污水處理知識(shí)：曝氣生物濾池技術(shù)應(yīng)用與設(shè)計(jì)計(jì)算
曝氣生物濾池應(yīng)用于城市污水處理工程中,由于其具有BOD容積負(fù)荷高、生化反應(yīng)氣水比小、水力停留時(shí)間短、出水水質(zhì)好的技術(shù)特點(diǎn),受到人們的重視。從工作原理、設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)參數(shù)、工程實(shí)例等方面對曝氣生物濾池技術(shù)進(jìn)行了較詳細(xì)介紹。
曝氣生物濾池(BAF)是一種新型高負(fù)荷淹沒式三相反應(yīng)器,它兼有活性污泥法和生物膜法兩者優(yōu)點(diǎn),并將生化反應(yīng)與吸附過濾兩種處理過程合并在同一構(gòu)筑物中完成。根據(jù)處理目標(biāo)的需要,曝氣生物濾池可以是一種單獨(dú)碳氧化(二級處理、下向流)處理反應(yīng)池,亦可以是碳氧化/硝化(三級處理、上向流)合并處理的反應(yīng)器。曝氣生物濾池應(yīng)用于城市污水處理工程中,可省去二次沉淀池,其工藝流程見圖1。
對于國內(nèi)一般的城市污水而言,進(jìn)水含氮量為20～40mg/L,根據(jù)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-96)城鎮(zhèn)二級污水處理廠一級排放標(biāo)準(zhǔn),BOD≤20mg/L,NH3-N≤15mg/L,硝化率要求僅為25%～63%。當(dāng)曝氣生物濾池有機(jī)負(fù)荷在210～313kgBOD/(m3・d)范圍內(nèi)時(shí),NH3-N的硝化率為50%～75%。因此,在曝氣生物濾池的設(shè)計(jì)中只需考慮單獨(dú)碳氧化處理要求。當(dāng)污水有除磷要求時(shí),可在該工藝處理流程的初級處理階段(初沉池前)投加混凝劑(如鐵鹽),可獲得80%～90%的除磷率。
1曝氣生物濾池工藝及設(shè)計(jì)
1.1曝氣生物濾池工藝流程
曝氣生物濾池池型結(jié)構(gòu)見圖2。其工藝過程是,經(jīng)初級處理后的污水進(jìn)入曝氣生物濾池V型進(jìn)水布水槽1,通過V型槽布水孔進(jìn)入生物反應(yīng)過濾區(qū),該區(qū)由生物反應(yīng)過濾層2和承托層3組成。生物反應(yīng)過濾層內(nèi)裝填圓形輕質(zhì)陶粒濾料,這種濾料表面粗糙,容易粘附、生長高濃度生物膜,該膜不受泥齡限制,種類豐富,不同濾層段都能自然形成與本段水質(zhì)相適應(yīng)的優(yōu)勢種類。
在靠近生物反應(yīng)過濾區(qū)進(jìn)水口的濾層段內(nèi),有機(jī)物濃度高,異養(yǎng)菌群占優(yōu)勢,大部分BOD在此得到降解,而在濾層深部,硝化菌等自養(yǎng)菌不受有機(jī)物濃度及異養(yǎng)菌產(chǎn)生的抑制,成為優(yōu)勢菌種,具有良好的硝化作用。生化反應(yīng)需要的氧氣,可通過曝氣布?xì)夤?進(jìn)入反應(yīng)過濾層,空氣在濾料空隙間曲折上升,與污水及濾料表面上附著的生物膜充分接觸,完成污水中有機(jī)物的降解和氨氮的硝化。
經(jīng)生物接觸氧化、過濾處理后的水,由處理水收集支管4收集后,通過收集干管5流出池外。隨著處理過程的進(jìn)行,生物反應(yīng)過濾層中攔截的懸浮物不斷增多,濾料表面上粘附的生物膜逐漸增厚,濾層中的空隙逐步被阻塞,水頭損失隨之增加,達(dá)到最大允許水頭損失,需進(jìn)行反沖洗。
反沖洗采用氣水聯(lián)合沖洗。反沖洗空氣由空氣進(jìn)氣管8進(jìn)入反沖洗空氣布?xì)夤?,均勻地進(jìn)入反應(yīng)過濾層,使粘附在濾粒顆粒表面上的大量生物膜被剝落下來,隨后、進(jìn)行氣水聯(lián)合反沖洗,反沖洗水由干管5進(jìn)入布水支管4,以大阻力配水的形式進(jìn)入過濾層,在氣水共同作用下,濾料層產(chǎn)生松動(dòng),并略有膨脹(膨脹率為10%～15%,膨脹率過大,使濾料處于流化狀態(tài),不利于其表面生物膜的去除),使老化的生物膜、懸浮雜質(zhì)隨水流帶出濾層,最后用水把過濾層沖洗干凈。反沖洗廢水由排水槽10收集后排出池外。
1.2曝氣生物濾池工藝設(shè)計(jì)
曝氣生物濾池主要由生物反應(yīng)過濾區(qū)、曝氣裝置、反沖洗裝置等3部分組成。其工作原理、計(jì)算方法、設(shè)計(jì)參數(shù)(有機(jī)負(fù)荷、過濾濾速、水力停留時(shí)間、濾料性能、生物氧化需氧量、氣水反沖強(qiáng)度等)、池容大小等因素的確定,是工藝設(shè)計(jì)中要解決的主要問題。
