曝气生物滤池行业分析报告.doc

目 录第一章 曝气生物滤池简单介绍 . 31.简介 . 32.工艺原理 . 33.工艺特征 . 44.常见工艺分类 . 44.1 BIOSTYR工艺. 64.2 BIOFOR工艺 . 74.3 BIOSMEDI工艺 . 95.主要优点 . 106.主要缺点 . 12第二章 曝气生物滤池工艺技术分析 . 121.工艺性能 . 122.工艺流程 . 133.工艺处理系统及结构 . 164.工艺处理流程及选择 . 285.BAF一般使用步骤 . 306.滤池运行中异常情况处理 . 327.运行效果的主要影响因素 . 33第三章 曝气生物滤池发展情况及发展前景 . 351.国曝气生物滤池具体应用举例 . 361.市政污水应用 . 362.在火电厂废水回用中的应用 . 40第五章 BAF母行业污水处理行业 . 411.污水处理技术划分 . 42 1 / 91 2.主要污水处理技术分析比较 . 433.BAF与MBR重点比较 . 66第六章 行业竞争状况分析 . 681.污水处理行业产业链分析 . 682.2009年污水处理行业集中度情况分析 . 683.污水处理行业进入与退出壁垒分析 . 693.1政策壁垒 . 693.2区域壁垒 . 693.3技术壁垒 . 704.污水处理行业竞争结构分析 . 704.1上游供应商讨价还价能力 . 704.2行业现有企业间的竞争 . 714.3下游用户讨价还价能力 . 714.4新进入者的威胁 . 714.5替代品的威胁 . 715.行业当前竞争特点总结 . 72第七章 污水处理行业区域分布总体分析 . 721.行业区域分布特点分析 . 722.行业规模指标区域分布分析 . 733.行业效益指标区域分布分析及预测 . 77第八章 “十二五”期间我国污水处理行业将进入快速发展期 . 811.2010 年我国污水处理行业运行情况 . 812.我国污水处理行业面临的发展机遇 . 843.“十二五”时期污水处理行业发展展望 . 88第九章 污水处理行业风险分析 . 901.政策风险 . 902.技术风险 . 903.市场竞争风险 . 904.区域风险 . 915.自然风险 . 91 2 / 91 第一章 曝气生物滤池简单介绍1.简介曝气生物滤池（BAFBiological Aerated Filters）也叫淹没式曝气生物滤池（SBAF-Submerged Biological Aerated Filters），是在普通生物滤池、高负荷生物滤池、生物滤塔、生物接触氧化法等生物膜法的基础上发展而来的，被称为第三代生物滤池。国外在二十世纪二十年代开始进行研究，于八十年代末基本成型，后不断改进，并开发出多种形式。2.工艺原理曝气生物滤池是借鉴污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思路,将生物降解与吸附过滤两种处理过程合并在同一单元反应器中,以滤池中填装的粒状填料(如陶粒、焦炭、石英砂、活性炭等)为载体,在滤池内部进行曝气,使滤料表面生长着大量生物膜,当污水流经时,利用滤料表面上所附生物膜中高浓度的活性微生物的强氧化分解作用和滤料粒径较小的特点,充分发挥微生物的生物代谢、生物絮凝、生物膜和填料的物理吸附和截留作用以及反应器内沿水流方向食物链的分级捕食作用,实现污染物的高效清除,同时利用反应器内好氧、缺氧区域的存在,实现脱氮除磷的功能。图：BFA工艺原理 3 / 91 3.工艺特征（1）用粒状填料作为生物载体，如陶粒、焦炭、石英砂、活性炭、改型聚胺酯等。（2）区别于一般生物滤池及生物滤塔，在去除BOD1(有机污染物)、氨氮时需进行曝气。