生物濾池在污水處理中的應用

1、引言
生物濾池是20 世紀90 年代初興起的污水處理新工藝，在歐美和日本等發(fā)達國家廣為流行。該工藝具有去除SS、COD、BOD、硝化、脫氮、除磷、去除AOX（可吸附有機鹵化物）的作用,其特點(diǎn)是集生物氧化和截留懸浮固體于一體，節省了后續沉淀池（二沉池），其容積負荷和水力負荷大，水力停留時(shí)間短，所需基建投資少，出水水質(zhì)好，運行能耗低，運行費
用省。
2、生物濾池原理
國外從20 世紀初開(kāi)始對生物濾池進(jìn)行研究，于80年代末基本成型，后經(jīng)不斷改進(jìn)開(kāi)發(fā)出多種形式。
在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，充分借鑒了污水處理接觸氧化法和給水快濾池的設計思路，集曝氣、高濾速、截留懸浮物、定期反沖洗等特點(diǎn)于一體。其工藝原理為，在濾池中裝填一定量粒徑較小的粒狀濾料，濾料表面生長(cháng)著(zhù)生物膜，濾池內部曝氣，污水流經(jīng)時(shí)，利用濾料上高濃度生物量的強氧化降解能力對污水進(jìn)行快速凈化，此為生物氧化降解過(guò)程；同時(shí)，因污水流經(jīng)時(shí)，濾料呈壓實(shí)狀態(tài)，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，且保證脫落的生物膜不會(huì )隨水漂出，此為截留作用；運行一定時(shí)間后，因水頭損失的增加，需對濾池進(jìn)行反沖洗，以釋放截留的懸浮物并更新生物膜，此為反沖洗過(guò)程。
3、工程應用實(shí)例
3.1 工程概況
大連市某污水處理廠(chǎng)（二期工程） 設計規模為80000m3/d，污水總變化系數取1.3 。
設計采用水解沉淀池+ 前置反硝化生物濾池+曝氣生物濾池工藝，出水達到《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》（GB 18918- 2002）一級A 級標準。2007年建成投產(chǎn)，運行比較穩定，出水水質(zhì)滿(mǎn)足了國家外排水水質(zhì)標準要求。
工程占地面積3.03 hm2，建（構）筑物占地面積8025.43m2。
3.2 工程設計進(jìn)出水水質(zhì)

工程設計進(jìn)出水水質(zhì)見(jiàn)表1。

3.3 工程工藝流程

具體工程工藝流程見(jiàn)圖1

流程簡(jiǎn)述：
原水經(jīng)過(guò)一期提升泵房提升至二期中、細格柵間，通過(guò)格柵去除污水中2mm以上的大量懸浮物和漂浮物，柵渣直接進(jìn)入壓榨系統后外運，壓榨后污水直接排入廠(chǎng)區下水系統。污水經(jīng)過(guò)格柵進(jìn)入旋流沉砂池，污水中的砂通過(guò)氣提裝置進(jìn)入砂脫水系統，旋流沉砂池出水通過(guò)加藥攪拌后進(jìn)入水解沉淀池，水解沉淀池主要是降解污水中大分子有機物為小分子有機物，提高污水的可生化性。同時(shí)水解沉淀池可通過(guò)排泥去除污水中的部分有機物。水解沉淀池通過(guò)集水槽均勻出水直接為DN 反硝化濾池配水，污水在DN 反硝化濾池中通過(guò)硝化回流液增
加大量的NO3- N，并在反硝化菌的作用下將污水中硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮轉化為N2 去除，SS 經(jīng)過(guò)濾料的截留作用通過(guò)反沖洗的方式去除。DN 反硝化池出水進(jìn)入CN 生物濾池，在生物濾池內污水中的NH4+- N，COD，BOD 等大部分有機物都能有效地去除。污水中的SS 也通過(guò)反沖洗的方式進(jìn)一步地去除，zui后污水通過(guò)紫外線(xiàn)對污水中的大腸桿菌進(jìn)行消毒達標后
排放。
3.4 監測結果

