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集约曝气式内循环生物滤池工艺(IMBAF技术)

发表时间:2019-05-10 16:22
文章附图

1、技术背景

  曝气生物滤池(biological aerated filter,简称BAF)是在生物接触氧化工艺的基础上引入饮用水处理中过滤的思想而产生的一种好氧废水处理工艺,上世纪70年代末80年代初出现于欧洲,其突出特点是在一级强化处理的基础上将生物氧化与过滤结合在一起,滤池后部不设沉淀池,通过反冲洗脱出截留物和多余的生物质实现滤池的周期运行。由于该工艺不仅具有去除SS、COD、BOD、硝化、脱氮、除磷、去除AOX(有害物质)的良好性能,而且具有容积负荷、水力负荷大,水力停留时间短,所需基建投资少,出水水质好,运行能耗低,运行费用少的特点。

       90年代以后,鉴于BAF工艺的优越性能,许多的科研机构和环保企业开始对其在工业废水领域的应用前景进行评估和工程实践,均取得了一定效果,但是BAF在运行过程中滤床易板结,反冲洗耗水量大,反洗不彻底,容易赌塞等一系列实质问题并未得到彻底有效的解决,影响了其在工业废水领域的广泛应用。                                             

  后来,又有人开发了借助曝气实现污水在池体内部循环式反应的曝气生物滤池。其实质均涉及到:采用空气通过导流(筒)装置对液位进行提升,以被提升的液位差作为促使进入装置的液体实现再次自上而下循环穿越生物滤料层的动力,从而实现所谓的内部多重循环处理。

  与传统的曝气生物滤池相比较,上述这种改进方法的显著特点为:

       ①传统曝气生物滤池由于直接从池底进行曝气充氧,因而正常运行过程中整个生物滤床基本处于好氧状态,故其床层内主要以好氧菌为主体,对有机物去除效果较好,但是缺乏厌氧及缺氧环境,对污水中氮的反硝化去除作用极为有限;而采用集约曝气的运行方式后,由于水体主要流向为自上而下的形式,故在生物滤床的上层主要以好氧菌为主,而在填料层的中下部分由于氧气很难抵达故主要以厌氧或缺氧菌为主,从而整个生物滤料床层在降解有机物的同时又具备了硝化及反硝化脱氮的功能;

       ②传统的曝气生物滤池大多采用带滤头滤帽式样的承集约曝气式内循环生物滤池工艺(IMBAF技术)-图片2.png托板,在长期的运行过程中由于截留的悬浮物与大量繁殖微生物及其脱落生物膜的不断增多,其承托滤板上的滤头滤帽很容易堵塞,往往都会导致配水配气不均匀从而影响处理效果;由于该装置底部的配水及承托装置采用格栅板或条形开洞承托层,故其具有相对较大的过流面积而不会发生堵塞,加上内部循环的作用使得过流量是正常进水量的数倍甚至数十倍,通过大流量配水能保证承托层配水的相对均匀。

  然而,实践证明,该改进方法也存在很多不能克服的重大缺陷,其主要表现为:

      (1)由于待处理污水在曝气筒(或导流筒)内被曝气提升后进入池内自上而下经过曝气生物滤池的生物滤料层,从而实现内部循环的单次流程,如此反复运行,由于水流方向与重力方向一致(即下向流),很容易在长周期的运行后导致滤层逐步被压实并板结,严重时甚至会被堵塞,从而影响整个系统的传质,大幅降低处理效率;

      (2)该装置采用分离式提升曝气充氧,生物滤床内部的氧含量来源主要靠经曝气提升后溶解在污水中的部分氧气,这部分溶解氧在随着污水自上而下经过滤层的过程中,一部分被附着于上层液及表层生物填料上的好氧微生物吸收利用,另外一大部分溶解氧在自上而下的过程中随着填料床层阻力的逐级增大,污水在向下流的过程中为克服其阻力很容易将溶解在污水中的氧气释放到分压更低的大气当中,故最终能被微生物利用的溶解氧比例较低,而随污水深入生物床层的溶解氧则基本没有。

  这势必造成整个系统能承载的好氧菌数量有限,且主要存在于上层液及表层较浅的生物填料中,而接近表层以下的填料床层区域则以缺氧甚至厌氧状态为主,整个床层靠下的区域则微生物数量较少,基本只起到过滤的作用。所以在实际的工程运用中,该工艺具有一定的脱氮效果,但其脱碳效果较为有限,尤其当应用在深度处理领域时,其CODcr去除率更低。

  综上可知,传统的曝气生物滤池以及后来经改进的内循环式曝气生物滤池在实际运用过程中均存在较为明显的缺陷,从而影响此类技术的推广及应用。其主要表现为:要么具有一定的脱碳(除CODcr)效果,但其脱氮效果却较差,出水的悬浮物(SS)偏高;要么具有一定的脱氮效果且出水的悬浮物(SS)含量能控制在较低水平,但去除有机物的功能又不太理想。

  然而,多年来西安聚光环保一直潜心研究对传统BAF的改革,并逐一攻克了传统BAF存在的短板,开发了新一代的曝气生物滤池—IMBAF技术。该技术为一种集约曝气式内循环生物滤池技术,该技术即具备优良的脱碳(去除有机物)效果,又兼具良好的反硝化脱氮的功能。同时,它还具有不会堵塞、运行成本低、核心工艺设施制作简单、安装及操作极为方便、使用寿命长、出水悬浮物(SS)含量低等优点。

