曝气生物滤池的设计市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

BAF曝气生物滤池第1页1.BAF工艺概述 2.BAF类型及工艺组合 3.BAF系统组成（结构剖析）4.BAF运行管理 5.BAF设计及施工关键点、注意事项 第2页 曝气生物滤池(biological aerated filter)简称BAF，是八十年代末九十年代初在普通生物滤池基础上，并借鉴给水滤池工艺而开发污水生物处理新工艺。曝气生物滤池内装填有高比表面积颗粒填料，以提供微生物膜生长载体，污水由上向下或者由下往上流过滤料层，滤料层下部设有鼓风曝气，空气与污水逆向或同向接触，使污水中有机物与填料表面生物膜发生生化反应得以降解，填料同时起到物理过滤阻截作用。1.概 述第3页 自从法国OTV企业在20世纪80年代末期开发出首座曝气生物滤池(简称BAF)至今数十年时间里，在科研人员和工程技术人员共同努力下，BAF技术取得了长足发展，工艺趋于愈加成熟，功效愈加完善。该技术不但可用于污水处理厂三级精处理和水体富营养化处理，而且广泛地适合用于城市污水、小区生活污水、以及各类工业废水处理。伴随研究深入，曝气生物滤池从单一工艺逐步发展成系列综合工艺，含有去除SS、COD、BOD5、硝化、脱氮除磷作用。其最大特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体，节约了后续二次沉淀池，在确保处理效果前提下使处理工艺简化。另外，曝气生物滤池工艺有机物容积负荷高、水力负荷大、水力停留时间短、所需基建投资少、能耗及运行成本低，同时该工艺出水水质高。第4页2.BAFBAF类型及工艺组合类型及工艺组合 2.1BAF曝气生物滤池基本类型 BIOCARBONEBIOCARBONE工艺工艺 BIOCARBONE结构简图如图所表示，其滤料为密度比水大球形陶粒，结构类似于普通快滤池，经预处理污水从滤池顶部流入，向下流出滤池，在滤池中下部进行曝气，气水处于逆流，在反应器中，有机物被微生物氧化分解，NH3N被氧化成NO3N，另外因为在生物膜内部存在厌氧/兼氧环境，在硝化同时能实现部分反硝化。第5页 在无脱氮要求情况下，滤池底部水可直接排出系统，一部分留作反冲洗之用。假如有脱氮要求，出水需进入下一级后置反硝化柱，同时需外加碳源。普通情况下在单个BIOCARBONE滤池中不能同时取得理想硝化/反硝化效果。伴随过滤进行，滤料表面新产生生物量越来越多，截留SS不停增加，在开始阶段水头损失增加迟缓，当固体物质积累到达一定程度，在滤层上部形成表面堵塞层，阻止气泡释放，从而造成水头损失快速上升，很快到达极限水头损失，此时应马上进行反冲洗再生，以去除滤床内过量生物膜及SS，恢复处理能力。反冲洗采取气水联合反冲洗。反冲洗水为经处理后达标水，反冲水从滤池底部进入上部流出，反冲空气来自底部单独反冲洗进气管，反冲洗时关闭底部进水和工艺空气，水气交替单独反冲，最终用水漂洗。滤层有轻微膨胀，在气水对填料流体冲刷和填料间相互摩擦下，老化生物膜以及被截留SS与填料分离，在漂洗阶段被冲出滤池，反冲洗污泥则返回预处理部分。第6页 BIOSTYR工艺是法国OTV公司对其原有BIOCARBONE一个改进，其滤料为相对密度小于1球形有机颗粒，漂浮在水中。经预处理污水与经硝化滤池出水按一定回流比混合后进入滤池底部。在滤池中间进行曝气，根据反硝化程度不一样将滤池分为不一样体积好氧和缺氧部分。在缺氧区，一方面反硝化菌利用进水中有机物作为碳源，将滤池中NO3N转化为N2，实现反硝化。其次，填料上微生物利用进水中溶解氧和反硝化产生氧降解BOD，同时，一部分SS被截留在滤床内，这样便减轻了好氧段固体负荷。经过缺氧段处理污水然后进入好氧段，在好氧段微生物利用气泡中转移到水中溶解氧进一步降解BOD，硝化菌将NH3N氧化为NO3N，滤床继续截留在缺氧段没有去除SS。流出滤池水经上部滤头排出，滤池出水分为：排出处理系统；按回流比与原水混合进行反硝化；用作反冲洗。BIOSTYRBIOSTYR工艺工艺第7页 假如在BIOSTYR中，只需进行单独硝化或反硝化，只需将曝气管位置设置在滤池底部即可。BIOSTYR中伴随过滤进行，其水头损失增加与BIOCARBONE有所不一样，其水头损失增加与运行时间成正相关。当水头损失到达极限水头损失时，应及时进入反冲洗以恢复滤池处理能力，BIOSTYR中没有形成表面堵塞层，使得BIOSTYR工艺比BIOCARBONE工艺运行时间相对要长。