生物滤池在污水处理中的应用

1、引言
生物滤池是20 世纪90 年代初兴起的污水处理新工艺，在欧美和日本等发达国家广为流行。该工艺具有去除SS、COD、BOD、硝化、脱氮、除磷、去除AOX（可吸附有机卤化物）的作用,其特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体，节省了后续沉淀池（二沉池），其容积负荷和水力负荷大，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
用省。
2、生物滤池原理
国外从20 世纪初开始对生物滤池进行研究，于80年代末基本成型，后经不断改进开发出多种形式。
在开发过程中，充分借鉴了污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思路，集曝气、高滤速、截留悬浮物、定期反冲洗等特点于一体。其工艺原理为，在滤池中装填一定量粒径较小的粒状滤料，滤料表面生长着生物膜，滤池内部曝气，污水流经时，利用滤料上高浓度生物量的强氧化降解能力对污水进行快速净化，此为生物氧化降解过程；同时，因污水流经时，滤料呈压实状态，利用滤料粒径较小的特点及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的大量悬浮物，且保证脱落的生物膜不会随水漂出，此为截留作用；运行一定时间后，因水头损失的增加，需对滤池进行反冲洗，以释放截留的悬浮物并更新生物膜，此为反冲洗过程。
3、工程应用实例
3.1 工程概况
大连市某污水处理厂（二期工程） 设计规模为80000m3/d，污水总变化系数取1.3 。
设计采用水解沉淀池+ 前置反硝化生物滤池+曝气生物滤池工艺，出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918- 2002）一级A 级标准。2007年建成投产，运行比较稳定，出水水质满足了国家外排水水质标准要求。
工程占地面积3.03 hm2，建（构）筑物占地面积8025.43m2。
3.2 工程设计进出水水质

工程设计进出水水质见表1。

3.3 工程工艺流程

具体工程工艺流程见图1

流程简述：
原水经过一期提升泵房提升至二期中、细格栅间，通过格栅去除污水中2mm以上的大量悬浮物和漂浮物，栅渣直接进入压榨系统后外运，压榨后污水直接排入厂区下水系统。污水经过格栅进入旋流沉砂池，污水中的砂通过气提装置进入砂脱水系统，旋流沉砂池出水通过加药搅拌后进入水解沉淀池，水解沉淀池主要是降解污水中大分子有机物为小分子有机物，提高污水的可生化性。同时水解沉淀池可通过排泥去除污水中的部分有机物。水解沉淀池通过集水槽均匀出水直接为DN 反硝化滤池配水，污水在DN 反硝化滤池中通过硝化回流液增
加大量的NO3- N，并在反硝化菌的作用下将污水中硝态氮和亚硝态氮转化为N2 去除，SS 经过滤料的截留作用通过反冲洗的方式去除。DN 反硝化池出水进入CN 生物滤池，在生物滤池内污水中的NH4+- N，COD，BOD 等大部分有机物都能有效地去除。污水中的SS 也通过反冲洗的方式进一步地去除，zui后污水通过紫外线对污水中的大肠杆菌进行消毒达标后
排放。
3.4 监测结果

