微納米曝氣在BAF裝置的應用研究

陳 尚，譚 紅，楊軍文

(岳陽長嶺設備研究所有限公司，湖南 岳陽 414000)

曝氣生物濾池(BAF)工藝在污水處理中是比較成熟的污水處理工藝，應用比較廣泛。通過對生物填料層進行給氧，微生物進行好氧反應，消解污水中的有機物，達到處理污水的目的。BAF有多種曝氣方式，主要為底部曝氣和提升曝氣。但這兩種曝氣方式在現場應用中存在兩個弊端：一是由于污水中通常含有各種活性物、有機物，加上常規曝氣形成的氣泡粒徑較大，在水體停留的時間短，氣泡會快速上浮，造成池面翻滾，引起池面出現大量泡沫層，泡沫會進入到后續的尾氣處理裝置，影響其正常運轉。二是氣體體積與污水處理體積比大，氣體利用率低，這就導致BAF裝置運行時需要大量的壓縮空氣，即增加能耗又使得尾氣處理負荷增加，且池面易形成泡沫層。因此如何改變其充氣方式，提高氣體利用率，減少氣體用量，從而避免形成大量泡沫，同時降低尾氣出量，是BAF裝置改進的一個方向。

1 微納米曝氣在BAF裝置的應用

BAF運行效果受較多因素影響，其中水體中的氧含量是一個重要因素[1]。水體中的溶解氧濃度決定了好氧生物的新陳代謝速度，氧通過曝氣從氣相溶解至水相，然后通過微生物的細胞壁、細胞膜，參與胞內酶反應，從而對有機物進行降解[2]。提高水中溶解氧的方法有三種：一是提高氣相的壓力，從而提高氧的分壓，如加壓曝氣、深井曝氣等；二是提高氣相中氧的濃度，如富氧曝氣、純氧曝氣等；三是提高氣液相的接觸面積，如微孔曝氣、無泡曝氣等。前兩種方式都需要加大運行成本，或導致池面翻滾劇烈。

圖1 “微納米曝氣+BAF”模擬裝置示意圖

岳陽長嶺設備研究所有限公司研制的“微納米氣泡發生器”，可應用在BAF裝置上，將氣體以微納米級氣泡形態注入。常規曝氣方式往水體充入氣體時，形成的氣泡都為大氣泡(氣泡粒徑一般在3 mm以上)，大氣泡上浮速度快，在水體停留時間短，且微生物難以吸收，從而導致氣體利用率低，池面易劇烈翻滾起泡。微納米曝氣往水體充入氣體時，形成的氣泡都為小氣泡，氣泡粒徑可控制在50 μm左右[3]。微氣泡會加大氣液相的接觸面積，從而提高水中的溶解氧濃度，加大微生物細胞膜內外的壓差，加快氧的跨膜傳遞，提高細胞的新陳代謝速度。同時微氣泡在水體的停留時間長[4]，不易上浮，不會引起池面的劇烈翻滾。該“微納米氣泡發生器”具有占地面積小、構造簡單、安拆方便、氣泡粒徑可調的優點，在氣量小的情況下可達到提升曝氣的處理效果。

2 實 驗

2.1 實驗模擬裝置

某煉廠的BAF處理裝置為提升曝氣，設計和運行參數如下：處理量150 m3/h，停留時間21 h，進水COD≤4800 mg/L，出水≤1200 mg/L，壓縮風量6000 m3/h?，F場運行時COD去除率維持在70%～85%，但池面產生大量的泡沫層，泡沫進入尾氣處理系統，經常引起尾氣處理系統停機，因此現場運行需每天定量加入消泡劑，雖減少了泡沫產生量，但仍會出現泡沫外溢現象。而且現場壓縮風需要量較大，尾氣處理的負荷較高。

