曝气生物滤池技术在再生水处理中的应用分析

赵杰 ZHAO Jie

（武汉市政工程设计研究院有限责任公司四川分公司，成都 610000）

0 引言

目前，经济全球化趋势加快，人们越来越重视水资源利用和保护工作[1]。对于水资源环境保护而言，污水处理是重点，政府颁布了一系列政策监督企业科学处理污废水，不得随意排放污废水，预防严重破坏水体环境。在污水处理中，曝气生物滤池技术是重点，凭借其占地面积小、维护成本投入低、自动化操作等优势，可全方位、有效地治理污水，进一步强化污水处理成效，确保更多的水资源能够再生使用。

1 曝气生物滤池技术

作为一种生物膜法，曝气生物滤池技术（BAF）所具有的部分特性和活性污泥法相同，将生物陶粒填充满整个曝气池，借助陶粒表面附着的生物膜，对水体中的污染进行有效降解[2]。同时，陶粒具有孔隙率大、堆积的密度小、粒径小等独特优势，表面极易黏附大规模的生物膜。这些生物膜中的微生物拥有大规模的数量及属种，如好氧菌、兼氧菌和厌氧菌等。因此，针对水体中的有机物，这一技术去除效果明显，尤其是氨和氮。

在净化污水的过程中，生物膜的作用至关重要，滤层还会将一些活性污泥中的大规模悬浮生物予以有效地截留，可有效吸附与降解各种污染物[3]。同时，运用池顶出水、池底配水以及上向流式等方式，和滤料的压密方向完全不同，因此能够高效率地完成固液分离及接触氧化等，无需安装二沉池。

2 曝气生物滤池技术在再生水处理中应用实例分析

在某城市污水处理厂BOT项目中，此项目尤为关键，建设的根本出发点在于控制污染物排放量、循环利用水资源。该地区是一个工业、粮食城市，用水量大，尤其是工业用水，再次处理二级处理后的水，确保其能够达到中水回收的各项要求与指标，不仅能够节约更多的水资源，而且中水费用更低，有利于降低企业成本投入，获取更多的经济效益。另外，该城市已经建设了城市污水处理厂，中水处理工程所需条件已经具备。

2.1 污水设计水质

2.1.1 污水进水水质（见表1）

表1 设计用原水水质

2.1.2 污水出水水质

污水经过处理后，出厂水排放，水质符合《污水综合排放标准》（GB8978-1996）的二级标准和《某水系污水综合排放标准》（DB61-224-2006）的二级标准（见表2）。

表2 污水处理出水水质mg/L

2.1.3 污水处理效果

污水处理厂的主要进出水指标与处理效果见表3。

表3 主要进出水水质指标与处理效果表

2.2 再生水处理方案选择

2.2.1 可用于城市污水中水处理系统的生物处理工艺对比（见表4）

表4 生物处理工艺比较表

基于相关水质标准，再结合污水处理厂水质成分、规模等因素，本研究选择采用BAF工艺。

2.2.2 污水处理厂中水回用处理工艺方案确定

结合项目实际情况，相比于CASS工艺、A2/O工艺、氧化沟工艺，BAF工艺具有无污染膨胀、占地小、投资少、维护难度低等优势[4]。同时，因这一工艺占地面积小，所以需求投入大量的整地费用，也不会影响周围土地的开发。另外，投入使用后运行及维修费用投入较低，可有效地降低当地政府财政压力。因此，从技术及经济等方面进行综合分析，本项目选择使用BAF工艺作为中水处理的主要工艺。

2.2.3 污水处理厂中水回用处理工艺流程

中水回用系统中，污水处理厂的出水是主要处理对象，借助曝气生物滤池，有效处理水体中的有机物和氨氮，再对处理后的污水进行消毒处理，最终用于循环用水、绿化用水。针对工业锅炉用水，还需通过自身深度处理，如精密过滤、反渗透和离子交换等，才能够使用[5]。污水处理工艺流程见图1。

图1 污水处理工艺流程

2.2.4 污泥处理工艺选择

对于本次项目，中水回收系统是建设的重点，关于工艺的选择，主要为BAF，反洗排放水是处理的对象，其中只含有很少的干污泥，水占据着较大比例。鉴于这一情况，可设计一个水池来保存反吸排水，将其进行减容处理后排入到调节池中，将底部污泥输入到污泥处理系统中。可以借助污水处理厂之前的污水处理系统，无需专门将污水处理装置设置在中水处理工段[6]。而污水处理厂污水处理段污泥处理系统的工艺流程见图2。