2、 IMBAF技术基本原理

  针对传统曝气生物滤池存在的缺陷,本技术采用在滤池中的导流装置内进行曝气,该方式不仅满足滤池内微生物对氧气的需求,而且可以借助曝气对水位的提升作用促使滤池内混合液的循环流动,为混合液从导流装置外部区的填料区域自上而下或自下而上提供动力。与传统的曝气生物滤池底部直接曝气相比,该改进型IMBAF能有效避免直接曝气对生物床层内微生物的冲刷,其相对温和的水力条件更有利于床层内微生物膜的形成,也有利于世代时间较长、对环境较为敏感菌落的繁殖(如硝化菌、反硝化菌等)。因此,该技术具有更为强大的综合处理能力。同时,由于生化反应区域与曝气区域的分离,使得出水的悬浮物(SS)含量能够控制在很低的水平,其后续不需外加过滤等手段便可将SS指标控制在直接排放或进入回用处理装置的要求,是一个集生物硝化、反硝化及高精度过滤于一体的高效生物膜处理系统。

3、 IMBAF技术主要特点

该技术的主要特点及有益效果可归纳如下:

       ①本工艺采用了上向流多重内部循环反应方式的集约曝气生物滤池技术,避免了传统曝气生物滤池因在池底直接曝气给滤床中生物膜造成较大的扰动及冲刷,故其能为微生物的快速生长及大量繁殖提供一个相对较为温和的生存条件,故其不仅更有利于适应能力强的普通微生物生长,而且也有利于原本对生长环境要求较高、世代时而且也有利于原本对生长环境要求较高、世代时间较长的微生物繁殖,使得整个生物床层内具备较为丰富的生物相,大幅提高了对废水中污染物的协同综合去除能力。

       ②本工艺所提供的装置能不断地将本装置内经一次或多次循环处理后的低浓度污水与刚进入该装置的原污水进行充分混合及稀释,使得该装置针对浓度更高、毒性更大的的污水具有良好的适用能力及处理效果,其不仅可以应用于污水的深度处理领域,而且还可以很好的应用于高浓度、高毒性污水的预处理阶段,这是目前绝大部分现有技术所无法做到的。故本工艺所提供的装置显然具有更为广泛的适用能力和应用空间。

       ③本工艺所提供的装置将经曝气提升后富含溶解氧的污水经由曝气循环及导流装置后,能巧妙的实现上向流的不间断循环处理,使得整个生物滤床层自下而上氧含量呈梯度逐步降低,形成了以好氧、兼氧及缺氧为主且各自功能区域分布明显的良好局面(主要以池体下方的配水区域至生物填料床层的2/3位置为好氧区域;以生物填料床层的2/3位置至上方压顶水层为兼氧及缺氧区域),使得其不仅能大幅提高水中溶解氧的利用率,更为重要的是其在大幅降解有机物实现脱碳的同时,还能对氨氮具有良好的反硝化脱氮效果,是一个真正意义上集高效脱碳及脱氮于一体的改良革新式曝气生物滤池。

       ④本工艺所提供的装置在运行一段时间后,采用气水联合反洗的方式,对运行过程中因截留污水中的不溶性固体及微生物氧化分解有机物产生的多余污泥进行高效脱出以保持滤床中微生物的高活性及其数量的动态平衡,既节约能耗,又根治了生物滤床易板结的问题。

       ⑤本工艺所提供的装置除了采用气水联合反洗的方式以排出滤床板结易堵塞的问题后,其承托板采用开孔或开洞的方式,因此也解决了像传统曝气生物滤池在承托板滤头滤帽易堵塞的老大难问题,此外,采用集约式曝气由于主要采用的为溶解氧的方式以静脉的方式对生物床层进行充氧,不存在直接曝气所带来的剧烈扰动,故相比现有的技术,本工艺显然强化了滤床的过滤效果,其处理出水悬浮物(SS)含量能稳定控制在8mg/L以内,低于目前国内绝大部分的国家及地方直排标准中对悬浮物的要求(一般要求为SS≤10mg/l或含量能更高),故后续不需额外再接过滤设备或滤池等设施,不仅大幅节约投资,而且减少了占地面积。

       ⑥运行及反洗采用全自动模式,操作简单,管理方便;

       ⑦在深度处理难降解化工废水进行硝化时,其相应的各污染物的容积负荷可以分别达到2.8kgCODCr/m3.d、0.9kgNH3-N/m3.d。

集约曝气式内循环生物滤池工艺(IMBAF技术)-图片3.png

IMBAF设施工程运行图

集约曝气式内循环生物滤池工艺(IMBAF技术)-图片4.png

深度处理前后进出水对比

4、工艺内构件组成

        IMBAF系统主要由:(1)内循环反应器;(2)改性多孔强力挂膜生物填料;(3)反洗系统;(4)格栅承托及布水系统等几部分组成。该工艺采用模块化设备进行组装,安装及后续运行管理十分方便,维修量极小。

5、工艺对比优势

IMBAF工艺   VS 传统 BAF工艺

集约曝气式内循环生物滤池工艺(IMBAF技术)-图片5.png

6、技术衍生   

  通过对IMBAF技术的及适当变革,以机械加速代替曝气循环的方式可不大幅改变水力循环条件的前提下通过改变废水中溶解氧的含量来达到快速驯化出以反硝化菌为优势种菌的生态系统,以此来专注于废水的脱氮处理,从而推出了较为先进的衍生技术——I-BNF(内循环反硝化生物滤池)。此外,针对一些难降解有机废水,其还可以作为缺氧甚至厌氧处理系统,具有广泛的应用空间。

集约曝气式内循环生物滤池工艺(IMBAF技术)-图片6.png

工程现场施工图

集约曝气式内循环生物滤池工艺(IMBAF技术)-图片7.png

改造完成后现场运行图


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