BCFS—生物除磷新工藝

1、BCFS生物除磷新工藝1BCFS工藝BCFS（Biologisch一ChemischeFosfaatStikstofVerwijdering）工藝是由荷蘭DELFT科技大學(xué)的Mark教授在Pasveersloot和UCT工藝及原理的基礎(chǔ)上開發(fā)的，它充分利用DPB（反硝化除磷菌）的缺氧反硝化除磷作用以實現(xiàn)磷的完全去除和氮的最佳去除，對于城市污水在處理過程中無需添加化學(xué)藥劑。最近，荷蘭BDG咨詢公司在此基礎(chǔ)上開發(fā)了BCFS的新型反應(yīng)器。該反應(yīng)器由5個同軸圓環(huán)組成，依次構(gòu)成功能相對專一的5個獨(dú)立反應(yīng)器。這些同軸圓環(huán)使水流具有活塞流與完全混合流的優(yōu)點(diǎn)，采用預(yù)制混凝土建造這種一體化構(gòu)筑物減少了工程投資，

2、同時使污水廠的布置簡潔，節(jié)約了工程投資及建設(shè)用地。1.1工藝流程BCFS工藝將每一種屬不同功能的細(xì)菌用空間分隔開來，并通過不同的循環(huán)系統(tǒng)來控制其生長環(huán)境。BCFS工藝流程如圖1所示。由圖1可見，BCFS工藝由5個功能相對專一的獨(dú)立反應(yīng)器（厭氧池、選擇池、缺氧池、缺氧/好氧池、好氧池）及3路循環(huán)系統(tǒng)構(gòu)成，各循環(huán)的作用如表1所示。嚇世慄f供警1L潔液何謚BCFS工藝適養(yǎng)表1BCFS中各循環(huán)的主要作用循環(huán)代碼主要作用控制點(diǎn)氧化還原電位控制范圍（mV）A提供污泥釋磷條件（即硝酸鹽氮v0.1mg/L）厭氧池-450-300B提供硝化混合液缺氧池-150_0C反硝化脫氮缺氧/好氧池-10050（或0）1.

3、2特點(diǎn)BCFS工藝的主要特點(diǎn)可歸納如下：對氮、磷的去除率高，可使出水中總氮v5mg/L，正磷酸鹽含量幾乎為零。SVI值低(80120mL/g)且穩(wěn)定(夏季為80mL/g，冬季為100mL/g,最大值為120mL/g)，從而可有效地減少曝氣池及二沉池的容積?？刂坪唵?，通過氧化還原電位與溶解氧可有效地實現(xiàn)過程穩(wěn)定，尤其利于對負(fù)荷的控制。與常規(guī)污水廠相比，其污泥產(chǎn)量減少了10%，從而進(jìn)一步減少了污泥的處理費(fèi)用。利用DPB實現(xiàn)生物除磷(測定結(jié)果表明，約50%的磷是由DPB去除的)，使碳源(COD)能被有效地利用，從而使該工藝在COD/(N+P)值相對低的情況下仍能保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，同時使除磷所需的化

4、學(xué)藥劑量大大減少。使用生物除磷器獲得富含磷的污泥，使磷的循環(huán)利用成為可能。與Pasveer氧化溝的污泥負(fù)荷相同。2功能分析與氧化溝工藝的比較Pasveer氧化溝設(shè)有二沉池，該系統(tǒng)的SVI值通常為100mL/g,污泥濃度為4kg/m3。按照每人當(dāng)量需0.25m3的氧化溝體積,Pasveer氧化溝的污泥脫氮負(fù)荷為0.01g/(kgMLSS)(這也是BCFS工藝的計算基礎(chǔ));若處理工藝中有初沉池，則污泥負(fù)荷取0.015kg/(kgMLSSd)在荷蘭設(shè)有二沉池的普通氧化溝，其SVI值冬季時約為150mL/g，最大污泥濃度為4kg/m3，而BCFS工藝的SVI值為120mL/g(VI值降低意味著污泥濃度

5、上升，即為5kg/mQ,從而使BCFS工藝的總?cè)莘e比普通氧化溝減少了20%普通氧化溝通過外加化學(xué)藥品除磷，這使得污泥中至少10%是化學(xué)藥品，可見與普通氧化溝相比，BCFS反應(yīng)器的總?cè)莘e僅為氧化溝容積的70%左右。此外，BCFS工藝中磷的去除與曝氣池分離，使生物污泥免受化學(xué)藥劑污染，有利于富磷污泥的利用。BCFS工藝要求的二沉池深度較小，為高濃度污泥預(yù)留了足夠空間。各組成單元功能分析厭氧池厭氧池的厭氧條件通過進(jìn)水及從缺氧池回流的缺氧混合液(其中NO3-Nv0.1mg/L,即控制進(jìn)入?yún)捬醭氐南跛猁}氮濃度足夠低)來維持，這樣污水中的揮發(fā)性脂肪酸(VFA)就只被用于生物除磷?；亓鞯幕旌弦何勰酀舛扰c好氧

