導流曝氣生物濾池在污水處理中的應用

摘要：導流曝氣生物濾池是根據導流曝氣生物過(guò)濾原理，采用一定工藝及流程制作而成的一種污水處理過(guò)濾池，該濾池技術(shù)已獲國家專(zhuān)利（專(zhuān)利號：ZL200420033672.4）。濾池結構為U型雙錐導流式，內錐為生物接觸氧化區，外錐為生物過(guò)濾區。濾池的技術(shù)關(guān)鍵是將生物氧化、生物過(guò)濾和沉降回流結合在一起，通過(guò)反沖洗再生實(shí)現濾池周期性運行。在污水的二級或三級處理的實(shí)際應用中，充分地顯示出其處理效果好、負荷高、占地面積少、基建投資低、運行費用少等優(yōu)點(diǎn)，其出水水質(zhì)達到或優(yōu)于國家標準，實(shí)現中水回用。

關(guān)鍵詞： 導流曝氣生物濾池；污水；中水回用

1  導流曝氣生物過(guò)濾技術(shù)的背景

曝氣生物過(guò)濾技術(shù)于80年代初出現在歐洲，其突出的特點(diǎn)是在一級強化處理的基礎上，將生物氧化和過(guò)濾結合在一起，濾池后不設沉淀池，通過(guò)反沖洗再生實(shí)現系統的周期性運行。由于曝氣生物過(guò)濾技術(shù)具有良好的性能，其應用范圍不斷擴大，在經(jīng)歷了80年代中、后期的較大發(fā)展后，90年代初這種工藝已基本成熟。在污水的二級或三級處理中，曝氣生物過(guò)濾技術(shù)體現出處理負荷高、出水水質(zhì)好、占地面積省等特點(diǎn)。90年代以后，曝氣生物過(guò)濾技術(shù)發(fā)展很快，派生出多種工藝型式。貴州長(cháng)城環(huán)�？萍加邢薰�司經(jīng)過(guò)多年的研制和實(shí)踐，開(kāi)發(fā)研制出了獲國家專(zhuān)利的新工藝、新技術(shù)產(chǎn)品“導流曝氣生物濾池”（專(zhuān)利號：ZL200420033672.4）。

我國在污水處理中采用的工藝技術(shù)繁多，也取得了一定成效，然而不少污水處理項目建成后并不能正常運轉，較長(cháng)期地處于停機或半停機狀態(tài)。其主要原因一是工藝技術(shù)或設備運轉不過(guò)關(guān)，不能保證污水處理后各項指標全面達到排放標準；二是建成后的項目運行費用高，使用單位無(wú)力承受昂貴的運行費用。這樣的結果不但不能獲得應有的經(jīng)濟效益、社會(huì )效益和環(huán)保效益，相反造成國家在污水處理項目上資金投入的嚴重損失。面對這種情況，2003年國家發(fā)改委、國家環(huán)保局在珠海組織了污水處理新工藝、新技術(shù)的遴選工作。并撥專(zhuān)款在中國環(huán)境科學(xué)研究院設立課題，在國家發(fā)改委項目評審中心監督下，從國內和國外污水處理工藝、技術(shù)和設備中，經(jīng)反復對比，多次審查、現場(chǎng)認定，最后認定出污水處理過(guò)程具有創(chuàng )新性、技術(shù)水平具有前瞻性、工程應用具有可靠性、地域應用具有代表性、實(shí)際操作具有穩定性、工程建設與運行具有經(jīng)濟性的新工藝、新技術(shù)七項，這七項技術(shù)被國家發(fā)改委列為今后污水處理國債項目和國家項目的必選技術(shù)，目前正在編寫(xiě)大綱和有關(guān)資料。貴州長(cháng)城環(huán)�？萍加邢薰�司開(kāi)發(fā)研制的“導流曝氣生物濾池”被列入了遴選出的七個(gè)項目之一。這已充分地說(shuō)明，國家和環(huán)保專(zhuān)家對導流曝氣生物濾池在污水處理中的應用是十分重視和肯定。