（3）高水力负荷、高容积负荷及高的生物膜活性。（4）具有生物氧化降解和截留SS2(水质中的悬浮物)的双重功能，生物处理单元之后不需再设二次沉淀池。（5）需定期进行反冲洗，清洗滤池中截留的SS以及更新生物膜。4.常见工艺分类4.1 BIOCARBONE工艺20 世纪80 年代末期，法国OTV 公司在废水处理领域首次开发出了BIOCARBONE 工艺，它属于曝气生物滤池的最早形式。BIOCARBONE 工艺在一个池生化需氧量或生化耗氧量(五日化学需氧量)，表示水中有机物等需氧污染物质含量的一个综合指示。说明水中有机物由于微生物的生化作用进行氧化分解，使之无机化或气体化时所消耗水中溶解氧的总数量。其单位ppm或毫克/升表示。其值越高说明水中有机污染物质越多，污染也就越严重。BOD，生化需氧量（BOD）是一种环境监测指标，主要用于监测水体中有机物的污染状况。一般有机物都可以被微生物所分解，但微生物分解水中的有机化合物时需要消耗氧，如果水中的溶解氧不足以供给微生物的需要，水体就处于污染状态。BOD才是有关环保的指标。21 SS是英语（Suspended Substance）的缩写，即水质中的悬浮物。水质中悬浮物指水样通过孔径为0.45m的滤膜截留在滤膜上并于103105 烘干至恒重的固体物质，是衡量水体水质污染程度的重要指标之一，常用大写字母C表示水质中悬浮物含量，计量单位是mg/l。 4 / 91 BIOCARBONE 工艺中主体滤池的结构如图1 所示,填料采用密度比水大的膨胀板岩,结构类似于普通快滤池。待处理的污水从滤池顶部流入,下向流流出滤池,在滤池中下部进行曝气,气水处于逆流接触。在滤池中有机物被微生物氧化分解,N H4 - N 被氧化成NO-3 -N ,另外由于在生物膜内部存在厌氧/ 兼氧环境,因此在硝化的同时能实现部分反硝化。在无脱氮要求的情况下,滤池底部的水可直接外排,一部分留作反冲洗之用;如果有脱氮要求,出水需进入下一级后置反硝化柱,同时需外加碳源。一般情况下在单个BIOCARBONE 滤池中不能同时取得理想的硝化/ 反硝化效果。随着过滤的进行,由于填料表面新产生的生物量越来越多,截留的悬浮物(SS) 及脱落的生物膜不断增加,在开始阶段水头损失增加缓慢,当固体物质积累达到一定程度后,在滤层上部形成表面堵塞层,阻止气泡的释放,将会导致水头损失迅速增加,很快达到极限水头损失,此时应立即进行反冲洗再生,以去除滤床内过量的生物膜SS ,恢复处理能力。反冲洗时采用气水联合反冲洗。反冲洗水为经处理后的达标水,反冲洗水从滤池底部进入上部流出,反冲空气来自底部单独的反冲气管,反冲时关闭底部进水和工艺空气,水气交替单独反冲,最后用水漂洗。滤层有轻微的膨胀,在气水对填料的流体冲刷和填料间相互摩擦下,老化的生物膜与被截留的SS 与填料分离。冲洗下来的生物膜及SS 在漂洗中被冲出滤池,反冲洗污泥回流至预处理部分。BIOCARBONE 工艺属早期曝气生物滤池,其缺点是负荷不够高,且大量被截留的SS 5 / 91 集中在滤池上端几十厘米处,此处水头损失占了整个滤池水头损失的绝大部分。同时纳污能力不强,容易堵塞,运行周期短。4.2 BIOSTYR工艺BIOSTYR 工艺也是法国OTV 公司的注册工艺,是对其原有BIOCARBONE 的一个改进,由于采用了新型轻质悬浮填料BIOSTYRENE（主要成分是聚苯乙烯，且比重小于1g/cm3）而得名。填料漂浮在水中。如图2 所示,经预处理的污水与经硝化的滤池出水按一定回流比混合后进入滤池底部,在滤池中间进行曝气,根据反硝化程度的不同将滤池分为不同体积的好氧和缺氧部分。在缺氧区,一方面,反硝化菌利用进水中的有机物作为碳源,将滤池中的NO-3 - N 转化为N2 ,实现反硝化; 另一方面,滤料上的微生物利用进水中的溶解氧和反硝化产生的氧降解BOD。