冷雄飛

摘要：城鎮(zhèn)污水深度處理——生物膜法污水處理工藝（曝氣生物濾池），著重介紹該工藝原理、特點(diǎn)、工藝流程和存在問題。

關(guān)鍵詞：城鎮(zhèn)污水深度處理 生物膜法 曝氣生物濾池 BAF

城鎮(zhèn)污水處理廠一般采用二級(jí)生化處理工藝，處理后廢水直接排放。若對(duì)該部分廢水進(jìn)行深度處理，可實(shí)現(xiàn)中水回用，節(jié)約水資源，保護(hù)環(huán)境。對(duì)城鎮(zhèn)污水進(jìn)行深度處理的目的，是進(jìn)一步去除二級(jí)處理后水中的COD，懸浮物(SS)、溶解性有機(jī)物(BOD5)、氮等污染物質(zhì)。經(jīng)過二級(jí)生化處理的出水含有大量的活性污泥碎片，是二級(jí)出水水質(zhì)指標(biāo)COD、BOD5和SS的主要成份。城鎮(zhèn)污水廠二級(jí)處理在溫度較低時(shí)出水中NH3-N含量較高，選擇三級(jí)處理工藝應(yīng)考慮COD、BOD5、SS的進(jìn)一步去除，同時(shí)，還應(yīng)重點(diǎn)考慮NH3-N的去除效果。流動(dòng)床生物氧化硝化法適用于高質(zhì)量的再生水處理，但載體易流失；活性炭吸附法適用于高質(zhì)量的再生水處理，但活性碳需定期更換、再生；而生物接觸氧化法比較適于城鎮(zhèn)二級(jí)處理出水水質(zhì)，同時(shí)適合大中規(guī)模的處理水量。

在接觸氧化法脫氮工藝中，曝氣生物濾池是比較可行的。曝氣生物濾池是通過曝氣系統(tǒng)供氧，同時(shí)曝氣生物濾池采用多孔生物載體，具有較大的比表面積，傳質(zhì)性能好，適合三級(jí)處理低濃度下硝化細(xì)菌的附著生長，對(duì)NH3-N、BOD5、COD有高效的去除作用。曝氣生物濾池（Biological Aerated Filter，簡稱BAF）是20世紀(jì)80年代末在歐美發(fā)展來的一種新型的污水處理技術(shù)，它是由滴濾池發(fā)展而來并借鑒了快濾池形式，在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)完成了生物氧化和固液分離的功能，不需設(shè)置二沉池。世界上首座曝氣生物濾池于1981年誕生于法國。隨著環(huán)境對(duì)出水水質(zhì)要求的提高，該技術(shù)在全世界城市污水處理中獲得了廣泛的推廣應(yīng)用，目前，在全球已有數(shù)百座大小各異的污水處理廠采用了BAF技術(shù)，并取得了良好的處理效果。

一、工藝原理

曝氣生物濾池是借鑒污水處理接觸氧化法和給水快濾池的設(shè)計(jì)思路，將生物降解與吸附過濾兩種處理過程合并在同一單元反應(yīng)器中，以濾池中填裝的粒狀填料（如陶粒、焦炭、石英砂、活性炭等）為載體，在濾池內(nèi)部進(jìn)行曝氣，使濾料表面生長著大量生物膜，當(dāng)污水流經(jīng)時(shí)，利用濾料表面上所附生物膜中高濃度的活性微生物的強(qiáng)氧化分解作用和濾料粒徑較小的特點(diǎn)，充分發(fā)揮微生物的生物代謝、生物絮凝、生物膜和填料的物理吸附和截留作用以及反應(yīng)器內(nèi)沿水流方向食物鏈的分級(jí)捕食作用，實(shí)現(xiàn)污染物的高效清除，同時(shí)利用反應(yīng)器內(nèi)好氧、缺氧區(qū)域的存在，實(shí)現(xiàn)脫氮除磷的功能。

曝氣生物濾池的功能及原理：

①進(jìn)行生化反應(yīng)，生物降解BOD，COD

有機(jī)污染物＋O2 CO2＋H2O＋能量

②進(jìn)行硝化反應(yīng)，去除水中氨氮

NH4＋1.5O2NO2＋H2O

NO2＋0.5O2NO3

③進(jìn)行反硝化反應(yīng)，去除水中硝態(tài)氮

2NO3-＋2H+ N2+H2O+5/2O2

④去除水中懸浮物

曝氣生物濾池的最大特點(diǎn)是使用了濾料，在其表面生長有生物膜。通過對(duì)濾料表面的電鏡照片觀察，在濾池中存在種群豐富，結(jié)構(gòu)完整，功能穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。污水自下向上流過濾料，池底則提供曝氣，使廢水中的有機(jī)物得到吸附、截留與生物分解，定期地利用處理后出水進(jìn)行反沖洗，排除增殖的活性污泥。由于曝氣生物濾池獨(dú)特的設(shè)計(jì)和全新運(yùn)行方式，在同一個(gè)池中既有好氧區(qū)、又有缺氧區(qū)，可以在COD得到降解的同時(shí)對(duì)污水中的NH3-N實(shí)現(xiàn)硝化和反硝化。

