微纳米曝气在BAF装置的应用研究

陈 尚，谭 红，杨军文

(岳阳长岭设备研究所有限公司，湖南 岳阳 414000)

曝气生物滤池(BAF)工艺在污水处理中是比较成熟的污水处理工艺，应用比较广泛。通过对生物填料层进行给氧，微生物进行好氧反应，消解污水中的有机物，达到处理污水的目的。BAF有多种曝气方式，主要为底部曝气和提升曝气。但这两种曝气方式在现场应用中存在两个弊端：一是由于污水中通常含有各种活性物、有机物，加上常规曝气形成的气泡粒径较大，在水体停留的时间短，气泡会快速上浮，造成池面翻滚，引起池面出现大量泡沫层，泡沫会进入到后续的尾气处理装置，影响其正常运转。二是气体体积与污水处理体积比大，气体利用率低，这就导致BAF装置运行时需要大量的压缩空气，即增加能耗又使得尾气处理负荷增加，且池面易形成泡沫层。因此如何改变其充气方式，提高气体利用率，减少气体用量，从而避免形成大量泡沫，同时降低尾气出量，是BAF装置改进的一个方向。

1 微纳米曝气在BAF装置的应用

BAF运行效果受较多因素影响，其中水体中的氧含量是一个重要因素[1]。水体中的溶解氧浓度决定了好氧生物的新陈代谢速度，氧通过曝气从气相溶解至水相，然后通过微生物的细胞壁、细胞膜，参与胞内酶反应，从而对有机物进行降解[2]。提高水中溶解氧的方法有三种：一是提高气相的压力，从而提高氧的分压，如加压曝气、深井曝气等；二是提高气相中氧的浓度，如富氧曝气、纯氧曝气等；三是提高气液相的接触面积，如微孔曝气、无泡曝气等。前两种方式都需要加大运行成本，或导致池面翻滚剧烈。

图1 “微纳米曝气+BAF”模拟装置示意图

岳阳长岭设备研究所有限公司研制的“微纳米气泡发生器”，可应用在BAF装置上，将气体以微纳米级气泡形态注入。常规曝气方式往水体充入气体时，形成的气泡都为大气泡(气泡粒径一般在3 mm以上)，大气泡上浮速度快，在水体停留时间短，且微生物难以吸收，从而导致气体利用率低，池面易剧烈翻滚起泡。微纳米曝气往水体充入气体时，形成的气泡都为小气泡，气泡粒径可控制在50 μm左右[3]。微气泡会加大气液相的接触面积，从而提高水中的溶解氧浓度，加大微生物细胞膜内外的压差，加快氧的跨膜传递，提高细胞的新陈代谢速度。同时微气泡在水体的停留时间长[4]，不易上浮，不会引起池面的剧烈翻滚。该“微纳米气泡发生器”具有占地面积小、构造简单、安拆方便、气泡粒径可调的优点，在气量小的情况下可达到提升曝气的处理效果。

2 实 验

2.1 实验模拟装置

某炼厂的BAF处理装置为提升曝气，设计和运行参数如下：处理量150 m3/h，停留时间21 h，进水COD≤4800 mg/L，出水≤1200 mg/L，压缩风量6000 m3/h。现场运行时COD去除率维持在70%～85%，但池面产生大量的泡沫层，泡沫进入尾气处理系统，经常引起尾气处理系统停机，因此现场运行需每天定量加入消泡剂，虽减少了泡沫产生量，但仍会出现泡沫外溢现象。而且现场压缩风需要量较大，尾气处理的负荷较高。

现针对现场情况，建立一套“微纳米曝气+BAF”的模拟装置，处理不同油含量的污水。通过“微纳米气泡发生器”将压缩空气以微纳米级状态充入到BAF装置，连续运行，跟踪分析污水处理效果[5]。同时与提升曝气进行对比，观察BAF池水面的气泡生成形态，比较气体使用量。

表1 实验设计参数

*污水来源：长岭炼化环氧丙烷装置含醇废水、第一污水厂炼油污水总排水。

2.2 污水处理分析情况

2.2.1 高油含量污水处理情况

“微纳米曝气+BAF”的模拟装置的进水为长岭炼化的环氧丙烷装置的含醇废水和第一污水处理厂的炼油污水总排水混合污水，COD控制在3000～4500 mg/L。将实验装置连续运行，进行跟踪分析，结果如图2所示。

图2 高油含量污水处理前后COD变化趋势图

以上数据看出：“微纳米曝气+BAF”的模拟装置处理污水，进水COD在4000 mg/L左右时，出水COD在1000 mg/L以内，COD去除率稳定在80%以上，满足现场的提升曝气处理污水效果设计要求。

2.2.2 低油含量污水处理情况

“微纳米曝气+BAF”的模拟装置的进水为长岭炼化的第一污水处理厂的炼油污水总排水，COD控制在500～1000 mg/L。将实验装置连续运行，进行跟踪分析，结果见图3。

图3 低油含量污水处理前后COD去除率变化趋势图

以上数据看出：“微纳米曝气+BAF”的模拟装置处理低油含量污水，连续运行后期，进水COD在500～1000 mg/L时，出水COD在150 mg/L左右，COD去除率稳定在72%以上，满足现场的提升曝气处理污水效果设计要求。

2.3 BAF装置池面情况

控制进气量为200 L/h，对比观察微纳米曝气和提升曝气的池面情况，结果见图4～图5。

图4 提升曝气的BAF池池面情况

图5 微纳米曝气的BAF池池面情况

提升曝气的池面出现剧烈翻滚现象，且整个池面布满约10 cm厚的泡沫层。微纳米曝气池面未出现翻滚现象，局部有1～2 cm的泡沫层。相比常规曝气产生的气泡小，水体内有大量的微气泡，不会导致池面出现大量的泡沫层。

2.4 气体用量情况

将两种不同曝气方式的BAF实验装置进行溶解氧测定，比较其进气量，结果如表2所示。

表2 两种曝气方式进气量的比较结果

由表2可知：微纳米曝气相比常规曝气，气泡粒径小，气体停留时间长，在溶解氧大致相同的情况下，充气量可减少二分之一，即气水比降低50%。说明微纳米曝气可使用气量降低50%以上，同时大幅降低尾气的产量。

3 结 论

(1)“微纳米曝气+BAF”模拟装置处理污水(COD为3000～4000 mg/L)，出水COD在816 mg/L以内；处理低油含量污水(COD为500～1000 mg/L)，出水COD在150 mg/L以内，COD去除率在72%以上，能达到现场提升曝气的COD处理要求。

(2)改变BAF的曝气方式，通过“微纳米气泡发生设备”将气体以微纳米气泡状态充入到污水中，气体利用率高，气体用量减少50%以上，既可减少压缩空气的用量、降低能耗又可减少尾气的产量，降低尾气处理负荷。

(3)微纳米曝气相比常规曝气，产生的气泡小，在水体的停留时间长，不会导致池面出现大量的泡沫层，从而避免使用消泡剂，减少药剂费用和人工费用。

(4)“微纳米曝气+BAF”装置的设计要求远低于常规曝气的BAF装置，且曝气部件位于池外，易检修和维护，降低了设计、制造、维护成本。同时具有COD去除率高、能耗低、气体利用率高、不产生大气泡和泡沫等优点，应用前景良好。