2  導流曝氣生物濾池的原理

貴州長(cháng)城環(huán)�？萍加邢薰�司研制的導流曝氣生物濾池充分借鑒了污水處理接觸氧化法、給水快濾法和阿基米德定律的設計思路，集曝氣、快速過(guò)濾、懸浮物截留、定期反沖洗、清污分流、消毒殺菌等特點(diǎn)于一體。其工藝原理為在濾池中裝填粒徑較小的粒狀濾料，濾料表面上生長(cháng)著(zhù)好氧生物膜。當污水流經(jīng)濾層時(shí)，濾料上高濃度生物膜的生物氧化能力對污水中的污染物進(jìn)行快速降解，此為生物降解過(guò)程；同時(shí)，當污水流經(jīng)濾層時(shí)，由于濾層的截留及生物膜的生物絮凝綜合作用，使污水中的懸浮物得以有效截留，保證濾池出水的SS達標，此為截留作用；導流曝氣生物濾池通過(guò)生物氧化降解過(guò)程及截留作用實(shí)現對污染物的去除。由于污水在生物接觸氧化區由上而下，在生物過(guò)濾區由下而上穿過(guò)濾料層，借助于生長(cháng)在濾料表面的微生物菌群吸附來(lái)降解污水中的含碳有機物和硝化氨氮，與此同時(shí)，濾料層還有效地截留隨污水進(jìn)入的SS和脫落的生物膜，最終出水經(jīng)消毒殺菌后，達標排放或中水回用。

導流曝氣生物濾池的形式為U型雙錐導流曝氣池，內錐為生物接觸氧化區，外錐為生物過(guò)濾區。濾池底部設有濾池反沖洗空氣管和水管，污水自上而下進(jìn)入內錐及生物接觸氧化區內，空氣在導流曝氣過(guò)濾池中自下而上，在裝有填料的接觸氧化區內對流接觸氧化，接觸氧化后的水在內錐的導流作用下進(jìn)入外錐及生物過(guò)濾區。

在導流曝氣生物濾池中的對流接觸氧化區下部，自養型細菌如硝化菌占優(yōu)勢，氨氮在此被硝化。在生物膜內部以及部分填料之間的縫隙蓄積的大量活性污泥存在著(zhù)兼性微生物。因此，在導流曝氣生物過(guò)濾池中可發(fā)生碳污染物的去除，同時(shí)有硝化和反硝化的功能。

導流曝氣生物濾池在運行一定時(shí)間之后，由于生物膜的增長(cháng)和更新，生物濾料的孔隙將逐步被填充，整個(gè)濾層的阻力（水頭損失）逐步增加，當濾層的水頭損失增加到設定值后，就需對濾池進(jìn)行氣、水反沖洗，以清除濾層中積存的SS并更新濾料表面的生物膜。因此，導流曝氣生物濾池處于周期性的工作狀態(tài)，用于城市、醫院等污水處理，其工作周期一般在12～18h之間。

導流曝氣生物濾池的關(guān)鍵是其是一種高負荷、淹沒(méi)式、固定化生物膜三相導流反應器。它兼有活性污泥法、生物膜法和泥水分流法三者的優(yōu)點(diǎn)，集生物氧化、生物吸附、過(guò)濾、清污分流于一體，處理后的污水各項指標可達到回用標準。

3  工藝流程及說(shuō)明

3.1  工藝流程（如圖1）

3.2  工藝流程說(shuō)明

預處理池主要由化糞池、格柵調節池、預消毒系統三部分組成。其功能是降低污水中的SS和一定程度的BOD5、CODcr等指標，出來(lái)的污水自上而下進(jìn)入導流曝氣生物過(guò)濾系統。

