污水處理知識：曝氣生物濾池技術(shù)應用與設(shè)計計算
曝氣生物濾池應用于城市污水處理工程中,由于其具有BOD容積負荷高、生化反應氣水比小、水力停留時間短、出水水質(zhì)好的技術(shù)特點,受到人們的重視。從工作原理、設(shè)計方法、設(shè)計參數(shù)、工程實例等方面對曝氣生物濾池技術(shù)進行了較詳細介紹。
曝氣生物濾池(BAF)是一種新型高負荷淹沒式三相反應器,它兼有活性污泥法和生物膜法兩者優(yōu)點,并將生化反應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)處理目標的需要,曝氣生物濾池可以是一種單獨碳氧化(二級處理、下向流)處理反應池,亦可以是碳氧化/硝化(三級處理、上向流)合并處理的反應器。曝氣生物濾池應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,進水含氮量為20～40mg/L,根據(jù)《污水綜合排放標準》(GB8978-96)城鎮(zhèn)二級污水處理廠一級排放標準,BOD≤20mg/L,NH3-N≤15mg/L,硝化率要求僅為25%～63%。當曝氣生物濾池有機負荷在210～313kgBOD/(m3・d)范圍內(nèi)時,NH3-N的硝化率為50%～75%。因此,在曝氣生物濾池的設(shè)計中只需考慮單獨碳氧化處理要求。當污水有除磷要求時,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
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入曝氣生物濾池V型進水布水槽1,通過V型槽布水孔進入生物反應過濾區(qū),該區(qū)由生物反應過濾層2和承托層3組成。生物反應過濾層內(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)相適應的優(yōu)勢種類。
在靠近生物反應過濾區(qū)進水口的濾層段內(nèi),有機物濃度高,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。生化反應需要的氧氣,可通過曝氣布氣管7進入反應過濾層,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。隨著處理過程的進行,生物反應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,達到最大允許水頭損失,需進行反沖洗。
反沖洗采用氣水聯(lián)合沖洗。反沖洗空氣由空氣進氣管8進入反沖洗空氣布氣管9,均勻地進入反應過濾層,使粘附在濾粒顆粒表面上的大量生物膜被剝落下來,隨后、進行氣水聯(lián)合反沖洗,反沖洗水由干管5進入布水支管4,以大阻力配水的形式進入過濾層,在氣水共同作用下,濾料層產(chǎn)生松動,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
曝氣生物濾池主要由生物反應過濾區(qū)、曝氣裝置、反沖洗裝置等3部分組成。其工作原理、計算方法、設(shè)計參數(shù)(有機負荷、過濾濾速、水力停留時間、濾料性能、生物氧化需氧量、氣水反沖強度等)、池容大小等因素的確定,是工藝設(shè)計中要解決的主要問題。
1.2.1生物反應過濾區(qū)
生物反應過濾區(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、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,比表面積大(100～400m2/m3),吸附能力強等特點,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氣支管的設(shè)置情況計算確定。
1.2.2曝氣系統(tǒng)
為保證曝氣生物濾池正常運行,需供給足夠的空氣量,以滿足生化反應所需的氧量。污水中有機物、懸浮物的去除,氨氮的硝化都是在生物過濾層中進行的,所需要的氧量主要包括有機物的降解和氨氮的硝化。因此,生化反應需供給的空氣量可由(1)式計算:
曝氣生物濾池需要的空氣量由鼓風機房供給,通過布設(shè)在池內(nèi)的穿孔曝氣管均勻地進入反應過濾層。穿孔曝氣管管徑大小依據(jù)需要空氣量計算確定。
1.2.3氣水反沖洗系統(tǒng)
在運行周期內(nèi),隨著時間的延續(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,當達到一定程度(過濾水位升高013～015m)時,需進行反沖洗。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出水,由水泵加壓供給,反沖洗水頭由下式計算:
曝氣生物濾池可分為若干個可以單獨操作運行和輪流反沖洗的單元,分格的數(shù)量至少不應低于兩格。處理的水量越大,分格的數(shù)量相應增多,這樣,當一格因反沖洗而停止工作時,其它各格的負荷增加不多,仍能保持正常工作。反沖洗排水經(jīng)收集后,進入沖洗排水池,由潛水泵均勻地輸送到預處理構(gòu)筑物處理。
2工程設(shè)計實例
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生物反應過濾區(qū)過濾面積及濾層厚度的確定
2.1.1生物反應過濾區(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,與其它活性污泥法相比,有機物容積負荷高,水力停留時間短,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(COD,BOD,NH3-N,SS)可達到《污水綜合排放標準》(GB8978-96)一級排放標準。
(2)曝氣生物濾池處理城市污水的主要設(shè)計參數(shù)為:有機物容積負荷210～313kgBOD/(m3・d);過濾濾速018～115m/h;水力停留時間110～210h;生化反應曝氣量氣水比為6～9;反沖洗方式中空氣單獨沖洗3～5min,氣水聯(lián)合反沖洗3～5min,水單獨沖洗1～3min;空氣反沖洗強度10～20L/(s・m2),水反沖洗強度510～1010L/(s・m2)。