图2 污泥处理系统的工艺流程

2.3 中水处理系统

在生物曝气滤池中，有效清除污水中的有机物，通过全面消毒，促使其能够符合中水出水的标准，并将其保存于回收水池中[7]。其中，混合部分中水（1×104m3/d）和VT出水，与“二级”污水排放标准相符，可以排放；部分中水（3×104m3/d）可以使化工厂用水需求得到满足。

在生物处理中引入BAF工艺，污水通过滤料，并重点处理被滤料表层所存在的生物膜，整个过程中所出现的污泥则停留于在过滤层中，只有得以净化的水才能够通过，如此便能够在一个完全密封的反应器中进行有效的生物处理，无需在下游设定二层池分离固液。

向上流滤池底部对反洗进水和进水管进行了设计，填料层位于中上部，为了使补水更加均匀，将一个装有滤头的混凝土滤板设置在滤床下方，滤头能够从板面拆掉，为维修提供便捷。清水区位于滤料上层，反洗过程中则作为反洗排水区，滤料反洗膨胀高度、出水水质标准直接决定了其高度。

滤池供气系统设计了两套管路，工艺空气管主要作用在于工艺曝气，设备安装在滤板和滤料的中间，以此来促使滤头的污水能够同空气进行有效混合，并可降低曝气管道压头，减少电能消耗。值得注意的是，在滤池底部，将空气管道设计成反冲洗空气管。

中水处理系统包括：曝气池布水池及出水检测池、曝气生物滤池、设备间、中水储水及消毒池、反洗排水暂存池和加氯消毒系统。

2.3.1 曝气池布水池及出水检测池

对于曝气生物滤池而言，为了能够实现均匀布水，且能够满足水质监测要求，这一部分应包含布水前池、滤池总配水管、检测溢流池三个重要内容。首先，布水前池作用在于将VT系统处理之后合格的水进行存储，然后向滤池总配水管进行运输。布水前池由混凝土、钢筋制作而成，具体尺寸为3.9×3.7×1.0（H）mm。其次，布水前池和检测溢流池之间需要通过滤池总配水管进行连接，然后将水运输到曝气生物滤池。水管应采取焊接钢管，管径1200mm。最后，对于溢流池而言，其主要职能在于监测排放的水质情况，保证其符合标准。其属于钢筋混凝土水池，具体尺寸为4.6×3.9×1.0（H）mm，在其中设计溢流堰，通过处理后满足相关标准的污水，需要凭借溢流堰让其进入达标排放管道，进而汇入到总排污渠中。因本次项目所占面积较小，为了节约土地面积及投资额，以上所提到的三部分均设计在曝气生物滤池上。

2.3.2 曝气生物滤池

对于曝气生物滤池而言，其在中水处理系统中发挥着重要作用。同时，供用户用水水量、水质，属于对设计科学性进行判断的关键依据，也直接关系到其运行的可靠性。本工程总共设计了十二座曝气生物滤池，均采取矩形池体的形式，共享池壁，以此来降低占地面积及投资额。其中，单座曝气池尺寸设定为9.6×7.5×6.3（H）mm。

本工程采取向上流曝气生物滤池，直接从曝气池输入污水，借助于滤帽迅速被分到滤料层中，其底部曝气管道中设置了微孔膜曝气器。能够促进氧转移效率的提高，并实现布气均匀。对于富含溶解氧的污水而言，其在经过滤料层的过程中，微生物群落会吸附以及降解污染物等，生成微生物营养，然后利用溢流堰将处理完成的水排放到排水渠中，最后进入水贮存和消毒池。

被微生物吸附的各类污染物，能够向微生物提供营养，能够被微生物进行有效地降解与吸收。由于曝气生物滤池之中涉及许多的微生物，再加上污泥时间偏长，污泥量少，能够顺利消除氨氮。

将手动调节阀设置到曝气池进水管内，能够基于出水的具体情况进行科学调节，以此来获取最佳的处理成效。在长期运行过程中，微生物会不断增多，应及时反冲洗曝气生物滤池，促使滤料能够得以再生。反冲洗中，最好选择使用气、水联合反洗的方式，其所需水量较低，滤料膨胀率较小，可彻底进行反洗。

