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1、生物吸附 -生物膜过滤(A-BF 法)法处理城市污水研究1 引言 污水生物处理技术虽然已取得很大发展，并且走向成熟，但人们仍在不断致力于更加高效、低耗、占地更少的新工艺的开发和研究。70 年代德国 Aachen 大学 B.Bohnke 教授提出“生物吸附氧化法(A-B 法)”工艺，使污水生物处理技术取得了重大进展。AB 法工艺高效省能的核心在 A 级，即由于取消了初级沉淀池和采取低氧运行，充分地利用了短世代微生物的吸附能力，大大缩短了曝气时间、降低了能耗。而 B 级曝气池仍需按低负荷活性污泥法设计运行 1 ，而且还需要后续停留时间为 24h 的沉淀池以满足固液分离和活性污泥回流的需要。能否在
2、AB 法的基础上开发一种更为高效低耗的新工艺，其关键在于对 B 级进行有效的改造。多年来探索快速高效的污水生物处理方法主要遵循两条途径 2 ，一是发挥微生物生理特性的优异作用，如 AB 法中 A 级就是充分发挥了短世代微生物的吸附作用以实现其快速高效率的；二是提高参与作用的微生物量，增加有机物与微生物接触的机率，如采用高污泥含量的生物膜法 34 。生物膜法具有容积负荷高、处理效果好的特点，充分利用生物膜法这一特点，将生物膜工艺串联于 A 级之后，以取代低负荷的 B 级，并辅以过滤技术，形成“生物吸附一生物膜过滤法(A-BF 法)”这就是我们进行 A-BF 法工艺研究的主要目的。生物膜法是一种较
3、为成熟的污水生物处理工艺，但由于这种工艺为防止堵塞要求进水中悬浮物和有机物浓度较低，因此使其在城市污水处理中的推广应用受到限制。在 ABF 处理工艺中，由于 BF 级串联于A 级之后，当其被用于城市污水处理时，尽管原污水中悬浮物和有机物浓度较高，但由于原污水经过 A 级处理后，悬浮物与有机物浓度均已显著降低，从而可使进入 BF 级的污水满足生物膜工艺的进水浓度要求，可保证生物膜工艺段(BF 级)的稳定运行，使生物膜法的优势在工艺中得以充分发挥，实现在较短时间内通过微生物对有机物的吸附、氧化作用、使污水得到净化。并借鉴法国 OTV 公司在TSM(1990 年No78)刊物上所介绍的“采用生物碳法
4、及活性污泥法进行低温生物处理比较试验”资料 5 ，在生物膜工艺中辅以过滤技术，省去 B 级二次沉淀池，这样不仅缩短了处理工艺流程，降低工程投资、减少建设用地，而且可望提高固液分离效果，改善出水水质。 2 工艺概述A-BF 工艺的试验研究工作分两部分，一是小试，主要是选择滤料、探索工艺运行条件、进行可行性试验；二是中间试验，进行不同工况下的运行条件试验及处理效果试验，确定推荐设计参数。其工艺流程如图 1。根据小试结果可知，当滤速为 2mh(水力停留时间为 1h)时以焦炭、膨胀页岩(陶粒)为滤料的滤池，对 CODCr、BOD 5的去除率相近，分别为 53、51和 85、86。由此确定，焦炭和膨胀页
5、岩(陶粒)均可作为 BF 级滤池之待选滤料。考虑取材方便与价格等因素，在中试中选用焦炭作为滤料。 生物吸附生物膜过滤法(A-BF 法)处理工艺由 A 级和 BF 级组成，以串联方式运行。在 A-BF 法的工艺研究中，A 级只按 AB 法研究中推荐的工艺参数运行 2 (A 级曝气时间为 0.5h，混合液污泥浓度23gL，池内溶解氧控制在 0.10.7mgL，A 级沉淀池水力停留时间 1.7h)，A 级之后的 BF 级属于生物膜工艺，通过在附着有生物膜的滤(填)料层间曝气充氧并结合过滤工艺，构成生物膜滤池。该池为淹没式层间曝气，下向流等滤速变水头过滤，以粒径为 26mm 的焦炭作为滤(填)料，滤料
6、充填高度 2m，在此池内可同时完成生物氧化降解有机污染物与截留脱落的生物膜和悬浮物的作用。空气从距滤料底部2540cm 处通人，一方面有利于发挥下层滤料表面生物膜的氧化降解作用，另一方面又有利于提高整个生物膜滤池的贮污能力，延长反冲周期。曝气点以下 2540cm 厚的滤层起到过滤的作用，进一步截留水中悬浮物和脱落的生物膜，完成固液分离过程。由于生物膜生长、固着在比表面积较大的滤料表面上，这就使得池中容纳着大量微生物，从而在体现出容积负荷高、停留时间短的特点的同时，又能保证滤池在较低的污泥负荷下运行，为进一步氧化降解经 A 级处理后污水中剩余的有机污染物提供了可靠的保障，进而获得优良处理效果，保
