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曝气生物滤池BAF的工艺原理及作用机理

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学社博客 发表于 2019-9-9 07:58 | 显示全部楼层 打印 上一主题 下一主题
曝气生物滤池BAF的工艺原理
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/ m5 O: Z( K, o. a5 c7 `: {! G在滤池中装填大量粒径较小、表面粗糙、比表面积较大的粒状滤料,通过培养和驯化使得滤料表面生长着生物膜。在滤池内部进行曝气,当污水流经时,利用滤料上高浓度生物膜的强氧化降解能力对污水进行快速净化,此为生物氧化降解过程。: {0 Z1 Z) t8 [% J5 Y2tech.cn

; r8 A  o# N; c. k( J* _4 X1 k同时,在生物膜的表面附着一层薄薄的水层,污水流经时,滤料呈压实状态,有机物就会从运动着的废水中转移到附着在生物膜表面的水中去,利用滤料粒径较小的特点及生物膜的生物絮凝作用,截留污水中的大量悬浮物,并保证脱落的生物膜等不会被出水带走,此为截留作用。
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运行一定时间后,滤料截留了大量的SS,同时微生物大量生长繁殖,生物膜增厚,因水头损失的增加,需对滤池进行反冲洗,以释放截留的悬浮物并更新生物膜,此为反冲洗过程。5 A( z$ a; @; C8 K2 Q% t1 a0 f2tech.cn
BAF 工艺类型和操作方式有多种,各具特点,但其基本原理是一致的。曝气生物滤池处理污水的原理是反应器内填料上所附生物膜中微生物氧化分解作用,填料及生物膜的吸附阻留作用和沿水流方向形成的食物链分级捕食作用以及生物膜内部微环境和厌氧段的反硝化作用。  U3 r" r* ]1 L$ _% w2 N2tech.cn
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BAF 水流流向主要分为下向流和上向流,其中下向流以OTV 公司的BIOCARBONE 工艺为代表;上向流以OTV 公司的BIOSTYR 工艺为代表。BIOSTYR 和BIOCARBONE 工艺示意图见图1 。* H. @; Z/ _) O1 [' \6 G2tech.cn

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BAF 反应器为周期运行,从开始过滤到反冲洗完毕为一个完整的周期。具体过程如下: 在BIOCARBON 工艺中,经预处理的污水从滤池顶部进入,在滤池底部进行曝气,气水处于逆流。在反应器中,有机物被微生物氧化分解,NH3 - N 被氧化成NO3 - N ,另外由于在生物膜的内部存在厌氧/ 兼氧环境,在硝化的同时实现部分反硝化。在无脱N 要求的情况下,从滤池底部的出水可直接排出系统,一部分留做反冲洗之用,如果有脱N 要求,出水需进入下一级后置反硝化柱,同时需外加碳源,因为内环境反硝化不能使出水TN 达到排放要求。
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1 k2 K  u& M1 _5 |- S随着过滤的进行,由于填料表面新产生的生物量越来越多,截留的SS 不断增加,在开始阶段水头损失增加缓慢,当固体物质积累达到一定程度,堵塞滤层的上表面,并且阻止气泡的释放,将会导致水头损失很快达到极限,此时应立即进入反冲洗再生,以去除滤床内过量的生物膜及SS ,恢复处理能力。6 U# R$ d5 B1 W2 k: g6 Y+ ?( `2tech.cn
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反冲洗采用气水联合反冲,反冲洗水为经处理后达标水,反冲空气来自于底部单独的反冲气管。反冲时关闭进水和工艺空气,水气交替单独反冲,最后用水漂洗。滤层有轻微的膨胀,在气水对填料的流体冲刷和填料间相互摩擦下,老化的生物膜和被截留的SS 与填料分离,冲洗下来的生物膜及SS 在漂洗中被冲出滤池,反冲洗污泥回流至预处理部分。由于正常过滤和反冲时水流方向相反,使填料层顶部的高浓度污泥不经过整个滤床,而是以最快的速度离开滤池,这对保证滤池的出水是有利的。
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在BIOSTYR 工艺中,经预处理的污水与经硝化的滤池出水按一定回流比混合后进入滤池底部。在滤层中进行曝气,曝气系统将滤池分为好氧和缺氧两部分。在缺氧区,一方面反硝化菌利用进水中的有机物作为碳源,将滤池中的NO3 - N 转化为N2 ,实现反硝化。另一方面,填料上的微生物利用进水中的溶解氧和反硝化产生的氧降解BOD ,同时,一部分SS 被吸附截留在滤床内,这样便减轻了好氧段的固体负荷。
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经过缺氧段处理的污水然后进入好氧段,好氧段的微生物利用从气泡转移到水中的溶解氧进一步降解BOD ,硝化菌将NH3 - N 氧化为NO3 - N ,滤床继续截留在缺氧段没有被去除的SS。流出滤层的水经上部滤头排出滤池,出水按需求分为: (1) 排出处理系统; (2) 按回流比与原水混合进行反硝化; (3) 用作反冲洗水。
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随着过滤的进行,滤层中新产生的生物膜和SS 积累不断增加,水头损失与时间成线性正相关。当水头损失达到极限水头损失时,应及时进入反冲洗以恢复滤池的处理能力。由于在BIOSTYR 工艺中没有形成表面堵塞层,使得BIOSTYR 工艺比BIOCARBONE 工艺运行时间要长。2 n5 R2 l# c" E* t! W3 I2tech.cn
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反冲时也为气水交替反冲,反冲洗水即为贮存在滤池顶部的达标排放水,反冲空气来自底部的反冲洗气管,反冲水自上而下。其反冲过程基本类似于BIOCARBONE 工艺。; H6 d9 u4 @  ]+ X3 c% x  z2tech.cn

