曝气生物滤池工艺在污水处理厂升级改造中的应用

吴晓波，申 峥

（中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300074）

近年来全国水环境污染形势严峻，已经成为制约经济发展的重要因素。当前，国家加大了水污染防治力度，相继出台了“水十条”等政策文件，党的十九届四中全会《中共中央关于坚持和完善中国特色社会主义制度、推进国家治理体系和治理能力现代化若干重大问题的决定》明确“践行绿水青山就是金山银山的理念，坚持节约资源和保护环境的基本国策。”随着国家对污水排放的管控日趋严厉，我国城镇污水厂的排放标准也日趋严格，许多污水处理厂的提标升级改造势在必行。污水厂升级改造工艺包括MBBR工艺、MBR工艺、臭氧高级氧化工艺及曝气生物滤池工艺等。

曝气生物滤池是一种较为新颖的技术，生物量较大、生物状态相对稳定，能够实现生物氧化、生物硝化、生物截留悬浮固体等多种功能。文章根据某城市污水处理厂的实际运行情况，融入曝气生物滤池工艺技术，最终分析曝气生物滤池在污水处理厂升级改造中的应用效果，同时提出工艺应用的注意事项，为污水厂升级改造设计提供参考。

1 曝气生物滤池工艺原理及其特点

1.1 曝气生物滤池工艺原理

曝气生物滤池简称BAF，是20世纪80年代末90年代初在普通生物滤池的基础上，借鉴给水滤池工艺而开发的污水处理新工艺[1]。随着研究的深入，BAF从单一工艺逐渐发展为系列综合工艺，其内涵也扩展到生物活性滤池，这就包括了缺氧条件下的反硝化滤池，即在好氧或缺氧条件下完成污水的生物处理（碳氧化、硝化、反硝化）和悬浮物的去除。目前污水厂升级改造工程中常用到的曝气生物滤池类型有碳氧化曝气生物滤池（C池）、碳氧化/部分硝化曝气生物滤池（C/N池）、硝化曝气生物滤池（N池）、前置/后置反硝化生物滤池（pre/post-DN池）。

工艺原理：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，在碳氧化和硝化生物滤池内部设置工艺曝气系统，污水流经时，利用滤料上形成的高浓度微生物对污水进行快速净化；同时，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，运行一定时间后，因水头损失增加，需对滤池进行反冲洗，反冲洗系统宜采用气/水联合反冲洗。具体如图1所示。

图1 曝气生物滤池工艺原理

1.2 曝气生物滤池工艺特点

（1）处理构筑物占地面积较小，对于较大规模的污水处理厂而言可以节省约1/3～1/2的占地面积，适合现状污水厂升级改造工程；

（2）污染物的容积负荷较高，抗冲击负荷能力较强，处理效果也比较稳定，工艺流程较为简单，成本较低；

（3）可根据污水特性单独使用或者多级组合使用；

（4）滤料层内氧的转移效率较高；

（5）产生的臭气较少，卫生条件较好；

（6）自动化程度较高，可无人值守。

2 曝气生物滤池工艺在污水处理厂升级改造中的应用

2.1 原有工艺及其运行数据

某污水处理厂原设计规模为14万m3/d，进厂污水包括化工废水、制药废水，工业废水占比20%～30%，设计出水水质标准为《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中二级标准。现状工艺流程为进水→粗格栅→进水泵房→细格栅→曝气沉砂池→A级曝气池→中间沉淀池→B级曝气池→二沉池→紫外消毒→出水，具体如图2所示。原工艺处理下的污水处理效果如表1所示。

图2 某污水厂现状工艺流程图

表1 某污水处理厂原工艺处理效果 单位：mg/L

2.2 污水处理厂升级改造方案

通过对现状污水厂出水水质进行分析可知，该工程现状出水NH3-N、TN、TP、SS指标波动较大，升级改造后应该要满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中一级A排放标准。由于该工程现状构筑物改造困难且现状厂不能停水，因此升级改造方案为在现状工艺后增设深度处理工艺保证出水达标。深度处理工艺考虑针对性的脱氮除磷工艺，由于厂区占地面积有限，需要选择节省占地的工艺，经综合分析比较，该工程采用了C/N曝气生物滤池、DN反硝化生物滤池、高效沉淀池及转盘过滤工艺。