其反冲水为贮存在滤池底部达标排放水，自上而下进行反冲。其反冲过程基本类似于BIOCARBONE工艺。相比而言BIOSTYR工艺有以下优点：重力流反冲洗无需反冲泵，节约了动力；滤头布置在滤池顶部，预处理水接触不易堵塞，便于更换；硝化/反硝化可在同一池内完成。第8页BIOFORBIOFOR工艺工艺 BIOFOR工艺是由Degremont企业开发，其底部为气水混合室，之上为长柄滤头、曝气管、垫层、滤料。BIOFOR和BIOSTYR不一样是采取密度大于水滤料，自然堆积，其余结构、运行方式、功效等方面与BIOSTYR大同小异。第9页 以上为曝气生物滤池主要三种形式，在世界范围内都有应用，其中BIOCARBONE为早期形式，当前大多采取BIOSTYR和BIOFOR工艺。我们企业所采取BAF工艺亦是属于BIOFOR工艺范围。第10页2.2BAF曝气生物滤池功效分类 曝气生物滤池依据其在污水处理过程中去除污染物或营养物质不一样，可分为除碳型（DC曝气生物滤池）、硝化型（N曝气生物滤池）、硝化/反硝化型、后反硝化型以及除磷滤池等。曝气生物滤池功效调整是经过对曝气管道位置设置，即好氧区及厌氧区分配，来控制硝化反应和反硝化反应程度（也能够单独进行硝化反应或反硝化反应），从而实现其对应功效。另外，亦也经由进水水质调控得以实现。（如出水回流、进水投加除磷混凝剂等）第11页除碳型（DC曝气生物滤池）主要用于处理可生化性很好工业废水以及对氨氮等营养物质没有特殊要求生活污水，其主要去除对象为污(废)水中碳化有机物和截留污水中悬浮物，也即去除BOD、COD、SS。纯以去除污(废)水中碳化有机物为主曝气生物滤池称为DC曝气生物滤池。因为DC曝气生物滤池属于生物膜法处理工艺，所以当进水有机物浓度较高，同时有机负荷较大时，其生物反应速度很快，微生物增殖也很快，同时老化脱落微生物膜也较多，使滤池反冲洗周期缩短。所以对于采取DC曝气生物滤池处理污(废)水时，提议进水CODcr1500mg/L，BOD/COD0.3。第12页硝化型（N曝气生物滤池）硝化型曝气生物滤池主要对污水中氨氮进行硝化，故称为N曝气生物滤池，适合用于仅需要进行硝化反应场所(即排放标准只对氨氮有做要求而对总氮则无要求)。在该段滤池中，供气较为充分整个滤床处于好氧状态，因为进水中有机物浓度较低，异养微生物较少，优势生长微生物为自养性硝化菌，将污水中氨氮氧化成硝酸氮或亚硝酸氮。一样在该段滤池中，因为微生物不停增殖，老化脱落微生物膜也较多，所以间隔一定时间也需对该滤池进行反冲洗。第13页反硝化型（DN曝气生物滤池）反硝化型（DN）曝气生物滤池，不设曝气管道，只设有反冲洗布气管道。反硝化型（DN）曝气生物滤池整个滤床均处于厌氧状态，在厌氧条件下，NO3-N 和NO2-N 在硝化菌作用下被还原为气态N2，从而实现脱氮作用；反硝化型（DN）曝气生物滤池适用对出水总N有要求场所；第14页硝化/反硝化型 含有硝化和反硝化功效BAF生物滤池，其曝气管位于滤床中经过计算位置，将滤床分隔为下部厌氧区和上部好氧区，它能够去除全部可降解污染物，含碳污染物(COD和BOD)，悬浮物(SS)，氨氮和硝酸盐(即总氮)。污水首先进入滤床下部厌氧区，在此进行反硝化反应。即在厌氧条件下，NO3-N 和NO2-N 在硝化菌作用下被还原为气态N2；然后进入上部好氧区，在此将含碳污染物分解，将氨氮转化为硝态氮。第15页2.3BAF曝气生物滤池处理工艺流程 在采取曝气生物滤池处理工艺时，依据其处理对象不一样和要求排放水质指标不一样，可将BAF工艺分为以下几类：除C工艺、除C/硝化工艺、除C/硝化/反硝化工艺、除C/除P/硝化/工艺、除C/除P/脱N工艺，现分述以下。第16页2.3.1除C工艺 除C型BAF工艺主要是用于去除水体中有机污染物（COD）。为了使滤池能以较长周期运行，降低反冲洗次数，降低能耗，利用BAF处理生活污水和工业废水时普通需对原水进行预处理。不然原水中大量杂质和SS都将进入曝气生物滤池，这将会堵塞曝气、布水系统，给系统运行带来不良后果。预处理段普通用沉淀或水解酸化，对工业废水还需在BAF滤池前加设调整池。假如用BAF处理饮用水微污染，因为饮用水源中固体杂质比生活、工业污废水少得多，故可不另外考虑预处理可直接将水进入BAF滤池。第17页除C型曝气生物滤池法示意图：第18页2.3.2除C/硝化工艺 上图a为BAF最早工艺雏形，原水经过预沉，在预沉池中投加絮凝剂，随即经过BAF滤池深入去除COD、BOD并同时发生硝化反应将NH3N硝化为NO3N。