和給水處理中發(fā)揮更大的作用。曝氣生物濾池是一種適合我國(guó)國(guó)情的水處理技術(shù),應(yīng)加大力氣進(jìn)行深化探討,推動(dòng)該技術(shù)的國(guó)產(chǎn)化并在水處理中推廣應(yīng)用。 結(jié)束語(yǔ) 曝氣生物濾池作為一種新型污水處理技術(shù),在國(guó)外已有實(shí)際應(yīng)用。運(yùn)行閱歷表明,采納該工藝可顯著節(jié)約基建投資并削減占地面積,出水水質(zhì)較好,運(yùn)行費(fèi)用低,管理便利,特殊是其模塊化結(jié)構(gòu)利于將來(lái)的擴(kuò)建。該工藝可獨(dú)立建立,也可和其他污水處理工藝組合應(yīng)用,是一種可替代傳統(tǒng)的污水處理工藝、適合我國(guó)國(guó)情的污水處理法。 參考文獻(xiàn) 1Clack. et al. Phosphorus Remoel by Chemical Precipitation in aBiological Aerated Filer.Wat Res.,1997,(31)10:2557-2563. 2