污水處理技術(shù)篇:全面解析厭氧生物濾池以及工藝介紹
厭氧生物濾池其中心構(gòu)造是濾料,料的形態(tài)、性質(zhì)及裝填方式對(duì)濾池的凈化效果和運(yùn)行有著重要影響。
1 概述
厭氧生物濾池(Anaerobic Biofilter,簡(jiǎn)稱AF)由美國(guó)Standford大學(xué)的Young和Mc. Carty于1967年在生物濾池的基礎(chǔ)上研發(fā),是公認(rèn)的早期高效厭氧生物反應(yīng)器。
厭氧生物濾池是一種內(nèi)部裝填有微生物載體(即濾料)的厭氧生物反應(yīng)器。厭氧微生物部分附著生長(zhǎng)在濾料上,形成厭氧生物膜,部分在濾料空隙間懸浮生長(zhǎng)。污水流經(jīng)掛有生物膜的濾料時(shí),水中的有機(jī)物擴(kuò)散到生物膜表面,并被生物膜中的微生物降解轉(zhuǎn)化為沼氣,凈化后的水通過排水設(shè)備排至池外,所產(chǎn)生的沼氣被收集利用。
2 濾料
在厭氧生物濾池中,其中心構(gòu)造是濾料,濾料的主要功能是為厭氧微生物提供附著生長(zhǎng)的空間。濾料的形態(tài)、性質(zhì)及裝填方式對(duì)濾池的凈化效果和運(yùn)行有著重要影響。理想的濾料應(yīng)具備以下條件:
(1)比表面積大,一般來(lái)說(shuō),比表面積越大,可以承受的有機(jī)負(fù)荷越高,有利于增加生物總量。
(2)具有高孔隙率,孔隙率越高,在相同容積的反應(yīng)器中,處理水量一定時(shí)污水的實(shí)際停留時(shí)間越長(zhǎng),反應(yīng)器的容積利用系數(shù)越高,而且高孔隙率對(duì)防止濾池堵塞,防止產(chǎn)生短流均有好處。
(3)利于生物膜附著生長(zhǎng),如表面粗糙的濾料比表面光滑的濾料為佳。
(4)具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度,不易破損或流失。
(5)化學(xué)和生物學(xué)穩(wěn)定性好,不易受污水中化學(xué)物質(zhì)的侵蝕和微生物的分解破壞,也無(wú)有害物質(zhì)溶出,使用壽命較長(zhǎng)。
(6)質(zhì)輕,使反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)荷載較小。
(7)價(jià)廉,取材方便。
在生產(chǎn)及試驗(yàn)研究中最常用的濾料有實(shí)心塊狀濾料、空心塊狀濾料、管流型濾料、纖維濾料等。
(1)實(shí)心塊狀濾料:此類濾料價(jià)格低廉且容易得到,但質(zhì)重、比表面積小、孔隙率低。采用此類濾料的濾池,生物量濃度低,限制了有機(jī)負(fù)荷,僅為3-6kgCOD/(m3•d),在運(yùn)行中易發(fā)生局部濾層堵塞以及隨之產(chǎn)生的短流現(xiàn)象,影響運(yùn)行效果。較常用的為直徑30-45mm的礫石、碎石等。
(2)空心塊狀濾料:呈圓柱形或球形,內(nèi)部有形狀、大小各異的孔隙。其比表面積和孔隙率均較實(shí)心塊狀濾料有很大增加,可以增大生物量濃度及相應(yīng)的處理能力,減少濾料層的堵塞。此類濾料多用塑料制成,較常用的有波爾環(huán)等。
(3)管流型濾料:可形成管道水流,比表面積達(dá)100-200m2/m3,孔隙率為80%-90%,分別是實(shí)心塊狀濾料的2-5倍和1.5倍左右,采用此類濾料可獲得較高的生物量濃度,使厭氧生物濾池的有機(jī)負(fù)荷達(dá)5-15kgCOD/(m3•d),且運(yùn)行時(shí)不易堵塞。該種濾料質(zhì)輕、穩(wěn)定,但價(jià)格較高。
(4)交叉流型濾料:由不同傾斜方向的波紋管或蜂窩管所組成,傾斜角一般為60°。當(dāng)水流經(jīng)濾層時(shí),呈交叉形(或稱折流形)流向,其比表面積和孔隙率與管流型濾料相近,但COD去除率高,工作特性較好,應(yīng)用日益廣泛。
(5)纖維濾料:比表面積和孔隙率均較大,污水流經(jīng)濾池時(shí),纖維隨水漂浮,可增強(qiáng)其上的生物膜與污水接觸效果,提高有機(jī)物的傳質(zhì)效率。同時(shí)由于水流的剪切作用,還可使生物膜厚度不致過大,以保證較高的生物活性和良好的傳質(zhì)條件。但采用軟性纖維濾料時(shí),生物膜易產(chǎn)生結(jié)團(tuán)現(xiàn)象。常用的纖維濾料有軟性尼龍纖維濾料、半軟性聚乙烯、聚丙烯濾料、彈性聚苯乙烯濾料等。
3 構(gòu)造特征
厭氧生物濾池根據(jù)水流方向的不同,可分為升流式和降流式兩大類,降流式厭氧生物濾池亦稱降流式固定膜反應(yīng)器(DSFF)。近年來(lái)也出現(xiàn)了升流式混合型厭氧反應(yīng)器。
