CN104787888A

CN104787888A - 一种曝气生物滤池及其处理污水的方法

Info

Publication number: CN104787888A
Application number: CN201510159420.9A
Authority: CN
Inventors: 赵保卫; 宴丽娟
Original assignee: Lanzhou Jiaotong University
Current assignee: Lanzhou Jiaotong University
Priority date: 2015-04-03
Filing date: 2015-04-03
Publication date: 2015-07-22

Abstract

本发明涉及一种曝气生物滤池及污水处理方法，该滤池中的生物反应过滤区从下到上依次为承托层、滤料层，承托层中滤料为卵石，其下方与进水区和反冲洗装置相连，滤料层中滤料为由废旧橡胶轮胎加工而成的粒径为1～8mm的橡胶颗粒。运行结果显示，曝气生物滤池自然挂膜和人工挂膜相组合的启动方式，其挂膜启动速度快和挂膜后的生物稳定性高；另外，采用由废旧轮胎制成的橡胶颗粒作为曝气生物滤池滤料，化学需氧量(COD)和氨氮(NH₃-N)去除效果与一般滤料效果持平，磷酸盐(PO₄ ^2-)平均去除率比一般滤料显著提高；同时，采用橡胶颗粒作滤料解决了废旧橡胶轮胎回收处理问题，具有良好的经济效益和市场前景。

Description

一种曝气生物滤池及其处理污水的方法

技术领域

本发明涉及一种污水处理装置及其处理污水的方法，尤其是一种曝气生物滤池及其处理污水的方法，属于水处理技术领域。

背景技术

水资源是人类赖以生存的基本物质之一，已成为人类社会可持续发展的重要限制因素。近年来随着城市建设和工业的发展，城市用水量急剧增加，大量不达标污废水的排放不仅污染了环境和水源，更加重了水资源的日益短缺和水质的日益恶化，从而导致生态环境的恶性循环。因此，寻求经济高效的污水处理技术，对促进污水回用的发展和水环境的恢复有着现实和深远的意义。

传统活性污泥法具有占地面积比较大、处理系统复杂、运行管理难度大、处理效能低下等缺点。为克服传统活性污泥法存在的上述缺点，体积小、出水水质好、具有模块化结构并可自动化操作的曝气生物滤池(Biological aerated filter，简称BAF)应运而生。BAF是20世纪80年代末在欧美发展起来的一种污水处理技术，它是由滴滤池发展而来并借鉴了快滤池形式，在一个单元反应器内同时完成了生物氧化和固液分离的功能。世界上首座BAF于1981年诞生在法国，随着环境对出水水质要求的提高，该技术在全世界城市污水处理中获得了广泛的推广应用。

BAF方法属于生物处理的生物膜法范畴，但与其他生物膜方法不同，BAF将生物氧化过程与固液分离过程集于一体，在同一个单元反应器内完成有机物去除、固体截滤和硝化过程，并且对池体结构进行改进后增加厌氧区的曝气生物滤池还可以进行反硝化脱氮和除磷。

BAF的核心部分是滤料，它是生物膜的载体，污水的净化是靠附着在滤料表面和悬浮于滤料间的微生物的共同作用实现的，滤料的特性对生物膜的生长状态、氧利用率和水力分布条件等起到重要的作用，它是曝气生物滤池工艺作用的关键因素。关于滤料的选择有如下标准：首先，滤料材质本身的物理吸附特性、化学稳定性、有无毒害、孔隙率等对滤池处理效能有一定影响。其次，生物滤料的粒径大小也严重影响着曝气生物滤池的处理效能。目前，曝气生物滤池多采用颗粒状滤料，如陶粒、沸石、焦炭、石英砂、活性炭和膨胀硅铝酸盐等。

