曝氣生物濾池工藝在污水處理廠升級改造中的應用

吳曉波，申 崢

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300074）

近年來全國水環境污染形勢嚴峻，已經成為制約經濟發展的重要因素。當前，國家加大了水污染防治力度，相繼出臺了“水十條”等政策文件，黨的十九屆四中全會《中共中央關于堅持和完善中國特色社會主義制度、推進國家治理體系和治理能力現代化若干重大問題的決定》明確“踐行綠水青山就是金山銀山的理念，堅持節約資源和保護環境的基本國策。”隨著國家對污水排放的管控日趨嚴厲，我國城鎮污水廠的排放標準也日趨嚴格，許多污水處理廠的提標升級改造勢在必行。污水廠升級改造工藝包括MBBR工藝、MBR工藝、臭氧高級氧化工藝及曝氣生物濾池工藝等。

曝氣生物濾池是一種較為新穎的技術，生物量較大、生物狀態相對穩定，能夠實現生物氧化、生物硝化、生物截留懸浮固體等多種功能。文章根據某城市污水處理廠的實際運行情況，融入曝氣生物濾池工藝技術，最終分析曝氣生物濾池在污水處理廠升級改造中的應用效果，同時提出工藝應用的注意事項，為污水廠升級改造設計提供參考。

1 曝氣生物濾池工藝原理及其特點

1.1 曝氣生物濾池工藝原理

曝氣生物濾池簡稱BAF，是20世紀80年代末90年代初在普通生物濾池的基礎上，借鑒給水濾池工藝而開發的污水處理新工藝[1]。隨著研究的深入，BAF從單一工藝逐漸發展為系列綜合工藝，其內涵也擴展到生物活性濾池，這就包括了缺氧條件下的反硝化濾池，即在好氧或缺氧條件下完成污水的生物處理（碳氧化、硝化、反硝化）和懸浮物的去除。目前污水廠升級改造工程中常用到的曝氣生物濾池類型有碳氧化曝氣生物濾池（C池）、碳氧化/部分硝化曝氣生物濾池（C/N池）、硝化曝氣生物濾池（N池）、前置/后置反硝化生物濾池（pre/post-DN池）。

工藝原理：在濾池中裝填一定量粒徑較小的粒狀濾料，濾料表面生長著生物膜，在碳氧化和硝化生物濾池內部設置工藝曝氣系統，污水流經時，利用濾料上形成的高濃度微生物對污水進行快速凈化；同時，利用濾料粒徑較小的特點及生物膜的生物絮凝作用截留污水中的大量懸浮物，運行一定時間后，因水頭損失增加，需對濾池進行反沖洗，反沖洗系統宜采用氣/水聯合反沖洗。具體如圖1所示。

圖1 曝氣生物濾池工藝原理

1.2 曝氣生物濾池工藝特點

（1）處理構筑物占地面積較小，對于較大規模的污水處理廠而言可以節省約1/3～1/2的占地面積，適合現狀污水廠升級改造工程；

（2）污染物的容積負荷較高，抗沖擊負荷能力較強，處理效果也比較穩定，工藝流程較為簡單，成本較低；

（3）可根據污水特性單獨使用或者多級組合使用；

（4）濾料層內氧的轉移效率較高；

（5）產生的臭氣較少，衛生條件較好；

（6）自動化程度較高，可無人值守。

2 曝氣生物濾池工藝在污水處理廠升級改造中的應用

2.1 原有工藝及其運行數據

某污水處理廠原設計規模為14萬m3/d，進廠污水包括化工廢水、制藥廢水，工業廢水占比20%～30%，設計出水水質標準為《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）中二級標準。現狀工藝流程為進水→粗格柵→進水泵房→細格柵→曝氣沉砂池→A級曝氣池→中間沉淀池→B級曝氣池→二沉池→紫外消毒→出水，具體如圖2所示。原工藝處理下的污水處理效果如表1所示。