7、证了出水的稳定性。3 结果与分析3.1 BF 级生物膜滤池不同滤速下的处理效果 BF 级的滤速是一个重要的设计参数，其大小直接影响到 BF级乃至整个 ABF 处理工艺的效果。BF 级生物膜滤池在不同滤速下的处理效果(平均值)参见表 1。由表 1 可知，随 BF 级滤速的提高，即水力停留时间的缩短，BF 级的处理效果及 ABF 工艺总的处理效果均呈下降趋势。滤速在 2mh 及以下时，该工艺可保持优良的出水水质，出水 CODCr均小 36mgL；BOD 5均小于 8mgL。因此，BF 级滤速为2mh 时，既可保证有较佳的出水水质，又可保持较高的处理效率。故以 2mh 滤速作为 BF 级稳定性试验的
8、运行参数。此外，从表 1 还可看出，当 BF 级滤速为 4mh、水力停留时间为 0.5h 时，该工艺的出水水质平均值：CODCr为 57.1mgL、COD Cr为 13.8mgL、SS 为 15.5mgL，仍能达到污水综合排放标准(GB897888)的一级标准。由此也可说明本工艺在推荐滤速下仍保留有较大的耐大水量冲击的余地。ABF 工艺不同滤速下的平均处理效果 表 1CODCr BOD5 SS 滤速(mh) 原水mgL A 级出水mgL BF 级出水mgL BF 级去除率 总去除率 原水mgL A 级出水mgL BF 级出水mgL BF 级去除率 总去除率% 原水mgL A 级出水mgL BF
9、 级出水mgL BF 级去除率 总去除率% 1 656 237 17.6 92.6 96.9 205 69.5 2.7 96.0 98.7 403 61 0.9 98.9 100 2 738 304 28.5 90.0 96.1 206 80.8 4.1 94.7 98.0 731 169 16 98.5 100 3 861 285 36.2 86.5 95.0 243 98.9 8.1 90.9 96.2 913 200 9.3 95.8 99.0 4 649 294 57.1 80.0 90.9 185 90.3 13.8 84.7 91.9 549 149 15.5 88.9 97.0
10、3.2 BF 级生物膜滤池在不同曝气量下的处理效果 BF 级运行时的曝气量是关系到运行费用的重要参数，是处理工艺的一项重要的技术经济指标，对考察工艺的经济合理性具有重要意义。BF 级生物膜滤池在不同气水比下的处理效果平均值列于表 2。当 BF 级以 2mh 滤速运行时，曝气量分别按气水比 81、61 控制，从表 2 数据可知，提高气水比处理效果虽有所提高，但变化不大，因此推荐采用气水比为 61 的曝气量，既可保证有良好的处理效果，且可降低能耗，节约运行费用。BF 级在不同曝气量下的处理效果 表 281 61 名称结果项目 原水 A 级出水 BF 级出水 BF 级去除率% A-BF 总去除率%
11、原水 A 级出水 BF 级出水 BF 级去除率% A-BF 总去除率% CODCr(mgL) 738 304 28.5 90.0 96.1 459 214 22.9 89.1 95.0 BOD5(mgL) 206 80.8 4.1 94.7 98.0 145 63.6 3.3 94.3 97.5 SS(mgL) 731 169 1.5 98.5 99.8 536 161 1.7 98.0 99.5 3.3 BF 级生物膜滤池的过滤工作周期 BF 级生物膜滤池属于等滤速、变水头过滤类型，其滤后水头恒定，滤前水头随过滤的进行逐渐加大。一般情况下当滤前、滤后的水头差达到 1m 时，一个过滤工作周期即
12、告结束。BF 级不同滤速及同一滤速(2mh)不同气水比下的过滤工作周期和处理水量平均值见表 3，从表 3 数据可知，BF 级的过滤工作周期随滤速的加大而缩短，而相同滤速下以不同气水比(81、61)控制曝气量时，其过滤工作周期处理水量基本相近。这也说明滤池的工作周期是与滤层的储污能力密切相关的。滤层不变，储污能力也不变，所以滤速加大，工作周期缩短而处理水量则不变。 BF 级生物膜滤池不同工况下的过滤工作周期 表 3滤速(m/h)气水比 进水(m3/h) 过滤周期(h) 周期产水(m3) 1 81 0.125 116.3 14.52 81 0.250 68.7 17.22 61 0.250 64.
