潘红
关键词：曝气生物滤池；滨海；污水处理系统；应用分析
中图分类号：X705 文献标志码：B
前言
在污水处理系统中，污水具有水量大、难降解有机物含量高、水质变化不平稳等特点，为净化水质加大了难度，降低了水资源的利用率。为解决上述问题，研究曝气生物滤池在污水处理系统中的应用这一课题。曝气生物滤池处理工艺是目前在污水好氧生物处理领域中应用较为广泛的污水处理方法，可以在原有滤池基础上快速提升负荷能力和滤池的供氧能力，将污水中各污染物的浓度控制在最低。曝气生物滤池在进水净化、有机物转化和氨氮硝化、脱氮除磷等方面具有较为显着的效果，将陶粒作为滤料，优化滤除效果，同时水流遵循上进下出的原则，使得污水通过CN-BAF滤池和N-BAF滤池，将原水中的高浓度污染物有效去除，并经过化学反应和沉淀，最终达到降解和处理污水中化学需氧量、生化需氧量、氮、磷的目的，保证出水水质指标符合相关排放标准，有效利用水资源，可为污水处理、升级改造等工作提供参考作用。
1工程概况
该工程项目的纳污范围主要包括工业产业园以及居民用水，方案设计规划面积为3.65km2；经过实地考察，该污水厂每天进水量大约为3000m3/d，因此将污水处理规模设计为35000 m3/d，且出水量符合相关要求。其中一期和二期工程的处理规模均为4000 m3/d，占地面积分别为6555.3m2、7856.1m2，总投资为3654.25万元。预处理后的尾水通过质检合格后经小溪直接排主入附近河流，最终流入旅游区作为景观用水。
根据污水厂实际情况对其进行划分，结合工程概况，共计包含三部分。第一部分和第二部分均是污水预处理单元，二者的污水处理规模分别为2000 m3/d和12000 m3/d;第三部分为综合办公区，一次建设完成。
该污水厂污水水量及水质情况如下：水量：80～100 m3/d，水质：COD>1000 Mg/L（正常在300～500 mg/L、高峰值在1000 mg/L）；pH值：3～6色度：>100。生产污水首先经过格栅，将污水中颗粒较大的固体先剔除出来，防止其进入后续处理设施，影响其他处理单元的正常运行。在集水井中，投加硫酸来中和污水，投加量视污水的碱度高低而定。因污水水量大，设置了两级并联的水解酸化一好氧处理设施。在水解酸化池中，利用高温缺氧的特点，起到降低pH值的作用，使原水呈现弱酸性，利于接下来进行好氧处理操作。
此类污水的排放标准按照当地环保部门及厂方要求，出水必须达到国家污水综合排放标准中的II级标准。主要污染排放指标如下：化学需氧量（COD）浓度在120 mg/L以下；生化需氧量（BOD）浓度在20 mg/L以下；固体悬浮物浓度（SS）在130 mg/L以下；pH值范围为6～9；色度小于80。
2基于曝气生物滤池的污水处理方法
2.1确定污水水量
确定污水中原水的含量是污水处理工程项目中的核心步骤。在水处理工程设计中，对于原水量的计算通常以平均日水量作为参照，具体计算公式如式（1）：
式（1）中，QY表示进水污水中原水含量；a表示最高日给水量与最低日给水量换算成平均日给水量的转换因子，取值范围一般为0. 56～0.73，无量纲；口表示污水厂依据日平均给水量换算成日均排水量的转换因子，一般取0.7～0. 75，无量纲；Q表示污水厂最高日供水量；c表示污水厂用水分项的百分率。
通过上式即可确定污水厂的污水量，便于设计污水处理流程以及滤池结构参数。
2.2设计污水进水出水水质指标
