提要:生物曝气滤池是近年来国外发展起来的一项废水好氧生物处理的新工艺。该工艺具有处理能力强,处理效果好,不需二沉池等突出的优点。综述了生物曝气滤池的工艺原理、优点、有机物去除能力、填料、需氧量、污泥产量、反冲洗及工程实例。
关键词:生物曝气滤池火山岩填料需氧量反冲洗
1工艺概述
法国cge(compaguie generele des eanx)公司所属的otv(l'omnium de traitements et de val~orisation)公司近年来开发了一种名为生物曝气滤池的新型好氧生物处理设备。这种滤池采用固定床形式,充气方式几经改变,曾经报道过的有:进水预充氧的上向流滤池、底部充氧的上向流颗料滤料滤池、底部充氧的上向流塑料滤料滤池。最后改为将穿孔管曝气系统设在滤床中间,从而将滤床分为两部分:上部分为曝气的生化反应区,下部分为非曝气的过滤区,这样就省掉了二次沉淀池。
生物曝气滤池与传统的生物滤池不同,它采用人工曝气供氧,与生物接触氧化工艺具有更多的共同点,不过比传统的生物接触氧化池填料的尺寸更小而已。生物曝气滤池作为污水二级处理设施,其进水需经过一级处理。典型的生物曝气滤池处理污水的工艺流程如图1所示。
图2为生物曝气滤池示意图。进水水流向下,同时空气从距滤料底部30cm处通入。这样,空气流向上,两者形成逆流,增大了气水接触面积,有利于氧的转移。一方面有利于发挥下层滤料表面生物膜的氧化降解作用,另一方面又有利于提高整个生物滤池的储污能力,延长反冲周期。曝气点以下30cm厚的滤层起到过滤的作用,进一步截留水中悬浮物和脱落的生物膜,完成固液分离的过程。由于生物膜生长,固着在比表面积较大的滤料表面上,这就使得池中容纳着大量微生物,从而在体现出容积负荷高、停留时间短的特点的同时,又能保证滤池在较低的污泥负荷下运行,为进一步降解污水中的有机污染物提供了可靠的保证,进而获得了优良处理效果,保证了出水的稳定性。
处理水由底部出水系统收集到出水渠进入集水池。当滤池运行到一定时期,随着生物量和滤料中截留杂质的增加,滤料中水头损失增大,水位上升,需对滤料进行反冲洗,反冲洗废水通过排水管回流到一级处理设施。
当进水浓度过高时,需进行稀释,降低有机物浓度。
其优点是:
(1)填料的颗粒细小,因而提供了巨大的比表面积,使滤池单位体积内保持较高生物量,而且由于填料上的生物膜较薄,其活性相对较高,因此,该工艺的有机物容积负荷和去除率都较高。
(2)该工艺的处理装置结构紧凑,生化反应和过滤统一在一个单元中进行,不需要二次沉淀池。这一方面节省了占地面积,另一方面使处理能力不受生物膜沉降性能的影响,从而有利于发展高效、快速的处理工艺。
(3)气水相对运动,气泡接触面积增大,增加气水与生物膜的接触面积,从而提高处理效果。在处理水水质相同的状态下,填料的容积负荷几乎可提高1倍。同时,还可使进水处的生物膜不受过分冲刷而处于对数生长期。
(4)生物曝气滤池可和其它传统工艺组合使用,可对一些老厂进行技术改造,避免了浪费。
(5)生物曝气滤池具有多种净化功能,除了用于有机物去除外,还能够去除nh3-n等。
2有机物去除
根据otv公司的资料介绍,生物曝气滤池可以处理生活污水、含高浓度cod的有机工业废水,也可以用于废水深度处理(硝化、脱氮),或饮用水处理。
法国otv公司经过多年的研究和工厂实践,总结出了生物曝气滤池的运行参数。生物曝气滤池进水水质见表1。
水质指标
浓度/mg/l
bod5
50~150
cod
100~300
tss
50~150
tkn
15~30
nh3-n
10~25
法国otv公司研究表明,有机物容积负荷越高,出水有机物浓度也越高。所以,为了保证出水水质符合要求,有机物负荷的提高有一定限制。nh3-n的去除一定程度上取决于有机负荷。当有机负荷稍高于3.0kg/(m3.d)时,nh3-n去除受到抑制;当有机负荷高于4.0kg/(m3.d)时,nh3-n去除受到明显抑制。因此用生物曝气滤池去除nh3-n时,须降低有机负荷,nh3-n的去除主要决定于tkn的负荷,当tkn负荷从0.16kg/(m3.d)增加到0.59kg/(m3.d)时,nh3-n去除率明显降低。温度对nh3-n去除率也有影响,见表2。
温度/℃
nh3-n去除率/%
12
39
18
50
24
60
3填料