現針對現場情況，建立一套“微納米曝氣+BAF”的模擬裝置，處理不同油含量的污水。通過“微納米氣泡發生器”將壓縮空氣以微納米級狀態充入到BAF裝置，連續運行，跟蹤分析污水處理效果[5]。同時與提升曝氣進行對比，觀察BAF池水面的氣泡生成形態，比較氣體使用量。

表1 實驗設計參數

*污水來源：長嶺煉化環氧丙烷裝置含醇廢水、第一污水廠煉油污水總排水。

2.2 污水處理分析情況

2.2.1 高油含量污水處理情況

“微納米曝氣+BAF”的模擬裝置的進水為長嶺煉化的環氧丙烷裝置的含醇廢水和第一污水處理廠的煉油污水總排水混合污水，COD控制在3000～4500 mg/L。將實驗裝置連續運行，進行跟蹤分析，結果如圖2所示。

圖2 高油含量污水處理前后COD變化趨勢圖

以上數據看出：“微納米曝氣+BAF”的模擬裝置處理污水，進水COD在4000 mg/L左右時，出水COD在1000 mg/L以內，COD去除率穩定在80%以上，滿足現場的提升曝氣處理污水效果設計要求。

2.2.2 低油含量污水處理情況

“微納米曝氣+BAF”的模擬裝置的進水為長嶺煉化的第一污水處理廠的煉油污水總排水，COD控制在500～1000 mg/L。將實驗裝置連續運行，進行跟蹤分析，結果見圖3。

圖3 低油含量污水處理前后COD去除率變化趨勢圖

以上數據看出：“微納米曝氣+BAF”的模擬裝置處理低油含量污水，連續運行后期，進水COD在500～1000 mg/L時，出水COD在150 mg/L左右，COD去除率穩定在72%以上，滿足現場的提升曝氣處理污水效果設計要求。

2.3 BAF裝置池面情況

控制進氣量為200 L/h，對比觀察微納米曝氣和提升曝氣的池面情況，結果見圖4～圖5。

圖4 提升曝氣的BAF池池面情況

圖5 微納米曝氣的BAF池池面情況

提升曝氣的池面出現劇烈翻滾現象，且整個池面布滿約10 cm厚的泡沫層。微納米曝氣池面未出現翻滾現象，局部有1～2 cm的泡沫層。相比常規曝氣產生的氣泡小，水體內有大量的微氣泡，不會導致池面出現大量的泡沫層。

2.4 氣體用量情況

將兩種不同曝氣方式的BAF實驗裝置進行溶解氧測定，比較其進氣量，結果如表2所示。

表2 兩種曝氣方式進氣量的比較結果

由表2可知：微納米曝氣相比常規曝氣，氣泡粒徑小，氣體停留時間長，在溶解氧大致相同的情況下，充氣量可減少二分之一，即氣水比降低50%。說明微納米曝氣可使用氣量降低50%以上，同時大幅降低尾氣的產量。

3 結 論

(1)“微納米曝氣+BAF”模擬裝置處理污水(COD為3000～4000 mg/L)，出水COD在816 mg/L以內；處理低油含量污水(COD為500～1000 mg/L)，出水COD在150 mg/L以內，COD去除率在72%以上，能達到現場提升曝氣的COD處理要求。

(2)改變BAF的曝氣方式，通過“微納米氣泡發生設備”將氣體以微納米氣泡狀態充入到污水中，氣體利用率高，氣體用量減少50%以上，既可減少壓縮空氣的用量、降低能耗又可減少尾氣的產量，降低尾氣處理負荷。

(3)微納米曝氣相比常規曝氣，產生的氣泡小，在水體的停留時間長，不會導致池面出現大量的泡沫層，從而避免使用消泡劑，減少藥劑費用和人工費用。

(4)“微納米曝氣+BAF”裝置的設計要求遠低于常規曝氣的BAF裝置，且曝氣部件位于池外，易檢修和維護，降低了設計、制造、維護成本。同時具有COD去除率高、能耗低、氣體利用率高、不產生大氣泡和泡沫等優點，應用前景良好。