曝气生物滤池处理矿区生活污水
摘 要：概述了曝气生物滤池技术的结构形式、净化原理、特点、设计参数、填料选择等，并分析了煤矿矿区生活污水的特点和现有处理设施存在的问题等。根据煤矿企业现有条件、污水水质，采用机物容积负荷大、水力停留时间短、投资省、净化效果好、出水水质稳定、操作简便的曝气生物滤池技术处理矿区生活污水，具有广阔的应用前景。
1前言
曝气生物滤池是生物接触氧化和过滤技术相结合的一种污水处理工艺，其特点是不设二沉池通过反冲洗实现再生，处理负荷高，出水水质好占地面积省。世界上首座曝气生物滤池于1981年在法国靠近巴黎的一个污水处理厂建成投产，由于其良好的性能，应用范围不断扩大，随后在欧洲各国得到广泛应用。法国OTV公司、得利满公司德国菲力普穆勒公司等均把它作为优势技术在全世界推广。美国和加拿大等美洲国家是在20世纪80年代末引进此技术，日本和韩国也先后引进了此项技术。目前世界上已有上千座大小各异的污水处理厂应用了这种工艺。在我国对曝气生物滤池技术的研究和应用工作开展较晚，目前正处于推广阶段。本文想通过介绍曝气生物滤池技术，引起各界尤其是从事煤炭行业水处理人员的重视，在条件许可的情况下，优先考虑采用曝气生物滤池技术处理矿区生活污水。
2结构形式及净化原理
2.1结构形式
曝气生物滤池根据正常运行时污水流向，分为上向流式和下向流式两种，早期多采用下向流式，现在多采用上向流方式(即采用气水同向流)，使布水、布气更加均匀，在水气上升过程中把下部截留的悬浮物带入滤池中上部，增加了滤池的纳污能力，延长了工作周期。上向流生物滤池下部设有进水和反冲洗进气管，中上部是填料层，在填料层的下部布置生化用曝气管，并将填料层分为上下两个区，即好氧区和缺氧区。填料顶部装有挡板，防止悬浮填料的流失，挡板上均匀安装有出水滤头。挡板上部空间为清水区，亦可作反冲洗水的储水区，过滤后的清水自流入出水槽排放或入清水池回用。上流式曝气生物滤池见图1。
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2.2净化原理
曝气生物滤池净化功效主要有过滤、吸附和生物代谢。滤池工作时，滤池中的填料作为微生物附着的载体，在其表面形成的生物膜具有较好的吸附作用，当污水流经载体表面时，有机物就会从污水中转移到附着在生物膜表面的水中去，被生物膜所吸附；滤池底部曝气，空气中的氧就通过曝气系统进入水层，再通过传质进入生物膜，生物膜上的高浓度微生物在氧的参与作用下对有机物进行分解和机体的新陈代谢，产生了CO2等无机物，随污水排到空气中，使污水得到净化；同时，当污水流经填料时，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。当滤池运行一定时间后，随着截留的SS和老化的生物膜的增多，过滤水头损失不断增大，出水水量减少，则需对滤池进行反冲洗，使填料得以再生，从而进入下一个周期，实现污水的连续处理。
3工艺特点、设计参数及填料选择
3.1工艺特点
(1)处理负荷高、占地小、投资省。曝气生物滤池的容积负荷较大，一般可达到2~6kgBOD5/(m3#d)，是普通活性污泥法处理的2~8倍，其容积和占地面积较常规二级生物处理工艺小，同时在滤池后不需设二次沉沉池，节省了土地，减少土建投资费用。
(2)水气分布均匀，耐冲击负荷高。曝气生物滤池内的填料对水流具有一定的阻力，保障了水流均匀分布，水气平行向上流动，促进了气水的均匀混合，避免了气泡的聚合，有利于降低能耗，提高氧转移效率，加上滤池内分布着较高浓度的微生物，提高了反应速率和微生物的降解能力。而高浓度的活性微生物以生物膜的形式牢固地吸附在滤池的填料表面，能够承受较高负荷的冲击。
(3)对外界环境影响较小，对低浓度污水适应性强。滤池运行过程中，生物降解过程均在填料内部进行，因此气候对其影响较小。曝气生物滤池也不会产生由于有机营养物过低而导致微生物无法培养的情况。
