【污水處理廠工藝】曝氣生物濾池工藝原理及印染廢水深度處理中應(yīng)用
摘要：本文介紹了曝氣生物濾池的工藝原理和應(yīng)用現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合印染廢水深度處理的特點(diǎn)，給出了應(yīng)用曝氣生物濾池處理印染廢水的組合工藝。
關(guān)鍵詞：曝氣生物濾池；印染廢水；深度處理；組合工藝
曝氣生物濾池（Biological Aerated Filter 簡(jiǎn)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，最初用于污水的三級(jí)處理，后發(fā)展成直接用于二級(jí)處理。自80 年代在歐洲建成第一座曝氣生物濾池污水處理廠后，曝氣生物濾池已在歐美和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家廣為流行，目前世界上已有數(shù)百多座大大小小的污水處理廠采用了這種技術(shù)。隨著研究的深入，曝氣生物濾池從單一工藝逐漸發(fā)展成綜合工藝，具有去除SS、COD、BOD、硝化、脫氮除磷、除去AOX 的作用。
1 關(guān)于曝氣生物濾池
1.1 曝氣生物濾池工藝原理
盡管曝氣生物濾池池體類型以及運(yùn)行方式有多種多樣，各有特點(diǎn)，但其基本原理是都是以過(guò)濾為主體的生化處理工藝，通常由配水系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)、粒狀的填料床、出水、反洗水收集系統(tǒng)以及自控系統(tǒng)等組成。曝氣生物濾池實(shí)質(zhì)是一種生物膜法，即在曝氣池中填充生物填料，利用填料表面附著的生物膜降解水中污染物的處理單元。由于所選填料自身的特點(diǎn)，填料表面容易附著生物膜。生物膜中生長(zhǎng)著眾多種屬和數(shù)量的微生物，有好氧菌、兼氧菌、厭氧菌，所以曝氣生物濾池對(duì)水中的各種有機(jī)物都有一個(gè)很好的去除作用，同時(shí)對(duì)氨氮也有很高的去除效率。
1.2 曝氣生物濾池研究應(yīng)用現(xiàn)狀
曝氣生物濾池可分為上向流和下向流兩種，早期曝氣生物濾池多采用下向流，如BIOCARBON[1]?，F(xiàn)在多采用上向流方式（即采用氣水同向流），使布水、布?xì)飧泳鶆?，同時(shí)在水氣上升過(guò)程中可把底部截留的SS 帶入濾池中上部，增加了濾池的納污能力，延長(zhǎng)了工作周期。目前，上向流曝氣生物濾池有BIOFOPR、BIOSTYR、COLOX、Deepbed、BIOPUR等多種形式[2]，其中BIOFOPR 和BIOSTYR 應(yīng)用較為廣泛。作為在20 世紀(jì)80 年代末在歐美發(fā)展起來(lái)的一種新型污水處理技術(shù)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在BAF工藝處理方面做了大量的工作，對(duì)其濾料選擇、硝化反硝化脫氨氮、除磷、動(dòng)力學(xué)機(jī)理以及反沖洗等各個(gè)方面都作了深入的研究。
濾料的合理選擇往往關(guān)系到BAF 的處理效果。W.S.Chang 等用天然沸石作濾料對(duì)紡織廢水進(jìn)行處理，效果明顯好于砂礫，原因歸結(jié)于天然沸石具有更強(qiáng)的陽(yáng)離子交換能力和更大的比表面積[3]。田文華等以沸石濾料為例，研究了濾料粒徑對(duì)曝氣生物濾池硝化性能的影響。研究表明，濾料粒徑為2~3mm 的比4~5mm 的對(duì)氨氮的去除率高。在溫度為20℃時(shí)，前者的硝化速率常數(shù)比后者高63.1%，同一條件下的硝化強(qiáng)度也高39.7%[4]。
在曝氣生物濾池降解氨氮方面，R.Pujol 等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在溫度為22℃、氨氮負(fù)荷2.5 kg/(m3·d)條件下，BAF 對(duì)氨氮的去除率可達(dá)90％以上[5]。在此后的實(shí)驗(yàn)中，R.Pujol 等比較了前置反硝化和后置反硝化的優(yōu)劣，指出反硝化過(guò)程最佳濾速為10~15m/h[6]。F.Fdz-Polanco 等（2000）研究了硝化曝氣生物濾池中異氧菌和硝化菌的空間分布情況，發(fā)現(xiàn)硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌在反應(yīng)器中的空間分布與CODcr 濃度有關(guān)，呈現(xiàn)明顯的分區(qū)分布[7]。馬軍等（2003） 研究了曝氣生物濾池中亞硝酸鹽的積累及影響因子，在反應(yīng)器中發(fā)現(xiàn)了明顯的亞硝酸鹽的積累現(xiàn)象，并表現(xiàn)出顯著的短程硝化反硝化特征[8]。在曝氣生物濾池除磷方面，P.W.Westermna 等人的研究結(jié)果顯示，對(duì)上流式BAF 對(duì)TP 的去除率大致為26%，要進(jìn)一步提高除磷效果需通過(guò)化學(xué)沉淀或厭氧好氧交替促進(jìn)磷的過(guò)剩吸收[9]。