監測進(jìn)出水水質(zhì)見(jiàn)表2。
4、生物濾池特點(diǎn)
4.1 生物濾池的優(yōu)點(diǎn)
（1）處理能力強。細小的填料顆粒提供了巨大的比表面積，使濾池單位體積內保持較高生物量，而且填料上的生物膜較薄，活性較高，使得該工藝具有高水力負荷和高容積負荷。生物濾池除能夠去除COD，BOD 外，還能夠截留SS，去除NH4+- N 等，具有多種凈化功能。
（2）抗沖擊能力強。由于濾料的高比表面積，當外加有機負荷增加時(shí)，濾料表面的高生物活性的生物膜上的微生物可以快速增殖，另一方面由于整體生物濾池的緩沖能力使得生物濾池受水質(zhì)水量變化影響小。經(jīng)驗表明，在正常負荷2~3 倍的短期沖擊負荷下運行，其出水水質(zhì)變化較小。
（3）出水水質(zhì)高。由于濾料表面高活性生物膜對COD，BOD 和NH4+- N 等有機污染物的去除，以及填料本身截留和表面生物膜的生物絮凝作用，可吸附、截留一些難降解物質(zhì)和去除SS，使得處理出水水質(zhì)很好。經(jīng)消毒處理后，其水質(zhì)可達到國家建設部頒布的《生活雜用水水質(zhì)標準》（CJ 25.1- 89），直接回用。
（4）易掛膜，啟動(dòng)快。經(jīng)驗表明，生物濾池在水溫10~15 ℃時(shí)，2~3 周即可完成掛膜過(guò)程。在暫時(shí)不使用的情況下可關(guān)閉運行，濾料表面的生物膜不會(huì )死亡，一旦通水曝氣，可在很短的時(shí)間內恢復正常，非常適合一些水量變化大地區的污水處理。
（5）占地面積少，基建投資省。該工藝生化反應和過(guò)濾統一在一個(gè)單元中進(jìn)行，處理裝置結構緊湊，無(wú)需二次沉淀池，同時(shí)，由于生物膜的高數量和高活性使其可在較短的停留時(shí)間內對污水進(jìn)行快速凈化，因此所需生物處理面積和體積都很小，節約占地面積，節省基建投資。
（6）結構模塊化。生物濾池采用模塊化結構，運行管理方便，便于維護和進(jìn)行后期的改擴建。與其他傳統工藝組合使用，可使一些過(guò)去的老廠(chǎng)進(jìn)行技術(shù)改造，避免資源浪費。此外，還可建成封閉式廠(chǎng)房，減少臭氣、噪聲對周?chē)h(huán)境的影響，視覺(jué)景觀(guān)好。
4.2 生物濾池的缺點(diǎn)
（1）要求預處理。為使生物濾池在較短的水力停留時(shí)間內處理較高的有機負荷并具有截留SS 的功能，其采用的填料粒徑一般都比較小，如果進(jìn)水SS 較高，會(huì )使濾池在很短的時(shí)間內達到設計的水頭損失發(fā)生堵塞，這樣就必然導致頻繁的反沖洗，增加了運行費用與管理的不便，因此，對進(jìn)水SS 的要求較高，需要對進(jìn)水進(jìn)行預處理。
（2）需要反沖洗。生物濾池需定期進(jìn)行反沖洗，清洗濾池中截留的SS，同時(shí)更新生物膜。在反沖洗操作中，短時(shí)間內水力負荷較大，反沖出水直接回流入初沉池會(huì )對初沉池造成較大的沖擊負荷，因此該工藝雖然節約了二沉池，但需一個(gè)污泥緩沖池，以減輕對初沉池的沖擊負荷。
（3）水頭損失大。和其他廢水處理工藝相比較，生物濾池工藝的水頭損失較大，因此，對廢水的總提升高度大。