, `1 o/ t7 K) @1 n! l9 j2 S两者的反冲过程没有太多的理论依据,但必须把握以下原则:既要恢复过滤能力,又要保证填料表面仍附着有足够的生物体,使滤池满足下一周期净化处理要求。
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) w! H# Q' d2 U* N. }  K7 c6 U" r$ j从BIOCARBONE 到BIOSTYR 工艺的运用是一个逐步发展的过程,该技术的关键是采用了一种特殊的填料(密度为0. 8 g/ cm3 左右的有机填料) 。相比而言,BIOSTYR 工艺有如下优点: (1) 重力流反冲洗无需反冲泵,节省了动力; (2) 滤头布置在滤池顶部,与处理水接触不易堵塞,便于更换; (3) 硝化/ 反硝化在同一池内完成。
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曝气生物滤池BAF的作用机理

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" @) m, j& [0 B/ O- |: A9 J4 g生物膜降解有机物的机理& U  ?; p+ B- V2tech.cn
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, \) Y+ l, ]8 o5 ~# \污水流过滤床时,部分污水、污染物和细菌附着在滤料表面上,其中的有机物使微生物很快繁殖起来,形成生物膜并逐渐成熟,这一起始阶段通常称为“挂膜”。
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生物膜具有较大的表面积和很强的氧化能力。当滤池通风良好,滤料空隙间有足够多的氧时,就能分解所吸附的有机物。有机物降解是在生物膜表层的厚度约为0.1-2mm的好氧性生物膜内进行的。在这里栖息着大量的细菌、原生动物和后生动物,形成了有机污染物→细菌→原生动物(后生动物)的食物链,通过细菌的代谢作用,有机物被降解,使附着水层得以净化。
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流动水层与附着水层相接触,在传质的作用下,其中的有机物转移到附着水层,从而使流动水层在流下过程中逐步得到净化。好氧微生物的代谢产物H2O和CO2,又沿着相反方向从生物膜通过附着水层传递给流动水层。 ' ^+ I0 X$ Y2 X2tech.cn

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生物膜的构造
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在生物滤池中,生物膜并不是一成不变的,而是在不断生长、脱落和更新。在生物膜成熟后的初期,微生物代谢旺盛,净化功能最好,在膜内出现厌氧状态时,净化功能下降,而当生物膜脱落时,降解效果最差。4 E* }7 [6 m# i: j+ ]2tech.cn
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生物膜上各种生物相及净化作用$ E7 b! m: ]/ y+ \5 [5 L8 B% U2tech.cn

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生物膜上的生物相是非常丰富的,包括细菌、真菌、藻类、原生动物、后生动物以及肉眼可见的其他生物。- W5 @5 w- A8 r5 b2tech.cn