同时,一部分SS 被截留在滤床内,这样便减轻了好氧段的固体负荷。经过缺氧段处理的污水进入好氧段,在此微生物利用气泡转移到水中的溶解氧进一步降解BOD ,硝化菌将N H4 - N 氧化为NO-3 - N ,滤床继续截留在缺氧段未被去除的SS。采用BIOSTYR 工艺处理污水后的水质情况见图3。流出滤层的水经上部滤头排出,滤池出水分为:排出处理系统; 按回流比与原水混合进行反硝化; 用作反冲洗。图2：BIOSTYR 结构示意图 6 / 91 图3：法国OTV 公司采用BIOSTYR 为核心处理单元各处理阶段的水质情况 对于通常仅需要进行硝化反应(对氨氮有要求) 的污水处理,在曝气和气反冲洗时共用一根位于滤池底部的穿孔管,从而使整个滤床处于好氧状态,它可以去除大部分可降解的污染物、含碳污染物(COD 和BOD) 、悬浮物(SS) 和氨氮。在BIOSTYR 工艺中，随着过滤的进行,其水头损失增长与运行时间成正相关。当水头损失达到极限水头损失时，应及时进行反冲洗以恢复滤池处理能力，由于BIOSTYR 工艺中没有形成表面堵塞层，使得BIOSTYR 工艺比BIOCARBONE 工艺的运行时间相对要长。相比而言,BIOSTYR 工艺有以下优点：(1) 滤头布置在滤池顶部，与处理后水接触不易堵塞,同时滤头可从滤板上部直接拆卸，便于更换；(2) 重力流反冲洗无需反冲泵,节省了动力；(3) 硝化、反硝化可在同一池内完成。4.3 BIOFOR工艺BIOFOR 工艺是法国SUEZ - 里昂水务下属的DEGREMON T 公司的一项专利技术 ,并在此基础上研发了DENSADEG + BIOFOR的污水处理工艺。DENSADEG 为一高效沉淀池,集絮凝、过滤、沉淀于一体,大大简化了处理流程。BIOFOR 的曝气头采用PHILL IPMULL ER 公司的注册产品OXAZUR ,填料采用 7 / 91 本公司研发的BIOL ITE ,解决了曝气生物滤池的除磷问题,使曝气生物滤池工艺达到更好的效果。BIOFOR 工艺中主体反应池的结构和处理流程如图4 所示,底部为气水混合室,之上为滤板和专用长柄滤头、承托层、滤料,曝气器位于承托层内,提供微生物新陈代谢所需的养分。采用DENSADEG+ BIOFOR C/ N 工艺处理污水后水质情况见图5。 图4：BIOFOR 流程示意图 图5：采用DENSADEG+ BIOFOR C/ N工艺处理污水的水质情况 与其它类型的生物过滤工艺相比，Biofor主要具有下列特性：向上流生物过滤进水自滤池底部流向顶部，上流过滤在滤池的整个高度上持续提供正压条件，与下向流过滤相比提供了许多优势。8 / 91 使用特制的过滤及生物膜支持煤介：Biolite生物滤料确保获得较高的生物膜浓度和较大的截留能力，并加长了运行周期。高性能曝气Biofor采用了特制的曝气头：它不仅能高效的供氧，而且节约能源、使用安全、易于操作和维护。流体完全均匀的分布空气和水流为同向流。Biofor生物滤池的滤板配有25UB33e滤头，该滤头的防阻塞设计通过均匀的配水使过滤效果优化。4.4 BIOSMEDI工艺上海市政院邹伟国等开发了一种名为BIOSMEDI的曝气生物滤池，它采用脉冲反冲洗、气水同向流的形式，可用于微污染源水预处理或污水深度处理。BIOSMEDI生物滤池是上海市政工程设计研究院针对微污染原水开发的一种新型生物滤池，该滤池以轻质颗粒滤料为过滤介质，滤料比重较小，一般约在0.1左右，粒径的大小为45mm左右，比重及粒径的大小可根据实际需要选择确定，这种滤料具有来源广泛、滤料比表面积大、表面适宜微生物生长、价格便宜（300500元/立方米）、化学稳定性好等一系列优点。