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1讲座提要
李华博士目前在Brentwood担任产品经理。此外,他还有八年的环境咨询项目经理的工作经验。
本次讲座李华博士主要介绍了生物滤池和固定床生物膜-活性污泥复合系统的原理和应用。对于这两种已经有悠久历史的生物处理技术, 李华博士指出填料的选择对于处理效果有着至关重要的作用,新型填料的发明极大了促进了这两个技术的发展。李华博士也为各位观众分析了Brentwood研发的各种填料的优势以及他所参与的一些工程案例的介绍。在随后的观众提问环节中, 不少国内朋友对李华博士所提到的技术以及产品的细节进行了咨询,李华博士也和各位观众朋友们简单地探讨了国内外这两个技术现状的不同。
2生物滤池工艺
生物滤池(Trickling Filter)是污水处理工艺中最早和最广泛应用的工艺之一,是一种非浸没式生物膜反应器。其主要组成部分有填料系统(一般使用石头或者塑料填料),配水及排水系统(图1)。生物滤池可以通过多级串联或者与固体接触工艺结合来实现BOD和氨氮的去除。
图1:典型的生物滤池。(a) 采用石头作为滤料的生物滤池剖面图; (b) 传统的石头滤料生物滤池;(c) 采用塑料填料的生物滤塔。(Metcalf & Eddy, 2014)
生物滤池的优点主要有:
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技术成熟且能满足严格的达标排放标准。出水水质良好,BOD 10-30 mg/L,氨氮小于3 mg/L。
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与传统的活性污泥工艺相比节省能源。通常来说,污水厂规模越大,吨水耗能越低,生物滤池所需能源比活性污泥法要低不少(图2)。图3描述了一个典型的传统活性污泥污水厂的能耗分布图,从中可以看出,曝气占总能耗的比例达到50%以上。因此,生物滤池可以降低污水厂总体的运行成本。
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适用于土地资源相对匮乏的地区,原因主要有以下几点:使用现代塑料填料的生物滤塔设计高度可达11米左右;预处理生物滤塔在高有机负荷的条件下可以大幅去除污水中的有机物,从而可以减少后续工艺所需的池体体积;运行所需设备较少/小。
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初期建设投资相对较低,运行和维护费用低。生物滤池属于附着型生物处理工艺,无需污泥回流即可保持所需的污泥浓度。自动化程度高,人工维护量小。抗冲击负荷能力高,运行稳定可靠。总的来说,初期投资成本与悬浮生长式的活性污泥法类似。
图2:不同处理工艺能量消耗与流量关系的对比 (Burton,1996)
图3:典型活性污泥法污水厂能耗分布(EPRI,1994)
Brentwood公司生产多种生物滤池/塔填料,包括斜流式,竖流式,混合式以及填料支撑系统。李华博士展示了其公司的在北美及亚洲的部分典型案例,均取得了较好的运行效果。
3IFAS工艺
固定床生物膜-活性污泥复合系统IFAS (integrated fixed film activated sludge),也是一种生物膜工艺,投加填料在活性污泥池中支持生物生长。多种填料已经被开发并以悬浮式或者固定式的形式应用在IFAS系统。IFAS工艺在促进硝化和生物脱氮上优势显著,因此传统的侧重BOD去除的设施相对容易升级改造。良好的硝化反应得益于紊流冲刷,动态高效传氧,生物膜厚度控制机制,硝化细菌生物量较多,且高有机负荷或低温下(5-7 ºC)依然可以保持较好的硝化能力。另外,经过合理布置厌氧/缺氧/好氧区域,强化生物除磷(enhanced biological phosphorus removal, EBPR)也有可能在IFAS系统中实现。
李华博士为我们讲述了填料的压力测试结果,安装流程,运行特性,针对不同情形的系统物理参数设计,曝气设计。同时也介绍了多个中试实验项目和实际工程,取得了良好的效果,特别是部分工程升级改造后冬季硝化能力明显提高。
4参考资料
1.Metcalf & Eddy (2014). Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery. McGraw-Hill international.
2.Burton, F. L. (1996) Water and Wastewater Industries: Characteristics and Energy Management Opportunities, CEC Report 106941, Electric Power Research Institute, St Louis, MO.
3.EPRI (1994) Energy Audit Manual for Water and Wastewater Facilities, Electric Power Research Institute, St. Louis, MO.
4.WEF (2011) Biofilm Reactors, WEF Manual of Practice No. 35, Water Environment Federation, Alexandria, VA.
5.Phillips, H. M., M. T. Steichen, and T. L. Johnson (2010) “The Second Generation of IFAS and MBBR: Lessons to Apply,” Proceedings of the WEF 80st ACE, New Orleans, LA.