在该工艺中因为生物膜厌氧内环境存在对TN有一定去除率，但TN不是控制指标，适合用于对NH3N排放有要求工艺。图a工艺本质上和图b工艺没有较大区分，图b工艺更适合于固体杂质多、产泥量大原水，经过水解可降低初级处理产泥量，降低清泥费用。第19页2.3.3除C/硝化/反硝化工艺 如图C流程能够到达脱N目标。原水经过水解预处理去除SS等固体杂质，进入BAF滤池，在BAF滤池中去除有机污染物，同时将NH3N氧化为NO3N，BAF滤池出水一部分回流进入水解池，利用进水中C源，实现反硝化。回流比R普通为100300%，该工艺是基于A/O思想开发。图d工艺将硝化和反硝化分别在两个滤池中进行，该工艺操作方便，运行可靠。依据原水水质情况选择预沉或水解预处理，出水进入一级BAF滤池，在滤池中实现有机物去除，同时发生硝化反应。一级BAF滤池出水进入二级BAF滤池前必须外加碳源(甲醇、乙醇等有机物)，因为经过一级BAF滤池后污水中有机物普通不能满足二级BAF进行反硝化所需碳源。外加碳源量必须严格控制，假如外加碳源量过少，反硝化不彻底，TN排放不能达标，假如外加碳源过多，出水COD又可能超标，所以提议适当多加碳源，但必须在出水中将DO维持在24mg/L，以防出水COD超标。第20页2.3.4除C/除P/硝化/工艺 从当前BAF运行工艺看，完全用生物除磷是极难到达排放标准；用生物除磷就失去了生物滤池高负荷特点，造成投资过大，所以最好用加FeC13药剂方法除磷，而生物滤池因为耐水力冲击负荷，可使处理后水超量回流，并在运行中投加化学药剂，将化学处理和生物处理同时应用于系统中，到达脱N除P目标，使化学药剂相对用量降低，从而降低运行费用。BAF除磷主要有两种前置除磷和后置除磷。假如进水固体杂质较少，可选取前置除磷工艺；假如进水固体杂质较多则最好选择后置除磷，除磷剂普通用FeCl3较为经济。第21页 如上图所表示，除C/除P/硝化/工艺与除C/硝化工艺不一样在于在混沉池中加入了化学除磷剂，可同时去除进水中SS等杂质，只要投入除磷剂量适当便可使出水P达标排放。但在该工艺中预处理除磷必须确保BAF生物滤池需磷量（BOD5:N:P=100:5:1）第22页2.3.5除C/除P/脱N工艺 图e工艺适合用于杂质SS浓度很高原水进行除P脱N，假如选择R2回流方式，对BAF滤池形式没有尤其要求，假如选择R1方式进行回流，BAF滤池只能为BIOFOR或BIOSTYR滤池，将硝化/反硝化集中在滤池中进行。两种回流方式都为前置脱N，利用进水中有机物作为反硝化碳源，既减轻了BAF滤池好氧段负荷，又节约了运行费用。BAF滤池出水进入混沉池在混沉池中实现后置除P，可确保BAF滤池中有充分P营养源。第23页 在图f工艺中，原水进入混沉池，在混沉池中投加适量除磷剂，混沉出水与部分回流水混合进入反硝化滤池，利用原水中有机物作为反硝化碳源。反硝化滤池出水进入硝化滤池，将NH3N转化为NO3N，出水部分回流。该工艺流程中将硝化/反硝化分别在两个不一样滤池中进行，仍含有单池前置脱N许多优点，同时操作比单池前置脱N稳定可靠，不过该工艺投资及占地面积相对较大。该工艺进水杂质、SS浓度不宜过大，不然混沉池排泥将成为问题。同时要确保BAF池生化反应所需P营养源。第24页 在图g工艺中，原水进入物化沉淀池，在沉淀池中投加化学除磷剂，实现除P及大部分固体杂质去除，沉淀池出水进入BAF除C池，在BAF除C池中去除原水中有机污染物，同时截留在沉淀池中没有去除SS，BAF除C池出水进入BAF N池进行硝化反应将NH3N转化为NO3N，经硝化污水进入BAF DN进行反硝化，在反硝化滤池进口处外加碳源，供反硝化之用。该工艺将除C、硝化、反硝化分别在三个滤池中进行，因为各滤池相对独立，各自处理目标明确，所以运行稳定性和处理效果都很好。即使池数较多，但能够将大部分池容埋于地面以下，只要设计合理仍可做到节约用地。该工艺适合用于大水量、运行稳定要求高生活污水处理。第25页3.BAF系统组成（结构剖析）依据污水在滤池运行中过滤方向不一样，曝气生物滤池可分为上向流和下向滤池，除污水在滤池中流向不一样外，上向流和下向流滤池池型结构基本相同。早期曝气生物滤池应用形式大多都是下向流态，但伴随上向流态曝气生物滤池比下向流滤池众多优点被人们所认同，所以近年来国内外实际工程中绝大多数采取上向流曝气生物滤池结构。以下以上向流曝气生物滤池（UBAF）为例对其结构加以说明。