曝气生物滤池处理污水.docx

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曝气生物滤池处理污水

污水处理新技术——曝气生物滤池BIOSTYR（r）

　 几十年来，在污水处理领域，活性污泥法无疑是一种被广泛使用并有良好效果的污水生物处理技术。

但是随着社会的不断进步，城市规模扩大以及人类对居住环境的日益重视，活性污泥法的不足越来越突出地显现在人们的眼前。

　　占地巨大人口的不断膨胀使城市变得拥挤，许多城市土地稀缺，而采用活性污泥法的污水处理厂动辄几公顷，甚至几十公顷的占地无疑成为一种制约。

　　环境恶劣巨大的污水处理构筑物大面积暴露在大气之中，极易产生臭气污染，周围居民无法忍受。

因此，越来越多的居民拒绝与污水处理厂为邻。

　　性能不稳定由于是一种悬浮状态的微生物胶团，活性污泥的浓度通常在6000毫克/升以下，外界环境（温度，污染物浓度等）极易对处理效果产生影响，甚至造成污泥膨胀，使处理水质恶化。

　　上世纪八十年代，一种针对以上问题研发出来的新的污水处理技术首先在法国得以运用，这就是“淹没式固定生物膜曝气滤池”。

法国OTV公司在淹没式固定生物膜曝气滤池领域拥有近20年的工程设计、建设和运行经验，并且在世界各地建设了100多座类似工艺的污水处理厂，其中一种工艺便是BIOSTYR（r）生物滤池。

　　BIOSTYR（r）则是一种经过改良的新一代上向流曝气生物滤池。

它既可以用于污水的二级处理，也可以用于处理出水需要回用等其它要求的污水深度处理，并且能够达到很高的排放水质标准。

基本结构

　　BIOSTYR（r）工艺是一种淹没式上向流生物滤池，其滤料为比重小1的球形颗粒并漂浮在水中，我们称之为BIOSTYRENETM。

　　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）；

　　*两条空气第（管孔管），一条用于工艺曝气，一条用于气反冲洗；在硝化/反硝化反应时用两条管道，在单一硝化反应时曝气和反冲洗为同一条管道；

　　*3～3.5米的滤料层，滤料表面附着大量的微生物；

　　*滤池顶部有混凝土滤板，防止滤料的流失；

　　*滤板上安装有滤头，用于滤池出水。

工艺原理

　　根据曝气管道位置的不同设置可以控制硝化反应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，其曝气管位于滤床中的经过计算的位置，将滤床分隔为下部厌氧区和上部好氧区，它可以去除所有可降解的污染物，含碳污染物（COD和BOD），悬浮物（SS），氨氮和硝酸盐（即总氮），反冲洗气管位于滤池底部。

　　对于通常的仅需要进行硝化反应（对氨氮有要求），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，它可以去除大部分可降解的污染物，含碳污染物（COD和BOD），悬浮物（SS）和氨氮。

　　配水和进水：

从一级处理或二级处理出来的水通过配水堰均匀地分配到各个滤池的进水渠中，然后通过进水管重力流入滤池底部的配水渠，在进水管或渠上安装有自动阀门，用于某些情况下的停止进水（比如在反冲洗的过程中），污水通过滤池底部的配水渠进入到整个滤池，这些设计保证了滤池在整个截面上的均匀配水。

同下向流滤池（如滤料的比重大于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。

　　滤料：

BIOSTYRENETM滤料是一种粒径小、形状一致的球形滤料，其比重小于1，具有很大的比表面积，这使它具有如下特性：

　　*滤料比表面积大，具有较高的净化能力，处理负荷高；

　　*机械性能和物理化学性能好，不易磨损；

　　*滤料的原材料来自于国内的工业原料，可就地生产加工，成本低廉；

　　*滤料损失极小，几乎不用更换。

　　由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，在底部曝气管所提供的氧的作用下，污水中的含碳污染物（COD和BOD）被降解，氨氮则被氧化成硝基氮。

　　在硝化/反硝化的情况下，处理后的出水需要进行回流，回流水和原水在进水渠中混合后进入滤池，污水首先进入滤床下部的厌氧区，在此进行反硝化反应，将回流水中的硝基氮去除；然后进入上部的好氧区，在此将含碳污染物分解，将氨氮转化为硝基氮。