厭氧生物濾池除濾料外,還設(shè)有布水系統(tǒng)和沼氣收集系統(tǒng)。布水系統(tǒng)的作用是使進(jìn)水分布均勻,為防止堵塞,其孔口大小及流速應(yīng)選用及控制適當(dāng)。沼氣收集系統(tǒng)的作用是收集產(chǎn)生的沼氣作為能源加以利用,沼氣收集系統(tǒng)上設(shè)有水封、氣體流量計(jì)及安全火炬。厭氧生物濾池多為封閉型,可以保證良好的厭氧環(huán)境并盡可能多地收集沼氣,其中濾料層低于污水水位,處于淹沒狀態(tài)。
升流式厭氧生物濾池的布水系統(tǒng)設(shè)于池底,污水由底部進(jìn)入濾池后均勻地向上流動(dòng),在濾料表面附著的與濾料截留的大量微生物的作用下,污水中的有機(jī)物可被降解轉(zhuǎn)化為甲烷和二氧化碳等,凈化后的出水從池頂引出池外,沼氣由頂部的沼氣收集管收集,池內(nèi)的生物膜不斷新陳代謝,脫落的生物膜隨出水帶出,因此濾池后還需設(shè)置沉淀分離裝置。目前在運(yùn)行的大多數(shù)厭氧濾池都是升流式厭氧濾池。
降流式厭氧濾池中,布水系統(tǒng)設(shè)于池頂,污水由頂部均勻向下直流到底部,生物反應(yīng)產(chǎn)生的氣體的流動(dòng)可起一定的攪拌作用,因而無(wú)需復(fù)雜的配水系統(tǒng),微生物附著在定向排列的濾料上,起降解有機(jī)物的作用。這種反應(yīng)器不易堵塞,但固體沉積在濾池底部會(huì)給操作帶來(lái)一定的困難。
新近出現(xiàn)的升流式混合型厭氧反應(yīng)器綜合了升流式厭氧污泥床與升流式厭氧生物濾池的特點(diǎn),減小了濾料層的厚度,在濾池布水系統(tǒng)與濾料層之間留出了一定空間,使呈懸浮狀態(tài)的顆粒污泥在其中生長(zhǎng)、累積,增加了反應(yīng)器中的總生物量,減少了濾池被堵塞的可能性。與升流式厭氧污泥床相比,可不設(shè)三相分離器,節(jié)省基建投資。其濾料層高度與濾池總高之比,宜采用2/3。
4 運(yùn)行特征
厭氧生物濾池適用于不同類型、不同濃度有機(jī)廢水的處理,其有機(jī)負(fù)荷取決于污水性質(zhì)及濃度,一般為0.2-16kgCOD/(m3•d),濾池中生物膜厚度約為1-4mm,生物量濃度沿濾料層高度而變化,如升流式厭氧生物濾池底部的生物量濃度可達(dá)其頂部的幾十倍。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明,在相同水質(zhì)條件及水力停留時(shí)間下,升流式厭氧生物濾池的COD去除率比降流式高,升流式混合型厭氧反應(yīng)器則具更多運(yùn)行上的優(yōu)點(diǎn)。
溫度是影響厭氧生物濾池處理效果的因素之一。厭氧生物濾池大多在中溫條件(35℃)下運(yùn)行。溫度降低會(huì)影響處理效率,經(jīng)驗(yàn)表明,溫度驟降會(huì)使效率下降幅度增大,若長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定在較低溫的條件下運(yùn)行,則會(huì)由于濾池中較長(zhǎng)的固體停留時(shí)間而使溫度影響減弱,因此為了節(jié)約加溫所需能量,亦可在常溫下運(yùn)行。
濾池高度對(duì)處理效果有一定影響。研究表明,絕大部分COD是在0.4m以下被去除的,因此濾池內(nèi)填料高度不必超過1.2m。
采用升流式厭氧生物濾池,應(yīng)注意當(dāng)污水中懸浮固體濃度大于COD濃度的10%時(shí),為防止濾層堵塞現(xiàn)象發(fā)生,應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理以降低進(jìn)水懸浮物濃度。
5 評(píng)價(jià)
厭氧生物濾池具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1)處理能力比一般消化池高;
(2)生物量濃度高,可獲得較高的有機(jī)負(fù)荷;
(3)不需要專門的攪拌設(shè)備,裝置簡(jiǎn)單,工藝自身能耗低;
(4)微生物菌體停留時(shí)間長(zhǎng),耐沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng);
(5)無(wú)需回流污泥,運(yùn)行管理方便;
(6)在處理水量和負(fù)荷有較大變化的情況下,運(yùn)行能保持較大的穩(wěn)定性。
厭氧生物濾池的主要不足是:
(1)濾池容易堵塞,尤其是底部,因此主要適用于懸浮物濃度較低的溶解性有機(jī)廢水處理;
(2)對(duì)布水裝置要求較高,否則易發(fā)生短流,影響處理效果;
(3)濾池的清洗尚無(wú)簡(jiǎn)單有效的方法。