概述了曝氣生物濾池技術(shù)的結(jié)構(gòu)形式、凈化原理、特點(diǎn)、設(shè)計(jì)參數(shù)、填料選擇等，并分析了煤礦礦區(qū)生活污水的特點(diǎn)和現(xiàn)有處理設(shè)施存在的問(wèn)題等。根據(jù)煤礦企業(yè)現(xiàn)有條件、污水水質(zhì)，采用機(jī)物容積負(fù)荷大、水力停留時(shí)間短、投資省、凈化效果好、出水水質(zhì)穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便的曝氣生物濾池技術(shù)處理礦區(qū)生活污水，具有廣闊的應(yīng)用前景。
1前言
曝氣生物濾池是生物接觸氧化和過(guò)濾技術(shù)相結(jié)合的一種污水處理工藝，其特點(diǎn)是不設(shè)二沉池通過(guò)反沖洗實(shí)現(xiàn)再生，處理負(fù)荷高，出水水質(zhì)好占地面積省。世界上首座曝氣生物濾池于1981年在法國(guó)靠近巴黎的一個(gè)污水處理廠建成投產(chǎn)，由于其良好的性能，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，隨后在歐洲各國(guó)得到廣泛應(yīng)用。法國(guó)OTV公司、得利滿公司德國(guó)菲力普穆勒公司等均把它作為優(yōu)勢(shì)技術(shù)在全世界推廣。美國(guó)和加拿大等美洲國(guó)家是在20世紀(jì)80年代末引進(jìn)此技術(shù)，日本和韓國(guó)也先后引進(jìn)了此項(xiàng)技術(shù)。目前世界上已有上千座大小各異的污水處理廠應(yīng)用了這種工藝。在我國(guó)對(duì)曝氣生物濾池技術(shù)的研究和應(yīng)用工作開(kāi)展較晚，目前正處于推廣階段。本文想通過(guò)介紹曝氣生物濾池技術(shù)，引起各界尤其是從事煤炭行業(yè)水處理人員的重視，在條件許可的情況下，優(yōu)先考慮采用曝氣生物濾池技術(shù)處理礦區(qū)生活污水。
2結(jié)構(gòu)形式及凈化原理
2.1結(jié)構(gòu)形式
曝氣生物濾池根據(jù)正常運(yùn)行時(shí)污水流向，分為上向流式和下向流式兩種，早期多采用下向流式，現(xiàn)在多采用上向流方式(即采用氣水同向流)，使布水、布?xì)飧泳鶆颍谒畾馍仙^(guò)程中把下部截留的懸浮物帶入濾池中上部，增加了濾池的納污能力，延長(zhǎng)了工作周期。上向流生物濾池下部設(shè)有進(jìn)水和反沖洗進(jìn)氣管，中上部是填料層，在填料層的下部布置生化用曝氣管，并將填料層分為上下兩個(gè)區(qū)，即好氧區(qū)和缺氧區(qū)。填料頂部裝有擋板，防止懸浮填料的流失，擋板上均勻安裝有出水濾頭。擋板上部空間為清水區(qū)，亦可作反沖洗水的儲(chǔ)水區(qū)，過(guò)濾后的清水自流入出水槽排放或入清水池回用。上流式曝氣生物濾池見(jiàn)圖1。
2.2凈化原理
曝氣生物濾池凈化功效主要有過(guò)濾、吸附和生物代謝。濾池工作時(shí)，濾池中的填料作為微生物附著的載體，在其表面形成的生物膜具有較好的吸附作用，當(dāng)污水流經(jīng)載體表面時(shí)，有機(jī)物就會(huì)從污水中轉(zhuǎn)移到附著在生物膜表面的水中去，被生物膜所吸附；濾池底部曝氣，空氣中的氧就通過(guò)曝氣系統(tǒng)進(jìn)入水層，再通過(guò)傳質(zhì)進(jìn)入生物膜，生物膜上的高濃度微生物在氧的參與作用下對(duì)有機(jī)物進(jìn)行分解和機(jī)體的新陳代謝，產(chǎn)生了CO2等無(wú)機(jī)物，隨污水排到空氣中，使污水得到凈化；同時(shí)，當(dāng)污水流經(jīng)填料時(shí)，濾料呈壓實(shí)狀態(tài)，利用濾料粒徑較小的特點(diǎn)及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的大量懸浮物。當(dāng)濾池運(yùn)行一定時(shí)間后，隨著截留的SS和老化的生物膜的增多，過(guò)濾水頭損失不斷增大，出水水量減少，則需對(duì)濾池進(jìn)行反沖洗，使填料得以再生，從而進(jìn)入下一個(gè)周期，實(shí)現(xiàn)污水的連續(xù)處理。