1.2.1生物反應(yīng)過濾區(qū)
生物反應(yīng)過濾區(qū)由兩部分組成,即生物過濾層和承托層。生物過濾層由顆粒狀濾料(輕質(zhì)陶粒、無煙煤、石英砂、輕質(zhì)塑料粒等)組成。從目前對各種濾料的試驗(yàn)、使用情況看,輕質(zhì)陶粒與其它濾粒相比,由于其表面粗糙,微孔發(fā)達(dá),比表面積大(100～400m2/m3),吸附能力強(qiáng)等特點(diǎn),適合于用作污水處理,因此,曝氣生物濾池多選用輕質(zhì)陶粒作為濾料。濾料粒徑宜采用直徑3～5mm,濾層高度一般為115～215m,濾速018～310m/h。在生物過濾層底部鋪有卵石承托層,其作用是防止過濾層的濾料進(jìn)入底部配水系統(tǒng)造成流失,并保證反沖洗配水均勻。卵石的粒徑自上而下逐漸增大,氣水反沖洗系統(tǒng)都設(shè)在承托層中,其厚度大小由氣水反沖洗所需干管管徑和布水布?xì)庵Ч艿脑O(shè)置情況計(jì)算確定。
1.2.2曝氣系統(tǒng)
為保證曝氣生物濾池正常運(yùn)行,需供給足夠的空氣量,以滿足生化反應(yīng)所需的氧量。污水中有機(jī)物、懸浮物的去除,氨氮的硝化都是在生物過濾層中進(jìn)行的,所需要的氧量主要包括有機(jī)物的降解和氨氮的硝化。因此,生化反應(yīng)需供給的空氣量可由(1)式計(jì)算:
曝氣生物濾池需要的空氣量由鼓風(fēng)機(jī)房供給,通過布設(shè)在池內(nèi)的穿孔曝氣管均勻地進(jìn)入反應(yīng)過濾層。穿孔曝氣管管徑大小依據(jù)需要空氣量計(jì)算確定。
1.2.3氣水反沖洗系統(tǒng)
在運(yùn)行周期內(nèi),隨著時(shí)間的延續(xù),濾層中的空隙逐漸被新生長的生物固體和懸浮固體堵塞,濾層水頭損失增加,當(dāng)達(dá)到一定程度(過濾水位升高013～015m)時(shí),需進(jìn)行反沖洗。為保證有效沖洗,必須有合理的配水、配氣系統(tǒng),并保證其均勻性。因此,反沖洗裝置采用大阻力配水系統(tǒng),均勻的配氣系統(tǒng),在承托層中均勻地布置多排穿孔配水管和配氣管。
S同式(2)。
反沖洗水使用曝氣生物濾池正常工作時(shí)出水,由水泵加壓供給,反沖洗水頭由下式計(jì)算:
曝氣生物濾池可分為若干個(gè)可以單獨(dú)操作運(yùn)行和輪流反沖洗的單元,分格的數(shù)量至少不應(yīng)低于兩格。處理的水量越大,分格的數(shù)量相應(yīng)增多,這樣,當(dāng)一格因反沖洗而停止工作時(shí),其它各格的負(fù)荷增加不多,仍能保持正常工作。反沖洗排水經(jīng)收集后,進(jìn)入沖洗排水池,由潛水泵均勻地輸送到預(yù)處理構(gòu)筑物處理。
2工程設(shè)計(jì)實(shí)例
某城市污水流量為Q=20000m3/d。
污水原水水質(zhì)為COD=400mg/L,BOD=200mg/L,SS=200mg/L,TKN=30mg/L,pH為7～9。要求出水水質(zhì)COD≤60mg/L,BOD≤20mg/L,SS≤20mg/L,NH3-N≤15mg/L。該污水經(jīng)預(yù)處理后,其水質(zhì)為BOD=150mg/L(SBOD=101mg/L,PBOD=49mg/L),SS=100mg/L,TKN=28mg/L。試確定生物曝氣濾池主要尺寸及參數(shù)。
2.1生物反應(yīng)過濾區(qū)過濾面積及濾層厚度的確定
2.1.1生物反應(yīng)過濾區(qū)過濾面積S
3結(jié)語
(1)曝氣生物濾池用于處理城市污水時(shí),與其它活性污泥法相比,有機(jī)物容積負(fù)荷高,水力停留時(shí)間短,其后不需設(shè)二次沉淀池,采用球形輕質(zhì)陶粒作濾料,其出水水質(zhì)指標(biāo)(COD,BOD,NH3-N,SS)可達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-96)一級排放標(biāo)準(zhǔn)。
(2)曝氣生物濾池處理城市污水的主要設(shè)計(jì)參數(shù)為:有機(jī)物容積負(fù)荷210～313kgBOD/(m3・d);過濾濾速018～115m/h;水力停留時(shí)間110～210h;生化反應(yīng)曝氣量氣水比為6～9;反沖洗方式中空氣單獨(dú)沖洗3～5min,氣水聯(lián)合反沖洗3～5min,水單獨(dú)沖洗1～3min;空氣反沖洗強(qiáng)度10～20L/(s・m2),水反沖洗強(qiáng)度510～1010L/(s・m2)。