第26页第27页3.1滤池池体3.2滤料层3.3承托层3.4布水系统3.5布气系统3.6反冲洗系统3.7出水系统第28页3.1滤池池体 滤池池体作用是容纳被处理水量和围挡滤料，并承托滤料和曝气装置重量。生物滤池形状有圆形、正方形和矩形三种，结构形式有钢制设备和钢筋混凝土结构等。普通当处理水量较少、池体容积较小并为单座池时，采取圆形钢结构为多；当处理水量和池容较大，选取池体数量较多并考虑池体共壁时，采取矩形和方形钢筋混凝土结构较经济。第29页第30页3.2滤料 作为生物膜载体滤料选择是曝气生物滤池技术成功是否关键之一，它决定了反应器能否高效运行，在选择滤料时应掌握以下标准：硬度很好硬度能使滤料即使在过滤过程中使用多年仍能保持其原有大小和形状；可磨损性滤料必须含有较高耐腐蚀性，这么能减小滤料在反冲洗过程中磨损；多孔性滤料表面多孔性为菌胶团提供最正确生长条件；可粒化性其粒化性能可按详细工艺要求为固体物质停留以及有机物氧化提供最正确条件；高度在工程中可经过滤料高度来优化配合供氧和能量消耗净化能力。当前应用较多填料主要是轻质圆形陶粒如粘土陶粒和页岩陶粒，从使用结果看比较令人满意。第31页 轻质圆形陶粒采取天然陶土、粘土、粉煤灰等为原料，加入适量辅料，经球磨、成形、烧成、筛分等工序加工而成，主要有以下特点：强度大、孔隙率大、比表面积大、化学和物理稳定性好。与常规玻璃钢、聚氯乙烯、聚丙烯、维尼纶等规则滤料相比，含有生物附着性强、挂膜性能良好、水流流态好、反冲洗轻易进行、截污能力强等优点。形状规则，粒径可大可小，密度适宜，克服了不规则滤料水流阻力大、易结球并引发滤池堵塞，反冲洗强度大，易冲刷破碎缺点。在制作过程中经过控制适当配料和烧成工艺，可改变陶粒密度，且使其表面粗糙、多微孔、不结釉。以轻质圆形陶粒做接触填料，采取淹没式曝气生物滤池处理污水，能够充分利用滤料比表面，起到深度处理作用。采取轻质圆形陶粒作为曝气生物滤池滤料实际工程应用在我国已经有多个，从运行实际效果来看，都能满足设计要求。第32页3.3承托层 承托层主要是为了支撑滤料，预防滤料流失和堵塞滤头，同时还能够保持反冲洗稳定进行。承托层粒径比所选滤头孔径要大4倍以上，并依据滤料直径不一样来选取承托层颗粒大小和高度，滤料直接填装在承托层上，承托层下面是滤头和承托板。承托层填装必须有一定级配，普通从上到下粒径逐步增大，高度为0.30.4m。承托层惯用材质为卵石或磁铁矿，为确保承托层稳定，并对配水均匀性起充分作用，要求材质含有良好机械强度和化学稳定性，形状应尽可能靠近圆形，工程中普通选取鹅卵石作为承托层。第33页3.4布水系统 曝气生物滤池布水系统主要包含滤池最下部配水室和滤板上配水滤头。对于上向流滤池，配水室作用是使某一短时段内进入滤池污水能在配水室内混合均匀，并经过配水滤头均匀流过滤料层，而且该布水系统除作为滤池正常运行时布水用外，也作为定时对滤池进行反冲洗时布水用。而对于下向流滤池，该布水系统主要用作滤池反冲洗布水和搜集净化水用。配水室功效是在滤池正常运行时和滤池反冲洗时使水在整个滤池截面上均匀分布，它由位于滤池下部缓冲配水区和承托滤板组成。要使曝气生物滤池发挥其最正确处理能力，必须使进入滤池污水能够均匀流过滤料层，尽可能使滤料层每一部分都能最大程度地参加生物反应，所以设置缓冲配水区就很有必要，进入滤池污水首先必须先进入缓冲配水区，在此先进行一定程度混合后，依靠承托滤板阻力作用使污水在滤板下均匀、均质分布，并经过滤板上滤头而均匀流入滤料层。在气、水联合反冲洗时，缓冲配水区还起到均匀配气作用，气垫层也在滤板下区域中形成。第34页第35页第36页 除上述采取滤板和配水滤头配水方式以外，也有小型曝气生物滤池采取栅型承托板和穿孔布水管(管式大阻力配水方式)配水形式。曝气生物滤池普通采取管式大阻力配水方式，其形式以下列图所表示，由一根干管及若干支管组成，污水或反冲洗水由干管均匀分布进入各支管。支管上有间距不等布水孔，孔径及孔间距可由公式计算得出，支管开孔向下，污水或反冲洗水靠配水系统均匀分配并经承托层卵石深入切割而均匀分散。第37页3.5布气系统 曝气生物滤池布气系统包含正常运行时供氧所需曝气系统和进行气水联合反冲洗时供气系统两大部分。曝气系统设计必须依据工艺计算所需供气量来进行。保持曝气生物滤池中足够溶解氧是维持曝气生物滤池内生物膜高活性、对有机物和氨氮高去除率必备条件，所以选择适当充氧方式对曝气生物滤池稳定运行十分主要。