　　由于硝化、反硝化反应机理受进水水温的影响很大，因此低进水水温将明显影响生化反应的池容。

但是，BIOSTYR（r）滤池具有足够的停留时间（1～2小时），同时还有80～100°C的工艺空气的连续鼓入，因此生化反应受外界气候条件影响极小；同时，由于在滤池中的微生物是固定在载体上，而不象活性污泥法悬浮在水中，因此其单位体积内的生物量极大，提高了处理效率。

由于以上两个原因，较低的进水水温对其生化反应影响较小，BIOSTYR（r）滤池可以在8～30°C的范围内正常运行。

　　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，由此也加强了对悬浮物质的截留作用，从而不再需要沉淀池。

　　滤池的处理出水：

漂浮的滤料通过混凝土盖板阻挡在滤池中，盖板上安装有许多滤头，可使处理后的出水流出，由于这些滤头只同处理后的水接触，因此避免了堵塞；同时，由于这些滤头上面没有滤料，故而很容易进行维护。

　　滤池反冲洗：

随着悬浮物质的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。

反冲冼水即滤池顶部滤板的上面储存的一定高度的清水层，此清水层在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冼。

由于反冲洗是通过重力进行并与正常过滤的方向相反，因此不再需要反冲冼水泵。

　　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，而不需要使它通过整个滤床。

向下的水的冲洗可以在最短路线内把截留物冲出滤床，并且是截留物重力落下的方向，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；

　　*滤池顶部的清水重力流下，进行预冲洗；

　　*然后辅以气反冲进行气水联合反冲；

　　*仅用空气冲洗和仅用水冲洗交替进行；

　　*最后再仅用水冲洗。

　　反冲洗的控制程序分两种：

即时间控制（正常情况下是24小时反冲洗一次）和压差控制（即通过滤料层上下的压力差进行自动起动运行）。

　　滤池的曝气：

每个滤池的工艺空气和反冲洗空气由同一台鼓风机堤供，鼓风机是不停止工作的。

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；而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。

　　滤池的工艺性能：

根据去除污染物的不同，BIOSTYR（r）滤池可以分为除碳型，硝化型，硝化/反硝化型以及后反硝化型。

　　由于滤料上附着的巨大而丰富的生物膜，BIOSTYR（r）滤池的处理能力大大高于活性污泥法。

主要优点

　　*由于BIOSTYR（r）工艺将滤池和生化反应器结合起来，因此不再需要沉淀池；

　　*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，土建工程量比其它工艺少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。

无需放空滤池中滤料；

　　*可对厂区进行全封闭，无臭味污染，视觉和景观效果好；

　　*不需要单独的反冲冼水和反冲洗水泵，降低了设备投资和运行费用；

　　*穿孔管曝气，节省设备投资和维护费，效率高。

而膜式曝气头通常在运行两年后开始丧失其效率；

　　*自动化程度高，操作人员少；*低温运行稳定，受温度影响很小；

　　*由于其具有连续的物理过滤能力，一旦生物反应发生问题，滤池仍可去除绝大部分的悬浮物；而且仅需要几天即可恢复生物处理能力，而活性污泥法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的反硝化的功能。

污水处理用去油气浮装置

   从气浮系统的分离设备、溶气、释放方式等方面，分析比较传统气浮设备的落后和HRA（W）F气浮设备的先进。

   溶气气浮是气浮法中应用最广泛的一种。

溶气气浮就是设法在待处理水中通入大量密集的微细气泡，使其与杂质、絮粒互相黏附，形成整体比重小于水的浮体，从而依靠浮力上至水面，以完成固液，液液分离的净水方法。

它在造纸、炼油、印染等行业的应用是非常广泛的。

   尤其近几年来，HRA（W）F的气浮设备已有十几台应用在中国造纸行业的白水处理中，它的的运转效果令用户非常满意，但被用户和环保设计部门高度重视却是近两年的事情。

因为过去HRA（W）F气浮池只作为造纸设备的附属设备而随主机一齐引进，或只作为造纸行业的专用设备被引进。

人们在当初认识它时，看到的可能只是它对纸浆的回收和利用，而忽略了它同时是一种防治污染的水处理的设备。

另外一个原因是它高昂的价格，令中小型用户不敢问津。

近来随着我国经济的高速发展、环保治理、法规的健全、环保经费的加大投入和人们对环保认识的提高；汇绚公司与国内公司的合资、合作，也使产品的价格大幅度的降低。

在几乎没有竞争对手的情况下，使HRA（W）F的气浮设备渐渐走俏。

但许多用户对它与传统气浮设备的区别，或换句话说，它到底好在那里还不太了解。

为加快引进技术的国产化进程和推广应用，先将该设备的结构原理、工艺流程及具体应用等介绍如下：

1.典型工艺流程:

