摘要：導(dǎo)流曝氣生物濾池是根據(jù)導(dǎo)流曝氣生物過濾原理，采用一定工藝及流程制作而成的一種污水處理過濾池，該濾池技術(shù)已獲國家專利（專利號：ZL200420033672.4）。濾池結(jié)構(gòu)為U型雙錐導(dǎo)流式，內(nèi)錐為生物接觸氧化區(qū)，外錐為生物過濾區(qū)。濾池的技術(shù)關(guān)鍵是將生物氧化、生物過濾和沉降回流結(jié)合在一起，通過反沖洗再生實(shí)現(xiàn)濾池周期性運(yùn)行。在污水的二級或三級處理的實(shí)際應(yīng)用中，充分地顯示出其處理效果好、負(fù)荷高、占地面積少、基建投資低、運(yùn)行費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)，其出水水質(zhì)達(dá)到或優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)中水回用。

關(guān)鍵詞： 導(dǎo)流曝氣生物濾池；污水；中水回用

1  導(dǎo)流曝氣生物過濾技術(shù)的背景

曝氣生物過濾技術(shù)于80年代初出現(xiàn)在歐洲，其突出的特點(diǎn)是在一級強(qiáng)化處理的基礎(chǔ)上，將生物氧化和過濾結(jié)合在一起，濾池后不設(shè)沉淀池，通過反沖洗再生實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的周期性運(yùn)行。由于曝氣生物過濾技術(shù)具有良好的性能，其應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，在經(jīng)歷了80年代中、后期的較大發(fā)展后，90年代初這種工藝已基本成熟。在污水的二級或三級處理中，曝氣生物過濾技術(shù)體現(xiàn)出處理負(fù)荷高、出水水質(zhì)好、占地面積省等特點(diǎn)。90年代以后，曝氣生物過濾技術(shù)發(fā)展很快，派生出多種工藝型式。貴州長城環(huán)�？萍加邢薰�司經(jīng)過多年的研制和實(shí)踐，開發(fā)研制出了獲國家專利的新工藝、新技術(shù)產(chǎn)品“導(dǎo)流曝氣生物濾池”（專利號：ZL200420033672.4）。

我國在污水處理中采用的工藝技術(shù)繁多，也取得了一定成效，然而不少污水處理項(xiàng)目建成后并不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，較長期地處于停機(jī)或半停機(jī)狀態(tài)。其主要原因一是工藝技術(shù)或設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不過關(guān)，不能保證污水處理后各項(xiàng)指標(biāo)全面達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)；二是建成后的項(xiàng)目運(yùn)行費(fèi)用高，使用單位無力承受昂貴的運(yùn)行費(fèi)用。這樣的結(jié)果不但不能獲得應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)保效益，相反造成國家在污水處理項(xiàng)目上資金投入的嚴(yán)重?fù)p失。面對這種情況，2003年國家發(fā)改委、國家環(huán)保局在珠海組織了污水處理新工藝、新技術(shù)的遴選工作。并撥�？钤谥袊�環(huán)境科學(xué)研究院設(shè)立課題，在國家發(fā)改委項(xiàng)目評審中心監(jiān)督下，從國內(nèi)和國外污水處理工藝、技術(shù)和設(shè)備中，經(jīng)反復(fù)對比，多次審查、現(xiàn)場認(rèn)定，最后認(rèn)定出污水處理過程具有創(chuàng)新性、技術(shù)水平具有前瞻性、工程應(yīng)用具有可靠性、地域應(yīng)用具有代表性、實(shí)際操作具有穩(wěn)定性、工程建設(shè)與運(yùn)行具有經(jīng)濟(jì)性的新工藝、新技術(shù)七項(xiàng)，這七項(xiàng)技術(shù)被國家發(fā)改委列為今后污水處理國債項(xiàng)目和國家項(xiàng)目的必選技術(shù)，目前正在編寫大綱和有關(guān)資料。貴州長城環(huán)�？萍加邢薰�司開發(fā)研制的“導(dǎo)流曝氣生物濾池”被列入了遴選出的七個(gè)項(xiàng)目之一。這已充分地說明，國家和環(huán)保專家對導(dǎo)流曝氣生物濾池在污水處理中的應(yīng)用是十分重視和肯定。