對(duì)于難生物降解的廢水，曝氣生物濾池的微生物黏附在顆粒填料表面，可接種和馴化特殊菌種，提高難降解廢水的處理效果。另外，由于大量的微生物生長在粒狀填料粗糙多孔的表面，微生物不會(huì)流失，即使長時(shí)間不運(yùn)轉(zhuǎn)也能保持其菌種。這樣，使其運(yùn)行管理非常簡單。曝氣生物濾池的粒狀填料對(duì)微生物有富集作用，即使在處理低濃度廢水時(shí)，填料表面微生物濃度也很高，所以曝氣生物濾池處理低濃度廢水時(shí)仍能具有較高的去除率，而且掛膜時(shí)間短，使系統(tǒng)能夠很快進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。

二、工藝特點(diǎn)

①BAF水力負(fù)荷高、容積負(fù)荷大、水力停留時(shí)間短、出水水質(zhì)好。

②BAF占地面積小，基建投資省。BAF反應(yīng)時(shí)間短，具有同步去除COD及SS的功能，可不設(shè)二沉淀池。

③菌群結(jié)構(gòu)合理。傳統(tǒng)的活性污泥法微生物的分布相對(duì)均勻，而在BAF中沿污水流程能形成不同的優(yōu)勢(shì)生物菌種，可使有機(jī)物降解、硝化/反硝化能在同一個(gè)池子中發(fā)生，簡化了工藝流程。在距進(jìn)水端較近的濾層中，污水中的有機(jī)物濃度較高，各種異養(yǎng)菌占優(yōu)勢(shì)，主要是去除BOD；在距出水端較近的濾層中，污水中的有機(jī)物濃度已較低，自養(yǎng)型的硝化菌占優(yōu)勢(shì)，可以進(jìn)行氨氮的硝化反應(yīng)。

④在設(shè)置回流或單獨(dú)設(shè)置反硝化段的情況下可以實(shí)現(xiàn)較好的脫氮效果。

⑤耐沖擊能力強(qiáng)。BAF濾池的濾層內(nèi)保持著高濃度的生物量，對(duì)水質(zhì)、水量及溫度變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性，不像活性污泥法那么敏感。

三、工藝流程

單個(gè)曝氣生物濾池可完成碳化、硝化、反硝化、除磷等功能，與其他工藝組合可進(jìn)行一般城市污水或工業(yè)廢水的三級(jí)處理。

曝氣生物濾池（BAF）工藝具體流程為：污水廠二級(jí)出水進(jìn)入集水井，經(jīng)泵提升后，進(jìn)入曝氣生物濾池進(jìn)行好氧處理，同時(shí)向曝氣生物濾池內(nèi)投加鋁鹽，出水經(jīng)消毒處理后可進(jìn)行中水回用。其工藝流程見圖1。

圖1 工藝流程圖

城鎮(zhèn)污水廠二級(jí)出水經(jīng)上述工藝進(jìn)行深度處理后，可達(dá)到中水回用水質(zhì)要求，可以進(jìn)行循環(huán)再利用，主要用于不與人體直接接觸的用水，如便器的沖洗，地面、汽車清洗，綠化澆灑，消防，工業(yè)普通用水等，達(dá)到節(jié)約資本，保護(hù)環(huán)境的目的。

四、存在問題

①對(duì)進(jìn)水的SS要求較高，SS一般不超過100mg/L，最好控制在60 mg/L以下，這就要求強(qiáng)化一級(jí)處理，往往需要投加絮凝劑，使得污泥量增加，運(yùn)行費(fèi)用提高。

②生物除磷效果不好，多采用化學(xué)法除磷。

雖然曝氣生物濾池技術(shù)發(fā)展較快，但其反應(yīng)機(jī)理與反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的研究尚待深入，有關(guān)反應(yīng)機(jī)理的理論體系還有待完善，但隨著現(xiàn)代生物檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，有關(guān)曝氣生物濾池處理機(jī)理的研究將有望取得突破。隨著現(xiàn)代材料科學(xué)的發(fā)展，利用各種新型材料作為曝氣生物濾池濾料，可使曝氣生物濾池降解污染物的能力將大大提高，因此，曝氣生物濾池在污水處理中將發(fā)揮更大的作用。

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注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。