   原水泵3从原水池1中将原水提升到反应室4，絮凝剂在吸水管上投入，并经叶轮混合在反应室中进行絮凝，反应后的絮凝水通过孔墙进入接触室，与来自溶气释放器的释气水相混合。

此时水中的絮粒和微气泡相碰撞粘附形成带气絮粒而上浮，并在分离区7进行固液分离。

浮至水面的浮渣，由刮渣机刮至排渣槽9排出。

清水则由穿孔集水管汇集到集水槽10后出流，部分清水经由溶气水泵11加压后进入溶气罐12，在罐内与空压机13的压缩空气相互接触溶解，饱和溶气水从罐底通过管道输向溶气释放器5。

2.基本设计参数：

   ①表面负荷2-5m3/m2h;②回流比25-50％

   ③分离时间20-45min;④溶气压力2-4bur（表压）；

   ⑤气浮池深；⑥反应时间10-15min;

3．设备在应用中的不足

   ①气泡不能均衡地充斥到整个气浮池分离区，对于长方形气浮池，其后段的气的气浮效果是不太理想的，亦可称"气浮死区"。

   ②因气浮池较深，为2.0-2.5m，而且要悬浮颗粒的VE>VE（VE在静止状态下，颗粒上浮速度：

VE：

水流在分离区下降速度），才能有气浮分离效果，所以决定了出水不能太快，停留时间较长，表面负荷低，致使气浮池体积庞大。

   ③浮渣的清除是用刮沫机进行"一刀切"式清除，不论早浮上来的，还是晚浮上来的；不论浮渣层厚薄，均定期刮除，是一种以"不变应万变"的"粗放式"工作方式，不但对水体有很大的扰动，对出渣的含固率也没有保证。

当刮渣方向与水流方向一致时，可能会跌落在气浮池下游的浮渣很难再被浮起，直接影响出水水质；当刮渣方向与水流方向相反时，可能跌落的浮渣大部分跌落在接触区，这时仍可由接触区上升的带气絮粒将其再次托起，但进水水流对逆向刮渣的冲击要比顺向刮渣大，这也破坏了已浮起的悬浮物，徙然增加气浮池的负荷。

   ④"动态"进水，"动态"出水，对水体的扰动很大。

   ⑤通过对过去应用气浮池的调查，选用的参数-气固比都偏低，致使出水悬浮物浓度偏高，出渣含固率偏低。

而气固比的提高要通过增大固流水量、提高溶气效率、增大容器压力来实现，而这些都会增加溶气罐的制造难度-体积要增大，耐压要增高。

   ⑥对于溶气罐，为了提高罐的容积利用率，在罐内加设各种填料，以增加气、液两相的接触面积，但靠加填料使面积的增加是有限的，溶气水在罐内的停留时间仍长达2-4分钟，致使罐内的体积增大，制作、运输、安装都不方便。

   ⑦因为进入溶气罐那的加压水一般都是回流水，回流水中还含有一定量的悬浮物，所以罐内的填料要定期更换或清洗，否则会发生堵塞。

   ⑧只意识到：

"溶气罐的水位必须妥加控制，水位不能淹没填料层，但也不宜过低，以防在出水中带出大量的气泡"，带出的大量气泡之所以有害，是因为它们在气浮池内的上升过程中，将产生剧烈的水力搅动，产生的惯性冲击力不仅不能使气泡很好地附着在颗粒表面，反而将撞碎矾花粒，甚至把附着的小气泡撞开，但如果设法让其带出的是20-100pm的小气泡呢？