13、5 16.13 81 0.375 48.5 18.24 81 0.500 28.0 14.0ABF 工艺稳定性运行试验结果 表 4原水 A 级出水 BF 级出水 BF 级去除(%) A-BF 总去(%) 名称结果项目 变化范围平均值 变化范围 平均值 变化范围 平均值 变化范围 平均值 变化范围 平均值 CODCr(mg/L) 315776 455129337 221 10.035.7 22.3 85.394.6 89.8 92.397.4 95.1BOD5(mg/L) 79183 12729.887.1 56.8 0.47.4 3.7 84.599.4 93.4 92.199.8 97.0S
14、S(mg/L) 501060 45220470 174 19.0 2.1 86.7100 98.4 93.8100 99.33.4 A-BF 工艺及 BF 级生物膜滤池运行的稳定性3.4.1 A-BF 工艺及 BF 级生物膜滤池运行稳定性与对进水水质变化的适应性按滤速为 2mh、气水比为 61 的运行条件对该工艺进行了近两个月的运行稳定性试验。结果列于表 4。从表 4 不难看出，虽然原水水质变化幅度较大，但 ABF 工艺和 BF 级生物膜滤池，仍然有较稳定的处理效果和较高的去除率，出水水质达到了较高的水平。同时也说明 ABF 工艺和 BF 级生物膜滤池对原水水质的变化都具有较强的适应能力。3.
15、4.2 BF 级对不同有机投配负荷的适应性根据表 4 所列 A 级出水(即 BF 级进水)COD Cr、BOD 5值的变化范围，可计算出 BF 级的有机物投配负荷变化范围为：COD Cr容积负荷 3.418.91kgCOD Crm 3d，BOD 5容积负荷为 0.792.30kgB0D 5m 3d。由此可见，在有机投配负荷变化较大的情况下，仍能有表 4 所列的稳定的处理效果和高质量的出水水质，说明 BF 级生物膜滤池对有机物投配负荷的变化也同样具有良好的适应性。经多次对 BF 级生物膜滤池中的生物量进行测定的结果表明，BF 级中的生物量较高，其在池中的平均生物量为 13g 干污泥L 填料，其中
16、有机份占 60以上，同样根据表 4 所列 A 级出水的 BOD5变化范围可计算得出 BF 级污泥投配负荷为 0.100.30kgBOD 5KgVSS.d，由此表明，BF 级生物膜滤池既具有较高的容积负荷，又使污泥有机负荷维持在一个较低的水平上。这也正是 BF 级生物膜滤池既能保持很高的处理效率，又能保持有良好出水水质的关键所在。 3.5 BF 级生物膜滤池各项反冲洗参数的确定BF 级生物膜滤池运行一段时间以后，随着滤池内生物的大量繁殖与截留的悬浮物质的增加，其滤层的阻力也逐渐升高，当滤层阻力达 1m 左右时，则需对其进行逆向气、水反冲洗，将老化的生物膜及所截留的悬浮物质冲洗出池外以保证滤池的正常的运行。对于反冲洗过程中气、水的反冲洗强度应控制得当，过低达不到反冲洗的目的，过高会使生物