2  導(dǎo)流曝氣生物濾池的原理

貴州長城環(huán)�？萍加邢薰�司研制的導(dǎo)流曝氣生物濾池充分借鑒了污水處理接觸氧化法、給水快濾法和阿基米德定律的設(shè)計(jì)思路，集曝氣、快速過濾、懸浮物截留、定期反沖洗、清污分流、消毒殺菌等特點(diǎn)于一體。其工藝原理為在濾池中裝填粒徑較小的粒狀濾料，濾料表面上生長著好氧生物膜。當(dāng)污水流經(jīng)濾層時(shí)，濾料上高濃度生物膜的生物氧化能力對污水中的污染物進(jìn)行快速降解，此為生物降解過程；同時(shí)，當(dāng)污水流經(jīng)濾層時(shí)，由于濾層的截留及生物膜的生物絮凝綜合作用，使污水中的懸浮物得以有效截留，保證濾池出水的SS達(dá)標(biāo)，此為截留作用；導(dǎo)流曝氣生物濾池通過生物氧化降解過程及截留作用實(shí)現(xiàn)對污染物的去除。由于污水在生物接觸氧化區(qū)由上而下，在生物過濾區(qū)由下而上穿過濾料層，借助于生長在濾料表面的微生物菌群吸附來降解污水中的含碳有機(jī)物和硝化氨氮，與此同時(shí)，濾料層還有效地截留隨污水進(jìn)入的SS和脫落的生物膜，最終出水經(jīng)消毒殺菌后，達(dá)標(biāo)排放或中水回用。

導(dǎo)流曝氣生物濾池的形式為U型雙錐導(dǎo)流曝氣池，內(nèi)錐為生物接觸氧化區(qū)，外錐為生物過濾區(qū)。濾池底部設(shè)有濾池反沖洗空氣管和水管，污水自上而下進(jìn)入內(nèi)錐及生物接觸氧化區(qū)內(nèi)，空氣在導(dǎo)流曝氣過濾池中自下而上，在裝有填料的接觸氧化區(qū)內(nèi)對流接觸氧化，接觸氧化后的水在內(nèi)錐的導(dǎo)流作用下進(jìn)入外錐及生物過濾區(qū)。

在導(dǎo)流曝氣生物濾池中的對流接觸氧化區(qū)下部，自養(yǎng)型細(xì)菌如硝化菌占優(yōu)勢，氨氮在此被硝化。在生物膜內(nèi)部以及部分填料之間的縫隙蓄積的大量活性污泥存在著兼性微生物。因此，在導(dǎo)流曝氣生物過濾池中可發(fā)生碳污染物的去除，同時(shí)有硝化和反硝化的功能。

導(dǎo)流曝氣生物濾池在運(yùn)行一定時(shí)間之后，由于生物膜的增長和更新，生物濾料的孔隙將逐步被填充，整個(gè)濾層的阻力（水頭損失）逐步增加，當(dāng)濾層的水頭損失增加到設(shè)定值后，就需對濾池進(jìn)行氣、水反沖洗，以清除濾層中積存的SS并更新濾料表面的生物膜。因此，導(dǎo)流曝氣生物濾池處于周期性的工作狀態(tài)，用于城市、醫(yī)院等污水處理，其工作周期一般在12～18h之間。

導(dǎo)流曝氣生物濾池的關(guān)鍵是其是一種高負(fù)荷、淹沒式、固定化生物膜三相導(dǎo)流反應(yīng)器。它兼有活性污泥法、生物膜法和泥水分流法三者的優(yōu)點(diǎn)，集生物氧化、生物吸附、過濾、清污分流于一體，處理后的污水各項(xiàng)指標(biāo)可達(dá)到回用標(biāo)準(zhǔn)。