(4)具有硝化与反硝化功能。在填料区曝气系统的下部，由于空气气泡在压力作用下向填料上部运动，造成填料下部呈缺氧状态，于是反硝化细菌利用滤池进水中的有机物作为营养将滤池进水中的NO3-N转化为N2，进入大气，实现反硝化脱氮的功能。在其上部，由于曝气系统的充分供气，空气中的氧气与上升的水体充分接触，形成了好氧区，除了微生物好氧降解外，同时在硝化细菌作用下还进行硝化反应，将水中的NH3-N转化为NO3-N，为反应硝化提供N源。
3.2设计参数
(1)设计负荷
曝气生物滤池一般采用两种负荷:容积负荷Nv[kg/(m3#d)]和水力负荷q[m3/(m2#h)，也称滤速，较为典型的负荷值见表1。
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(2)气水比
气水比的大小与进水水质、曝气生物滤池功能和形式、滤料粒径大小和滤层厚度等因素有关。曝气生物滤池气水比一般采用(1~3)B1，但也有高达10B1者。一般来说，用于硝化功能的曝气生物滤池应采用较高的气水比，而仅用于碳化的曝气生物滤池的气水比可适当降低。气水比大，一方面容易使截留在滤料中的悬浮物在短时间内穿透滤料层，影响出水水质；另一方面由于生物滤池氧的利用率高，气水比偏大，将增加能耗。
(3)反冲洗
目前，普遍采用的反冲洗方式是气水联合反冲洗，即先用气冲，再用气、水联合冲洗，最后再用水漂洗。不同形式、不同滤料的曝气生物滤池，其反冲洗强度、历时、周期各不相同，用水量和用气量也存在较大差异。气水联合反冲洗，冲洗时间为10~15min，冲洗水流速10~30m/h，冲洗气流速50~70m/h。配气、配水系统常采用滤板和长柄滤头。
3.3填料选择
填料是曝气生物滤池的核心部分，直接关系到曝气生物滤池的性能，同时也影响到曝气生物滤池的结构形式和投资成本。根据其采用原料的不同，可分为无机类、有机高分子类。常见的无机填料有陶粒、焦炭、石英砂、活性炭、膨胀硅铝酸盐等，有机高分子填料有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等，多为专利产品，常用的滤料有石英砂、陶粒及塑料制品(合成纤维、聚苯乙烯小球、波纹板等)。我国对曝气生物滤池填料的研究以陶粒为最多。曝气生物滤池普遍采用的滤料粒径为3~6mm，滤层厚度为3~4m。在选择填料时注意:机械强度大、化学性质稳定、耐冲洗；比表面积大、孔隙率大，生物吸附能力强、挂膜快、水流流态好、反冲洗容易。
4矿区生活污水特点及现有设施存在的问题
4.1矿区生活污水特点
我国煤矿企业生产能力一般为30~800万t/a，生活污水排放量约600~10000m3/d，主要来自生活区排水、浴室、工业广场及食堂排水等，其主要特点是排水较集中，污水水质、水量变化较大，不同于一般城市污水，污水中的CODcr和BOD5较城市生活污水低得多。究其原因主要有:煤矿生活污水中职工浴室洗澡用水占有一定的比重。以河南某矿区浴室排水为例，其BOD5浓度为90~110mg/L，每天排放量约2000m3，占生活污水总排放量的33%；矿区一些家属楼建有化粪池，在一定程度上削减了BOD5浓度；矿区用水计量收费措施有待完善，浪费还较严重。
4.2现有设施存在的问题
目前，矿区生活污水二级处理常运行的设施有生物接触氧化法、鼓风曝气活性污泥法、氧化沟法等。通常在二级生化处理后的出水中，氨氮含量较高，此水排入自净能力较小的河流中，会引起水体富营养化、水质恶化、DO下降、鱼类死亡等；很多已投入运行的生活污水处理设施，风机的供氧量远大于生化处理生物降解有机物的需氧量，氧利用率较低，造成能耗浪费严重。
5应用前景
据统计，目前煤矿生活污水排放量约2.3亿m3/a，其处理率还不高。大多数煤矿都位于北方，秋冬季气温较低。与其它生物处理方法相比，曝气生物滤池处理矿区生活污水具有很多的优点，它适应于矿区低浓度生活污水处理，有机物负荷较高，耐冲击负荷能力强，具有脱氮功能，受气候条件影响小，气味少，减少占地面积，节省工程投资。因此，采用曝气生物滤池技术处理矿区生活污水具有广阔的应用前景。
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