监测进出水水质见表2。
4、生物滤池特点
4.1 生物滤池的优点
（1）处理能力强。细小的填料颗粒提供了巨大的比表面积，使滤池单位体积内保持较高生物量，而且填料上的生物膜较薄，活性较高，使得该工艺具有高水力负荷和高容积负荷。生物滤池除能够去除COD，BOD 外，还能够截留SS，去除NH4+- N 等，具有多种净化功能。
（2）抗冲击能力强。由于滤料的高比表面积，当外加有机负荷增加时，滤料表面的高生物活性的生物膜上的微生物可以快速增殖，另一方面由于整体生物滤池的缓冲能力使得生物滤池受水质水量变化影响小。经验表明，在正常负荷2~3 倍的短期冲击负荷下运行，其出水水质变化较小。
（3）出水水质高。由于滤料表面高活性生物膜对COD，BOD 和NH4+- N 等有机污染物的去除，以及填料本身截留和表面生物膜的生物絮凝作用，可吸附、截留一些难降解物质和去除SS，使得处理出水水质很好。经消毒处理后，其水质可达到国家建设部颁布的《生活杂用水水质标准》（CJ 25.1- 89），直接回用。
（4）易挂膜，启动快。经验表明，生物滤池在水温10~15 ℃时，2~3 周即可完成挂膜过程。在暂时不使用的情况下可关闭运行，滤料表面的生物膜不会死亡，一旦通水曝气，可在很短的时间内恢复正常，非常适合一些水量变化大地区的污水处理。
（5）占地面积少，基建投资省。该工艺生化反应和过滤统一在一个单元中进行，处理装置结构紧凑，无需二次沉淀池，同时，由于生物膜的高数量和高活性使其可在较短的停留时间内对污水进行快速净化，因此所需生物处理面积和体积都很小，节约占地面积，节省基建投资。
（6）结构模块化。生物滤池采用模块化结构，运行管理方便，便于维护和进行后期的改扩建。与其他传统工艺组合使用，可使一些过去的老厂进行技术改造，避免资源浪费。此外，还可建成封闭式厂房，减少臭气、噪声对周围环境的影响，视觉景观好。
4.2 生物滤池的缺点
（1）要求预处理。为使生物滤池在较短的水力停留时间内处理较高的有机负荷并具有截留SS 的功能，其采用的填料粒径一般都比较小，如果进水SS 较高，会使滤池在很短的时间内达到设计的水头损失发生堵塞，这样就必然导致频繁的反冲洗，增加了运行费用与管理的不便，因此，对进水SS 的要求较高，需要对进水进行预处理。
（2）需要反冲洗。生物滤池需定期进行反冲洗，清洗滤池中截留的SS，同时更新生物膜。在反冲洗操作中，短时间内水力负荷较大，反冲出水直接回流入初沉池会对初沉池造成较大的冲击负荷，因此该工艺虽然节约了二沉池，但需一个污泥缓冲池，以减轻对初沉池的冲击负荷。
（3）水头损失大。和其他废水处理工艺相比较，生物滤池工艺的水头损失较大，因此，对废水的总提升高度大。
（4）滤料流失。由于设计或运行管理不当，会造成滤料随水流失等问题。
5、影响生物滤池运行效果的因素分析
5.1 温度对生物滤池运行效果的影响
生物膜是整个生物滤池的核心，是生物膜反应器稳定运行的基础。在生物滤池中异养微生物能有效地形成生物膜，但受到温度的限制。低温下，生物可利用有机基质浓度不受限制时，异养细菌生物量增加很快，而生物可利用有机基质浓度成为限制因子时，异养细菌生物量虽然仍能有所增加，但增加缓慢。温度对生物滤池硝化作用的影响，尤其对短程硝化反硝化作用的影响不同于悬浮生长反应器。由于在生物滤池反应器中的溶质是扩散传递，而不是符合动力学特性，这是硝化作用的控制因素。
在试验中发现20 ℃是临界温度，当温度低于20 ℃时，反应器的氨氮去除率较低（仅为进水氨氮的25％），而温度为20 ℃时，氨氮去除率上升到68％左右，但随温度进一步提高，氨氮去除率增长缓慢。
5.2 反冲洗对生物滤池运行效果的影响
生物滤池集生物膜的强氧化降解能力和滤层截留效能于一体，是一种适合大规模回用、、低耗的污水再生工艺，而运行一定时间后，滤层需要通过反冲洗进行再生，反冲过程要求达到释放截留的悬浮物，不损害并更新生物膜的多重目的，因此，反冲洗是保证生物滤池运行效能的关键步骤。客观地讲，反冲过程没有太多的理论依据，基本是从再生效果考虑的，既要恢复过滤能力，又要保证填料表面仍附着有足够的生物体，使滤池能满足下一周期净化处理要求。
由于污水处理是一项主要侧重于环境效益和社会效益的城市基础建设工程，污水处理厂建设和运行管理中的资金投入问题往往成为解决我国水污染问题的“瓶颈”。这一问题在资金相对比较紧张的中小城镇、生产企业等中小型排放源的水污染控制上表现得尤为突出，并将随着我国城市化水平的提高和社会经济的发展而更加尖锐。因此，研究开发适合我国国情的简易、、低耗污水处理新技术，是解决我国目前所面临的水环境污染和水资源短缺问题的有效途径，而针对中小型点源污染控制的污水处理技术则是急需重点研究的关键课题。作
为一种新型污水生物处理技术，生物滤池近年来已经成为国内外的研究热点。生物滤池在保证去除效果的同时节省了二沉池，简化了处理工艺，且具有有机负荷高，水力停留时间短，氧转移和利用率高，基建投资少，占地少，能耗低，运行成本低，出水水质好等特点，该工艺适用于我国水工业所面临的资金不足、技术水平低而环境标准要求越来越高的现状。
鉴于生物滤池的工艺流程较短，基建费用和常年运转费用大大低于常规二级生化处理技术，因此生物滤池工艺是比较理想的生活污水和低浓度工业污水的处理工艺之一。