岂不变害为利！

   ⑨对微细气泡的形成不是进行"疏"的方法，而是用"堵"的方法；不注重"溶"，而只在"释"上做文章，片面依赖溶气释放器的作用，对溶气释放器的研制是精益求精。

   ⑩在气浮池的接触区，因每个溶气释放器的服务面积有限。

需并联多个溶气释放器，它们之间的最佳开启难度难以调节一致，致使每个释放器的出流量各异，且释放出的气泡大小不一致。

   （11）废水中存在的一些不易气浮的固体颗粒会慢慢地沉积在分离区地池底，而池底部又没有泥斗和污泥去除机械，所以沉积物无法及时排除，在沉积物底沉积越来越多，沉积高度超过穿孔集水管底开孔时，沉积物会被澄清水带出，造成出水中悬浮物增多，出水再次被污染。

   （12）因为白水中含有表面活性物质和其它药剂，因此在生产中和输送过程中会产生泡沫。

当白水进入反应室时，由于反应时间偏长，流速偏慢，白水中的泡沫上浮时把部分纤维一起上浮至池，浮浆在反应室表面越集越多，越来越厚，造成反应室浮浆腐败，产生硫化氢臭味，影响环境。

二、HRA（W）F气浮设备

1、结构原理

   结构:

N1-进水口;N2-排渣口;N3-出水口;N4-排混口;N5-迴流口;

   1.浮选槽

   不锈钢制圆筒槽,具有足够强度以承受满水重量.

   2.中央旋转轴承

   经特殊设计并精密制造之中央旋转轴承,支撑整个浮选槽旋转部分机件一半之重量,能完全承担及导引选机于任何情况下正常运转,其中间部分同时作为进流水管道.

   3.分水器

   调整分配进流水进入浮选槽,以促进进流水均匀稳定并进行浮选作用.上设几个可调式滑门及一个排气阀,以便于调节进流水均匀扩散整个槽面及释放过剩空气.底部及槽内缘处设有刮板,以刮除沉淀污泥粘附于槽壁的污泥至污泥坑排除.

   4.整流栅

   角钢制成,固定于旋转操纵台,可进一步消除流水之扰动现象.

   5.出水管

   由三支以上方管制成,设于出槽近底部处,连同出水槽一起旋转,使澄清水稳定地流入出水槽.

   6.出水槽

   由钢板制成,下设橡胶垫,使紧密地与浮选密合,有效地隔离处理水与澄清水,避免澄清水二次污染

   7.液位调整堰

   由钢板制成,藉底部之升降器支撑并可调整浮选槽内液位高低,以控制浮除半刮渣量及含水率,使整个操作更具弹性.

   8.升降装置　　

   由三具螺旋升降器组成,装设于浮选槽底部,藉由传动机构配合手轮,可轻易地作液位的调整.

   9.旋转操作台　　

   以槽型钢主梁组成的钢桥,跨越于浮选槽中心至槽旁,悬载所有运转机件,并敷设花纹板及扶手,提供操作及取样之便利.

  10.浮除斗及其驱动设备　　

   1）经特殊设计之高效率浮除斗,可由一片以上的盛斗组成,借助驱支装置驱动旋转,将上浮的浮渣刮起并流入中心管,靠重力排放至污泥槽.　　

   2）变速驱动装置,其调整范围为1:

6.　　

   3）驱动装置由马达,变速机及减速机组成,减速机为全密封油润式,藉链条驱动浮除斗.

   11.周边回转驱动装置　　

   由马达,变速机及减速机组成,减速机为全密封油润式,藉链条驱动滚轮,以浮除槽中心为轴街,产于浮选槽之边缘轨道上.变速器的变速调整范围为1:

6,可调整绕行速度,以确保槽内处理水于无流速状态下清除.

   12.玻璃视窗　　

   装设于浮除槽壁,便于视察槽内胶羽上浮状况,以提供操作调整之参考.