3  工藝流程及說明

3.1  工藝流程（如圖1）

3.2  工藝流程說明

預(yù)處理池主要由化糞池、格柵調(diào)節(jié)池、預(yù)消毒系統(tǒng)三部分組成。其功能是降低污水中的SS和一定程度的BOD5、CODcr等指標(biāo)，出來的污水自上而下進(jìn)入導(dǎo)流曝氣生物過濾系統(tǒng)。

導(dǎo)流曝氣生物濾池的內(nèi)錐為生物接觸氧化區(qū)，外錐為生物過濾區(qū)，底部為導(dǎo)流沉降回流區(qū)。在接觸氧化區(qū)和生物過濾區(qū)內(nèi)，設(shè)有濾料，導(dǎo)流沉降回流區(qū)內(nèi)裝有導(dǎo)流板，濾料下部設(shè)有濾池反沖洗空氣管和水管。其污水流向?yàn)椋何鬯�自上而下進(jìn)入內(nèi)錐及生物接觸氧化區(qū)內(nèi)，通過濾料空隙間曲折下行至導(dǎo)流沉降回流區(qū)，在導(dǎo)流墻的作用下，進(jìn)入生物過濾區(qū)，并同樣通過濾料空隙曲折上升�？諝獾牧飨�?yàn)椋涸诮佑|氧化區(qū)內(nèi)，空氣是自下而上，在濾料空隙間曲折上升；在生物過濾區(qū)內(nèi)空氣同樣是自下而上，在濾料空隙間曲折上升。水與空氣在接觸氧化區(qū)內(nèi)對流接觸，在濾料空隙間曲折上升，與污水及濾料上附著的生物膜充分接觸，在好氧條件下發(fā)生氣、液、固三相反應(yīng)。同樣，水與空氣在生物過濾區(qū)內(nèi)，在濾料空隙間曲折上升，與污水及濾料上附著的生物膜充分接觸，在好氧條件下，發(fā)生氣、液、固三相反應(yīng)。由于生物膜附著在濾料上，不受泥齡限制，因而種類豐富，對于污染物的降解十分有利。污染物被吸附、攔截在濾料表面，作為降解菌的營養(yǎng)基質(zhì)，加速降解菌形成生物膜，生物膜又進(jìn)一步“俘獲”基質(zhì)，將其同化、代謝、降解。在碳氧化／硝化合并處理時(shí)，靠近濾池進(jìn)水口的濾層段內(nèi)有機(jī)污染濃度高，異養(yǎng)菌群占絕對優(yōu)勢，大部分的含碳污染物（CODcr）BOD5和SS在此得以降解和去除，濃度逐漸降低。在導(dǎo)流曝氣生物濾池下部的自養(yǎng)型細(xì)菌中硝化菌占優(yōu)勢，氨氮被硝化。在生物膜內(nèi)部以及部分填料間的空隙，蓄積的大量活性污泥中存在著兼性微生物。因此，在導(dǎo)流曝氣濾池中可發(fā)生碳污染物的去除，同時(shí)有硝化和反硝化的功能。粒狀濾料及生物膜除了吸附攔截等作用外，兼有過濾的作用，隨著處理過程的進(jìn)行，在濾料空隙間蓄積了大量的活性污泥。這些懸浮狀活性污泥在濾料縫隙間形成了污泥濾層，在氧化降解污水中有機(jī)物的同時(shí)，還起到了很好的吸附過濾作用，從而能使有機(jī)物及懸浮物均得到比較徹底的清除。