曝气生物滤池普通采取鼓风曝气形式，空气扩散系统普通有穿孔管空气扩散系统和专用空气扩散器两种，而最有效还是采取专用空气扩散器空气扩散系统，如德国PHILLIP MOLLER企业OXAZUR空气扩散器、中治集团马鞍山钢铁设计研究总院环境工程企业开发EPT单孔膜滤池专用曝气器。第38页 曝气生物滤池最简单曝气装置是采取穿孔管。穿孔管属大、中气泡型，氧利用率较低，仅为3%4%，其优点是不易堵塞，造价低。在实际应用中有充氧曝气与反冲洗曝气共用同一套布气管形式，但因为充氧曝气需气量比反冲洗时需气量小，所以配气不易均匀。共用同一套布气管即使能降低投资，但运行时不能同时满足二者需要，影响曝气生物滤池稳定运行。在实践中发觉共用一套布气系统方式利少弊多，最好将二者分开，单独设置一套曝气管，以保持正常运行，同时另设一套反冲洗布气管，以满足反冲洗布气要求。第39页第40页 当前，曝气生物滤池较惯用滤池专用曝气器作为滤池空气扩散装置，如中冶集团马鞍山钢铁设计研究总院环境工程企业开发单孔膜滤池专用曝气器。单孔膜滤池专用曝气器按一定间隔安装在空气管道上，空气管道又被固定在承托板上，曝气器普通都设计安装在滤料承托层里，距承托板约0.1m，使空气经过曝气器并流过滤料层时可到达30%以上氧利用率。这种曝气器另一个特点是不轻易堵塞，即使堵塞也能够用水进行冲洗。第41页第42页第43页3.6反冲洗系统 曝气生物滤池反冲洗系统由反冲洗供水系统与反冲洗供气系统组成。BAF反冲洗方式与给水处理中V形滤池类似，采取气水联合反冲洗，其目标是去除生物滤池运行过程中截留各种颗粒及胶体污染物以及老化脱落微生物膜。曝气生物滤池气水联合反冲洗系统配水配气是经过滤板及固定其上长柄滤头实现。长柄滤头工作机理：第44页 长柄滤头主要起到均匀布水配气作用。正常过滤时，污水由滤头下部进水小孔进入，经滤水帽条槽分配进入滤池，因为条槽缝隙较小能够阻截滤料泄漏；气水联合反冲洗时，反冲洗进气于滤板下沿形成气垫层，随即空气便从长柄滤头上端进气孔进入，反冲洗进水则由长柄滤头下端进水孔进入，因为反冲洗进气是从气垫层同时进各长柄滤头进气孔，进水亦是从配水室冲洗水层同时进各长柄滤头进水孔，如此一来便可到达均匀配水配气目标。第45页3.7出水搜集系统 曝气生物滤池出水系统有采取周围出水和采取单侧堰出水等。在大、中型水处理工程中，为了工艺布置方便，普通采取单侧堰出水较多，并将出水堰口处设计为600斜坡，以降低出水口处水流流速；在出水堰口处设置栅形稳流板，以将反冲洗时有可能被带至出水口处陶粒与稳流板碰撞，造成流速降低而在该处沉降，并沿斜坡下滑回滤池中。第46页4.BAF运行管理4.1DC滤池运行管理4.2 N滤池运行管理4.3DN滤池运行管理 4.4DNP滤池运行管理 4.5滤池反冲洗控制4.6BAF日常运行管理及异常情况处理 第47页4.1DC滤池运行管理 DC曝气生物滤池运行管理较活性污泥法系统简单，关键是要尽可能保持微生物生长良好环境。包含控制进入生物膜生化系统水量、水质。如温度（10350C）、PH（6.58.5）、有机负荷、以及有毒有害物质等；另外，还应控制好生物膜生化系统内适宜微生物营养比（BOD5:N:P=100:5:1）以及出水溶解氧水平（24mg/L）等。第48页4.2 N滤池运行管理 N曝气生物滤池主要用来对DC曝气生物滤池出水中氨氮进行硝化。硝化作用是指NH3被氧化成NO2，然后再深入氧化成NO3过程。在N曝气生物滤池中，起到硝化作用细菌都以膜形式附着生长在滤料比表面上，因为滤池中滤料比表面积很大，附着微生物量也很大，所以硝化效率很高。因为N曝气生物滤池进水中BOD浓度已很低，而氨氮浓度很高，所以该滤池中主生物反应过程主要为氨氮硝化，有机物降解反应很弱，所以滤料上生长优势菌为硝化菌。第49页反应器进水底物浓度反应器进水底物浓度(NH(NH3 3N)N)要求要求 硝化反应器进水底物浓度对生物膜代谢作用有较大程度影响，同DC滤池一样存在某一临界进水浓度，它反应了该反应器实际承受最大进水底物浓度。依据Namkung等人对好氧生物膜反应器底物去除动力学模型研究，得出反应器最大进水NH3N浓度为76.3mg/L。在一定范围内，硝化菌实际生长速率随进水底物浓度增加而增大。N曝气生物滤池运行管理应注意以下几点：第50页 硝化滤池中生物膜应以自养性硝化细菌为主。因为硝化菌世代周期较异养菌长得多，生长繁殖速度迟缓，产率较低，若进水中有机污染物(COD)大大超出氮时，异养菌大量繁殖，并在与硝化竞争中占优势，逐步成为优势菌种，从而降低反应器硝化效率。