本工程对滤池放空、滤头清洗水管进行了设计，如果曝气池在实际运行过程中产生问题，排除其它各项原因之后，需要对滤头进行反向冲洗，促进其过流能力的提高。其中，曝气生物滤池设计的计算表现如下：

通过分析这一项目进出水处理要求及指标得知，氨氮去除率要求十分严格，因此最好采取硝化容积负荷计算法，其中硝化容积负荷设定为0.1-0.5kgNH3-N（m3滤料·d）

其中，Q=40000m3/d；ΔCNH3-N=18-5=13mg/L；qNH3-N取0.2kgNH3-N。

因此，W=2600m3。

一般而言，曝气生物滤池中滤料层高度H滤料一般处于2.5-4.5m范围内。受水力负荷影响，滤料层高属于污水与微生物长期接触，出水作用佳，然而对鼓风机压头的要求也比较高，能耗较大；滤料层低则表现为污水与微生物之间进行接触的时间偏短，导致出水效果不佳，因此对鼓风机压头低，能耗投入更高。结合曝气生物滤池具体运行情况，本工程将滤料层高度H滤料设置为3m，则曝气生物滤池面积计算公式如下

结合本次项目，A=2600/3≈864m2

本次项目总共计划设计十二座曝气生物滤池，因此每一座具体截面积为

a=864/12=72m2，每一座尺寸为9.6m×7.5m。

滤池总面积为864m2时，那么水力负荷为：

因流入滤池的废水都是均匀通过滤料层，在其承托层下部设置一个缓冲配水室，高度设定为1.2-1.5m。因滤头及配水室布水情况，再加上为了便于清洗，本工程将H配水设定为1.5m，且在配水池壁中设计检修入孔。同时，在反冲洗过程中应考虑分析到滤料的膨胀期，在滤料层上设计一个0.8-1.0m高的清水区，本研究取高度为1.0m；滤池的超高取H超高=0.3m，承托层高H承托=0.3m，则滤池的总高为：H=H滤料+H配水+H清水+H超高+H承托=3+1.5+1.0+0.5+0.3=6.3m。

2.3.3 设备间

对于曝气生物滤池而言，运用双排布置的办法，将能够进行调节的阀门设置到两排池体中间位置。同时，将巡检装置安装到曝气池顶部，然后再在下面设置设备间。为了能够节约占地面积及建设成本，可把鼓风机、反洗鼓风机设计在设备间。

2.3.4 中水储水及消毒池

这一个池中主要存放了曝气池一次反冲洗、消防储水、化工厂调节所需用水等，且也充当着消毒池的作用，避免氯气和水之间的接触时间高于30min，管网余氯符合0.1-0.2mg/L的规定。其中，中水储水池设计反洗水泵、消防给水泵和中水供水泵。

2.3.5 反洗排水暂存池

为了预防出现反洗前期排水不通畅而引起的溢水情况，本工程对反洗排水暂存池进行了设计，同时对排水泵予以了安装，采取液位控制的办法，让反洗排水进入排水管网，然后再进入污水处理厂一级提升泵站进水池内。

2.3.6 加氯消毒系统

基于《建筑中水设计规范》，加氯量最好控制在5-8mg/L，选择使用三台加氯机，投入量为22kg/h；设计钢瓶6个，TCS—2000数字电子称1台。为了预防氯气泄露对人体的不良影响，加氯间最好安装一套氯气吸收装置，吸收能力为1000kg/h，且自带漏氯报警仪。一旦空气中的氯气含量超标，报警仪便会迅速报警，并将漏氯吸收装置打开，将泄露的氨气完全吸收。

2.4 应用效果

本项目引入曝气生物滤池（BAF）工艺后，污染物排放量得以有效控制，水资源得以节约，污水得以循环利用，并实现了零排放的目标，所以这一项建设工程符合城市可持续发展理念，对城市健康发展的意义重大。假设该工程每天中水处理量为4万m3，那么建成前后污染物排放情况如表5所示。

表5 项目建设前后主要污染物排放量对比

3 结语

总之，在我国生态环境保护中污水处理是重点，各级政府应加强各企业污水排放情况，广泛推广使用曝气生物滤池技术，对曝气生物滤池工艺体系进行优化与改善，有效控制进水的有机物，并增强其硝化性能及抗冲击负荷水平。同时，采用高水准的滤料，有效去除各种污染物，提高水的质量。