填料是生物膜的载体,同时兼有截留悬浮物质的作用,因此,载体填料是氧化池的关键,直接影响着生物接触氧化法的效能,同时,载体填料的费用在生物接触氧化处理系统的基建费用中又占较大比重,所以填料关系到接触氧化技术的合理性。
法国otv公司最初在生物曝气滤池中使用的填料为活性炭。此种填料孔隙率大,有利于吸附更多的生物量,且活性炭比重小,有利于气水反冲洗。但是,活性炭填料价格昂贵。后来,法国otv公司使用了一种新型填料——火山岩,这种填料为有棱角型,在放置和反冲洗过程中有一定程度的磨损。
火山岩特点:
(1)质轻,松散容重小,表面积大,孔隙率高,有足够的机械强度。
(2)不含有害于人体健康和妨碍工业生产的有害杂质,化学稳定性良好。
(3)火山岩水头损失小,形状系数好,吸附能力强,有适宜的水力粗度值。
(4)用火山岩组装的滤池,同石英砂滤池相比,具有滤速高,工作周期长,产水量大,产水水质好,反冲洗强度低,反冲洗水量小的优点。
填料级配对生物曝气滤池运行有重要影响。滤料级配不但影响出水bod5和tss的浓度,而且影响水头损失增长速度和反冲洗间隔时间。填料粒径越小,水头损失越大,反冲间隔越短。otv研究的填料级配与出水水质关系见表3。由表3可以看出,填料粒径越小,出水水质越好。但是由表4可知,填料粒径越小,固体容量也越小。所以,在污水中tss浓度高时,不能使用粒径为2mm~4mm的填料,因为这样反冲洗间隔时间过短。
表3 填料级配与出水水质
填料级配/mm
出水水质/mg/l
bod5
tss
2~4
10
10
3~6
20
20
4~8
30
30
表4 滤料级配与固体容量
滤料级配/mm
固体容量/kg/m3
2~4
1.0~1.5
3~6
2.2~2.7
4~8
3.0~3.5
4 污泥产量
污泥产量表示去除单位重量的tbod所产生的tss量。污泥产量与进水tss/tbod比值有密切的关系。进水tss/tbod比值越大,污泥产量也就越多。污泥产量可用式(1)计算:
y=(0.6×δsbod+0.8×x0)/δtbod (1)
式中y——污泥产量,kgtss/kgδtbod;
x0——进水悬浮物浓度,mg/l。
从式(1)可以看出,在生物曝气滤池中,进水中被去除的悬浮物有一些不能被降解。有一种观点认为:在生物曝气滤池系统中,悬浮物停留的时间较短,它们被过滤后只是暂时停留在填料层中,不象在活性污泥系统中与活性生物充分混合。而且一些被截留的悬浮物充满了填料的小孔以及填料与填料之间的缝隙,阻止了氧的传递和水的流动,也限制了悬浮物的降解。
5 反冲洗
在生物曝气滤池运行中,生物膜渐渐增厚。膜的厚度一般应控制在300μm~400μm,此时生物膜新陈代谢能力强,出水水质好。当膜的厚度超过这一范围时,(1)氧的传递速率减小,导致溶解氧过低,影响微生物的繁殖,生物膜活性变差,同时又抑制丝状菌的生长,结果使去除能力降低,出水水质变坏;(2)传质速度减缓,有机物浓度过低,造成营养不足,生物膜难以形成。此外,进水中的颗粒物质被截留在滤池表面及填料空隙中,同时,生长的过量微生物也聚集在生物曝气滤池表面和填料的空隙中。随着处理过程的持续运行,填料的空隙度减小。这对生物曝气滤池的运行有以下两方面的影响:
(1)加大了透过滤池的水头损失;
(2)加大了对水流的剪应力。
最后,总的水头损失可能达到或接近使设计流量通过生物曝气滤池所必须的水头或是出现颗粒穿透。在这两种可能情况任一种出现之前,生物曝气滤池即应停止运行进行清洗。
反冲洗是维持生物曝气滤池功能的关键,其基本要求是:在较短的反冲洗时间内,使填料得到清洗,恢复其除污能力。反冲洗的质量对出水水质、工作周期、运行状况的影响很大。
美国h.d.stensel等人在生产性试验中采用气水联合反冲洗方式。其反冲洗顺序为:先单独气反冲洗,再气水联合反冲洗,停止清洗30s,最后用水反冲洗。在进水管、出水管、曝气管、反冲洗水管和气管上安装自动阀门,通过微机进行自动控制。
生物曝气滤池通常运行一天冲洗一次,从而保证了过滤顺利进行。反冲洗水量为进水水量的7%~10%,冲洗后的水平均tss浓度为1 500mg/l。
对于生物曝气滤池,控制好气水反冲洗强度显得尤为重要,过低达不到反冲洗的目的,过高会使生物膜严重脱落,造成填料层内生物量减少,以致影响处理效果,并易造成填料的破损、流失及增加不必要的反冲洗耗水量、耗电量。反冲洗滤层的膨胀率较小,约为10%左右。
