提要 曝气生物滤池应用于城市污水处理工程中,由于其具有BOD容积负荷高、生化反应气水比小、水力停留时间短、出水水质好的技术特点,受到人们的重视。从工作原理、设计方法、设计参数、工程实例等方面对曝气生物滤池技术进行了较详细介绍。

曝气生物滤池(BAF)是一种新型高负荷淹没式三相反应器,它兼有活性污泥法和生物膜法两者优点,并将生化反应与吸附过滤两种处理过程合并在同一构筑物中完成。根据处理目标的需要,曝气生物滤池可以是一种单独碳氧化(二级处理、下向流)处理反应池,亦可以是碳氧化/硝化(三级处理、上向流)合并处理的反应器。曝气生物滤池应用于城市污水处理工程中,可省去二次沉淀池,其工艺流程见图1。

对于国内一般的城市污水而言,进水含氮量为20～40mg/L,根据《污水综合排放标准》(GB8978-96)城镇二级污水处理厂一级排放标准,BOD≤20mg/L,NH3-N≤15mg/L,硝化率要求仅为25%～63%。当曝气生物滤池有机负荷在210～313kgBOD/(m3?d)范围内时,NH3-N的硝化率为50%～75%。因此,在曝气生物滤池的设计中只需考虑单独碳氧化处理要求。当污水有除磷要求时,可在该工艺处理流程的初级处理阶段(初沉池前)投加混凝剂(如铁盐),可获得80%～90%的除磷率。

1 曝气生物滤池工艺及设计

1.1 曝气生物滤池工艺流程

曝气生物滤池池型结构见图2。其工艺过程是,经初级处理后的污水进入曝气生物滤池V型进水布水槽1,通过V型槽布水孔进入生物反应过滤区,该区由生物反应过滤层2和承托层3组成。生物反应过滤层内装填圆形轻质陶粒滤料,这种滤料表面粗糙,容易粘附、生长高浓度生物膜,该膜不受泥龄限制,种类丰富,不同滤层段都能自然形成与本段水质相适应的优势种类。在靠近生物反应过滤区进水口的滤层段内,有机物浓度高,异养菌群占优势,大部分BOD在此得到降解,而在滤层深部,硝化菌等自养菌不受有机物浓度及异养菌产生的抑制,成为优势菌种,具有良好的硝化作用。生化反应需要的氧气,可通过曝气布气管7进入反应过滤层,空气在滤料空隙间曲折上升,与污水及滤料表面上附着的生物膜充分接触,完成污水中有机物的降解和氨氮的硝化。经生物接触氧化、过滤处理后的水,由处理水收集支管4收集后,通过收集干管5流出池外。随着处理过程的进行,生物反应过滤层中拦截的悬浮物不断增多,滤料表面上粘附的生物膜逐渐增厚,滤层中的空隙逐步被阻塞,水头损失随之增加,达到最大允许水头损失,需进行反冲洗。反冲洗采用气水联合冲洗。反冲洗空气由空气进气管8进入反冲洗空气布气管9,均匀地进入反应过滤层,使粘附在滤粒颗粒表面上的大量生物膜被剥落下来,随后、进行气水联合反冲洗,反冲洗水由干管5进入布水支管4,以大阻力配水的形式进入过滤层,在气水共同作用下,滤料层产生松动,并略有膨胀(膨胀率为10%～15%,膨胀率过大,使滤料处于流化状态,不利于其表面生物膜的去除),使老化的生物膜、悬浮杂质随水流带出滤层,最后用水把过滤层冲洗干净。反冲洗废水由排水槽10收集后排出池外。

1.2 曝气生物滤池工艺设计

曝气生物滤池主要由生物反应过滤区、曝气装置、反冲洗装置等3部分组成。其工作原理、计算方法、设计参数(有机负荷、过滤滤速、水力停留时间、滤料性能、生物氧化需氧量、气水反冲强度等)、池容大小等因素的确定,是工艺设计中要解决的主要问题。