磷是造成水体富营养化的主要因素之一，而水体富营养化对生态环境造成很大的威胁。关于污水中磷元素的去除目前主要存在两种方式：生物除磷和化学除磷。生物除磷利用聚磷菌在不同环境条件下对磷的过量吸附和释放来除磷；而化学除磷主要利用药剂钙、铁、铝盐与磷酸根产生沉淀，通过污泥的形式去除磷。有研究显示，单独利用BAF的生物作用除磷效果较差，为此还需要采用化学方法配合除磷，而这无疑增加了成本，并使得系统变得更为复杂，因此，如何筛选一种适用于BAF且能够高效除磷的滤料无疑是影响BAF发展的一项重要研究课题。

近年来，中国每年产生的废旧轮胎以8％至10％的速度递增。2010年，中国废旧轮胎产量约达2.5亿条，回收利用率仅为50％左右，远低于西方发达国家，造成巨大的资源浪费。同时，在中国有些地方，对废旧轮胎仍然采取焚烧、填埋等原始的处理方法，甚至随意丢弃，造成“黑色污染”。废旧轮胎具有很强的抗热性、抗降解性，埋入地里100年也不会降解。合理利用废旧轮胎，实现其循环利用，拥有绿色经济、低碳境界、生态环保和节能增效等诸多优势，具有广阔的市场前景。

废旧轮胎橡胶颗粒表面粗糙，比表面积较大，非常适合微生物附着生长；废旧轮胎橡胶颗粒也能充分满足曝气生物滤池对滤料的其他要求。国外关于以废旧轮胎橡胶颗粒作为生物滤池的报道较少，文献报道了在需氧和厌氧状态下静态颗粒物滤料反应器(SGBR)处理污水达到比较好的效果。以直径大约为3cm的废旧轮胎橡胶颗粒作为滤料的生物滤池对COD的去除率可以达到79.6-90.1％。在混合SGBR系统中，当废旧轮胎橡胶颗粒的直径为2mm时，COD的去除率可以达到90％以上。在厌氧的系统中，系统对硝态氮的去除率可以达到97％。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种曝气生物滤池(BAF)，以提高磷酸盐(PO₄ ^2-)去除率和挂膜启动速度及挂膜后的生物稳定性。

为了达成上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种曝气生物滤池，包括进水区、生物反应过滤区、曝气装置、反冲洗装置、出水区5部分，所述生物反应过滤区从下到上依次为承托层、滤料层，所述承托层中滤料为卵石，其下方与进水区和反冲洗装置相连，所述滤料层中滤料为橡胶颗粒，该橡胶颗粒由废旧轮胎制备而成，其粒径大小为1mm～8mm。

为提高BAF的污水处理效能，特别是提高BAF的磷酸盐(PO₄ ^2-)去除率，本发明选用粒径大小为1mm～8mm的橡胶颗粒作为BAF滤料，实验结果显示，粒径大小为2mm～4mm的橡胶颗粒除磷效果最佳。

为了提高曝气生物滤池(BAF)的挂膜启动速度和挂膜后的生物稳定性，本发明采用自然挂膜和人工挂膜相组合的挂膜启动方式，运行结果显示，这种组合方式具有挂膜迅速、挂膜效果好且运行稳定等优点。即先接种将取自中铁水务污水处理二沉池回流污泥，然后在进行连续流培养的方式。首先将橡胶颗粒用接种的活性污泥浸泡一周左右，期间每天按C∶N∶P＝100∶5∶1投加营养物质，并用小型曝气装置进行曝气，以供足够的溶解氧。然后将浸泡的橡胶颗粒加入到反应器内进行闷曝，其空气流量为4L/h，3天后改为小流量进水，气水比保持在1∶4∶～1∶10之间，系统连续进行一周左右。挂膜运行大约10天左右、肉眼可见反应器的内壁出现大量的淡黄色丝状絮体，滤料表面生物膜颜色加深，并且数量增加，经过10天左右，经检测出水COD去除率已达到65％左右，NH³-N去除率达到60％左右，而磷酸盐的去除率已达约为92％，至此认为挂膜过程已经完成。在挂膜成功后，测定处理效果，实验结果良好。