该污水厂所排放的污水中的污染物主要包括化学需氧量COD、氨氮、总磷和总氮以及其他高浓度的有害物质。而根据工程项目纳污水质的复杂程度和当地排污标准可知，污水厂的出水水质需要满足污水处理厂的进水要求。污水处理厂进水水质指标见表1。
如表1所示，污水处理厂的进水即为预处理达标的污水厂出水，为保证不破坏污水受纳水体的基本功能，污水处理厂出水水质指标需要按照相关排放标准执行，具体见表2。
结合工程概况并对比进、出水指标标准可知，污水厂原水中的各污染物浓度均超过进、出水水质指标要求，因此通过工艺比选，工程最终采用具有高效脱氮除磷优势的曝气生物滤池处理工艺，才能够大幅度降低化学需氧量、生化需氧量、固体悬浮物以及总氮、总磷、氨氮等污染物浓度。
2.3滤池构筑物及参数设计
2.3.1粗格栅进水泵房
粗格栅与进水泵房是污水处理的第一道工序，预计处理规模为5万m3/d。共建设3组粗格栅，同时在粗格栅左右两侧各装设一道闸门，用于设备检修。将以上3组粗格栅中的两组作为切换用，剩余一组作为备用，当工程处理规模达到5万m3/d时，同时启用3组粗格栅。进水泵房中装设6台高压水泵，3台潜污泵，1台变频泵，并另外选用3台潜污泵作为备用泵。
2.3.2气浮池
气浮池配合4组细格栅，3座沉砂池以及砂水分离器等成套设备。气浮池设计尺寸大小为3.5 m×1.5 m×2.5 m总体积为13m3。进水由两台离心泵完成，对原水进行水量和水质上的调节，使其按需均匀地进入后段工序，同时完成对总氮和总磷等方面的调整。
2.3.3水解沉淀池
装设3格水解沉淀池，有效水深为8.6 m，每格配有污水混合区、絮凝剂挥发区和水解浓缩区。选用PAC作为絮凝剂的原材料，同时借助PAM助凝剂。水解沉淀池总容积为24m3，尺寸为10.2×21.6×7.5（H）m。在沉淀池中加入混合硅藻精土的复合除磷药剂，初步去除原水中的有机物和高浓度的污染物，包括大部分色度和氨氮。这里需要注意的是，投入外加剂的浓度不宜过高或过低，过高易污染优质水，过低去除污染物不彻底，通常情况下，对药剂的浓度取20～35 mg/L之间为最佳，同时日用量不得超过0.3 t。沉淀池的主要设备包括3台搅拌机，2套加药泵以及2台溶药搅拌器。当系统出水经过离心脱水机高速处理后，测得的污水中原水含量在70%～75%之间时，表明此时的水质可直接外排或作为肥料使用。
2.3.4曝气生物滤池
该工程项目根据污水厂污水类型以及其自身的纳污能力，选用的曝气生物滤池为串联式三级两段处理工艺。三级为三个污水处理单元，两段为CN-BAF滤池和N-BAF滤池。同时设有反冲洗管道、污水缓冲池以及多组鼓风机房等设施。曝气生物滤池构造示意图见图1。
一级曝气滤池采用上向流方式，能使得废水与固体填料充分接触，达到较好的生物净化作用；二级曝气滤池采用下向流方式，不但可以使得废水能得到进一步的净化，也可以起到过滤作用，降低出水的水中固体物悬浮浓度值。
建设5座第一阶段滤池CN - BAF，其中2座为清水池，用于污水反冲洗，尺寸为8.1×6.2×7.3（H）m。一阶段滤池对流入的污水进行初步处理，降解其中的大部分有机物和悬浮物，设置过滤水速最高为2.48m/h，可满足同时处理大流量污水。滤池的生物反应过滤区面积为236 m2，选择陶粒作为滤池的理想滤料，厚度为4.2 m，过滤负荷为4.1 kg/（m3·d），对氨氮的硝化负荷为1.2 kg／（m3·d），反冲洗清水管道的气水比为6：1。一般来说，系统在运行过程中，由于持续滤除新的污染物，导致生物膜的厚度不断增加，从而滤除能力随之下降，因此，需要对滤池进行清水冲洗操作。对CN - BAF滤池连续冲洗Sh，冲洗周期为24～48 h，保证每次冲洗时间不少于1 h。
