梅　巍　許　峰

摘要:本文介紹了曝氣生物濾池的工藝原理和應(yīng)用現(xiàn)狀,在此基礎(chǔ)上,結(jié)合印染廢水深度處理的特點(diǎn),給出了應(yīng)用曝氣生物濾池處理印染廢水的組合工藝。

關(guān)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(jiǎn)稱BAF)是20世紀(jì)80年代末90年代初在普通生物濾池的基礎(chǔ)上,借鑒給水濾池工藝而開發(fā)的污水處理新工藝,最初用于污水的三級(jí)處理,后發(fā)展成直接用于二級(jí)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(fā)達(dá)國(guó)家廣為流行,目前世界上已有數(shù)百多座大大小小的污水處理廠采用了這種技術(shù)。隨著研究的深入,曝氣生物濾池從單一工藝逐漸發(fā)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(guān)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(yùn)行方式有多種多樣,各有特點(diǎn),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(tǒng)、曝氣系統(tǒng)、粒狀的填料床、出水、反洗水收集系統(tǒng)以及自控系統(tǒng)等組成。曝氣生物濾池實(shí)質(zhì)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(diǎn),填料表面容易附著生物膜。生物膜中生長(zhǎng)著眾多種屬和數(shù)量的微生物,有好氧菌、兼氧菌、厭氧菌,所以曝氣生物濾池對(duì)水中的各種有機(jī)物都有一個(gè)很好的去除作用,同時(shí)對(duì)氨氮也有很高的去除效率。

1.2 曝氣生物濾池研究應(yīng)用現(xiàn)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]?，F(xiàn)在多采用上向流方式(即采用氣水同向流),使布水、布?xì)飧泳鶆?同時(shí)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(zhǎng)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(yīng)用較為廣泛。作為在20世紀(jì)80年代末在歐美發(fā)展起來的一種新型污水處理技術(shù),國(guó)內(nèi)外學(xué)者在BAF工藝處理方面做了大量的工作,對(duì)其濾料選擇、硝化反硝化脫氨氮、除磷、動(dòng)力學(xué)機(jī)理以及反沖洗等各個(gè)方面都作了深入的研究。

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

在曝氣生物濾池降解氨氮方面,R.Pujol等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在溫度為22℃、氨氮負(fù)荷2.5 kg/(m3·d)條件下,BAF對(duì)氨氮的去除率可達(dá)90%以上[5]。在此后的實(shí)驗(yàn)中,R.Pujol等比較了前置反硝化和后置反硝化的優(yōu)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(fā)現(xiàn)硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌在反應(yīng)器中的空間分布與CODcr濃度有關(guān),呈現(xiàn)明顯的分區(qū)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(yīng)器中發(fā)現(xiàn)了明顯的亞硝酸鹽的積累現(xiàn)象,并表現(xiàn)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(jié)果顯示,對(duì)上流式BAF對(duì)TP的去除率大致為26%,要進(jìn)一步提高除磷效果需通過化學(xué)沉淀或厭氧好氧交替促進(jìn)磷的過剩吸收[9]。Gnocalves等進(jìn)行BAF同步脫氮除磷的研究時(shí)發(fā)現(xiàn),進(jìn)水方式對(duì)磷去除效果沒有差異性影響[10]。A.Aesey等發(fā)現(xiàn)利用BAF反硝化脫氮時(shí),如利用水解污泥或水解固體廢物作外加碳源,可同時(shí)去除比微生物生長(zhǎng)需要高3倍的磷。文獻(xiàn)報(bào)道有機(jī)物和磷的去除是由于生物吸附和生物積累作用的結(jié)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(diǎn)之一,因此在這方面取得突破是研究的重要方向。

在BAF的動(dòng)力學(xué)研究方面在BAF的動(dòng)力學(xué)研究方面。M.F.Hamoda等通過對(duì)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(rèn)為底物利用速率是底物濃度的雙曲線函數(shù),固體停留時(shí)間是水力停留時(shí)間、有機(jī)物負(fù)荷及沖洗因子(washout factor)的函數(shù)[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(xué)法、高級(jí)氧化法、生物法等。

2.1物理化學(xué)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(zhì)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(zhì)被吸附在多孔物質(zhì)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(shù)。隨著膜技術(shù)的發(fā)展,膜在印染廢水深度處理中的應(yīng)用也會(huì)越來越多。目前膜工藝應(yīng)用到實(shí)際中主要障礙是:投資和運(yùn)行費(fèi)高,易發(fā)生堵塞,需要高水平的預(yù)處理和定期的化學(xué)清洗,還存在濃縮物的處理問題。

2.2高級(jí)氧化法

化學(xué)法主要有混凝、高級(jí)氧化和電化學(xué)等方法?；瘜W(xué)氧化法印染廢水處理應(yīng)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(jī)物。光催化氧化技術(shù)利用強(qiáng)氧化劑如Fenton、O3 、H2O2等在UV輻射下產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的HO·來處理廢水,常見的光催化氧化技術(shù)有UV/Fenton、UV/O3、Uv/H2O2等。采用光敏化半導(dǎo)體為催化劑處理有機(jī)廢水是近年來研究較多的一個(gè)分支。光敏化氧化以光敏化半導(dǎo)體為催化劑,大多采用TiO2為代表的鈦系半導(dǎo)體觸媒或貴金屬催化劑。

2.3 生物法

生物技術(shù)不僅應(yīng)用于印染廢水的二級(jí)處理中,還可以作為印染廢水的深度處理技術(shù)。目前,研究熱點(diǎn)是針對(duì)二級(jí)出水中污染物大都是難生物降解的特點(diǎn),開發(fā)出新型反應(yīng)器,以進(jìn)一步降低二級(jí)出水中的CODCr濃度和色度色度。

3 曝氣生物濾池應(yīng)用于印染廢水深度處理工藝

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

組合工藝①主要適用不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)或標(biāo)準(zhǔn)要求提高后的深度處理工藝,組合工藝②為標(biāo)準(zhǔn)要求提高或回用標(biāo)準(zhǔn)要求較低的深度處理工藝,組合工藝③為工藝回用水標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)用曝氣生物濾池必須注意的環(huán)節(jié);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(xù)單元?jiǎng)?chuàng)造條件。

4 結(jié)語。在應(yīng)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(jù)尾水特點(diǎn)和最終要求,選擇合適的組合工藝。由于曝氣生物濾池的優(yōu)越性,有理由相信其會(huì)在今后的設(shè)計(jì)工藝中越來越多的被采用。

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