陳 尚，譚 紅，楊軍文

(岳陽長嶺設(shè)備研究所有限公司，湖南 岳陽 414000)

曝氣生物濾池(BAF)工藝在污水處理中是比較成熟的污水處理工藝，應(yīng)用比較廣泛。通過對生物填料層進(jìn)行給氧，微生物進(jìn)行好氧反應(yīng)，消解污水中的有機(jī)物，達(dá)到處理污水的目的。BAF有多種曝氣方式，主要為底部曝氣和提升曝氣。但這兩種曝氣方式在現(xiàn)場應(yīng)用中存在兩個(gè)弊端：一是由于污水中通常含有各種活性物、有機(jī)物，加上常規(guī)曝氣形成的氣泡粒徑較大，在水體停留的時(shí)間短，氣泡會快速上浮，造成池面翻滾，引起池面出現(xiàn)大量泡沫層，泡沫會進(jìn)入到后續(xù)的尾氣處理裝置，影響其正常運(yùn)轉(zhuǎn)。二是氣體體積與污水處理體積比大，氣體利用率低，這就導(dǎo)致BAF裝置運(yùn)行時(shí)需要大量的壓縮空氣，即增加能耗又使得尾氣處理負(fù)荷增加，且池面易形成泡沫層。因此如何改變其充氣方式，提高氣體利用率，減少氣體用量，從而避免形成大量泡沫，同時(shí)降低尾氣出量，是BAF裝置改進(jìn)的一個(gè)方向。

1 微納米曝氣在BAF裝置的應(yīng)用

BAF運(yùn)行效果受較多因素影響，其中水體中的氧含量是一個(gè)重要因素[1]。水體中的溶解氧濃度決定了好氧生物的新陳代謝速度，氧通過曝氣從氣相溶解至水相，然后通過微生物的細(xì)胞壁、細(xì)胞膜，參與胞內(nèi)酶反應(yīng)，從而對有機(jī)物進(jìn)行降解[2]。提高水中溶解氧的方法有三種：一是提高氣相的壓力，從而提高氧的分壓，如加壓曝氣、深井曝氣等；二是提高氣相中氧的濃度，如富氧曝氣、純氧曝氣等；三是提高氣液相的接觸面積，如微孔曝氣、無泡曝氣等。前兩種方式都需要加大運(yùn)行成本，或?qū)е鲁孛娣瓭L劇烈。

圖1 “微納米曝氣+BAF”模擬裝置示意圖

岳陽長嶺設(shè)備研究所有限公司研制的“微納米氣泡發(fā)生器”，可應(yīng)用在BAF裝置上，將氣體以微納米級氣泡形態(tài)注入。常規(guī)曝氣方式往水體充入氣體時(shí)，形成的氣泡都為大氣泡(氣泡粒徑一般在3 mm以上)，大氣泡上浮速度快，在水體停留時(shí)間短，且微生物難以吸收，從而導(dǎo)致氣體利用率低，池面易劇烈翻滾起泡。微納米曝氣往水體充入氣體時(shí)，形成的氣泡都為小氣泡，氣泡粒徑可控制在50 μm左右[3]。微氣泡會加大氣液相的接觸面積，從而提高水中的溶解氧濃度，加大微生物細(xì)胞膜內(nèi)外的壓差，加快氧的跨膜傳遞，提高細(xì)胞的新陳代謝速度。同時(shí)微氣泡在水體的停留時(shí)間長[4]，不易上浮，不會引起池面的劇烈翻滾。該“微納米氣泡發(fā)生器”具有占地面積小、構(gòu)造簡單、安拆方便、氣泡粒徑可調(diào)的優(yōu)點(diǎn)，在氣量小的情況下可達(dá)到提升曝氣的處理效果。

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)M裝置

某煉廠的BAF處理裝置為提升曝氣，設(shè)計(jì)和運(yùn)行參數(shù)如下：處理量150 m3/h，停留時(shí)間21 h，進(jìn)水COD≤4800 mg/L，出水≤1200 mg/L，壓縮風(fēng)量6000 m3/h?，F(xiàn)場運(yùn)行時(shí)COD去除率維持在70%～85%，但池面產(chǎn)生大量的泡沫層，泡沫進(jìn)入尾氣處理系統(tǒng)，經(jīng)常引起尾氣處理系統(tǒng)停機(jī)，因此現(xiàn)場運(yùn)行需每天定量加入消泡劑，雖減少了泡沫產(chǎn)生量，但仍會出現(xiàn)泡沫外溢現(xiàn)象。而且現(xiàn)場壓縮風(fēng)需要量較大，尾氣處理的負(fù)荷較高。