法国otv公司调查的污水厂生物曝气滤池反冲洗的空气和水强度见表5:
表5 气水反冲洗强度
反冲洗气
速率/m3空气/m3滤料/min
气量/m3空气/m3滤料
0.43~0.52
5.14~6.25
反冲洗水
速率/m3水/m3滤料/min
水量/m3水/m3滤料
0.33~0.35
2.50
6 氧的利用与需氧量
生物曝气滤池中的氧的利用率是活性污泥法的2倍。有人认为,这是由于填料具有均匀细小,弯弯曲曲而又互不连通的孔洞,可以容纳向上移动的气泡。气泡的滞留时间比较长。
活性污泥法的耗氧量为0.8kgo2/kgtbod~1.0kgo2/kgtbod。生物曝气滤池中的耗氧量低于活性污泥法,这是因为活性污泥法中的污泥产量比较高。
生物曝气滤池中的需氧量可用式(2)计算:
or=0.82×δsbod/tbod+0.32×x0/tbod(2)
式中 or——单位重量的tbod所需的氧量,kgo2/kgtbod;
x0——进水悬浮物的浓度,mg/l;
δsbod——去除的可溶性bod浓度,mg/l。
在试验中,δsbod/tbod=0.2
x0/tbod=1.3
可得出or=0.58
据试验结果统计,or取值范围0.42~0.8,平均为0.51kgo2/kgtbod。
7 工程实例
生物曝气滤池在欧洲已广泛用于污水处理。在美国生物曝气滤池被称为是二级处理设施的更新换代产品。美国目前有5个生产性生物曝气滤池,规模为750m3/d~7 570m3/d。在法国已经运行的和正在建设的已有15个生物曝气滤池,服务人口数范围为20 000~200 000。
otv公司建的座生物曝气滤池在法国soissons。它呈环状,中心是清水井,储存处理过的水并用于反冲洗。它的服务人口数为40 000,用于处理城市污水和工业废水。表6为其运行数据(均为平均数)。
表6 运行数据
水力负荷
0.69m3/(m2 . d)
出水cod浓度
61mg/l
进水量
3 460m3/d
废水温度
13.7℃
bod5负荷
1.74kg/(m3 . d)
反冲洗水量(进水量
的百分数)
33.2%
cod负荷
3.22kg/(m3 . d)
nh3-n负荷
0.32kg/(m3 . d)
进水tss浓度
111mg/l
进水bod5浓度
161mg/l
出水tss浓度
10mg/l
出水bod5浓度
10mg/l
进水nh3-n浓度
30mg/l
进水cod浓度
299mg/l
出水nh3-n浓度
8mg/l
8 结论
综上所述,生物曝气滤池具有处理能力强,处理效果好,不需要二次沉淀池等较突出的优点。生物曝气滤池与生物滤池相比,占地面积小,不易堵塞;与生物接触氧化法相比,生物膜薄,活性相对较高,且无需设置二沉池;与生物流化床相比,动力消耗低,不需要生物膜与载体颗粒的分离和载体颗粒的循环系统,运转操作比较简单。因此,生物曝气滤池工艺技术值得在我国废水处理实践中引进推广。
笔者以火山岩为填料进行了生物曝气滤池处理生活污水的试验研究,当进水cod=137mg/l~229mg/l,bod=98mg/l~150mg/l,ss=77mg/l~138mg/l时,当有机负荷为3.50kgbod5/(m3 . d),气水比为6,反冲洗周期为24h时,处理出水可以达到我国《污水综合排放标准》(gb8978-1996)cod<60mg/l,bod5<20mg/l,ss<20mg/l的要求。
日处理5吨商用餐厨垃圾破粹设备报价
起垄机与旋耕机有何不同?
可燃气体检漏仪校准计量特性的选择
养老院健康管理智能体检一体机
全自动加药装置技术参数
一种好氧生物处理有机废水的新工艺设备
高海拔预真空采血管抽吸体积实验方法
偏光显微镜的相关要求
为什么要用高压水射流清洗解决管道疏通问题?
称半挂车数字式SCS型电子汽车衡
纯氧微纳米曝气机技术在污水处理中的应用原因探讨
杭州磁粉探伤检测厂家带你了解磁粉探伤仪的分类有哪些?
首次制成全丝网印刷钙钛矿光伏器件 推动钙钛矿电池的产业化
纸包装厂除湿机 纸张不受潮纸箱不发软
伺服驱动器的西门子控制器长期使用后出现问题怎么维修
构建智慧城市,智慧路灯*
蜗轮固定式燃气球阀Q347F-16C液化气天然气固定式球阀的性能特点
贵溪市一体化泵站优点
半干咸鱼水活度分析仪怎么使用教程
管道潜望镜让我们可以浪漫的雨中漫步