建设6座第二阶段滤池N-BAF，其中包含3座清水池，该清水池的作用与第一阶段中的清水池作用相同，均对滤池反冲洗。尺寸为7.2×5.3×4.8（H）m。第一阶段对污水处理后的尾水经过CN-BAF顶部进入N-BAF滤池，第二阶段滤池主要对进水中的污染物进行进一步滤除，通过发生硝化反应来降低化学需氧量和生化需氧量的浓度。N-BAF的过滤速率最高为4.2 m/h，生物过滤区面积为220m2；在此增加滤料厚度，为一阶段滤料厚度的2倍，有机容积负荷和硝化负荷均为2.0 kg/（m3·d）；冲洗管道的曝气量为36.3 m3/h，气水比为4：1;由于滤料厚度增加，加大过滤负担，因此，设置反冲洗时间为18 h，周期为12～72 h，反冲洗时间间隔为30 min一次。陶粒参数为φ5～φ3，堆积密度越小越好，通常为240 kg／m3，孔隙率不得高于60%，比重要大于2.21kg／m3。
CN -BAF和N- BAF共用以下设备：3台曝气风机，流速为12m3／h，转速为120r/min，输出功率为325 KW，压强为0.12 Mpa；20套曝气转换器，用于随时调节曝气气水比例；3用2备共5台反冲洗水泵，流速为250 m3／h，水扬程为36 m，转速为280r/min；3台反冲洗高压离心机，流速为15.32m3／h，压强为0.31 Mpa，输出额定功率为42 KW;6台内回流泵，出力为20 kg/h，回流比为172%。
2.3.5加药系统
加药系统中的药剂均是在化学发生器中反应生成。聚合氯化铝的浓度为12.5 mg/L；聚丙烯酰胺制取完成后需要经过澄清池进行稀释，控制浓度在0.2 mg/L以下，否则会破坏原有水质，同时在原有基础上新增3台制备聚丙烯酰胺药剂的装置，制备能力为1000 L/h；硫酸亚铁的难度为20 mg/L，并分少量多次添加，且必须在聚丙烯酰胺之后投入系统中，配合1台容积为120m3的硫酸亚铁储罐；碱式氯化铝的投入浓度为360 mg/L，设有3组投加装置，每组装置的容积为100m3；聚合硫酸铁初次投放浓度为20 mg/L，之后每次投放浓度一次增加1—2mg/L，保证过滤效率。
2.3.6清水池及调试
工程共设2座清水池，主要负责存储用于反冲洗的清水和缓冲池用水。同时伴有4台反冲洗水泵，1台旋流低压抽水泵。设置反冲洗排水区5格，主要起截流反冲洗水作用。在反冲洗排水区的四个边格安装2台潜污泵，目的是将反冲洗污水经过缓冲池运送到混凝沉淀池，并利用深水搅拌器对沉淀池实时搅拌，防止污染物沉淀。紫外消毒渠共设有3座，分为5格，设计标高为5.2 m，出水流量为0.5万m3/d，单元格面积为3.6m2，深度为1.2 m，采用低压高强紫外线等设计紫外消毒模块组，模块内置清洗装置。
对曝气生物滤池进行调试。先加入吸附性较强的活性污泥菌与亚硝酸盐混合物进行生物挂膜，一周后的驯化采用经二级生化处理的印染废水加入一定量的营养物作为连续进水，曝气生物滤池采用上流式，并每天不断增大进水的流量，连续运行数天后检测出水水质，当曝气生物滤池对COD的去除率已经达到35%以上，可以认为其驯化已经成功，即可进入污水试验阶段。
3应用效果分析
研究在已有的污水处理系统基础上，结合污水处理能力更强的曝气生物滤池工艺，组成高效的污水处理系统。在上述研究基础上，在生物滤池的水力停留时间为18 h，回流比为2：1的条件下，对曝气生物滤池应用于污水处理系统中的效果进行监测并分析。
