吳曉波，申 崢

（中國市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津 300074）

近年來全國水環(huán)境污染形勢嚴(yán)峻，已經(jīng)成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。當(dāng)前，國家加大了水污染防治力度，相繼出臺了“水十條”等政策文件，黨的十九屆四中全會《中共中央關(guān)于堅(jiān)持和完善中國特色社會主義制度、推進(jìn)國家治理體系和治理能力現(xiàn)代化若干重大問題的決定》明確“踐行綠水青山就是金山銀山的理念，堅(jiān)持節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的基本國策?！彪S著國家對污水排放的管控日趨嚴(yán)厲，我國城鎮(zhèn)污水廠的排放標(biāo)準(zhǔn)也日趨嚴(yán)格，許多污水處理廠的提標(biāo)升級改造勢在必行。污水廠升級改造工藝包括MBBR工藝、MBR工藝、臭氧高級氧化工藝及曝氣生物濾池工藝等。

曝氣生物濾池是一種較為新穎的技術(shù)，生物量較大、生物狀態(tài)相對穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)生物氧化、生物硝化、生物截留懸浮固體等多種功能。文章根據(jù)某城市污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行情況，融入曝氣生物濾池工藝技術(shù)，最終分析曝氣生物濾池在污水處理廠升級改造中的應(yīng)用效果，同時提出工藝應(yīng)用的注意事項(xiàng)，為污水廠升級改造設(shè)計(jì)提供參考。

1 曝氣生物濾池工藝原理及其特點(diǎn)

1.1 曝氣生物濾池工藝原理

曝氣生物濾池簡稱BAF，是20世紀(jì)80年代末90年代初在普通生物濾池的基礎(chǔ)上，借鑒給水濾池工藝而開發(fā)的污水處理新工藝[1]。隨著研究的深入，BAF從單一工藝逐漸發(fā)展為系列綜合工藝，其內(nèi)涵也擴(kuò)展到生物活性濾池，這就包括了缺氧條件下的反硝化濾池，即在好氧或缺氧條件下完成污水的生物處理（碳氧化、硝化、反硝化）和懸浮物的去除。目前污水廠升級改造工程中常用到的曝氣生物濾池類型有碳氧化曝氣生物濾池（C池）、碳氧化/部分硝化曝氣生物濾池（C/N池）、硝化曝氣生物濾池（N池）、前置/后置反硝化生物濾池（pre/post-DN池）。

工藝原理：在濾池中裝填一定量粒徑較小的粒狀濾料，濾料表面生長著生物膜，在碳氧化和硝化生物濾池內(nèi)部設(shè)置工藝曝氣系統(tǒng)，污水流經(jīng)時，利用濾料上形成的高濃度微生物對污水進(jìn)行快速凈化；同時，利用濾料粒徑較小的特點(diǎn)及生物膜的生物絮凝作用截留污水中的大量懸浮物，運(yùn)行一定時間后，因水頭損失增加，需對濾池進(jìn)行反沖洗，反沖洗系統(tǒng)宜采用氣/水聯(lián)合反沖洗。具體如圖1所示。

圖1 曝氣生物濾池工藝原理

1.2 曝氣生物濾池工藝特點(diǎn)

（1）處理構(gòu)筑物占地面積較小，對于較大規(guī)模的污水處理廠而言可以節(jié)省約1/3～1/2的占地面積，適合現(xiàn)狀污水廠升級改造工程；

（2）污染物的容積負(fù)荷較高，抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)，處理效果也比較穩(wěn)定，工藝流程較為簡單，成本較低；

（3）可根據(jù)污水特性單獨(dú)使用或者多級組合使用；

（4）濾料層內(nèi)氧的轉(zhuǎn)移效率較高；

（5）產(chǎn)生的臭氣較少，衛(wèi)生條件較好；

（6）自動化程度較高，可無人值守。

2 曝氣生物濾池工藝在污水處理廠升級改造中的應(yīng)用

2.1 原有工藝及其運(yùn)行數(shù)據(jù)

某污水處理廠原設(shè)計(jì)規(guī)模為14萬m3/d，進(jìn)廠污水包括化工廢水、制藥廢水，工業(yè)廢水占比20%～30%，設(shè)計(jì)出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中二級標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)狀工藝流程為進(jìn)水→粗格柵→進(jìn)水泵房→細(xì)格柵→曝氣沉砂池→A級曝氣池→中間沉淀池→B級曝氣池→二沉池→紫外消毒→出水，具體如圖2所示。原工藝處理下的污水處理效果如表1所示。

圖2 某污水廠現(xiàn)狀工藝流程圖

表1 某污水處理廠原工藝處理效果 單位：mg/L

2.2 污水處理廠升級改造方案

通過對現(xiàn)狀污水廠出水水質(zhì)進(jìn)行分析可知，該工程現(xiàn)狀出水NH3-N、TN、TP、SS指標(biāo)波動較大，升級改造后應(yīng)該要滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。由于該工程現(xiàn)狀構(gòu)筑物改造困難且現(xiàn)狀廠不能停水，因此升級改造方案為在現(xiàn)狀工藝后增設(shè)深度處理工藝保證出水達(dá)標(biāo)。深度處理工藝考慮針對性的脫氮除磷工藝，由于廠區(qū)占地面積有限，需要選擇節(jié)省占地的工藝，經(jīng)綜合分析比較，該工程采用了C/N曝氣生物濾池、DN反硝化生物濾池、高效沉淀池及轉(zhuǎn)盤過濾工藝。