在運(yùn)行過程中，隨著生物膜的新陳代謝，脫落的生物膜及濾料上截留的雜質(zhì)不斷增加，濾料中水頭損失增大，水位上升，到一定時(shí)期，需對濾料進(jìn)行反沖洗。導(dǎo)流曝氣生物濾池以其貯存在清水池中清澈的出水作為反沖用水，不另設(shè)反沖水池，反沖洗廢水通過排水管回流到預(yù)處理設(shè)施。經(jīng)導(dǎo)流曝氣生物濾池處理后的水，流入消毒區(qū)，本工藝采用二氧化氯消毒，使凈化后的水質(zhì)優(yōu)于《國家污水排放綜合標(biāo)準(zhǔn)》二級排放標(biāo)準(zhǔn)或達(dá)到中水回用標(biāo)準(zhǔn)。污水處理過程中，要產(chǎn)生一定的污泥，污泥經(jīng)消毒、干化處理后可用作肥料。

4  本工藝主要特點(diǎn)

4.1  較小的池容和占地面積

導(dǎo)流曝氣生物濾池的BOD5容積負(fù)荷大，幾乎是常規(guī)二級生物處理的5～10倍，所以它的池容積和占地面積較常規(guī)二級生物處理工藝要小得多。同時(shí)，由于初濾池后可不設(shè)二次沉淀池，大大節(jié)省了占地面積和土建費(fèi)用。污水處理廠采用導(dǎo)流曝氣生物濾池的總占地面積只有氧化溝工藝的1/3。

濾池內(nèi)高比表面積和粗糙多孔的粒狀生物填料，使其可能積聚多達(dá)10～15g／L的微生物量，高濃度的微生物量將使得導(dǎo)流曝氣生物濾池的容積負(fù)荷大為提高，減少池容及占地面積，此對擬建的污水處理設(shè)施具有重要意義。

由于導(dǎo)流曝氣生物濾池對污水中懸浮物的生物截留作用，使出水中的SS很少，完全達(dá)到國家所要求的排放標(biāo)準(zhǔn)，故濾池后面不需設(shè)置二沉池。

4.2  抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，處理效果穩(wěn)定

處理系統(tǒng)的出水水質(zhì)好，是由于整個(gè)過濾分流中存在著較高濃度的微生物，生化反應(yīng)速率高，并可通過控制供氣量使濾池中存在好氧和缺氧環(huán)境，使得該裝置組合可實(shí)現(xiàn)硝化、反硝化。同時(shí)，由于高濃度的微生物以生物膜的形式固定在粒狀濾料的表面，無污泥膨脹之慮，不會(huì)因?yàn)V池受水力負(fù)荷的沖擊而造成微生物流失，因此，導(dǎo)流曝氣生物濾池對水力負(fù)荷及有機(jī)負(fù)荷都具有較強(qiáng)的抗沖擊能力。

4.3  簡化處理流程

由于導(dǎo)流曝氣生物濾池的生物和物理綜合截留作用，處理后水中的SS很少，故不需設(shè)置二沉池和污泥回流泵房，使處理流程得以簡化，進(jìn)一步節(jié)省占地面積。

4.4  工程費(fèi)用及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用相對較低

由于導(dǎo)流曝氣生物濾池工藝流程短、池容小和占地省，使工程費(fèi)用大大低于常規(guī)二級生物處理工藝。同時(shí)，采用濾池專用曝氣系統(tǒng)并利用粒狀濾料對氣泡的切割及阻擋作用，使得氣泡在濾層中進(jìn)一步被細(xì)碎，強(qiáng)化氣、液傳質(zhì)效應(yīng)，增加濾層內(nèi)的微生物與空氣的接觸面積和時(shí)間，導(dǎo)致濾池總體充氧效率大為提高，氧的利用率達(dá)30%以上，從而降低能耗。

4.5  自動(dòng)化程度高，運(yùn)行管理簡單

由于相關(guān)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，一些先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備如液位傳感器、在線溶氧測定儀、定時(shí)器、變頻器、PLC中央程控系統(tǒng)及微電腦等產(chǎn)品的出現(xiàn)，使得導(dǎo)流曝氣生物濾池運(yùn)行管理自動(dòng)化得以順利實(shí)現(xiàn)，其運(yùn)行管理變得簡單易行。