3工藝特點(diǎn)、設(shè)計(jì)參數(shù)及填料選擇
3.1工藝特點(diǎn)
(1)處理負(fù)荷高、占地小、投資省。曝氣生物濾池的容積負(fù)荷較大，一般可達(dá)到2~6kgBOD5/(m3#d)，是普通活性污泥法處理的2~8倍，其容積和占地面積較常規(guī)二級(jí)生物處理工藝小，同時(shí)在濾池后不需設(shè)二次沉沉池，節(jié)省了土地，減少土建投資費(fèi)用。
(2)水氣分布均勻，耐沖擊負(fù)荷高。曝氣生物濾池內(nèi)的填料對(duì)水流具有一定的阻力，保障了水流均勻分布，水氣平行向上流動(dòng)，促進(jìn)了氣水的均勻混合，避免了氣泡的聚合，有利于降低能耗，提高氧轉(zhuǎn)移效率，加上濾池內(nèi)分布著較高濃度的微生物，提高了反應(yīng)速率和微生物的降解能力。而高濃度的活性微生物以生物膜的形式牢固地吸附在濾池的填料表面，能夠承受較高負(fù)荷的沖擊。
(3)對(duì)外界環(huán)境影響較小，對(duì)低濃度污水適應(yīng)性強(qiáng)。濾池運(yùn)行過(guò)程中，生物降解過(guò)程均在填料內(nèi)部進(jìn)行，因此氣候?qū)ζ溆绊戄^小。曝氣生物濾池也不會(huì)產(chǎn)生由于有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物過(guò)低而導(dǎo)致微生物無(wú)法培養(yǎng)的情況。
(4)具有硝化與反硝化功能。在填料區(qū)曝氣系統(tǒng)的下部，由于空氣氣泡在壓力作用下向填料上部運(yùn)動(dòng)，造成填料下部呈缺氧狀態(tài)，于是反硝化細(xì)菌利用濾池進(jìn)水中的有機(jī)物作為營(yíng)養(yǎng)將濾池進(jìn)水中的NO3-N轉(zhuǎn)化為N2，進(jìn)入大氣，實(shí)現(xiàn)反硝化脫氮的功能。在其上部，由于曝氣系統(tǒng)的充分供氣，空氣中的氧氣與上升的水體充分接觸，形成了好氧區(qū)，除了微生物好氧降解外，同時(shí)在硝化細(xì)菌作用下還進(jìn)行硝化反應(yīng)，將水中的NH3-N轉(zhuǎn)化為NO3-N，為反應(yīng)硝化提供N源。
3.2設(shè)計(jì)參數(shù)
(1)設(shè)計(jì)負(fù)荷
曝氣生物濾池一般采用兩種負(fù)荷:容積負(fù)荷Nv[kg/(m3#d)]和水力負(fù)荷q[m3/(m2#h)，也稱濾速，較為典型的負(fù)荷值見(jiàn)表1。
(2)氣水比
氣水比的大小與進(jìn)水水質(zhì)、曝氣生物濾池功能和形式、濾料粒徑大小和濾層厚度等因素有關(guān)。曝氣生物濾池氣水比一般采用(1~3)B1，但也有高達(dá)10B1者。一般來(lái)說(shuō)，用于硝化功能的曝氣生物濾池應(yīng)采用較高的氣水比，而僅用于碳化的曝氣生物濾池的氣水比可適當(dāng)降低。氣水比大，一方面容易使截留在濾料中的懸浮物在短時(shí)間內(nèi)穿透濾料層，影響出水水質(zhì)；另一方面由于生物濾池氧的利用率高，氣水比偏大，將增加能耗。
(3)反沖洗
