淹没式生物滤池—BIOSTYR工艺

姜志凯， 石淑倩， 翟海霞
(青岛市排水管理处， 山东青岛 266071)

　　中图分类号： X703 ；
　　文献标识码： D ；
　　文章编号：1000-4602(2002)07-0088-03

　　BIOSTYR上向流生物滤池运行可靠、自动化程度高、出水水质好、抗冲击能力强、节约能耗 ,既可用于城市污水的二级处理,也可用于其他污水的深度处理。?

1 基本结构和工艺流程

1.1 基本结构
　　BIOSTYR工艺每个生物滤池单元包括:进水管和位于滤池底部的配水渠(同时可用于反冲洗水的排除)、两条空气管(穿孔管,一条用于工艺曝气,另一条用于气反冲；在硝化/反硝化反应时用2条管道,在单一硝化反应时曝气和反冲洗为同一条管道)、3～3.5m的滤料层(滤料表面附着大量的微生物)、滤池顶部的混凝土滤板(防止滤料的流失)、滤板上安装的滤头(用于滤池出水)，结构示意图见图1。

1.2 工艺过程 ?
　　根据曝气管道位置的不同可以控制硝化和反硝化反应的程度,也可以单独进行硝化反应或反硝化反应。具有硝化和反硝化功能的BIOSTYR生物滤池,其曝气管位于经过计算的滤床中部, 将滤床分隔为下部厌氧区和上部好氧区。这种滤池可以去除所有可降解的污染物(COD、BOD、SS、总氮),其反冲洗气管位于滤池底部。通常仅需要进行硝化反应(对氨氮有要求)时，在曝气和气反冲洗时共用一根位于滤池底部的穿孔管,从而使整个滤床处于好氧状态,可去除大部分可降解的污染物(COD、BOD、SS和氨氮)。
　　① 配水和进水
　　一级或二级处理出水通过配水堰均匀地分配到各个滤池的进水渠中,通过重力流进入滤池底部的配水渠,再进入到整个滤池(在进水管或渠上安装有自动阀门,用于某些情况下停止进水)。这种设计保证了滤池在整个截面上的均匀配水，同下向流滤池(如滤料的体积质量＞1)不同,该滤池的水头保证了进水配水的均匀,因此滤池底部不再需要滤头(那样很容易堵塞)或者配水管网,并且在处理前不需要筛网。
　　② 滤料
　　BIOSTYRENE滤料是一种粒径小、形状一致的球形滤料,体积质量＜l,具有很大的比表面积和较高的净化能力,处理负荷高；机械性能和物理化学性能好,不易磨损；滤料的原材料取自工业原料,可就地生产加工,成本低廉；滤料损失极小,几乎不用更换。
　　③ 生化反应
　　滤料作为微生物的载体,其巨大的表面积上附着了大量的微生物,在底部曝气管供氧的作用下,污水中的COD、BOD被降解,氨氮则被氧化成硝酸盐氮。
　　在硝化/反硝化的情况下,处理出水需进行回流,回流水和原水在进水渠中混合后再进入滤池, 首先进入滤床下部的厌氧区,在此进行反硝化反应,将回流水中的硝酸盐氮去除；然后进入上部的好氧区,在此将含碳污染物分解,将氨氮转化为硝酸盐氮。
　　由于硝化、反硝化反应机理受进水水温的影响很大,因而进水水温将明显影响生化反应的池容。BIOSTYR滤池具有足够的停留时间(l～2h),同时还有80～100℃的空气的连续鼓入,因此生化反应受外界气候条件影响极小；同时,滤池中的微生物固定在载体上(不像活性污泥那样悬浮在水中),其单位体积内的生物量极大,提高了处理效率。较低的进水水温对其生化反应影响较小,BIOSTYR滤池可以在8～30℃范围内正常运行。最后,污水流经滤床的方向是压缩滤料的方向,而不是扩展滤料的方向,加强了对悬浮物质的截留作用,从而不再需要沉淀池。
　　④ 滤池的出水
　　漂浮的滤料被混凝土盖板阻挡在滤池中,盖板上安装有许多滤头,使处理出水流出,这些滤头只同处理后的水接触,因此避免了堵塞；同时,这些滤头上面没有滤料,很容易进行维护。
　　⑤ 反冲洗
　　随着悬浮物质被截留和生物膜的不断生长,滤床需要定期进行反冲洗(即重力反冲洗和气反冲),反冲洗后的水由滤池底部的集水沟(即进水暗渠)收集并排到一个集水池中。反冲洗水即滤池顶部滤板上面储存了一定高度的清水层，这些清水层在每一组滤池中是相通的，清水层的高度是经过计算的，可使所储存的水量足够用于滤池的反冲洗。由于反冲洗通过重力进行并与正常过滤的方向相反，因此不需要反冲洗水泵。
　　定期的逆向流反冲洗可以去除过剩的生物膜和所截留的悬浮物，不使它通过整个滤床。向下冲洗水在最短路线内，沿截留物重力落下的方向把截留物冲出滤床，节约能耗且效率高。反冲洗过程如下：关闭滤池的进水阀，打开滤池底部的反冲洗排水阀；滤池顶部的清水以重力流下进行预冲洗；然后转以气、水联合反冲；仅用空气冲洗和仅用水冲洗交替进行；最后再用水冲洗。
　　反冲洗的控制程序分两种:时间控制(正常情况下是24h反冲洗一次)和压差控制(即通过滤料层上下的压力差进行自动启动运行)。
　　⑥ 曝气
　　每个滤池的工艺空气和反冲洗空气由同一台鼓风机提供,鼓风机连续工作。只不过在进行硝化/反硝化型的滤池中,它们的布气管网是分开的,并且由阀门进行切换；在单一硝化的滤池中,工艺空气和反冲洗空气是同一布气管网,两种方式的供气由滤池入口的调节阀调节。
　　BIOSTYR生物滤池采用穿孔管曝气(其曝气效率一般在30%以上)，效率的高低不仅取决于曝气设备本身,还取决于微生物对氧的吸收利用率。BIOSTYR滤池具有极高的生物量和很大的比表面积,而且滤池结构紧凑,单位体积内氧的浓度远高于活性污泥法的曝气池,因此微生物对水中氧的吸收利用率高。
　　由于滤池中填满了密实的滤料,因此气泡到达滤池出水的距离要比没有滤料时长2倍以上。尽管穿孔管曝气的气泡要比微孔曝气的气泡大一些,但由于滤料的阻塞和分割作用,使气泡必须经由滤料缝隙,较长时间后才能到达滤池表面,此时大气泡被分割成许多小气泡,从而大大提高了氧的利用率,也就提高了曝气效率。BIOSTYR滤池在刚投入应用时也采用微孔曝气,后来 随着实践和理论的不断深入改为穿孔曝气,这种改变对氧的利用率来说几乎没有什么变化, 相反却大大降低了曝气末端设备的投资和运行维护费用,也彻底避免了微孔曝气中常见的“堵塞”问题。?

