BAF預處理工藝應用研究

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簡介： 本研究在周家渡水廠進行了預處理和深度處理的生產(chǎn)性試驗研究，BAF就是其中的預處理工藝之一。本文將BAF的運行情況和處理水質(zhì)效果作一介紹，供國內(nèi)同行參考。
關鍵字：BAF 預處理 試驗

　目前，上海市自來水均采用常規(guī)處理工藝，用黃浦江原水處理的自來水中的氨氮、鐵、錳較高，有時甚至超標，耗氧量一般達不到2001年9月1日衛(wèi)生部新頒布的≤3mg/l的飲用水衛(wèi)生規(guī)范。為使水質(zhì)全面達標，并逐步達到國際發(fā)達國家的水質(zhì)標準，本研究在周家渡水廠進行了預處理和深度處理的生產(chǎn)性試驗研究，BAF就是其中的預處理工藝之一。本文將BAF的運行情況和處理水質(zhì)效果作一介紹，供國內(nèi)同行參考。?

　　 BAF是Biological Aeratd Filter的縮寫，中文名稱為曝氣生物濾池。它是80年代末至90年代初興起的污水處理工藝，在歐美和日本都有應用。其最大特點是集生物接觸氧化和截留懸浮固體于一體，節(jié)省了二沉池。另外，具有負荷高，停留時間短，出水水質(zhì)好的優(yōu)點。?

　　 清華大學經(jīng)過試驗研究認為，BAF預處理工藝可以用于 改善微污染水源原水水質(zhì)，周家渡水廠是國內(nèi)率先采用該項技術的水廠之一。

　　 周家渡水廠的BAF預處理工藝：

　　周家渡水廠是一家老水廠，1999年起進行了深度處理改造工程，2001年2月完工。改造后的水廠采用黃浦江上游原水，制水能力為1萬m3/d，處理工藝分2條處理能力為5千m3/d的平行處理流程，采用BAF預處理工藝的工藝流程為：BAF-常規(guī)處理-臭氧-活性炭?；钚蕴砍鏊由倭柯?，進入清水庫后由二泵房提升輸入管網(wǎng)。

　　 BAF構造和氣水反沖快濾池相似，僅增加了曝氣系統(tǒng)，濾池分為3格，呈單排布置，單格面積為14m2，設計濾速5?2m/h，陶粒濾料厚度2m，下面有20cm礫石為承托層，設計空床停留時間22min。濾料底部采用多孔管進行連續(xù)曝氣，安裝1臺羅茨鼓風機曝氣，風量為5.5m3/min，升壓為29kpa。沖洗采用氣水反沖洗。氣沖洗強度為55m3/m2•h，水沖洗強度為60m3/m2•h。配氣、水系統(tǒng)采用濾板和長柄濾頭。BAF結構示意圖見圖2。????BAF工藝中濾料的選擇主要考慮易掛膜、不易堵塞、不易破碎等因素。經(jīng)對比，我們選擇了江西省萍鄉(xiāng)市佳能環(huán)保工程有限公司生產(chǎn)的QT系列陶粒濾料。其主要特點是：①陶粒用江西優(yōu)質(zhì)粘土為原料，表面粗糙、多微孔、不結釉，解決了其他片狀陶粒表面結釉的問題；②強度高、孔隙率大、比表面積大、化學和物理穩(wěn)定性好。與聚氯乙烯等規(guī)則填料相比，具有生物附著力強，掛膜性能良好等優(yōu)點；③形狀為球形，密度適中，水流流態(tài)好，反沖洗容易進行。?

　　 周家渡水廠采用的陶粒的具體參數(shù)為：粒徑3-5mm；形狀：球形；有效粒徑3.2mm；顏色：棕褐色；密度：1.7kg/l；堆積密度0.85kg/l；比表面積：＞1.5×10.4cm2/g；孔隙率50%左右。

　　 3 BAF的運行

　　 3.1 BAF的運行?

　　 BAF生產(chǎn)試驗于2001年7月開始運行至今，進水流量為170-300m3/h，濾速為4.05-7.14m/h，濾料容積負荷為2-3m3/m3•h，空床停留時間為30-17min。進水的同時進行曝氣，氣量為330m3/h，氣水比為1.9∶1-1.1∶1。沖洗周期與原水濁度有關，一般控制為7-10天，當水頭損失1.5m-1.8m時進行反沖洗。若運行中反沖洗不及時，就會產(chǎn)生氣阻，使水濾不下去，這時只要立即反沖就可解決。開啟曝氣鼓風機時，池中水面應低于進水槽。運行時各格水面應齊平，使曝氣均勻。?

　　 3.2 曝氣和溶解氧?

　　 為了給生物供氧，運行時要采用連續(xù)曝氣。據(jù)測定，出水的溶解氧明顯增加，平均比進水增加1.6倍，最高時增加7.5倍。當原水氨氮較低(＜1mg/l＝時，我們測定得出，當進水：(DO/NH3-N)＞5；且DO＞5mg/l時，可停止曝氣，以節(jié)約運行費用的結論。?

　　 3.3 生物鏡檢?

　　 我們于8、9、10月取陶粒濾池中的濾料進行了生物鏡檢，結果如表1： 表1 生物鏡檢結果匯總表?