（4）濾料流失。由于設計或運行管理不當，會(huì )造成濾料隨水流失等問(wèn)題。
5、影響生物濾池運行效果的因素分析
5.1 溫度對生物濾池運行效果的影響
生物膜是整個(gè)生物濾池的核心，是生物膜反應器穩定運行的基礎。在生物濾池中異養微生物能有效地形成生物膜，但受到溫度的限制。低溫下，生物可利用有機基質(zhì)濃度不受限制時(shí)，異養細菌生物量增加很快，而生物可利用有機基質(zhì)濃度成為限制因子時(shí)，異養細菌生物量雖然仍能有所增加，但增加緩慢。溫度對生物濾池硝化作用的影響，尤其對短程硝化反硝化作用的影響不同于懸浮生長(cháng)反應器。由于在生物濾池反應器中的溶質(zhì)是擴散傳遞，而不是符合動(dòng)力學(xué)特性，這是硝化作用的控制因素。
在試驗中發(fā)現20 ℃是臨界溫度，當溫度低于20 ℃時(shí)，反應器的氨氮去除率較低（僅為進(jìn)水氨氮的25％），而溫度為20 ℃時(shí)，氨氮去除率上升到68％左右，但隨溫度進(jìn)一步提高，氨氮去除率增長(cháng)緩慢。
5.2 反沖洗對生物濾池運行效果的影響
生物濾池集生物膜的強氧化降解能力和濾層截留效能于一體，是一種適合大規?；赜?、、低耗的污水再生工藝，而運行一定時(shí)間后，濾層需要通過(guò)反沖洗進(jìn)行再生，反沖過(guò)程要求達到釋放截留的懸浮物，不損害并更新生物膜的多重目的，因此，反沖洗是保證生物濾池運行效能的關(guān)鍵步驟?？陀^(guān)地講，反沖過(guò)程沒(méi)有太多的理論依據，基本是從再生效果考慮的，既要恢復過(guò)濾能力，又要保證填料表面仍附著(zhù)有足夠的生物體，使濾池能滿(mǎn)足下一周期凈化處理要求。
由于污水處理是一項主要側重于環(huán)境效益和社會(huì )效益的城市基礎建設工程，污水處理廠(chǎng)建設和運行管理中的資金投入問(wèn)題往往成為解決我國水污染問(wèn)題的“瓶頸”。這一問(wèn)題在資金相對比較緊張的中小城鎮、生產(chǎn)企業(yè)等中小型排放源的水污染控制上表現得尤為突出，并將隨著(zhù)我國城市化水平的提高和社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展而更加尖銳。因此，研究開(kāi)發(fā)適合我國國情的簡(jiǎn)易、、低耗污水處理新技術(shù)，是解決我國目前所面臨的水環(huán)境污染和水資源短缺問(wèn)題的有效途徑，而針對中小型點(diǎn)源污染控制的污水處理技術(shù)則是急需重點(diǎn)研究的關(guān)鍵課題。作
為一種新型污水生物處理技術(shù)，生物濾池近年來(lái)已經(jīng)成為國內外的研究熱點(diǎn)。生物濾池在保證去除效果的同時(shí)節省了二沉池，簡(jiǎn)化了處理工藝，且具有有機負荷高，水力停留時(shí)間短，氧轉移和利用率高，基建投資少，占地少，能耗低，運行成本低，出水水質(zhì)好等特點(diǎn)，該工藝適用于我國水工業(yè)所面臨的資金不足、技術(shù)水平低而環(huán)境標準要求越來(lái)越高的現狀。
鑒于生物濾池的工藝流程較短，基建費用和常年運轉費用大大低于常規二級生化處理技術(shù)，因此生物濾池工藝是比較理想的生活污水和低濃度工業(yè)污水的處理工藝之一。