Gnocalves等進(jìn)行BAF 同步脫氮除磷的研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，進(jìn)水方式對(duì)磷去除效果沒有差異性影響[10]。A.Aesey 等發(fā)現(xiàn)利用BAF 反硝化脫氮時(shí)，如利用水解污泥或水解固體廢物作外加碳源，可同時(shí)去除比微生物生長(zhǎng)需要高3 倍的磷。文獻(xiàn)報(bào)道有機(jī)物和磷的去除是由于生物吸附和生物積累作用的結(jié)果[11]。同步生物除磷脫氮效能較低一直是曝氣生物濾池的缺點(diǎn)之一，因此在這方面取得突破是研究的重要方向。在BAF 的動(dòng)力學(xué)研究方面在BAF 的動(dòng)力學(xué)研究方面。M.F.Hamoda 等通過(guò)對(duì)BAF 處理合成碳水化合物廢水的研究，提出了一種理論模型，他們認(rèn)為底物利用速率是底物濃度的雙曲線函數(shù)，固體停留時(shí)間是水力停留時(shí)間、有機(jī)物負(fù)荷及沖洗因子(washout factor)的函數(shù)[12]。
2 印染廢水深度處理工藝
目前印染廢水深度處理可選擇的工藝方法主要有：物理化學(xué)法、高級(jí)氧化法、生物法等。
2.1 物理化學(xué)法
吸附法是目前物化法中最常用的去除水中污染物的方法。這種方法是將活性炭、粘土等多孔物質(zhì)的粉末或顆粒與廢水混合，或讓廢水通過(guò)由其顆粒狀物組成的濾床，使廢水中的污染物質(zhì)被吸附在多孔物質(zhì)表面上或被過(guò)濾除去。常用的吸附劑主要有活性炭、吸附樹脂、硅藻土等，目前在印染廢水深度處理方面主要利用活性炭。膜分離的方法是一種新興的高效分離、濃縮、提純和凈化的技術(shù)。隨著膜技術(shù)的發(fā)展，膜在印染廢水深度處理中的應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越多。目前膜工藝應(yīng)用到實(shí)際中主要障礙是：投資和運(yùn)行費(fèi)高，易發(fā)生堵塞，需要高水平的預(yù)處理和定期的化學(xué)清洗，還存在濃縮物的處理問(wèn)題。
2.2 高級(jí)氧化法
化學(xué)法主要有混凝、高級(jí)氧化和電化學(xué)等方法。化學(xué)氧化法印染廢水處理應(yīng)用的氧化劑很多，常用的是臭氧(O3)和H2O2/Fenton。研究表明，O3 能迅速而廣泛地氧化分解水中的大部分有機(jī)物。光催化氧化技術(shù)利用強(qiáng)氧化劑如Fenton、O3 、H2O2 等在UV 輻射下產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的HO·來(lái)處理廢水，常見的光催化氧化技術(shù)有UV/Fenton、UV/O3、Uv/H2O2 等。采用光敏化半導(dǎo)體為催化劑處理有機(jī)廢水是近年來(lái)研究較多的一個(gè)分支。光敏化氧化以光敏化半導(dǎo)體為催化劑，大多采用TiO2 為代表的鈦系半導(dǎo)體觸媒或貴金屬催化劑。
2.3 生物法
生物技術(shù)不僅應(yīng)用于印染廢水的二級(jí)處理中，還可以作為印染廢水的深度處理技術(shù)。目前，研究熱點(diǎn)是針對(duì)二級(jí)出水中污染物大都是難生物降解的特點(diǎn)，開發(fā)出新型反應(yīng)器，以進(jìn)一步降低二級(jí)出水中的CODCr 濃度和色度色度。
3 曝氣生物濾池應(yīng)用于印染廢水深度處理工藝
根據(jù)曝氣生物濾池的特點(diǎn)，結(jié)合印染廢水的特性及深度處理要求，組合的處理工藝如下：① 二級(jí)處理尾水→氣浮→曝氣生物濾池→排放。② 二級(jí)處理尾水→氣浮→曝氣生物濾池→過(guò)濾→排放（回用）。③ 二級(jí)處理尾水→氣浮→臭氧氧化→曝氣生物濾池→多級(jí)過(guò)濾→離子交換→回用。
組合工藝①主要適用不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)或標(biāo)準(zhǔn)要求提高后的深度處理工藝，組合工藝②為標(biāo)準(zhǔn)要求提高或回用標(biāo)準(zhǔn)要求較低的深度處理工藝，組合工藝③為工藝回用水標(biāo)準(zhǔn)要求的深度處理工藝。組合工藝的氣浮單元主要是去除廢水中的SS，這是應(yīng)用曝氣生物濾池必須注意的環(huán)節(jié)；曝氣生物濾池后的濾單元，也主要是去除SS，其目的則是為后續(xù)單元?jiǎng)?chuàng)造條件。
4 結(jié)語(yǔ)。在應(yīng)用以曝氣生物濾池為主體的印染廢水深度處理工藝中，一定要根據(jù)尾水特點(diǎn)和最終要求，選擇合適的組合工藝。由于曝氣生物濾池的優(yōu)越性，有理由相信其會(huì)在今后的設(shè)計(jì)工藝中越來(lái)越多的被采用。
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