在上述基础上，申请人研究了自然挂膜和人工挂膜相组合的挂膜时间为9-11天。在此时间下，肉眼可见反应器的内壁出现大量的淡黄色丝状絮体，填料表面生物膜颜色加深，并且数量增加，同时出水水质较为稳定。

在本发明中，生物反应过滤区作为污水处理的主要功能区，可以选择任意合适的材料制成，优选的是采用有机玻璃，形状是圆柱状。

通过采用有机玻璃，既便于观察又具有较好的耐腐蚀性和使用寿命。

本领域技术人员可以理解，根据应用规模的不同，过滤区的大小是可以调整，同样的，可以适当调整其中作为填料的橡胶颗粒滤料层厚度。

为了在BAF滤池中创造良好的厌氧-好氧环境，提高BAF的除磷效果，滤料层中有厌氧区和好氧区，好氧区设置2个曝气头。

在本发明中，为了起到预过滤的效果，所述承托层中滤料为卵石，其下方与缓冲配水区和反冲洗装置相连。优选的，采用不同粒径的鹅卵石随机组合作为滤料。

本发明的曝气生物滤池，处理污水的化学需氧量COD为400～500mg/l，氨氮为8～20mg/l，磷酸盐为4～10mg/l时，水气比为1∶4～1∶10，水力负荷为0.5～2m³/h，水力停留时间8～12小时。优选的，当BAF处理污水的化学需氧量COD为420mg/L～450mg/L，氨氮浓度为8～10mg/L，磷酸盐为4～5mg/L时，水气比为1∶4∶～1∶10，水力负荷为0.5～2m³/h，选择水力停留时间HRT为8小时，稳定运行一周左右，COD平均去除率为63％，NH₃-N的平均去除率为45％，PO₄ ^2-的平均去除率为92％，具有理想的效果。

与现有技术相比，本发明采用由废旧轮胎制成的橡胶颗粒作为曝气生物滤池滤料，该滤料具有较好的吸附性和强度，耐磨损，微生物易附着，挂膜启动快且挂膜后的生物稳定性好，在保证化学需氧量(COD)和氨氮(NH₃-N)去除效果与一般滤料去除效果持平的情况下，能显著提高曝气生物滤池工艺除磷效果，同时，还可以有效解决废旧橡胶轮胎回收处理问题，具有良好的经济效益和市场前景。

附图说明

图1为本发明曝气生物滤池运行正常后进出水化学需氧量(COD)和去除率对比曲线图

横坐标为曝气生物滤池稳定运行的天数，纵坐标为COD的浓度及去除率。

图2为本发明曝气生物滤池运行正常后进出水氨氮(NH₃-N)和去除率对比曲线图

横坐标为曝气生物滤池稳定运行的天数，纵坐标为NH₃-N的浓度及去除率。

图3为本发明曝气生物滤池运行正常后进出水磷酸盐(PO₄ ^2-)和去除率对比曲线图

横坐标为曝气生物滤池稳定运行的天数，纵坐标为PO₄ ^2-的浓度及去除率。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的实施方式。

一种废旧橡胶轮胎作滤料的曝气生物滤池，其过滤装置设有由不同大小粒径的鹅卵石构成承托层，其下方为缓冲配水区。在承托层上方设有橡胶颗粒材质的滤料层，滤料层采用的填料是2mm～4mm粒径的废旧橡胶颗粒，将其与(活性)污泥混合组成滤料层，滤料层高度为35cm。

曝气生物滤池的反应器由有机玻璃制成，其内径为10cm，高1.2m，有效容积为0.025L。滤料高度为35cm，底部鹅卵石承托层为12cm，曝气由泵供给，进水箱放在较高的地方，利用重力进水由底部进入，实验采用模拟生活污水配水。