　　 BAF對濁度有良好的去除效果，試驗期間濁度平均去除率為40.9%，最大值為69.3%，其中曝氣時去除率較低，不曝氣時較高，這是因為曝氣時對濾層有攪動，降低了去除率。BAF的除濁作用有兩方面，一是濾層截留，和砂濾池的原理類似。二是生物吸附和生物凝降解作用，稱為生物除濁。生物吸附和和絮凝是由微生物代謝時分泌出莢膜、細胞外粘液和多糖類物質(zhì)，懸浮顆粒由此粘附在生物膜表面，成為生物膜的一部分，或者粘結細小顆料成為較大的絮體，被濾層截留??［5］?。根據(jù)試驗，生物濾池中，由于無機顆粒表面粘附的有機物被生物降解，可降低顆粒表面的ζ電位14.4-37.2%，有利于絮凝沉降，并能減少后面混凝劑的加注量。周家渡水廠砂濾池出水控制在0.5NTU以下時，硫酸鋁加注量為25mg/l，比相鄰的其他水廠節(jié)約混凝劑10-20%左右。另外，陶粒進水未加混凝劑使?jié)豳|(zhì)脫穩(wěn)，顆粒間孔隙又大于砂濾池，所以濁度去除率仍低于一般砂濾池。據(jù)分析，BAF去除濁度不宜過高，過高時，泥沙會包裹生物膜，影響生物膜的正常生長。

　　 4.2 鐵、錳的去除?

　　 BAF運行1周后，對鐵的去除率明顯增加，可認為除物理～化學作用外，有了生物除鐵作用，濾層中生成鐵細菌，能通過酶的生物催化作用，在較低的氧化還原電位下快速氧化鐵，被氧化的鐵以γ?羥基鐵的形式沉積在細胞的鞘膜中，反沖洗時和污水一起排出池外。試驗中鐵的平均去除率為53.1%。?

　　 運行2周后，BAF對錳的去除效果明顯，生物除錳理論要求pH＞7.4-7.5，氧化還原電位Eh＞400-500mV，溶解氧約為5mg/l。試驗中錳的平均去除率為36.6%。

　　 4.3 耗氧量CODMn和紫外吸光度E254的去除?

　　 有機物作為異養(yǎng)菌的電子供體和碳源，為異養(yǎng)菌提供能量和參與細胞合成。BAF對CODMn的平均去除率為15.4%。?

　　 紫外吸光度E254代表了水中含不飽和鍵的有機物含量，這些有機物多是生物難降解有機物及致突變物質(zhì)，所以BAF的去除率很低。?

　　 4.4 氨氮的去除和轉化?

　　 氨氮(NH3-N)是水中蛋白質(zhì)一類含氮有機物分解后的產(chǎn)物，是反映水體受到污染程度的重要指標之一。出廠水中的氨氮會造成管網(wǎng)中的硝化細菌和亞硝化細菌的繁殖，影響水質(zhì)穩(wěn)定性。建設部2000年1類水司標準中規(guī)定為不超過0.5mg/l，歐共體水質(zhì)標準中，氨氮的指導值為0.05mg/l，最大值為0.5mg/l。陶粒濾池運行1個月后有明顯去除效果，平均去除率39.9%。因試驗期間原水氨氮低，平均值為0.2mg/l，所以去除率比期望值低。

　　 4.5 亞硝酸鹽?

　　 原水中的氨氮會因硝化作用不完全而產(chǎn)生亞硝酸鹽，亞硝酸鹽是“三致”物質(zhì)，建設部2000年1類水司標準中作出嚴格規(guī)定，為不超過0.1mg/l。陶粒濾池由于曝氣充分，對亞硝酸鹽平均去除率為40.1%，平均出水濃度為0.008mg/l，最大濃度為0.08mg/l。

　　 4.6可同化有機碳(AOC)?

　　 AOC為反映微生物極易利用的基質(zhì)指標，其濃度與細菌的再生繁殖潛力有關，目前國際上用AOC來判斷管網(wǎng)水的生物穩(wěn)定性。根據(jù)取樣測定結果，周家度原水AOC為619μg/l，陶粒出水為284μg/l，降低了54%，說明BAF對AOC有明顯去除效果。?

　　 另外，根據(jù)測定，BAF進、出水的電導率基本不變，pH基本不變。試驗期間的水溫在32-13℃之間。

　　 5 結果與討論

　　 (1) BAF作為預處理工藝已成功運行于上海市周家渡水廠，它具有接觸時間短，占地面積小，操作和砂濾池基本相同，排泥方便等優(yōu)點。?

　　 (2) QT系列陶粒濾料具有易掛膜、不易板結，強度高，不易破碎，水流阻力小，易沖洗等優(yōu)點。?

　　 (3) 周家渡試驗數(shù)據(jù)表明，BAF預處理可去除濁度40.9%、鐵53.1%、錳36.6%、氨氮39.9%、亞硝酸鹽40.1%，耗氧量15.4%，AOC54%，提高出水水質(zhì)和生物穩(wěn)定性。?

　　 (4) 試驗證明，BAF預處理可節(jié)約混凝劑10-20%左右。?

　　 (5) 通過生產(chǎn)試驗認為，生物預處理工藝適用于原水氨氮較高情況，采用生物預處理工藝時，要考慮在預處理后加氧化消毒劑來控制沉淀池和砂濾池中藻類和其他浮游生物過量生長而影響運行和水質(zhì)的問題。