污水处理新技术——曝气生物滤池BIOSTYR（r）

作者：彭刚,陈晓华

来源： 《中国建设报/中国水业》第44期

发表时间：2003-10

彭刚 陈晓华
威立雅水务

　　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。

主要业绩

　　*第一座BIOSTYR(r)污水厂建于1990年位于法国，OTV公司目前共有100多座使用生物滤池技术的污水处理厂分布在世界各地。
　　*中国第一座BIOSTYR(r)污水处理厂于2002年在广东南海动工，设计流量50000m3/d。
　　*主要分布城市：日内瓦、巴黎、罗马、图卢兹、曼彻斯特、纽约。