   13.回转继电器　　

   由滑动铜块,碳刷,轴承等组成,用来供应所有驱动装置所需之电源.回流水（澄清水）经回流加压泵压送入溶气管入口，沿管内以切线方向推进至末端出水口排入浮选槽中，压缩空气自管底散气板送入与回流水完全地混合溶入。

   中央旋转部分包括进水口、出水口和污泥去除机械，这部分和旋转泥斗以和进水流速一致的速度沿池旋转。

   源水从池中心的旋转接头进入，通过配水器布水。

配水器的移动速度和进水流速相同，这样就产生了"零速度"，我们定义为"零速原理"。

这一原理的应用是本设备的关键，这样进水不会对源水产生忧动，使得颗粒的悬浮和沉降在一种静态下进行。

   收集浮渣的螺旋泥斗也是一项专利，它收集的浮渣靠重力作用排放到静止的中央部分。

根据气浮池直径的大小和浮渣的厚薄，旋转泥斗亦可分别选用一斗、二斗或三斗的结构形式。

   清水由集水管排出，集水管连在中央部分和它一起旋转，这样源水的气浮分离时间就是中央旋转部分的回转周期。

连在移动的配水器上的刮板将池低和池壁上沉泥刮集到泥斗中，定期排放。

行走部分和泥斗的转动由调速电机驱动，中心滑环供电。

2．基本设计参数

   ①表面负荷9.6-12m3/m2h;

   ②回流比20％-40％；

   ③分离时间3-5min;

   ④溶气压力6-7.5bar（表压）；

   ⑤气浮池深650mm；

   ⑥气浮池有效水深550mm

3.设备在应用中的优点

   ①微细气泡与絮粒的粘附发生在整个气浮分离过程，也就是说没有"气浮死区"

   ②应用"浅池理论"进行设计，池深只有650mm，有效水深<550mm，进出水的巧妙隔离VE、VF的限制，气浮分离的时间3-5分钟，使设备的占用空间大幅度减小，以同样处理量7000m3/d的造纸白水为例，传统气浮池的占用面积为115（95＋20）m2，HRA（W）F气浮池的占用面积约为51m2。

   ③浮渣的清除，用螺旋泥斗，清除的浮渣在某一时刻总是池内浮起时间最长的浮渣。

换句话说，也就是此处固、液分离最彻底，而且浮渣是随时清除，隔离排除，对水体几乎没有扰动，另外，通过调速电机调节，螺旋泥斗的自转周期The浮渣的厚薄有严格的匹配关系，非常灵活，机动。

   ④"静态"进水，"静态"出水，对水体的扰动非常小。

   ⑤在一定的程度上，气固比较大，使出水悬浮物的浓度越低，浮渣含固率越高。

因为KROFTA气浮池应用了新的溶气机理，在溶气管体积比传统气浮池配备的溶气罐小12－17倍的情况下，气固比反而高2－3倍。

   ⑥溶气罐的新溶气机理是：

利用一特制结构，先把压缩空气切割成微细气泡，然后在扰动非常剧烈的情况下与加压水混合和溶解。

这时空气在溶气管内以两种形式存在，一种形式是溶解在水中（此处与溶气罐类似，不过溶气罐的停留时间是2-4分钟，而溶气管的停留时间是8-12秒，同时溶气管内的气、液被接触面积要远远大于罐内的接触面积），另一种形式是微细气泡以游离状态夹，混合在水中，在气浮时这种气泡直接用于气管，并且作为气泡的主要来源，从溶气水中释放的微细气泡加入到气浮过程中去。

这两种途径形成的微细气泡数量要远远大于溶气罐加溶气释放器的结构形式的数量，这也是两种溶气结构本质区别所在也是溶气管结构不必要加溶气释放器的原因所在。

   ⑦溶气管的特殊结构使其没有填料堵塞的问题，也没有要加控制罐内水位高低的问题，因为在其治"标"的同时，也治于"水"，（空气在溶解前已为微细化）。

   ⑧原水、溶气和药剂在加入气管池本体前，已在一段管道内充分混合，气泡及时均匀地弥散在悬浮颗粒中，避免了因多个阀门或溶气释放器地开启度不一而造成地气泡不均匀现象，也避免了因反应室的设置而带来的浮浆腐败等问题。

   ⑨池底设置了泥斗和排出管，中央回转部分设置了池侧和池底的刮泥机构，能保证池中的沉积物定期清除，对出水不会产生任何影响。

结论：

   通过以上分析和比较，可以看出HRA（W）F气浮设备与传统气浮设备相比有质的飞跃，是传统气浮设备的更新换代产品。

该产品给我们带来巨大的经济效益和环境效益。

对油田含油废水撇油分离效率可达98％左右，对污泥浓缩分离优于常规污泥浓缩机。