生物濾池在污水處理中的應用

1、引言
生物濾池是20 世紀90 年代初興起的污水處理新工藝，在歐美和日本等發達國家廣為流行。該工藝具有去除SS、COD、BOD、硝化、脫氮、除磷、去除AOX（可吸附有機鹵化物）的作用,其特點是集生物氧化和截留懸浮固體于一體，節省了后續沉淀池（二沉池），其容積負荷和水力負荷大，水力停留時間短，所需基建投資少，出水水質好，運行能耗低，運行費
用省。
2、生物濾池原理
國外從20 世紀初開始對生物濾池進行研究，于80年代末基本成型，后經不斷改進開發出多種形式。
在開發過程中，充分借鑒了污水處理接觸氧化法和給水快濾池的設計思路，集曝氣、高濾速、截留懸浮物、定期反沖洗等特點于一體。其工藝原理為，在濾池中裝填一定量粒徑較小的粒狀濾料，濾料表面生長著生物膜，濾池內部曝氣，污水流經時，利用濾料上高濃度生物量的強氧化降解能力對污水進行快速凈化，此為生物氧化降解過程；同時，因污水流經時，濾料呈壓實狀態，利用濾料粒徑較小的特點及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的大量懸浮物，且保證脫落的生物膜不會隨水漂出，此為截留作用；運行一定時間后，因水頭損失的增加，需對濾池進行反沖洗，以釋放截留的懸浮物并更新生物膜，此為反沖洗過程。
3、工程應用實例
3.1 工程概況
大連市某污水處理廠（二期工程） 設計規模為80000m3/d，污水總變化系數取1.3 。
設計采用水解沉淀池+ 前置反硝化生物濾池+曝氣生物濾池工藝，出水達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918- 2002）一級A 級標準。2007年建成投產，運行比較穩定，出水水質滿足了國家外排水水質標準要求。
工程占地面積3.03 hm2，建（構）筑物占地面積8025.43m2。
3.2 工程設計進出水水質

工程設計進出水水質見表1。

3.3 工程工藝流程

具體工程工藝流程見圖1

流程簡述：
原水經過一期提升泵房提升至二期中、細格柵間，通過格柵去除污水中2mm以上的大量懸浮物和漂浮物，柵渣直接進入壓榨系統后外運，壓榨后污水直接排入廠區下水系統。污水經過格柵進入旋流沉砂池，污水中的砂通過氣提裝置進入砂脫水系統，旋流沉砂池出水通過加藥攪拌后進入水解沉淀池，水解沉淀池主要是降解污水中大分子有機物為小分子有機物，提高污水的可生化性。同時水解沉淀池可通過排泥去除污水中的部分有機物。水解沉淀池通過集水槽均勻出水直接為DN 反硝化濾池配水，污水在DN 反硝化濾池中通過硝化回流液增
加大量的NO3- N，并在反硝化菌的作用下將污水中硝態氮和亞硝態氮轉化為N2 去除，SS 經過濾料的截留作用通過反沖洗的方式去除。DN 反硝化池出水進入CN 生物濾池，在生物濾池內污水中的NH4+- N，COD，BOD 等大部分有機物都能有效地去除。污水中的SS 也通過反沖洗的方式進一步地去除，zui后污水通過紫外線對污水中的大腸桿菌進行消毒達標后
排放。
3.4 監測結果