# V& E5 D4 ]" L7 m1、细菌、真菌3 N6 y$ O8 T" E4 X* ~2tech.cn
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细菌对微生物的降解起主要作用。构成生物膜的细菌在生物滤池上、中、下各层的数量和种属有所差异,一般表层多为异养菌,深层多为自养菌。在生物膜还出现镰刀霉属、地霉属、浆霉属等真菌。它们对某些人工合成的有机物如腈等有一定的降解能力。& e9 q1 p- m' I6 o9 p2tech.cn
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2、藻类
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3 n/ Q$ q9 u/ w+ c( [* Q6 s# X7 n藻类是受阳光照射下的生物膜中的主要成分。一些藻类如海藻是肉眼可见的,但绝大多数缺只有在显微镜下才能观察到,有的只是单细胞,而有的则是多细胞结构。尽管藻类不是生物膜主要的微生物类群,但藻类却作为水环境中生产者是受阳光照射下水体中的生物膜微生物的主要构成部分。由于出现藻类的地方只限于生物膜反应器中很小部分,因而对污水净化不起很大作用。
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! L+ Y. X3 V4 p. b" H- U& O- {3、微型生物
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微型生物是指栖息在生物膜表面上的原生和后生动物。原生动物细菌为食料,是污水净化的积极因素,现多为污水净化状况的指示性生物。处理城市污水的生物滤池在运行多出现豆形虫一类的游泳型原生动物,而在工作正常、降解功能良好时占优势的原生动物则多为钟虫、等枝虫、独缩虫以及盖虫等附着型纤毛虫。在生物滤池内经常出现的原生动物是线虫,线虫及其幼虫具有软化生物膜,促使生物膜脱落的作用,从而能使生物膜经常保持活性和良好的净化功能。
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4、滤池蝇
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在生物滤池中还栖息着一类以滤池蝇为代表的昆虫。滤池蝇是一种体型较一般家蝇小的苍蝇,其产卵、幼虫、成蛹、成虫等过程在滤池内进行。它们飞散在滤池四周,以微生物及生物膜内的有机物为食,具有抑制生物膜过速生长的作用,能使生物膜保持好氧状态,对污水净化有良好作用,故线虫、滤池蝇亦称为生物膜增长控制生物。
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* o/ {! V+ q5 P* T; L曝气生物滤池反冲洗工艺理论5 Y1 F" @8 K5 r9 m0 Z2tech.cn
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0 k" B) b; [8 A自从快滤池问世以来,各国学者对反冲洗机理进行了大量研究,并且形不同见解。目前的反冲洗理论主要有以下三种。$ g9 `% m# A' O( k) h5 m* h" J2tech.cn

1 n0 L. E6 v5 ?9 ?(1)水力剪切作用机理
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Camp、Amirtharajah、Cleasby等人以及随后部分学者认为,在水流反冲洗中,主要是水力剪切力起作用,使悬浮物质和滤料分离开来,冲洗效果随着剪切力的增加而提高,冲洗过程中滤料之间的碰撞和摩擦作用可以忽略不计。提出这种观点的理由是,全部冲洗能量被用来保持滤料颗粒悬浮;滤料表面的水膜防止了滤料间的表面摩擦;无试验证实滤料的碰撞摩擦发生。
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& o6 W8 ^/ O/ V: n4 q% z- k0 U+ R(2)碰撞摩擦作用机理9 [! ]( G5 a4 O$ W8 H+ H5 `. l. a2tech.cn
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一部分学者人认为,在反冲洗过程中,主要是滤料间的相互碰撞起作用,并且认为,滤床处于刚好被托起的流化状态时,滤料颗粒间碰撞次数最多,冲洗效果最好。. S1 n: p  c& `6 n, F2 x; G; \2 J2tech.cn
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(3)剪切与碰撞综合作用机理
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% j$ j+ I2 U7 J. i' R由于水力剪切机理和碰撞摩擦机理计算的最佳反冲洗强度往往和试验数据不符,因此,一部分学者提出了剪切和碰撞综合作用机理。即认为,在不同条件下,剪切和碰撞两种作用都是能够发生的。
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