目前，普遍采用的反沖洗方式是氣水聯(lián)合反沖洗，即先用氣沖，再用氣、水聯(lián)合沖洗，最后再用水漂洗。不同形式、不同濾料的曝氣生物濾池，其反沖洗強(qiáng)度、歷時(shí)、周期各不相同，用水量和用氣量也存在較大差異。氣水聯(lián)合反沖洗，沖洗時(shí)間為10~15min，沖洗水流速10~30m/h，沖洗氣流速50~70m/h。配氣、配水系統(tǒng)常采用濾板和長(zhǎng)柄濾頭。
3.3填料選擇
填料是曝氣生物濾池的核心部分，直接關(guān)系到曝氣生物濾池的性能，同時(shí)也影響到曝氣生物濾池的結(jié)構(gòu)形式和投資成本。根據(jù)其采用原料的不同，可分為無(wú)機(jī)類、有機(jī)高分子類。常見(jiàn)的無(wú)機(jī)填料有陶粒、焦炭、石英砂、活性炭、膨脹硅鋁酸鹽等，有機(jī)高分子填料有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等，多為專利產(chǎn)品，常用的濾料有石英砂、陶粒及塑料制品(合成纖維、聚苯乙烯小球、波紋板等)。我國(guó)對(duì)曝氣生物濾池填料的研究以陶粒為最多。曝氣生物濾池普遍采用的濾料粒徑為3~6mm，濾層厚度為3~4m。在選擇填料時(shí)注意:機(jī)械強(qiáng)度大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、耐沖洗；比表面積大、孔隙率大，生物吸附能力強(qiáng)、掛膜快、水流流態(tài)好、反沖洗容易。
4礦區(qū)生活污水特點(diǎn)及現(xiàn)有設(shè)施存在的問(wèn)題
4.1礦區(qū)生活污水特點(diǎn)
我國(guó)煤礦企業(yè)生產(chǎn)能力一般為30~800萬(wàn)t/a，生活污水排放量約600~10000m3/d，主要來(lái)自生活區(qū)排水、浴室、工業(yè)廣場(chǎng)及食堂排水等，其主要特點(diǎn)是排水較集中，污水水質(zhì)、水量變化較大，不同于一般城市污水，污水中的CODcr和BOD5較城市生活污水低得多。究其原因主要有:煤礦生活污水中職工浴室洗澡用水占有一定的比重。以河南某礦區(qū)浴室排水為例，其BOD5濃度為90~110mg/L，每天排放量約2000m3，占生活污水總排放量的33%；礦區(qū)一些家屬樓建有化糞池，在一定程度上削減了BOD5濃度；礦區(qū)用水計(jì)量收費(fèi)措施有待完善，浪費(fèi)還較嚴(yán)重。
4.2現(xiàn)有設(shè)施存在的問(wèn)題
目前，礦區(qū)生活污水二級(jí)處理常運(yùn)行的設(shè)施有生物接觸氧化法、鼓風(fēng)曝氣活性污泥法、氧化溝法等。通常在二級(jí)生化處理后的出水中，氨氮含量較高，此水排入自凈能力較小的河流中，會(huì)引起水體富營(yíng)養(yǎng)化、水質(zhì)惡化、DO下降、魚(yú)類死亡等；很多已投入運(yùn)行的生活污水處理設(shè)施，風(fēng)機(jī)的供氧量遠(yuǎn)大于生化處理生物降解有機(jī)物的需氧量，氧利用率較低，造成能耗浪費(fèi)嚴(yán)重。
5應(yīng)用前景
據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前煤礦生活污水排放量約2.3億m3/a，其處理率還不高。大多數(shù)煤礦都位于北方，秋冬季氣溫較低。與其它生物處理方法相比，曝氣生物濾池處理礦區(qū)生活污水具有很多的優(yōu)點(diǎn)，它適應(yīng)于礦區(qū)低濃度生活污水處理，有機(jī)物負(fù)荷較高，耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，具有脫氮功能，受氣候條件影響小，氣味少，減少占地面積，節(jié)省工程投資。因此，采用曝氣生物濾池技術(shù)處理礦區(qū)生活污水具有廣闊的應(yīng)用前景。
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