監測進出水水質見表2。
4、生物濾池特點
4.1 生物濾池的優點
（1）處理能力強。細小的填料顆粒提供了巨大的比表面積，使濾池單位體積內保持較高生物量，而且填料上的生物膜較薄，活性較高，使得該工藝具有高水力負荷和高容積負荷。生物濾池除能夠去除COD，BOD 外，還能夠截留SS，去除NH4+- N 等，具有多種凈化功能。
（2）抗沖擊能力強。由于濾料的高比表面積，當外加有機負荷增加時，濾料表面的高生物活性的生物膜上的微生物可以快速增殖，另一方面由于整體生物濾池的緩沖能力使得生物濾池受水質水量變化影響小。經驗表明，在正常負荷2~3 倍的短期沖擊負荷下運行，其出水水質變化較小。
（3）出水水質高。由于濾料表面高活性生物膜對COD，BOD 和NH4+- N 等有機污染物的去除，以及填料本身截留和表面生物膜的生物絮凝作用，可吸附、截留一些難降解物質和去除SS，使得處理出水水質很好。經消毒處理后，其水質可達到國家建設部頒布的《生活雜用水水質標準》（CJ 25.1- 89），直接回用。
（4）易掛膜，啟動快。經驗表明，生物濾池在水溫10~15 ℃時，2~3 周即可完成掛膜過程。在暫時不使用的情況下可關閉運行，濾料表面的生物膜不會死亡，一旦通水曝氣，可在很短的時間內恢復正常，非常適合一些水量變化大地區的污水處理。
（5）占地面積少，基建投資省。該工藝生化反應和過濾統一在一個單元中進行，處理裝置結構緊湊，無需二次沉淀池，同時，由于生物膜的高數量和高活性使其可在較短的停留時間內對污水進行快速凈化，因此所需生物處理面積和體積都很小，節約占地面積，節省基建投資。
（6）結構模塊化。生物濾池采用模塊化結構，運行管理方便，便于維護和進行后期的改擴建。與其他傳統工藝組合使用，可使一些過去的老廠進行技術改造，避免資源浪費。此外，還可建成封閉式廠房，減少臭氣、噪聲對周圍環境的影響，視覺景觀好。
4.2 生物濾池的缺點
（1）要求預處理。為使生物濾池在較短的水力停留時間內處理較高的有機負荷并具有截留SS 的功能，其采用的填料粒徑一般都比較小，如果進水SS 較高，會使濾池在很短的時間內達到設計的水頭損失發生堵塞，這樣就必然導致頻繁的反沖洗，增加了運行費用與管理的不便，因此，對進水SS 的要求較高，需要對進水進行預處理。
（2）需要反沖洗。生物濾池需定期進行反沖洗，清洗濾池中截留的SS，同時更新生物膜。在反沖洗操作中，短時間內水力負荷較大，反沖出水直接回流入初沉池會對初沉池造成較大的沖擊負荷，因此該工藝雖然節約了二沉池，但需一個污泥緩沖池，以減輕對初沉池的沖擊負荷。
（3）水頭損失大。和其他廢水處理工藝相比較，生物濾池工藝的水頭損失較大，因此，對廢水的總提升高度大。
（4）濾料流失。由于設計或運行管理不當，會造成濾料隨水流失等問題。
5、影響生物濾池運行效果的因素分析
5.1 溫度對生物濾池運行效果的影響
生物膜是整個生物濾池的核心，是生物膜反應器穩定運行的基礎。在生物濾池中異養微生物能有效地形成生物膜，但受到溫度的限制。低溫下，生物可利用有機基質濃度不受限制時，異養細菌生物量增加很快，而生物可利用有機基質濃度成為限制因子時，異養細菌生物量雖然仍能有所增加，但增加緩慢。溫度對生物濾池硝化作用的影響，尤其對短程硝化反硝化作用的影響不同于懸浮生長反應器。由于在生物濾池反應器中的溶質是擴散傳遞，而不是符合動力學特性，這是硝化作用的控制因素。
在試驗中發現20 ℃是臨界溫度，當溫度低于20 ℃時，反應器的氨氮去除率較低（僅為進水氨氮的25％），而溫度為20 ℃時，氨氮去除率上升到68％左右，但隨溫度進一步提高，氨氮去除率增長緩慢。
5.2 反沖洗對生物濾池運行效果的影響
生物濾池集生物膜的強氧化降解能力和濾層截留效能于一體，是一種適合大規?；赜?、、低耗的污水再生工藝，而運行一定時間后，濾層需要通過反沖洗進行再生，反沖過程要求達到釋放截留的懸浮物，不損害并更新生物膜的多重目的，因此，反沖洗是保證生物濾池運行效能的關鍵步驟?？陀^地講，反沖過程沒有太多的理論依據，基本是從再生效果考慮的，既要恢復過濾能力，又要保證填料表面仍附著有足夠的生物體，使濾池能滿足下一周期凈化處理要求。
由于污水處理是一項主要側重于環境效益和社會效益的城市基礎建設工程，污水處理廠建設和運行管理中的資金投入問題往往成為解決我國水污染問題的“瓶頸”。這一問題在資金相對比較緊張的中小城鎮、生產企業等中小型排放源的水污染控制上表現得尤為突出，并將隨著我國城市化水平的提高和社會經濟的發展而更加尖銳。因此，研究開發適合我國國情的簡易、、低耗污水處理新技術，是解決我國目前所面臨的水環境污染和水資源短缺問題的有效途徑，而針對中小型點源污染控制的污水處理技術則是急需重點研究的關鍵課題。作
為一種新型污水生物處理技術，生物濾池近年來已經成為國內外的研究熱點。生物濾池在保證去除效果的同時節省了二沉池，簡化了處理工藝，且具有有機負荷高，水力停留時間短，氧轉移和利用率高，基建投資少，占地少，能耗低，運行成本低，出水水質好等特點，該工藝適用于我國水工業所面臨的資金不足、技術水平低而環境標準要求越來越高的現狀。
鑒于生物濾池的工藝流程較短，基建費用和常年運轉費用大大低于常規二級生化處理技術，因此生物濾池工藝是比較理想的生活污水和低濃度工業污水的處理工藝之一。