圖2 某污水廠現狀工藝流程圖

表1 某污水處理廠原工藝處理效果 單位：mg/L

2.2 污水處理廠升級改造方案

通過對現狀污水廠出水水質進行分析可知，該工程現狀出水NH3-N、TN、TP、SS指標波動較大，升級改造后應該要滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）中一級A排放標準。由于該工程現狀構筑物改造困難且現狀廠不能停水，因此升級改造方案為在現狀工藝后增設深度處理工藝保證出水達標。深度處理工藝考慮針對性的脫氮除磷工藝，由于廠區占地面積有限，需要選擇節省占地的工藝，經綜合分析比較，該工程采用了C/N曝氣生物濾池、DN反硝化生物濾池、高效沉淀池及轉盤過濾工藝。

二級處理出水進入C/N池，C/N池實現有機物去除的同時發生硝化反應，然后進入DN池反硝化，由于該工程出水TN較高，而深度處理進水中BOD含量較低，因此需要在DN池外加碳源，DN池出水進入高效沉淀池，在沉淀池中加入除磷藥劑PAC，實現除磷及大部分固體雜質的去除，最終設置轉盤過濾保證出水SS達標，紫外消毒保證出水衛生要求。改造后工藝流程如圖3所示，其中無填充加粗框內構筑物為此次新建。

圖3 某污水處理廠改造后工藝處理流程圖

2.3 曝氣生物濾池在該工程污水處理廠中的設計參數

C/N曝氣生物濾池：總過濾面積約為1056m2，設置12格，單格有效過濾面積為88m2，平均過濾速度約為5.5m/h，平均強制濾速約為6m/h；濾料采用陶粒濾料，粒徑3～5mm，濾料層高4m；BOD5容積負荷約為0.66kg/m3，NH3-N容積負荷約為0.66kg/m3；工藝曝氣系統的氣水比為2.5，反沖洗采用氣水聯合沖洗，反沖洗周期為12～24h。

DN反硝化生物濾池：總過濾面積約為880m2，設置10格，單格有效過濾面積為88m2，平均過濾速度約為6.6m/h，平均強制濾速約為7.3m/h；濾料采用陶粒濾料，粒徑4～6mm，濾料層高3m；反硝化負荷約為1.75kgNO3-N/m3；反沖洗采用氣水聯合沖洗，反沖洗周期為12～24h。反硝化濾池進水為向上流式，與N2溢出方向相同，N2隨進水溢出，不需要單獨驅氮。在DN池進水渠內設有NO3-N在線檢測儀，同時根據最終出水TN在線檢測儀和COD在線檢測儀通過儀表反饋值，利用專用軟件計算碳源需要量，以節省碳源投加量以及防止出水CODcr超標。

2.4 升級改造效果

該污水廠升級改造后水質指標如表2所示，可以看出，現狀廠升級改造后能夠穩定達到一級A排放標準。

表2 某污水處理廠升級改造后的處理效果 單位：mg/L

3 曝氣生物濾池在污水處理廠升級改造中應用的注意事項

（1）曝氣生物濾池對進水SS要求較高，如果進水SS的濃度較大，會增加濾池反沖洗頻率，建議進水SS小于100mg/L[2]。

（2）需要控制硝化濾池與碳氧化濾池之間的溶解氧參數為2～4mg/L。

（3）需要考慮濾速與碳氧化之間的關系，關注其增加的反硝化效率情況。

（4）若濾池主要功能為碳氧化、硝化，則需要控制容積負荷參數為 BOD5≤2kgBOD5/(m3·d)，以此輔助氨氮去除，強化去除效果。

（5）若碳源不足，則可以將反硝化池放置在硝化池的前面，以此實現回流，實現前置反硝化。

（6）對于C/N池需要合理設計曝氣系統，建議采用穿孔管或者專用的單孔膜空氣擴散器。

（7）曝氣生物濾池對TP去除效果非常有限，如果要使出水TP達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）中一級A排放標準，必須增加化學除磷。

4 結束語

綜上所述，曝氣生物濾池在污水處理廠的升級改造中具有良好的應用優勢，且目前已經逐漸投用到我國各地區的污水處理系統中，極大提升了城市污水處理能力。在實際工程中，需要結合污水處理廠的原本處理能力，根據現狀工藝，優化設定提升目標與方案，充分發揮曝氣生物濾池的積極作用，以此提升污水處理廠的深度處理能力，強化污水處理效率，實現污水處理廠的升級改造目標。