当硝化滤池中COD浓度越低时，反应器硝化效率越高，当硝化滤池中COD浓度超出60 mg/L时，硝化作用开始受到抑制。对于除碳和硝化分开曝气生物滤池系统，对第一级除碳滤池，应控制反应器出水COD浓度小于60 mg/L。对于去碳和硝化作用在同一个滤池内进行曝气生物滤池反应器，NH3N去除效果在一定程度上取决于有机负荷，当有机负荷(BOD)稍高于3.0 kg/(m3d)时，NH3N去除受到抑制；当有机负荷高于4.0kg/(m3d)时，NH3N去除受到显著抑制，所以用曝气生物滤池降低NH3N时，必须降低有机负荷，最好使有机负荷控制在2.0 kg BOD5/(m3滤料d)以下。硝化反应器对进水有机污染物硝化反应器对进水有机污染物(COD)(COD)浓度要求浓度要求第51页硝化菌生长速率硝化菌生长速率 硝化菌生长速率与底物(NH3N)浓度、DO浓度、温度以及系统pH值相关，故而为确保硝化反应高效进行必须控制好上述因子。a.a.硝化菌生长速率伴随NH3N、DO浓度增高而增大，但溶解氧对生长速率影响较NH3N对生长速率影响大得多，DO对硝化作用影响与生物膜厚度、氧渗透率、氧利用率亲密相关，对于曝气生物滤池反应器，溶解氧浓度通常控制在23mg/L，当溶解氧浓度大于3mg/L时，溶解氧浓度对硝化作用影响可不予考虑。b.b.温度对硝化细菌生长速率影响很大。当然，温度对曝气生物滤池反应器影响是多方面，温度改变，微生物活性将随之改变。任何一个微生物都有一个最适生长温度，另外还有最低生长温度和最高生长温度。硝化细菌适当生长温度在2530之间，温度高于30 硝化细菌生长迟缓，10以下硝化细菌生长及硝化作用显著减慢。当反应器中温度降低时，能够经过减小水力负荷，延长反应器水力停留时间来加以处理。第52页c.酸碱度是影响硝化作用又一主要原因 在pH值中性或微碱性条件下，硝化过程快速，若pH值深入上升(大于9.6时)，即使NH4+转化为NO3和NO2过程依然非常快速，不过从NH4+电离平衡关系可知，NH3浓度会快速增加。因为硝化细菌对NH3极敏感，结果会影响到硝化作用速率。在酸性条件下，当pH值小于7.0时硝化作用速度减慢，pH值小于6.5硝化作用速度显著减慢，pH值小于5.0时硝化反应速率靠近于零。所以，在生物硝化反应器中，应尽可能控制混合液pH值大于7.0。由硝化方程式可知，伴随NH3N被转化成NO3N，会产生部分矿化酸度H+，这部分酸度将消耗部分碱度，每克NH3N转化成NO3N约消耗7.07g碱度(以CaCO3计)。因而当污水中碱度不足而TKN负荷又较高时，便会耗尽污水中碱度，使混合液中pH值降低至7.0以下，使硝化速率降低或受到抑制。第53页4.3DN滤池运行管理 反硝化反应就是在厌氧条件下，一部分反硝化菌以NO3或NO2作氧源，对有机物进行反应，在这个过程中将物质中所含氮素转化为N2O或N2从污水中去除。在反硝化过程中必须要有脱氮菌，所谓脱氮菌就是那些含有把NO3或NO2还原成N2O或N2能力细菌。脱氮菌普通属异养型兼性厌氧细菌，在有氧存在条件下，利用氧呼吸；而在厌氧条件下同时有硝酸或亚硝酸离子存在条件下，则利用这些离子中氧来进行呼吸，所以脱氮反应或反硝化反应也可称为硝酸呼吸。生物反硝化反应所需要条件是反应器中存在反硝化菌、硝酸盐、可降解有机物质及无溶解氧。影响反硝化环境原因主要是碳源、溶解氧、温度和pH值，故而为确保反硝化反应顺利进行必须控制上述这些原因。第54页 碳源碳源 反硝化细菌所能利用碳源是各种多样，但从废水生物处理生物脱氮角度分为三类，废水中所含有机碳源、外加碳源、内碳源。废水中各种有机基质都能够作为反硝化过程中电子供体，当废水中有足够有机物质，就无须另外投加碳源，这是最为经济方法。普通认为，当废水中所含有碳氮比大于3：1时无须外加碳源，即可到达脱氮目标。当废水中碳氮比过低，即BOD5/TN小于3：1时，需要另外投加碳源才能到达理想脱氮效果。外加碳源工程中普通采取甲醇，与利用废水中有机基质作为反硝化碳源相比，会增加废水处理运行成本，同时系统泥量会有所增大。内碳源主要是指微生物死亡、自溶后释放出来有机碳，作为反硝化碳源，其特点是使微生物处于生长阶段衰亡期，优点是不增加废水处理成本，污泥产率降低，但以该碳源为基质，反硝化速率极低，要求反应器体积相对庞大得多。第55页 曝气生物滤池反硝化系统通常有前置反硝化和后置反硝化两种。前置反硝化前提是满足系统反硝化碳源要求，废水首先经过DN滤池或滤池DN段，然后经过好氧滤池或滤池好氧段(N滤池)，好氧滤池出水回流至反硝化滤池。