導流曝氣生物濾池的內錐為生物接觸氧化區，外錐為生物過(guò)濾區，底部為導流沉降回流區。在接觸氧化區和生物過(guò)濾區內，設有濾料，導流沉降回流區內裝有導流板，濾料下部設有濾池反沖洗空氣管和水管。其污水流向為：污水自上而下進(jìn)入內錐及生物接觸氧化區內，通過(guò)濾料空隙間曲折下行至導流沉降回流區，在導流墻的作用下，進(jìn)入生物過(guò)濾區，并同樣通過(guò)濾料空隙曲折上升�？諝獾牧飨驗椋涸诮佑|氧化區內，空氣是自下而上，在濾料空隙間曲折上升；在生物過(guò)濾區內空氣同樣是自下而上，在濾料空隙間曲折上升。水與空氣在接觸氧化區內對流接觸，在濾料空隙間曲折上升，與污水及濾料上附著(zhù)的生物膜充分接觸，在好氧條件下發(fā)生氣、液、固三相反應。同樣，水與空氣在生物過(guò)濾區內，在濾料空隙間曲折上升，與污水及濾料上附著(zhù)的生物膜充分接觸，在好氧條件下，發(fā)生氣、液、固三相反應。由于生物膜附著(zhù)在濾料上，不受泥齡限制，因而種類(lèi)豐富，對于污染物的降解十分有利。污染物被吸附、攔截在濾料表面，作為降解菌的營(yíng)養基質(zhì)，加速降解菌形成生物膜，生物膜又進(jìn)一步“俘獲”基質(zhì)，將其同化、代謝、降解。在碳氧化／硝化合并處理時(shí)，靠近濾池進(jìn)水口的濾層段內有機污染濃度高，異養菌群占絕對優(yōu)勢，大部分的含碳污染物（CODcr）BOD5和SS在此得以降解和去除，濃度逐漸降低。在導流曝氣生物濾池下部的自養型細菌中硝化菌占優(yōu)勢，氨氮被硝化。在生物膜內部以及部分填料間的空隙，蓄積的大量活性污泥中存在著(zhù)兼性微生物。因此，在導流曝氣濾池中可發(fā)生碳污染物的去除，同時(shí)有硝化和反硝化的功能。粒狀濾料及生物膜除了吸附攔截等作用外，兼有過(guò)濾的作用，隨著(zhù)處理過(guò)程的進(jìn)行，在濾料空隙間蓄積了大量的活性污泥。這些懸浮狀活性污泥在濾料縫隙間形成了污泥濾層，在氧化降解污水中有機物的同時(shí)，還起到了很好的吸附過(guò)濾作用，從而能使有機物及懸浮物均得到比較徹底的清除。

在運行過(guò)程中，隨著(zhù)生物膜的新陳代謝，脫落的生物膜及濾料上截留的雜質(zhì)不斷增加，濾料中水頭損失增大，水位上升，到一定時(shí)期，需對濾料進(jìn)行反沖洗。導流曝氣生物濾池以其貯存在清水池中清澈的出水作為反沖用水，不另設反沖水池，反沖洗廢水通過(guò)排水管回流到預處理設施。經(jīng)導流曝氣生物濾池處理后的水，流入消毒區，本工藝采用二氧化氯消毒，使凈化后的水質(zhì)優(yōu)于《國家污水排放綜合標準》二級排放標準或達到中水回用標準。污水處理過(guò)程中，要產(chǎn)生一定的污泥，污泥經(jīng)消毒、干化處理后可用作肥料。

4  本工藝主要特點(diǎn)

4.1  較小的池容和占地面積

導流曝氣生物濾池的BOD5容積負荷大，幾乎是常規二級生物處理的5～10倍，所以它的池容積和占地面積較常規二級生物處理工藝要小得多。同時(shí)，由于初濾池后可不設二次沉淀池，大大節省了占地面積和土建費用。污水處理廠(chǎng)采用導流曝氣生物濾池的總占地面積只有氧化溝工藝的1/3。

濾池內高比表面積和粗糙多孔的粒狀生物填料，使其可能積聚多達10～15g／L的微生物量，高濃度的微生物量將使得導流曝氣生物濾池的容積負荷大為提高，減少池容及占地面積，此對擬建的污水處理設施具有重要意義。

由于導流曝氣生物濾池對污水中懸浮物的生物截留作用，使出水中的SS很少，完全達到國家所要求的排放標準，故濾池后面不需設置二沉池。

4.2  抗沖擊負荷能力強，處理效果穩定

處理系統的出水水質(zhì)好，是由于整個(gè)過(guò)濾分流中存在著(zhù)較高濃度的微生物，生化反應速率高，并可通過(guò)控制供氣量使濾池中存在好氧和缺氧環(huán)境，使得該裝置組合可實(shí)現硝化、反硝化。同時(shí)，由于高濃度的微生物以生物膜的形式固定在粒狀濾料的表面，無(wú)污泥膨脹之慮，不會(huì )因濾池受水力負荷的沖擊而造成微生物流失，因此，導流曝氣生物濾池對水力負荷及有機負荷都具有較強的抗沖擊能力。

