曝氣生物濾池（ＢＡＦ）工藝原理及印染廢水深度處理中應用

梅　巍　許　峰

摘要:本文介紹了曝氣生物濾池的工藝原理和應用現狀,在此基礎上,結合印染廢水深度處理的特點,給出了應用曝氣生物濾池處理印染廢水的組合工藝。

關鍵詞: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 簡稱BAF)是20世紀80年代末90年代初在普通生物濾池的基礎上,借鑒給水濾池工藝而開發的污水處理新工藝,最初用于污水的三級處理,后發展成直接用于二級處理。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達國家廣為流行,目前世界上已有數百多座大大小小的污水處理廠采用了這種技術。隨著研究的深入,曝氣生物濾池從單一工藝逐漸發展成綜合工藝,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行方式有多種多樣,各有特點,但其基本原理是都是以過濾為主體的生化處理工藝,通常由配水系統、曝氣系統、粒狀的填料床、出水、反洗水收集系統以及自控系統等組成。曝氣生物濾池實質是一種生物膜法,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,填料表面容易附著生物膜。生物膜中生長著眾多種屬和數量的微生物,有好氧菌、兼氧菌、厭氧菌,所以曝氣生物濾池對水中的各種有機物都有一個很好的去除作用,同時對氨氮也有很高的去除效率。

1.2 曝氣生物濾池研究應用現狀

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]。現在多采用上向流方式(即采用氣水同向流),使布水、布氣更加均勻,同時在水氣上升過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 應用較為廣泛。作為在20世紀80年代末在歐美發展起來的一種新型污水處理技術,國內外學者在BAF工藝處理方面做了大量的工作,對其濾料選擇、硝化反硝化脫氨氮、除磷、動力學機理以及反沖洗等各個方面都作了深入的研究。

濾料的合理選擇往往關系到BAF的處理效果。W.S.Chang等用天然沸石作濾料對紡織廢水進行處理,效果明顯好于砂礫,原因歸結于天然沸石具有更強的陽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的對氨氮的去除率高。在溫度為20℃時,前者的硝化速率常數比后者高63.1%,同一條件下的硝化強度也高39.7%[4]。

在曝氣生物濾池降解氨氮方面,R.Pujol等的實驗結果表明,在溫度為22℃、氨氮負荷2.5 kg/(m3·d)條件下,BAF對氨氮的去除率可達90%以上[5]。在此后的實驗中,R.Pujol等比較了前置反硝化和后置反硝化的優劣,指出反硝化過程最佳濾速為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,發現硝化細菌、亞硝化細菌在反應器中的空間分布與CODcr濃度有關,呈現明顯的分區分布[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,在反應器中發現了明顯的亞硝酸鹽的積累現象,并表現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等人的研究結果顯示,對上流式BAF對TP的去除率大致為26%,要進一步提高除磷效果需通過化學沉淀或厭氧好氧交替促進磷的過剩吸收[9]。Gnocalves等進行BAF同步脫氮除磷的研究時發現,進水方式對磷去除效果沒有差異性影響[10]。A.Aesey等發現利用BAF反硝化脫氮時,如利用水解污泥或水解固體廢物作外加碳源,可同時去除比微生物生長需要高3倍的磷。文獻報道有機物和磷的去除是由于生物吸附和生物積累作用的結果[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之一,因此在這方面取得突破是研究的重要方向。

在BAF的動力學研究方面在BAF的動力學研究方面。M.F.Hamoda等通過對BAF處理合成碳水化合物廢水的研究,提出了一種理論模型,他們認為底物利用速率是底物濃度的雙曲線函數,固體停留時間是水力停留時間、有機物負荷及沖洗因子(washout factor)的函數[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:物理化學法、高級氧化法、生物法等。

2.1物理化學法

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、粘土等多孔物質的粉末或顆粒與廢水混合,或讓廢水通過由其顆粒狀物組成的濾床,使廢水中的污染物質被吸附在多孔物質表面上或被過濾除去。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。隨著膜技術的發展,膜在印染廢水深度處理中的應用也會越來越多。目前膜工藝應用到實際中主要障礙是:投資和運行費高,易發生堵塞,需要高水平的預處理和定期的化學清洗,還存在濃縮物的處理問題。

2.2高級氧化法

化學法主要有混凝、高級氧化和電化學等方法。化學氧化法印染廢水處理應用的氧化劑很多,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物。光催化氧化技術利用強氧化劑如Fenton、O3 、H2O2等在UV輻射下產生具有強氧化能力的HO·來處理廢水,常見的光催化氧化技術有UV/Fenton、UV/O3、Uv/H2O2等。采用光敏化半導體為催化劑處理有機廢水是近年來研究較多的一個分支。光敏化氧化以光敏化半導體為催化劑,大多采用TiO2為代表的鈦系半導體觸媒或貴金屬催化劑。

2.3 生物法

生物技術不僅應用于印染廢水的二級處理中,還可以作為印染廢水的深度處理技術。目前,研究熱點是針對二級出水中污染物大都是難生物降解的特點,開發出新型反應器,以進一步降低二級出水中的CODCr濃度和色度色度。

3 曝氣生物濾池應用于印染廢水深度處理工藝

根據曝氣生物濾池的特點,結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 二級處理尾水→氣浮→曝氣生物濾池→排放。② 二級處理尾水→氣浮→曝氣生物濾池→過濾→排放(回用)。③ 二級處理尾水→氣浮→臭氧氧化→曝氣生物濾池→多級過濾→離子交換→回用。

組合工藝①主要適用不能穩定達標或標準要求提高后的深度處理工藝,組合工藝②為標準要求提高或回用標準要求較低的深度處理工藝,組合工藝③為工藝回用水標準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,這是應用曝氣生物濾池必須注意的環節;曝氣生物濾池后的濾單元,也主要是去除SS,其目的則是為后續單元創造條件。

4 結語。在應用以曝氣生物濾池為主體的印染廢水深度處理工藝中,一定要根據尾水特點和最終要求,選擇合適的組合工藝。由于曝氣生物濾池的優越性,有理由相信其會在今后的設計工藝中越來越多的被采用。

參考文獻

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