6、部分相同，因此厭氧池的污泥濃度是最終濃度的1/2一3/4，即為2.54kg/m3。BCFS工藝的厭氧部分和傳統(tǒng)的選擇器具有相同的污泥負(fù)荷，區(qū)別在于前者是嚴(yán)格厭氧的，且污水中所有的揮發(fā)性脂肪酸都被用于生物除磷。BCFS工藝中除磷菌的數(shù)量比常規(guī)工藝多，能承受更大的負(fù)荷峰值，例如下雨時的負(fù)荷峰值是平常的2倍，而BOD負(fù)荷只有平常的1/2,BCFS工藝中的除磷細(xì)菌能夠?qū)⒎逯礏OD貯存，當(dāng)BOD不足時即時釋放。在實際工程中發(fā)現(xiàn)，不管是否下雨，采用BCFS工藝的出水中總磷含量幾乎是相同的，這是由于該工藝將除磷菌對峰值BOD的貯存、對后續(xù)處理工藝的有效控制以及設(shè)置STP（除磷器）三種方法相結(jié)合，實現(xiàn)了對磷的

7、超量去除：在厭氧池中磷的分離和初沉池中無機(jī)污泥的沉淀；從二沉池污泥中釋放出來的磷形成磷酸鹽化合物；通過投加FeC，在消化池中對磷酸的再次去除。這種結(jié)合使得在最小化學(xué)藥劑用量的情況下，出水中正磷酸鹽含量為零。污泥中磷酸鹽的去除發(fā)生在污泥流程中，這表明污泥流程中的生物污泥可免受化學(xué)藥劑的污染，從而使BCFS系統(tǒng)中微生物的活性不受化學(xué)污泥的影響。為了提高脫氮效果，BCFS工藝的設(shè)計泥齡很長（一般為50d），這給除磷帶來麻煩。BCFS用化學(xué)法來去除未被生物除去的磷酸鹽，這是由于在厭氧池出水端磷酸鹽含量最高，故在厭氧池后端設(shè)置了一個除磷器進(jìn)行化學(xué)除磷。與一般的在線除磷不同，該除磷器是用泵將污泥送至污泥濃

8、縮池后加入FeCl3進(jìn)行化學(xué)除磷，處理后的污泥不再回流到污水處理構(gòu)筑物，因此消除了加入化學(xué)除磷劑后對污泥活性的影響。因為厭氧池的厭氧條件在某些情況（如長時間的降雨等）下有可能受到破壞，影響釋磷菌的釋磷和PHB的合成而造成出水水質(zhì)惡化，這時可通過提高除磷器的流量以提高出水水質(zhì)。這一過程可通過設(shè)在出水的在線磷酸鹽監(jiān)測儀實現(xiàn)控制，十分簡單并且能穩(wěn)定運(yùn)行。除磷器設(shè)置在厭氧池的后端，為了得到比較穩(wěn)定的水力條件，該工藝將厭氧池分割并設(shè)置了兩塊擋板，在兩塊擋板間形成一個類似沉淀池的水力流場，有利于泥水分離。選擇池（器）選擇器對于阻止污泥膨脹是必要的。在選擇器中氧濃度為零，二沉池回流污泥中的微量硝酸鹽能很快地

9、被去除。在這種環(huán)境下，絲狀菌生長非常緩慢，回流污泥能夠吸附污水中幾乎所有剩余的COD（僅需lOmin,因而選擇器可相對小些），通過選擇器后水中COD的濃度與系統(tǒng)出水COD的濃度幾乎相等。反硝化除磷菌在選擇池中也同樣發(fā)揮作用，這一過程是缺氧池反應(yīng)過程的延續(xù)。缺氧池缺氧池有兩個功能：首先是反硝化以獲得不含硝酸鹽的污泥進(jìn)而提高厭氧池的釋磷效率,其次是利用好氧池中的硝酸鹽來除磷。缺氧反硝化除磷是在Holten污水處理廠的工業(yè)試驗中發(fā)現(xiàn)的，進(jìn)一步的理論研究表明，在STP生物污泥中含有1/2以上的除磷菌，而在這些除磷菌中有1/2以上是反硝化除磷菌，即利用反硝化菌來達(dá)到真正的生物除磷的目的，同時也減少了對碳