4.3  簡(jiǎn)化處理流程

由于導流曝氣生物濾池的生物和物理綜合截留作用，處理后水中的SS很少，故不需設置二沉池和污泥回流泵房，使處理流程得以簡(jiǎn)化，進(jìn)一步節省占地面積。

4.4  工程費用及運轉費用相對較低

由于導流曝氣生物濾池工藝流程短、池容小和占地省，使工程費用大大低于常規二級生物處理工藝。同時(shí)，采用濾池專(zhuān)用曝氣系統并利用粒狀濾料對氣泡的切割及阻擋作用，使得氣泡在濾層中進(jìn)一步被細碎，強化氣、液傳質(zhì)效應，增加濾層內的微生物與空氣的接觸面積和時(shí)間，導致濾池總體充氧效率大為提高，氧的利用率達30%以上，從而降低能耗。

4.5  自動(dòng)化程度高，運行管理簡(jiǎn)單

由于相關(guān)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，一些先進(jìn)的自動(dòng)化設備如液位傳感器、在線(xiàn)溶氧測定儀、定時(shí)器、變頻器、PLC中央程控系統及微電腦等產(chǎn)品的出現，使得導流曝氣生物濾池運行管理自動(dòng)化得以順利實(shí)現，其運行管理變得簡(jiǎn)單易行。

一般來(lái)說(shuō)，導流曝氣生物濾池可以對進(jìn)水水質(zhì)、水量以及污水中溶解氧濃度進(jìn)行在線(xiàn)檢測，并通過(guò)PLC控制系統方便地調整曝氣時(shí)間的長(cháng)短，控制風(fēng)機的供氧量，易于優(yōu)化運行，特別是對大規模污水處理廠(chǎng)更顯突出。

4.6  脫氮除磷效果好

通過(guò)設置不同功能的濾池組合或在同一濾池中設置不同的功能分區，即通過(guò)兩組裝置或在同一座濾池內，分別人為地造成好氧、缺氧的環(huán)境，可使濾池在降解污水中有機物（BOD5）的同時(shí)，還能去除污水中的氮和部分磷。

根據生活和醫院污水處理工程實(shí)際情況表明，在導流曝氣生物濾池運行過(guò)程中，濾料中存在著(zhù)厭氧或缺氧的微環(huán)境，使得導流曝氣生物濾池內部生存著(zhù)大量厭氧或兼性微生物。在導流曝氣生物濾池進(jìn)行除碳、硝化的過(guò)程中，由于濾料上存在著(zhù)厭氧或兼性微生物，脫氮的同時(shí)反硝化反應也在進(jìn)行，其反硝化效率可達50%以上。

4.7  對氣溫及運行方式的適應性強

由于大量的微生物生長(cháng)在粒狀填料粗糙多孔的內部和表面，微生物不會(huì )流失，即使長(cháng)時(shí)間不運轉也能保持其菌種的活性。如長(cháng)時(shí)間停止不用后再恢復運行，可在進(jìn)水、供氣后的幾天內恢復正常運行；由于導流曝氣生物濾池所特有的高微生物量，使得該濾池對氣溫變化的適應性也較強。

4.8  構筑物模塊化，有利于擴建

導流曝氣生物濾池單元為模塊化結構，能較好地適應城鎮污水處理廠(chǎng)分期建設的要求。

4.9  材料設備國產(chǎn)化

導流曝氣生物濾池所需的主要設備和材料，國內均可配套生產(chǎn)，基本不需進(jìn)口。只有少量自控檢測儀表和執行機構需進(jìn)口。

5  典型工程實(shí)例（5000m3／d城鎮生活污水處理工程）

5.1  主要技術(shù)參數

5000m3／d城鎮生活污水處理工程對污染物的去除效果見(jiàn)表1。

5.2工程建設費用投資概算

5.2.1  主要構筑物及工藝參數

該工程主要構筑物及工藝參數見(jiàn)表2。

5.2.2  土建部分造價(jià)