二级处理出水进入C/N池，C/N池实现有机物去除的同时发生硝化反应，然后进入DN池反硝化，由于该工程出水TN较高，而深度处理进水中BOD含量较低，因此需要在DN池外加碳源，DN池出水进入高效沉淀池，在沉淀池中加入除磷药剂PAC，实现除磷及大部分固体杂质的去除，最终设置转盘过滤保证出水SS达标，紫外消毒保证出水卫生要求。改造后工艺流程如图3所示，其中无填充加粗框内构筑物为此次新建。

图3 某污水处理厂改造后工艺处理流程图

2.3 曝气生物滤池在该工程污水处理厂中的设计参数

C/N曝气生物滤池：总过滤面积约为1056m2，设置12格，单格有效过滤面积为88m2，平均过滤速度约为5.5m/h，平均强制滤速约为6m/h；滤料采用陶粒滤料，粒径3～5mm，滤料层高4m；BOD5容积负荷约为0.66kg/m3，NH3-N容积负荷约为0.66kg/m3；工艺曝气系统的气水比为2.5，反冲洗采用气水联合冲洗，反冲洗周期为12～24h。

DN反硝化生物滤池：总过滤面积约为880m2，设置10格，单格有效过滤面积为88m2，平均过滤速度约为6.6m/h，平均强制滤速约为7.3m/h；滤料采用陶粒滤料，粒径4～6mm，滤料层高3m；反硝化负荷约为1.75kgNO3-N/m3；反冲洗采用气水联合冲洗，反冲洗周期为12～24h。反硝化滤池进水为向上流式，与N2溢出方向相同，N2随进水溢出，不需要单独驱氮。在DN池进水渠内设有NO3-N在线检测仪，同时根据最终出水TN在线检测仪和COD在线检测仪通过仪表反馈值，利用专用软件计算碳源需要量，以节省碳源投加量以及防止出水CODcr超标。

2.4 升级改造效果

该污水厂升级改造后水质指标如表2所示，可以看出，现状厂升级改造后能够稳定达到一级A排放标准。

表2 某污水处理厂升级改造后的处理效果 单位：mg/L

3 曝气生物滤池在污水处理厂升级改造中应用的注意事项

（1）曝气生物滤池对进水SS要求较高，如果进水SS的浓度较大，会增加滤池反冲洗频率，建议进水SS小于100mg/L[2]。

（2）需要控制硝化滤池与碳氧化滤池之间的溶解氧参数为2～4mg/L。

（3）需要考虑滤速与碳氧化之间的关系，关注其增加的反硝化效率情况。

（4）若滤池主要功能为碳氧化、硝化，则需要控制容积负荷参数为 BOD5≤2kgBOD5/(m3·d)，以此辅助氨氮去除，强化去除效果。

（5）若碳源不足，则可以将反硝化池放置在硝化池的前面，以此实现回流，实现前置反硝化。

（6）对于C/N池需要合理设计曝气系统，建议采用穿孔管或者专用的单孔膜空气扩散器。

（7）曝气生物滤池对TP去除效果非常有限，如果要使出水TP达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）中一级A排放标准，必须增加化学除磷。

4 结束语

综上所述，曝气生物滤池在污水处理厂的升级改造中具有良好的应用优势，且目前已经逐渐投用到我国各地区的污水处理系统中，极大提升了城市污水处理能力。在实际工程中，需要结合污水处理厂的原本处理能力，根据现状工艺，优化设定提升目标与方案，充分发挥曝气生物滤池的积极作用，以此提升污水处理厂的深度处理能力，强化污水处理效率，实现污水处理厂的升级改造目标。