10、源的更高要求。缺氧/好氧池缺氧/好氧池的主要功能是脫氮，正常情況下該池可不充氧，缺氧條件可通過好氧池回流的混合液來維持。與通常的氧化溝相比，該池處于持續(xù)的缺氧狀態(tài)，這意味著硝化與反硝化一直同時發(fā)生，而且不受供氧量的制約。BCFS工藝將缺氧/好氧池、好氧池分開可使每個部分的去除速率達(dá)到最大，其主要優(yōu)點(diǎn)是：在不影響反硝化與除磷的情況下可使污泥的無機(jī)化速率達(dá)到最大；有利于控制SVI值；最大程度地利用反硝化除磷菌使污泥產(chǎn)量最??；適當(dāng)充氧可使負(fù)荷穩(wěn)定在最低值；通過氧化還原電位和溶解氧實現(xiàn)自動控制。好氧池同常規(guī)的處理工藝，其主要功能是去除COD、BOD及氨氮的硝化。3應(yīng)用前景BCFS工藝在荷蘭的應(yīng)用已有1

11、0例，目前正在規(guī)劃處理規(guī)模相當(dāng)于10 x104m3/d的Rotterdam污水處理廠。表2為3座采用BCFS工藝的城市污水廠的設(shè)計及運(yùn)行情況。表23座采用BCFS工藝污水廠的設(shè)計和運(yùn)行參數(shù)項目HoltonGenemuidenDalfsen設(shè)計參數(shù)BOD負(fù)荷gBOD/（人當(dāng)量d）544035厭氧池容積(m3)350850900選擇池容積(m3)90400缺氧池容積(m3)7002200缺氧/好氧池容積(m3)7903750好氧池容積(m3)158037504500總?cè)莘e(m3)350083508000回流量(m3/d)440052004200運(yùn)行參數(shù)污泥負(fù)荷gCOD/(kgSSd)1341257

12、2污泥產(chǎn)量gSS/（人當(dāng)量d）293230Me/P(mol/mol)0.820.3SVI(mL/g)9916941411814去除率（%）94.291.093.0COD97.897.798.9BOD92.791.990.4TN94.993.592.4TP注：Me/P指和磷協(xié)同作用的陽離子與磷的化學(xué)計量數(shù)。Holton污水處理廠原由兩組平行的曝氣間歇活性污泥池組成，經(jīng)過改造后增加了新的BCFS反應(yīng)池，并將原有曝氣池分為厭氧和兼氧兩部分，同時加大了厭氧反應(yīng)池體積（約占總體積的10%）。Mark教授等（1997）在對其原有運(yùn)行工藝調(diào)研的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，使污水處理廠的氮、磷去除更加穩(wěn)定，其污泥的SVI

13、值更低且穩(wěn)定，也不需要投加FeCl3（即無需外加化學(xué)藥品）在我國對環(huán)保要求越來越嚴(yán)、標(biāo)準(zhǔn)越來越高的情況下，特別是在控磷地區(qū)如太湖流域及滇池采用BCFS工藝將會有很大的應(yīng)用前景，主要是：該工藝處理效果好，出水水質(zhì)優(yōu)良（總氮v5mg/L,正磷酸鹽的含量接近零），從而可有效地減少引起富營養(yǎng)化的營養(yǎng)物（氮、磷）的排放；由于該工藝無需初沉池，在相同的處理效果下BCFS工藝的投資最小、運(yùn)行費(fèi)用較低；由于采用同軸圓形結(jié)構(gòu)池型，可有效地節(jié)省占地；可實現(xiàn)自動控制，并且簡單易行、投資較低，克服了以前引進(jìn)國外技術(shù)的同時還需花費(fèi)大量外匯購買其大量自控設(shè)備的弊端；工藝布置簡潔、美觀。此外，從荷蘭已工業(yè)化生產(chǎn)的污水廠看，BCFS工藝對于現(xiàn)有氧化溝工藝的改造有很好的適應(yīng)性。受某市污水處理廠的委托，筆者與荷蘭專家根據(jù)我國城市污水的特點(diǎn)及現(xiàn)行的排放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了設(shè)計計算，結(jié)果如表3所示?？梢?，采用BCFS工藝反應(yīng)器的體積比現(xiàn)有A2/O工藝的大，但比氧化溝工藝的小。表3某城市污水廠的設(shè)計參數(shù)項目數(shù)值設(shè)計規(guī)模(104m3/d)30設(shè)計水質(zhì)COD(mg/L)350/100