后置反硝化指是废水首先经过硝化滤池或滤池好氧段，出水进入DN滤池或滤池DN段。硝化滤池必须确保系统所要求硝化率，其出水有机物浓度较低，BOD5大多20mg/I，可溶性易于生物降解有机质量更少，为此，必须投加外碳源以满足反硝化对有机质要求。以上两种反硝化系统，各有利弊。实际工程中应依据处理后水尾水排放要求、进水水质资料等相关原因，经过技术经济比较后确定。第56页溶解氧 氧存在会抑制硝酸盐还原，其原因主要为：一方面阻抑硝酸盐还原酶形成，其次氧可作为电子受体，从而竞争性地阻碍了硝酸盐还原。所以对于生物反硝化系统都必须设置一个不充氧缺氧池或缺氧区段，以便使硝酸盐经过反硝化途径转化成气态氮。一般而言，应控制其DO浓度7.3时，反硝化最终产物为N2，而当pH值7.3时，反硝化最终产物为 N2O。因为反硝化细菌对pH值范围要求较宽，因而在生物脱氮工艺中，pH值控制关键在于生物硝化，只要pH值改变不影响硝化顺利进行，则必定不会影响反硝化；反之，当pH值改变对硝化产生较大影响，使之不能顺利进行时，不论pH值对反硝化是否影响，脱氮效果都不会理想。在生物反硝化过程中将每克NO3N转化成N2，约可产生3.57g碱度，这么可赔偿生物硝化所消耗碱度二分之一左右。由此，很多本应外加碱源才能顺利进行硝化污水，能够不再需要加碱。第58页4.4DNP滤池运行管理 采取曝气生物滤池工艺进行污水处理时，磷去除主要集中在DNP曝气生物滤池中进行，若处理工艺不需要进行反硝化，磷去除也可在N曝气生物滤池中进行。化学除磷药剂投加点化学除磷药剂投加点 曝气生物滤池工艺化学除磷药剂投加点有两种选择。一是采取高效沉淀池预处理工艺，其化学除磷为前置沉淀法，即在沉淀池入口处投加化学药剂，经混合、絮凝、沉淀作用，磷积聚体被分离到沉淀池污泥中，到达污水除磷目标；另外一个是同时沉淀与絮凝过滤，即在曝气生物滤池中投加化学药剂，在滤床填料作用下诱发了絮凝，沉淀物截留于滤床上，经过周期性反冲洗，将磷排除系统外，到达污水除磷目标。以上两种投加方式均可行，第一个方式简单易控制，但药剂耗量相对较大，剩下污泥量增加较多(普通增加40%75%)；第二种方式药剂耗量相对较小，剩下污泥量增加较小(普通增加15%50%)，不过被截留在曝气生物滤池反应器内，会缩短曝气生物滤池运行周期。第59页化学除磷药剂选择化学除磷药剂选择 曝气生物滤池中化学除磷主要是在污水中投加金属盐，经过金属离子与污水中磷酸根反应生成金属磷酸盐沉淀物，沉淀物在滤料层中被截留，并在反冲洗过程中被带出池外而进入污泥处理系统中被去除。化学处理效果稳定可靠，钙、铝、铁盐是化学除磷使用三种主要金属盐，但钙盐因为处理后污泥量大，搬运困难而较少采取，而且因为其pH值高达11，不适合优先使用，或者在生物处理时不能使用。铝盐是非常有效沉淀剂，但价格也最贵，另外，还可能造成老年痴呆而受到公众反对。虽说铁盐不是最有效沉淀剂，但因其价格相当低廉而日益受到人们关注。铁盐有二价铁和三价铁两种形式，后者用得更多一些。使用二价铁成本效益已越来越多地引发人们注意。当二价铁作为沉淀剂使用时，依据环境条件而含有以下两种特点，首先，二价铁有可能氧化成三价铁，与磷形成坚硬复合体，尤其是工业废水中出现凝结磷；其次，当缺氧时，二价铁不会被氧化，只会产生众所周知细小沉淀物。第60页 在曝气生物滤池中，在高浓度氧环境下，二价铁迅速变为三价铁，且磷去除率明显上升。在全流程曝气生物滤池工艺中，化学除磷一般设计在最后一级DNP生物滤池中。由于该滤池一般在硝化滤池后面，为了保证硝化过程进行得彻底，一般在该级滤池中要强力曝气，使得滤池出水中溶解氧高达24mg/L，如此高溶解氧量必然对后续反硝化滤池很不利，因为反硝化作用是要在严格缺氧环境下才能完成，所以在污水进人DNP生物滤池前必须使水中溶解氧降至0.5 mg/L以下。同 一般情况下，在DNP生物滤池中要使水中溶解氧降低，只有经过过量消耗反硝化所需碳源才能完成，在进行这一过程时还要占用DNP生物滤池一部分滤料体积，从而降低了反硝化所需要滤料体积。而在配合除磷前提下，经过在DNP生物滤池前投加亚铁盐，使水中溶解氧快速将二价铁氧化成三价铁，从而一方面迅速降低水中溶解氧浓度，其次也可降低碳源用量，一举两得。根据试验，要满足最终出水TP2.5才能达到要求。