系统自运行起72 h之内，曝气生物滤池顺利实现污水污染物挂膜，并逐步稳定。应用期间，研究区所在地区温度为10℃～22℃之间，污水处理工艺进行一周后，测得的出水水质满足指标要求。之后每隔3天对采用曝气生物滤池工艺的进、出水中的污染物浓度进行监测，共采样20次，统计检测通过，分析设计的工艺对污水的处理效果。
3.1 COD去除效果分析
根据监测结果，绘制曝气生物滤池对化学需氧量COD浓度的去除效果曲线，见图2。
由图2可知，原水中的COD初始浓度为426～563 mg/L，进水经过第一阶段CN - BAF滤池后，COD被大部分降解，COD浓度降为121～157
mg/L范围内，COD去除率达到72%；一阶段出水作为第二阶段N-BAF滤池的进水，N-BAF对尾水进行再次滤除，使得COD浓度降为20～40 mg/L之间，去除率高达74%。由此可以证明，曝气生物滤池对污水中的COD具有较高的去除率。
3.2氨氮去除效果分析
曝气生物滤池对氨氮的去除效果见图3。
如图3所示，曝气生物滤池对氨氮的过滤效果极为明显。第一阶段的滤池CN - BAF大幅度削减了氨氮浓度，将其硝化并转化为硝酸盐和亚硝酸盐；出水进入第二阶段的N-BAF滤池，进一步硝化氨氮，保持最终出水中氨氮浓度为2～4mg/L范围内。当原水中氨氮的初始浓度为32～47mg/L范围内时，CN - BAF滤池与N- BAF滤池均能保持75%～82%的高去除率。由此可见，曝气生物滤池对污水中高浓度的氨氮去除效果较好。
3.3 TN去除效果分析
曝气生物滤池对TN的去除效果见图4。
如图4所示，原水中总氮的浓度较高，初始浓度为56～70 mg/L，第一阶段CN - BAF对总氮的去除效果不如其他两种污染物效果显着，去除率为25%；经过第二阶段N-BAF滤池处理后，污水中的总氮浓度明显降低，最终出水浓度为4.0～15.8mg/L之间，去除效果显着，去除率高达74%。结合图3和图4可知，CN - BAF滤池的处理工艺主要实现对污水中化学需氧量和氨氮的降解以及硝化作用，将其中的有机物转化为亚硝酸盐和可降解小分子等物质，以至于对污水中总氮的硝化能力减弱，导致水中氮元素不断累积，提高了总氮的初始浓度，因此，第一阶段出水中的总氮去除效果不是很理想；在N-BAF滤池处理中，对总氮的去除效果明显改善，去除率大幅度上升，说明该阶段的硝化能力增强，主要原因是N-BAF阶段进行了三级曝气，将厌氧环境转换成了好氧环境，所以，经过第一阶段出水中的剩余TN浓度可得到更好的硝化，因此，最终该阶段对污水中TN的去除效果比较理想。
综上所述，采用曝气生物滤池对污水中的COD、氨氮、总氮等污染物进行去除，可达到较高的去除率，对污水的净化效果较好，可保证进、出水水质稳定达标，符合污水排放标准。
4结束语
针对现有海水淡化工艺对海水淡化效果不佳的问题，项目拟将BBF用于海水淡化工艺中。文章在介绍曝气生物过滤技术的基础上，结合该技术的特点，对曝气生物过滤技术的应用进行了研究。以每天的水量为基础，来计算出废水的水量，并以此为基础，参考接受的污水水质的复杂程度，来设计出进水和出水的水质指数，在曝气生物滤池的工艺流程基础上，对过滤器结构和参数进行了分析，从而决定了废水的处理流程，并在流程的基础上，对曝气生物滤池对废水的净化作用进行了分析。对比分析测试结果可知，曝气生物过滤技术是一种高效的废水处理技术，它可以使传统的废水处理过程变得简单，在废水处理和升级改造方面有着很好的应用前景，可以极大地提高近海废水的处理能力。