一般來說，導(dǎo)流曝氣生物濾池可以對進(jìn)水水質(zhì)、水量以及污水中溶解氧濃度進(jìn)行在線檢測，并通過PLC控制系統(tǒng)方便地調(diào)整曝氣時(shí)間的長短，控制風(fēng)機(jī)的供氧量，易于優(yōu)化運(yùn)行，特別是對大規(guī)模污水處理廠更顯突出。

4.6  脫氮除磷效果好

通過設(shè)置不同功能的濾池組合或在同一濾池中設(shè)置不同的功能分區(qū)，即通過兩組裝置或在同一座濾池內(nèi)，分別人為地造成好氧、缺氧的環(huán)境，可使濾池在降解污水中有機(jī)物（BOD5）的同時(shí)，還能去除污水中的氮和部分磷。

根據(jù)生活和醫(yī)院污水處理工程實(shí)際情況表明，在導(dǎo)流曝氣生物濾池運(yùn)行過程中，濾料中存在著厭氧或缺氧的微環(huán)境，使得導(dǎo)流曝氣生物濾池內(nèi)部生存著大量厭氧或兼性微生物。在導(dǎo)流曝氣生物濾池進(jìn)行除碳、硝化的過程中，由于濾料上存在著厭氧或兼性微生物，脫氮的同時(shí)反硝化反應(yīng)也在進(jìn)行，其反硝化效率可達(dá)50%以上。

4.7  對氣溫及運(yùn)行方式的適應(yīng)性強(qiáng)

由于大量的微生物生長在粒狀填料粗糙多孔的內(nèi)部和表面，微生物不會(huì)流失，即使長時(shí)間不運(yùn)轉(zhuǎn)也能保持其菌種的活性。如長時(shí)間停止不用后再恢復(fù)運(yùn)行，可在進(jìn)水、供氣后的幾天內(nèi)恢復(fù)正常運(yùn)行；由于導(dǎo)流曝氣生物濾池所特有的高微生物量，使得該濾池對氣溫變化的適應(yīng)性也較強(qiáng)。

4.8  構(gòu)筑物模塊化，有利于擴(kuò)建

導(dǎo)流曝氣生物濾池單元為模塊化結(jié)構(gòu)，能較好地適應(yīng)城鎮(zhèn)污水處理廠分期建設(shè)的要求。

4.9  材料設(shè)備國產(chǎn)化

導(dǎo)流曝氣生物濾池所需的主要設(shè)備和材料，國內(nèi)均可配套生產(chǎn)，基本不需進(jìn)口。只有少量自控檢測儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)需進(jìn)口。

5  典型工程實(shí)例（5000m3／d城鎮(zhèn)生活污水處理工程）

5.1  主要技術(shù)參數(shù)

5000m3／d城鎮(zhèn)生活污水處理工程對污染物的去除效果見表1。

5.2工程建設(shè)費(fèi)用投資概算

5.2.1  主要構(gòu)筑物及工藝參數(shù)

該工程主要構(gòu)筑物及工藝參數(shù)見表2。

5.2.2  土建部分造價(jià)

該工程土建部分的造價(jià)見表3。

5.2.3  設(shè)備直接費(fèi)用

 該工程設(shè)備購置直接費(fèi)用見表4。

5.2.4  工程總造價(jià)