图6：BIOSMEDI 生物滤池结构 BIOSMEDI生物滤池原理：9 / 91 滤池上部采用钢筋混凝土板（板上采用倒滤头出气和水）抵制滤料的浮力及运行的阻力。在滤层下部，用混凝土板或钢板分隔在滤层下部形成气囊，在反冲洗时下部形成空气室。原水从进水阀进入气室，通过中空管进入滤层，在滤料阻力的作用下使滤池进水均匀，空气布气管安装在滤层下部，空气通过穿孔布气管进行布气，经过滤层去除水中的有机物、氨氮后，出水经倒滤头进入上部清水区域排出。滤池反冲洗采用脉冲冲洗的方法，首先关闭进水阀及曝气管，打开滤池下部的反冲洗气管，在滤层下部形成一段气垫层，当气垫层达到一定高度后，此时瞬时把气垫层中的空气通过阀门或虹吸的方法迅速排空，此时滤层中从上到下冲洗的水流量瞬时忽然加大，导致滤料层忽然向下膨胀，脉冲几次后，可以把附着在滤料上的悬浮物质脱落，再打开排泥阀，利用生物滤池的出水进行水漂洗，可有效地达到清洁滤料的目的。具有以下优点：、较小的滤层阻力；采用气水同向流，避免了气水逆向流时水流速度和气流速度的相对抵消而造成能量的浪费，另外，滤料粒径较均匀，大大增加滤层的孔隙率，减少滤池运行时的水头损失。、价格低、性能优的滤料；滤料具有来源广泛、滤料比表面积大、表面适宜微生物生长、价格便宜（一般价格低于500元/立方米）、化学稳定性好；滤料比表面积大，有利于氧气的传质，大大提高了充氧效率，布气可采用穿孔管布气即可，节省工程投资。、独特的脉冲反冲洗形式；传统的水反冲、气水反冲均难以奏效，该滤池采用独特的脉冲反冲洗方式，不需要专门的反冲洗水泵及鼓风机，是一种高效、低能耗的反冲洗形式。5.主要优点（1）曝气生物滤池是第三代生物滤池，是真正集生物膜法与活性污泥法于一身的反应器，出水水质高、处理负荷大。曝气生物滤池采用人工强制曝气，代替了自然通风；采用粒径小、比表面积大的滤料，显著提高了生物浓度；采用生物处理与过滤处理联合方式，省去了二次沉淀池；采用反冲洗的方式，免去了堵塞的可能，同时提高了生物膜 10 / 91 的活性；采用生物膜加生物絮体联合处理的方式，同时发挥了生物膜法和活性污泥法的优点。曝气生物滤池同时具有生物氧化降解和过滤的作用，因而可获得很高的出水水质，可达到回用水水质标准。一般来说，对生活污水，二级处理即可达到普通工艺三级处理的水平。对工业废水，即使在可生化性不强的情况下，曝气生物滤池处理效果也优于一般的工艺，因为曝气生物滤池处理有机物不仅依赖于生物氧化，还存在显著的生物吸附和过滤作用，因为可去除粒径较大，可吸附去除一些可生化性不强的物质。由于填料本身截留及表面生物膜的生物絮凝作用，使得出水SS很低，一般不超过10mg/l，出水非常清澈透明；因不断的反冲洗，生物膜得以有效更新，表现为生物膜较薄（一般为110微米左右），活性很高。高活性的生物膜不仅体现在生物氧化、降解方面，更表现为生物絮凝、吸附作用。对一些难降解的物质，可将其吸附、截留在池中，得以去除。（2）占地面积小，基建投资省。曝气生物滤池之后不设二次沉淀池，可省去二次沉淀池的占地和投资。曝气生物滤池占地面积仅为常规工艺的11015。处理负荷高、停留时间短，因而池容较小，基建投资比常规工艺节省至少2030。（3）运行费用低。供气能耗在所有好氧生物处理的运行费用中占了相当的比例，曝气生物滤池工艺氧的传输利用效率很高，曝气量小，供氧动力消耗低。氧的利用效率可达2030。主要原理为：a) 因填料粒径很小，气泡在上升过程中，不断被切割成小气泡，加大了气液接触面积，加强了氧气的利用率。b) 气泡在上升过程中，受到了填料的阻力，延长了停留时间，同样有利于氧气的传质。c) 研究表明，在BIOFOR中，氧气可直接渗透入生物膜，因而加快了氧气的传质速度，减少了供氧量。