2 滤池的性能

　　这种滤池的最大去除负荷为5.5kgCOD/(m³滤料·d)、1.1kgNH₄⁺-N/(m³滤料·d)，在滤料介质内达到很高的滤速(在硝化型滤池可以达到8～10m/h，在硝化/反硝化型的滤池中考虑到回流水的因素,滤速可达到3～5 m/h)，其出水水质为COD≤60mg/L、BOD≤20mg/L、SS≤20mg/L、NH₄⁺-N≤5mg/L。

3 BIOSTYR生物滤池的优点

　　由于滤池在顶部出水,滤料处于漂浮状态,综合了下流式生物滤池和上流式生物滤池的优点,不需要单独的反冲洗水和反冲洗水泵,降低了设备投资和运行费用；滤料的比表面积大,处理负荷高；较大的水深、较高的曝气密度和较高浓度的微生物使氧利用率达到30%左右,曝气能耗比常规工艺低20%～30%；采用穿孔管曝气,节省设备投资和维护费、寿命长(膜式曝气头通常在运行2年后开始失效)；自动化程度高、操作人员少；低温时运行稳定、受温度影响很小； 由于具有连续的物理过滤能力,一旦生化反应发生问题,滤池仍可去除绝大部分的悬浮物；同悬浮生长工艺相比，固定生物膜工艺具有非常强的恢复能力,BIOSTYR生物滤池工艺仅需要几天即可恢复其以前的生化能力,而活性污泥需要几个星期才能恢复；工艺操作灵活,同一滤池内可同时完成硝化和反硝化；因污水停留在密闭的空间内，滤池周围的空气仅和处理后的水接触,故臭气和异味的排放可以控制在最小限度。
　　此外，使用BIOSTYRENE滤料还有如下特点:
　　由于滤料较轻(合成结构),因此冲洗很方便、节约能耗；根据所处理的出水水质,可以采用不同的滤料粒径和密度。
BIOSTYR工艺将滤池和生化反应器结合起来,不再需要沉淀池；占地面积小(是常规工艺的1/4～1/5)，节省大量征地和地基处理费用；池容小,土建工程量比其他工艺少20%～40%；全部模块化结构,改(扩)建容易，工期短；上部出水为清水,滤头不易堵塞,检修和更换容易；可对厂区进行全封闭,无臭味污染,视觉和景观效果好。

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　　收稿日期：2001-12-30