1.2.1 生物反应过滤区

生物反应过滤区由两部分组成,即生物过滤层和承托层。生物过滤层由颗粒状滤料(轻质陶粒、无烟煤、石英砂、轻质塑料粒等)组成。从目前对各种滤料的试验、使用情况看,轻质陶粒与其它滤粒相比,由于其表面粗糙,微孔发达,比表面积大(100～400m2/m3),吸附能力强等特点,适合于用作污水处理,因此,曝气生物滤池多选用轻质陶粒作为滤料。滤料粒径宜采用直径3～5mm,滤层高度一般为115～215m,滤速018～310m/h。在生物过滤层底部铺有卵石承托层,其作用是防止过滤层的滤料进入底部配水系统造成流失,并保证反冲洗配水均匀。卵石的粒径自上而下逐渐增大,气水反冲洗系统都设在承托层中,其厚度大小由气水反冲洗所需干管管径和布水布气支管的设置情况计算确定。

1.2.2曝气系统

为保证曝气生物滤池正常运行,需供给足够的空气量,以满足生化反应所需的氧量。污水中有机物、悬浮物的去除,氨氮的硝化都是在生物过滤层中进行的,所需要的氧量主要包括有机物的降解和氨氮的硝化。因此,生化反应需供给的空气量可由(1)式计算:

曝气生物滤池需要的空气量由鼓风机房供给,通过布设在池内的穿孔曝气管均匀地进入反应过滤层。穿孔曝气管管径大小依据需要空气量计算确定。

1.2.3气水反冲洗系统

在运行周期内,随着时间的延续,滤层中的空隙逐渐被新生长的生物固体和悬浮固体堵塞,滤层水头损失增加,当达到一定程度(过滤水位升高013～015m)时,需进行反冲洗。为保证有效冲洗,必须有合理的配水、配气系统,并保证其均匀性。因此,反冲洗装置采用大阻力配水系统,均匀的配气系统,在承托层中均匀地布置多排穿孔配水管和配气管。

S同式(2)。

反冲洗水使用曝气生物滤池正常工作时出水,由水泵加压供给,反冲洗水头由下式计算:

曝气生物滤池可分为若干个可以单独操作运行和轮流反冲洗的单元,分格的数量至少不应低于两格。处理的水量越大,分格的数量相应增多,这样,当一格因反冲洗而停止工作时,其它各格的负荷增加不多,仍能保持正常工作。反冲洗排水经收集后,进入冲洗排水池,由潜水泵均匀地输送到预处理构筑物处理。

2 工程设计实例

某城市污水流量为Q=20000m3/d。

污水原水水质为COD=400mg/L,BOD=200mg/L,SS=200mg/L,TKN=30mg/L,pH为7～9。要求出水水质COD≤60mg/L,BOD≤20mg/L,SS≤20mg/L,NH3-N≤15mg/L。该污水经预处理后,其水质为BOD=150mg/L(SBOD=101mg/L,PBOD=49mg/L),SS=100mg/L,TKN=28mg/L。试确定生物曝气滤池主要尺寸及参数。

2.1生物反应过滤区过滤面积及滤层厚度的确定

2.1.1生物反应过滤区过滤面积S

3 结语

(1)曝气生物滤池用于处理城市污水时,与其它活性污泥法相比,有机物容积负荷高,水力停留时间短,其后不需设二次沉淀池,采用球形轻质陶粒作滤料,其出水水质指标(COD,BOD,NH3-N,SS)可达到《污水综合排放标准》(GB8978-96)一级排放标准。

(2)曝气生物滤池处理城市污水的主要设计参数为:有机物容积负荷210～313kgBOD/(m3?d);过滤滤速018～115m/h;水力停留时间110～210h;生化反应曝气量气水比为6～9;反冲洗方式中空气单独冲洗3～5min,气水联合反冲洗3～5min,水单独冲洗1～3min;空气反冲洗强度10～20L/(s?m2),水反冲洗强度510～1010L/(s?m2)。

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知识点：曝气生物滤池技术应用与设计计算