第61页4.5曝气生物滤池反冲洗控制4.5.1曝气生物滤池运行周期及其影响原因 4.5.2曝气生物滤池反冲洗过程4.5.3曝气生物滤池反冲洗控制 第62页4.5.1曝气生物滤池运行周期及其影响原因 在曝气生物滤池运行过程中，因为附着在活性载体上生物膜增加和载体间悬浮颗粒截留作用，造成滤床水头损失增加、产水量降低或者出水水质变差，这时曝气生物滤池应停顿运行进行反冲洗，以恢复反应器高效性能。曝气生物滤池自反冲洗结束投入运行至下一次反冲洗开始这段时间称为曝气生物滤池一个运行周期，从反冲洗结束投入运行至反冲洗这段时间称为曝气生物滤池工作周期。曝气生物滤池运行周期长短主要与进水水质、滤池流向、滤料级配、滤池功效、滤池反冲洗效果等方面原因相关。第63页与进水水质关系 对于某一给定曝气生物滤池反应器，其运行周期长短主要取决于进入反应器水质特征，包含入流污水有机污染物浓度及悬浮物含量与颗粒尺寸等。在曝气生物滤池运行过程中，因为滤床对固体物质累积作用，造成水头损失增加至设计值(影响滤池产水量)或出现颗粒穿透滤床(此时即为滤池一个运行周期结束)，而滤床对固体物质累积主要包含生物膜增加和悬浮物截留两个方面作用。曝气生物滤池反应器入流污水COD、SS等浓度越高，其运行周期越短。第64页 曝气生物滤池按照功效分为去碳滤池(CN滤池)、硝化滤池(N滤池)及反硝化滤池(DN滤池)，三种滤池运行周期有所不一样。对于除碳生物滤池，因为其往往进水中有机浓度较高，滤床有机负荷也较高，所以其反应速率高，异养微生物增殖很快，相对老化微生物膜脱落也快，再加上进水中SS和胶体物质也较高，绝大部分截留在滤床中，所以需要频繁地冲洗；而对于硝化滤床，因为硝化菌生长速率低，硝化菌增殖慢，相对老化微生物膜脱落也慢，且往往位于除碳生物滤池后面，截留SS也少，所以反冲洗周期较长；在进行后置反硝化生物滤床内，外部碳源加入可造成污泥产量增加，运行周期也短，冲洗频率较高；DN-P滤池因为投加了化学除磷剂，产生了大量化学污泥（普通增加15%50%）被截留在滤床内，运行周期也短，冲洗频率也相对较高。曝气生物滤池运行与滤功效关系说到底还是进水水质不一而造成影响。与滤池功效关系第65页与滤池反冲洗效果关系 反冲洗是维持曝气生物滤池功效关键，它与给水滤池反冲洗目标不一样。给水滤池过滤机理主要是悬浮颗粒与滤料颗粒之间粘附作用，即悬浮颗粒在滤料层孔隙中沉淀和接触絮凝作用，属于物理、化学综合作用过程，其反冲洗目标是较彻底地去除滤料层所截留污物，使滤池恢复工作能力。曝气生物滤池机理主要是基于生物氧化、截留吸附与过滤作用于一体，属于生物、物理、化学综合作用过程，其反冲洗目标是在较短反冲洗时间内，使滤料得到清洗，恢复其除污能力，即去除滤料颗粒间所截留SS及滤料表面脱离老化生物膜（但必须保留适量生物膜），这对于曝气生物滤池反应器是至关主要。曝气生物滤池反冲洗效果对出水水质、运行周期影响很大。若反冲洗不充分，滤池运行周期将会大大缩短；若反冲洗过量，微生物数量不足，生化处理效能下降，出水水质变差，尽管滤料固体容量得以提升，但因为出水达不到要求，谈及运行周期毫无意义。第66页4.5.2曝气生物滤池反冲洗过程 上向流曝气生物滤池(有级配陶粒滤料)采取冲洗程序为：水位快速降低，先气洗，再气水联合反冲洗，停顿清洗30s，最终再水洗。气洗目标是使得滤料层中截留杂质与滤料分离，气流对滤层下部搅动作用小，对表层滤料冲洗效果好；气水联合反冲洗强度较大能对下层滤料起到搅动及擦洗作用，使其截留SS及老化生物膜脱落并随冲洗水排出反应器外；水冲洗作用是将剥落污物携带排除反应器外，因为滤料层不膨胀或少膨胀，维持了滤层稳定，同时冲洗强度能够大幅度降低，有利于恢复气水联合反冲洗阶段被冲散滤池级配（滤料承托层）。第67页 曝气生物滤池反冲洗控制是经过检测运行时间、滤料层阻力损失、水质参数等来完成，普通是由在线检测仪表将检测数据反馈给PLC，并由PLC系统来自动控制和操作。滤池反冲洗决议子程序相当于决议中心，由其经过对各滤池当前运行情况条件判断【依据时间间隔或水头损失(由超声波液位传感器检测)】，对各个滤池反冲洗条件是否成立进行不停扫描，一旦某格滤池反冲洗条件成立，则对该格滤池进行反冲洗，以确保出水水质在要求范围之内。反冲洗（由PLC自控系统完成，属于经典时间次序控制）过程控制以下：第68页 排水：关闭滤池进水阀、出水阀及正常进气阀；随即打开滤池放空阀待滤池内液位降至滤料上沿约20cm后（延时关闭，调试时测定所需时间），关闭放空阀；接着打开反冲洗排水阀；气洗：打开反冲洗进气阀，随即开反冲洗风机，进入气洗阶段；气洗时间约10min；气水联合反冲洗：气洗阶段结束后，打开