在上述装置中，申请人并无特别限制进水区、曝气装置、反冲洗装置、出水区，这些结构中的进水区和出水区指的是进出水的管道，曝气装置、反冲洗装置是水处理工业的常用产品，其中的曝气装置采用鼓风机曝气装置或机械曝气装置均可；反冲洗装置可采用任意水净化系统中采用的自动反冲洗装置。

上述装置，在使用时采用自然挂膜和人工挂膜组合的方式，运行10天左右，肉眼可见反应器的内壁出现大量的淡黄色丝状絮体，滤料表面生物膜颜色加深，并且数量增加，同时出水水质较为稳定，至此确定挂膜基本完成。在挂膜成功后，测定处理效果。

选择水力停留时间HRT为8小时，稳定运行一周左右，COD平均去除率为63％，NH₃-N的平均去除率为45％，PO₄ ^2-的平均去除率为92％。化学需氧量(COD)、氨氮(NH₃-N)、磷酸盐(PO₄ ^2-)去除效果对比曲线见附图1、2和3。

由图1可以看出，当HRT为8小时，滤料的COD去除效果不是很明显，平均在60～65％之间，随着运行天数的增加，去除率逐渐提高，说明反应器具有一定的有机负荷冲击能力。

由图2可以看出，当HRT为8小时，滤料的氨氮的去除率变化不是很明显，平均在43～45％之间，整体上来说，曝气生物滤池的去除氨氮的能力一般。

由图3可以看出，当HRT为8小时，滤料的磷酸盐去除效果很明显，比一般的滤料去除效果好，平均去除率为92％左右，对于去除磷酸盐有很好的效果。

结果表明，在进水COD负荷、氨氮负荷和磷酸盐负荷都相同的条件下，本发明滤料COD和NH₃-N的平均去除率和一般滤料效果持平，但是，本发明滤料磷酸盐平均去除率较一般滤料有了显著提高，且本发明BAF的挂膜启动快且挂膜后的生物稳定性良好。

Claims

1.一种曝气生物滤池，包括进水区、生物反应过滤区、曝气装置、反冲洗装置、出水区5部分，其特征在于，所述生物反应过滤区从下到上依次为承托层、滤料层，所述滤料层中采用的滤料为橡胶颗粒，该橡胶颗粒由废旧轮胎制备而成，其粒径大小为1mm～8mm。

2.如权利要求1所述的曝气生物滤池，其特征在于，所述滤料层中的橡胶颗粒选用粒径大小为2mm～4mm。

3.如权利要求1所述的曝气生物滤池，其特征在于：所述滤料层中有厌氧区和好氧区，好氧区设置2个曝气头。

4.如权利要求1所述的曝气生物滤池，其特征在于：所述承托层中滤料为卵石，其下方与缓冲配水区和反冲洗装置相连。

5.如权利要求1所述的曝气生物滤池，其特征在于：所述的曝气生物滤池的池体的材料是有机玻璃，形状是圆柱状，所述橡胶颗粒滤料层厚度为35cm。

6.一种采用曝气生物滤池处理污水的方法，其特征在于，如权利要求1-5任意一项所述曝气生物滤池的挂膜步骤采用自然挂膜和人工挂膜相组合的启动方式。

7.如权利要求6所述的处理污水的方法，其特征在于，自然挂膜和人工挂膜相组合的挂膜时间为9-11天。

8.如权利要求6所述的处理污水的方法，其特征在于，当如权利要求1-5任意一项所述曝气生物滤池处理污水的化学需氧量COD为400～500mg/l，氨氮为8～20mg/l，磷酸盐为4～10mg/l时，水气比为1∶4～1∶10，水力负荷为0.5～2m³/h，水力停留时间为8～12为小时。

9.如权利要求6所述的处理污水的方法，其特征在于，当如权利要求1-5任意一项曝气生物滤池处理污水的化学需氧量COD为420mg/L～450mg/L，氨氮浓度为8～10mg/L，磷酸盐为4～5mg/L时，水气比为1∶4～1∶10，水力负荷为0.5～2m³/h，水力停留时间为8小时。