現(xiàn)針對現(xiàn)場情況，建立一套“微納米曝氣+BAF”的模擬裝置，處理不同油含量的污水。通過“微納米氣泡發(fā)生器”將壓縮空氣以微納米級狀態(tài)充入到BAF裝置，連續(xù)運(yùn)行，跟蹤分析污水處理效果[5]。同時(shí)與提升曝氣進(jìn)行對比，觀察BAF池水面的氣泡生成形態(tài)，比較氣體使用量。

表1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)參數(shù)

*污水來源：長嶺煉化環(huán)氧丙烷裝置含醇廢水、第一污水廠煉油污水總排水。

2.2 污水處理分析情況

2.2.1 高油含量污水處理情況

“微納米曝氣+BAF”的模擬裝置的進(jìn)水為長嶺煉化的環(huán)氧丙烷裝置的含醇廢水和第一污水處理廠的煉油污水總排水混合污水，COD控制在3000～4500 mg/L。將實(shí)驗(yàn)裝置連續(xù)運(yùn)行，進(jìn)行跟蹤分析，結(jié)果如圖2所示。

圖2 高油含量污水處理前后COD變化趨勢圖

以上數(shù)據(jù)看出：“微納米曝氣+BAF”的模擬裝置處理污水，進(jìn)水COD在4000 mg/L左右時(shí)，出水COD在1000 mg/L以內(nèi)，COD去除率穩(wěn)定在80%以上，滿足現(xiàn)場的提升曝氣處理污水效果設(shè)計(jì)要求。

2.2.2 低油含量污水處理情況

“微納米曝氣+BAF”的模擬裝置的進(jìn)水為長嶺煉化的第一污水處理廠的煉油污水總排水，COD控制在500～1000 mg/L。將實(shí)驗(yàn)裝置連續(xù)運(yùn)行，進(jìn)行跟蹤分析，結(jié)果見圖3。

圖3 低油含量污水處理前后COD去除率變化趨勢圖

以上數(shù)據(jù)看出：“微納米曝氣+BAF”的模擬裝置處理低油含量污水，連續(xù)運(yùn)行后期，進(jìn)水COD在500～1000 mg/L時(shí)，出水COD在150 mg/L左右，COD去除率穩(wěn)定在72%以上，滿足現(xiàn)場的提升曝氣處理污水效果設(shè)計(jì)要求。

2.3 BAF裝置池面情況

控制進(jìn)氣量為200 L/h，對比觀察微納米曝氣和提升曝氣的池面情況，結(jié)果見圖4～圖5。

圖4 提升曝氣的BAF池池面情況

圖5 微納米曝氣的BAF池池面情況

提升曝氣的池面出現(xiàn)劇烈翻滾現(xiàn)象，且整個(gè)池面布滿約10 cm厚的泡沫層。微納米曝氣池面未出現(xiàn)翻滾現(xiàn)象，局部有1～2 cm的泡沫層。相比常規(guī)曝氣產(chǎn)生的氣泡小，水體內(nèi)有大量的微氣泡，不會導(dǎo)致池面出現(xiàn)大量的泡沫層。

2.4 氣體用量情況

將兩種不同曝氣方式的BAF實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行溶解氧測定，比較其進(jìn)氣量，結(jié)果如表2所示。

表2 兩種曝氣方式進(jìn)氣量的比較結(jié)果

由表2可知：微納米曝氣相比常規(guī)曝氣，氣泡粒徑小，氣體停留時(shí)間長，在溶解氧大致相同的情況下，充氣量可減少二分之一，即氣水比降低50%。說明微納米曝氣可使用氣量降低50%以上，同時(shí)大幅降低尾氣的產(chǎn)量。

3 結(jié) 論

(1)“微納米曝氣+BAF”模擬裝置處理污水(COD為3000～4000 mg/L)，出水COD在816 mg/L以內(nèi)；處理低油含量污水(COD為500～1000 mg/L)，出水COD在150 mg/L以內(nèi)，COD去除率在72%以上，能達(dá)到現(xiàn)場提升曝氣的COD處理要求。

(2)改變BAF的曝氣方式，通過“微納米氣泡發(fā)生設(shè)備”將氣體以微納米氣泡狀態(tài)充入到污水中，氣體利用率高，氣體用量減少50%以上，既可減少壓縮空氣的用量、降低能耗又可減少尾氣的產(chǎn)量，降低尾氣處理負(fù)荷。

(3)微納米曝氣相比常規(guī)曝氣，產(chǎn)生的氣泡小，在水體的停留時(shí)間長，不會導(dǎo)致池面出現(xiàn)大量的泡沫層，從而避免使用消泡劑，減少藥劑費(fèi)用和人工費(fèi)用。

(4)“微納米曝氣+BAF”裝置的設(shè)計(jì)要求遠(yuǎn)低于常規(guī)曝氣的BAF裝置，且曝氣部件位于池外，易檢修和維護(hù)，降低了設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)成本。同時(shí)具有COD去除率高、能耗低、氣體利用率高、不產(chǎn)生大氣泡和泡沫等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景良好。