 該工程總造價(jià)見表5。

5.2.5  運(yùn)行成本概算

5.2.5.1  電力消耗及電耗費(fèi)用

  該工程污水設(shè)施運(yùn)行時(shí)電力消耗情況見表6。

耗電費(fèi)用計(jì)算按照0.45元／度電計(jì)，折合噸水電費(fèi)為：W1＝J／Q＝907.1×0.45／5000＝0.0816元／m3

5.2.5.2 人工工資

由于該設(shè)備是自動(dòng)控制，需要維修操作人員3名，月平均工資以1000元計(jì)，折合每噸水處理所需人員工資消耗為：

W2＝3×1000／30／5000＝0.02元／m3

5.2.5.3 運(yùn)行成本計(jì)算

日常運(yùn)行成本為：W＝W1＋W2＝0.0816＋0.02＝0.1016元／m3

6  應(yīng)用范圍和實(shí)例

6.1應(yīng)用范圍

6.1.1  在生活污水、城鎮(zhèn)污水的處理及回用方面

主要用于沿江、河、湖泊等水體周圍對氮、磷有特殊要求的生活污水處理以控制水體富營養(yǎng)化，包括：
（1）城市、村鎮(zhèn)、住宅小區(qū)及開發(fā)區(qū)生活污水。
（2）車站、航空港、碼頭等污水。
（3）工廠、礦山、部隊(duì)、旅游區(qū)、風(fēng)景點(diǎn)的污水。
（4）醫(yī)院、賓館、飯店、療養(yǎng)院、學(xué)校、商場及辦公樓生活污水。

6.1.2  在有機(jī)工業(yè)廢水的處理及回用方面

主要用于亞麻廢水、酒類廢水、制糖廢水、奶牛養(yǎng)殖廢水、淀粉廢水、屠宰廢水等高濃度和低濃度的有機(jī)廢水。

6.1.3  有特殊要求的污水處理：

（1）有脫氮除磷要求的廢水處理。

（2）要求深度處理的廢水處理，不需增加三級處理設(shè)施，出水即可達(dá)到回用水標(biāo)準(zhǔn)。

6.2應(yīng)用實(shí)例

6.2.1  項(xiàng)目效果技術(shù)參數(shù)

其它工程項(xiàng)目效果技術(shù)參數(shù)見表7。

6.2.2  項(xiàng)目投資及運(yùn)行費(fèi)用（表8）

其它工程項(xiàng)目投資及運(yùn)行費(fèi)用詳細(xì)情況見表8。

7  結(jié)論

綜上所述，導(dǎo)流曝氣生物過濾技術(shù)在國內(nèi)外20多年的應(yīng)用和發(fā)展中日趨成熟，實(shí)踐證明在污水的二級或三級處理中采用是較為適宜的。問題是在該技術(shù)的應(yīng)用中如何提高容積負(fù)荷（kgBOD5／m3·d），降低水力停留時(shí)間（h），縮小反應(yīng)器體積，減少占地面積，節(jié)省項(xiàng)目投資，降低運(yùn)行費(fèi)用，而又要保證出水達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。使該技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用更為合理并具有強(qiáng)勁的生命力。貴州長城環(huán)�？萍加邢薰�司新研制成功的“導(dǎo)流曝氣生物濾池”是一種高負(fù)荷、淹沒式、固定化生物膜三相導(dǎo)流反應(yīng)器清污分流技術(shù)，其主要技術(shù)關(guān)鍵是提供一種導(dǎo)流曝氣生物過濾池，將生物氧化、生物過濾和沉降回流結(jié)合在一起，通過反沖洗雨生實(shí)現(xiàn)濾池的周期性運(yùn)行，在污水的二級或三級處理中，充分地顯示出其處理負(fù)荷高、占地面積少、基建投資低、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)越性，且出水水質(zhì)達(dá)到或優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)中水回用。充分體現(xiàn)出其污水處理工程具有創(chuàng)新性、技術(shù)水平具有前瞻性、工程應(yīng)用具有可靠性、地域應(yīng)用具有代表性、實(shí)際操作具有穩(wěn)定性、工程建設(shè)與運(yùn)行具有經(jīng)濟(jì)性，這對污水處理部門而言，無疑是一種尚佳的選擇。來源：劉 飛