二級處理出水進(jìn)入C/N池，C/N池實(shí)現(xiàn)有機(jī)物去除的同時發(fā)生硝化反應(yīng)，然后進(jìn)入DN池反硝化，由于該工程出水TN較高，而深度處理進(jìn)水中BOD含量較低，因此需要在DN池外加碳源，DN池出水進(jìn)入高效沉淀池，在沉淀池中加入除磷藥劑PAC，實(shí)現(xiàn)除磷及大部分固體雜質(zhì)的去除，最終設(shè)置轉(zhuǎn)盤過濾保證出水SS達(dá)標(biāo)，紫外消毒保證出水衛(wèi)生要求。改造后工藝流程如圖3所示，其中無填充加粗框內(nèi)構(gòu)筑物為此次新建。

圖3 某污水處理廠改造后工藝處理流程圖

2.3 曝氣生物濾池在該工程污水處理廠中的設(shè)計(jì)參數(shù)

C/N曝氣生物濾池：總過濾面積約為1056m2，設(shè)置12格，單格有效過濾面積為88m2，平均過濾速度約為5.5m/h，平均強(qiáng)制濾速約為6m/h；濾料采用陶粒濾料，粒徑3～5mm，濾料層高4m；BOD5容積負(fù)荷約為0.66kg/m3，NH3-N容積負(fù)荷約為0.66kg/m3；工藝曝氣系統(tǒng)的氣水比為2.5，反沖洗采用氣水聯(lián)合沖洗，反沖洗周期為12～24h。

DN反硝化生物濾池：總過濾面積約為880m2，設(shè)置10格，單格有效過濾面積為88m2，平均過濾速度約為6.6m/h，平均強(qiáng)制濾速約為7.3m/h；濾料采用陶粒濾料，粒徑4～6mm，濾料層高3m；反硝化負(fù)荷約為1.75kgNO3-N/m3；反沖洗采用氣水聯(lián)合沖洗，反沖洗周期為12～24h。反硝化濾池進(jìn)水為向上流式，與N2溢出方向相同，N2隨進(jìn)水溢出，不需要單獨(dú)驅(qū)氮。在DN池進(jìn)水渠內(nèi)設(shè)有NO3-N在線檢測儀，同時根據(jù)最終出水TN在線檢測儀和COD在線檢測儀通過儀表反饋值，利用專用軟件計(jì)算碳源需要量，以節(jié)省碳源投加量以及防止出水CODcr超標(biāo)。

2.4 升級改造效果

該污水廠升級改造后水質(zhì)指標(biāo)如表2所示，可以看出，現(xiàn)狀廠升級改造后能夠穩(wěn)定達(dá)到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。

表2 某污水處理廠升級改造后的處理效果 單位：mg/L

3 曝氣生物濾池在污水處理廠升級改造中應(yīng)用的注意事項(xiàng)

（1）曝氣生物濾池對進(jìn)水SS要求較高，如果進(jìn)水SS的濃度較大，會增加濾池反沖洗頻率，建議進(jìn)水SS小于100mg/L[2]。

（2）需要控制硝化濾池與碳氧化濾池之間的溶解氧參數(shù)為2～4mg/L。

（3）需要考慮濾速與碳氧化之間的關(guān)系，關(guān)注其增加的反硝化效率情況。

（4）若濾池主要功能為碳氧化、硝化，則需要控制容積負(fù)荷參數(shù)為 BOD5≤2kgBOD5/(m3·d)，以此輔助氨氮去除，強(qiáng)化去除效果。

（5）若碳源不足，則可以將反硝化池放置在硝化池的前面，以此實(shí)現(xiàn)回流，實(shí)現(xiàn)前置反硝化。

（6）對于C/N池需要合理設(shè)計(jì)曝氣系統(tǒng)，建議采用穿孔管或者專用的單孔膜空氣擴(kuò)散器。

（7）曝氣生物濾池對TP去除效果非常有限，如果要使出水TP達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）中一級A排放標(biāo)準(zhǔn)，必須增加化學(xué)除磷。

4 結(jié)束語

綜上所述，曝氣生物濾池在污水處理廠的升級改造中具有良好的應(yīng)用優(yōu)勢，且目前已經(jīng)逐漸投用到我國各地區(qū)的污水處理系統(tǒng)中，極大提升了城市污水處理能力。在實(shí)際工程中，需要結(jié)合污水處理廠的原本處理能力，根據(jù)現(xiàn)狀工藝，優(yōu)化設(shè)定提升目標(biāo)與方案，充分發(fā)揮曝氣生物濾池的積極作用，以此提升污水處理廠的深度處理能力，強(qiáng)化污水處理效率，實(shí)現(xiàn)污水處理廠的升級改造目標(biāo)。