該工程土建部分的造價(jià)見(jiàn)表3。

5.2.3  設備直接費用

 該工程設備購置直接費用見(jiàn)表4。

5.2.4  工程總造價(jià)

 該工程總造價(jià)見(jiàn)表5。

5.2.5  運行成本概算

5.2.5.1  電力消耗及電耗費用

  該工程污水設施運行時(shí)電力消耗情況見(jiàn)表6。

耗電費用計算按照0.45元／度電計，折合噸水電費為：W1＝J／Q＝907.1×0.45／5000＝0.0816元／m3

5.2.5.2 人工工資

由于該設備是自動(dòng)控制，需要維修操作人員3名，月平均工資以1000元計，折合每噸水處理所需人員工資消耗為：

W2＝3×1000／30／5000＝0.02元／m3

5.2.5.3 運行成本計算

日常運行成本為：W＝W1＋W2＝0.0816＋0.02＝0.1016元／m3

6  應用范圍和實(shí)例

6.1應用范圍

6.1.1  在生活污水、城鎮污水的處理及回用方面

主要用于沿江、河、湖泊等水體周?chē)鷮?span id="rqnfcan" class=keyword>氮、磷有特殊要求的生活污水處理以控制水體富營(yíng)養化，包括：
（1）城市、村鎮、住宅小區及開(kāi)發(fā)區生活污水。
（2）車(chē)站、航空港、碼頭等污水。
（3）工廠(chǎng)、礦山、部隊、旅游區、風(fēng)景點(diǎn)的污水。
（4）醫院、賓館、飯店、療養院、學(xué)校、商場(chǎng)及辦公樓生活污水。

6.1.2  在有機工業(yè)廢水的處理及回用方面

主要用于亞麻廢水、酒類(lèi)廢水、制糖廢水、奶牛養殖廢水、淀粉廢水、屠宰廢水等高濃度和低濃度的有機廢水。

6.1.3  有特殊要求的污水處理：

（1）有脫氮除磷要求的廢水處理。

（2）要求深度處理的廢水處理，不需增加三級處理設施，出水即可達到回用水標準。

6.2應用實(shí)例

6.2.1  項目效果技術(shù)參數

其它工程項目效果技術(shù)參數見(jiàn)表7。

6.2.2  項目投資及運行費用（表8）

其它工程項目投資及運行費用詳細情況見(jiàn)表8。

7  結論

綜上所述，導流曝氣生物過(guò)濾技術(shù)在國內外20多年的應用和發(fā)展中日趨成熟，實(shí)踐證明在污水的二級或三級處理中采用是較為適宜的。問(wèn)題是在該技術(shù)的應用中如何提高容積負荷（kgBOD5／m3·d），降低水力停留時(shí)間（h），縮小反應器體積，減少占地面積，節省項目投資，降低運行費用，而又要保證出水達到標準要求。使該技術(shù)在污水處理中的應用更為合理并具有強勁的生命力。貴州長(cháng)城環(huán)�？萍加邢薰�司新研制成功的“導流曝氣生物濾池”是一種高負荷、淹沒(méi)式、固定化生物膜三相導流反應器清污分流技術(shù)，其主要技術(shù)關(guān)鍵是提供一種導流曝氣生物過(guò)濾池，將生物氧化、生物過(guò)濾和沉降回流結合在一起，通過(guò)反沖洗雨生實(shí)現濾池的周期性運行，在污水的二級或三級處理中，充分地顯示出其處理負荷高、占地面積少、基建投資低、運行費用低等優(yōu)越性，且出水水質(zhì)達到或優(yōu)于國家標準，實(shí)現中水回用。充分體現出其污水處理工程具有創(chuàng )新性、技術(shù)水平具有前瞻性、工程應用具有可靠性、地域應用具有代表性、實(shí)際操作具有穩定性、工程建設與運行具有經(jīng)濟性，這對污水處理部門(mén)而言，無(wú)疑是一種尚佳的選擇。來(lái)源：劉 飛