工程实践表明，曝气量为传统活性污泥法的120，为氧化沟的16，为SBR的1413，在很大程度上节省了运行费用。曝气生物滤池水头损失较小，剩余污泥量少且容易处理，维护量很少，这都将保证运行费用较低。（4）抗冲击负荷能力强，耐低温。运行经验表明，曝气生物滤池可在正常负荷2 11 / 91 3倍的短期冲击负荷下运行，而其出水水质变化很小。这一方面依赖于滤料的高比表面积，当外加有机负荷增加时，滤料表面的生物量可以快速增值；另一方面依赖于整体曝气生物滤池的缓冲能力。此外，生物曝气滤池一旦挂膜成功，可在610水温下运行，并具有较好的运行效果。（5）易挂膜，启动快。曝气生物滤池在水温15左右，2至3周即可完成挂膜过程。这一特点使曝气生物滤池非常适合一些水量变化大地区的污水处理。（6）曝气生物滤池采用模块化结构，便于后期改、扩建。（7）曝气生物滤池可采用完全自动化控制，管理非常简单，因而也无需庞杂的自控设备，更无需大量的人员技术培训。（8）曝气生物滤池不产生臭气，采用该工艺的污水厂环境质量很高。6.主要缺点（1）大大的占用了滤池的空间，使水力停留时间大大打折扣。（2）不适用较高的污水浓度，一般要对原水进行预处理以降低进水的SS，尤其滤池在二级处理的情况下，往往要投加药剂才能达到降低SS的要求，否则反冲洗频繁。这样不仅增加了运行费用，而且降低水的碱度，影响反硝化效果。（3）充氧效率虽然提高，但由于生物滤池数量多，故鼓风机一对一使用，因此能耗仍较大。（4）过滤水头损失大，污水提升所需泵机的扬程高。（5）同步化学除磷时，一般需加入铁剂或其他药剂，增加了成本。第二章 曝气生物滤池工艺技术分析1.工艺性能12 / 91 2.BFA主要工艺流程图：BFA工艺流程 在采用曝气生物滤池处理工艺时，根据其处理对象的不同和要求的排放水质指标的不同，可将BAF工艺分为以下几类：除C工艺、除C/硝化工艺、除C/硝化/反硝化工艺、除C/除P/硝化/工艺、除C/除P/脱N工艺，现分述如下。（1） 除碳工艺除C型BAF工艺主要是用于去除水体中有机污染物（COD）。为了使滤池能以较长的周期运行，减少反冲洗次数，降低能耗，运用BAF处理生13 / 91 活污水和工业废水时一般需对原水进行预处理。否则原水中的大量杂质和SS都将进入曝气生物滤池，这将会堵塞曝气、布水系统，给系统的运行带来不良后果。预处理段一般用沉淀或水解酸化，对工业废水还需在BAF滤池前加设调节池。如果用BAF处理饮用水的微污染，由于饮用水源中固体杂质比生活、工业污废水少得多，故可不另外考虑预处理可直接将水进入BAF滤池。图7：除C型曝气生物滤池法 （2）除碳/硝化工艺原水经过预处理后去除大部分SS后进入具有除碳/硝化功能的BAF，通过BAF滤池实现去除污水中有机物和将氨氮进行硝化处理。图8：除碳/硝化工艺 上图a为BAF最早的工艺雏形，原水经过预沉，在预沉池中投加絮凝剂，随后经过BAF滤池进一步去除COD、BOD并同时发生硝化反应将NH3N硝化为NO3N。在该工艺中由于生物膜厌氧内环境的存在对TN有一定的去除率，但TN不是控制指标，14 / 91 适用于对NH3N排放有要求的工艺。图a的工艺本质上和图b的工艺没有较大区别，图b的工艺更适合于固体杂质多、产泥量大的原水，经过水解可减少初级处理的产泥量，减少清泥费用。（3）除碳/硝化/反硝化工艺原水经过预处理去除SS等固体杂质后进入BAF，在BAF中去除有机污染物，同时将氨氮氧化成硝太氮，BAF出水的一部分回流，利用进水中的碳源实现反硝化。 图9：除碳/硝化/反硝化工艺 如图c流程可以达到脱N的目的。原水经过水解预处理去除SS等固体杂质，进入BAF滤池，在BAF滤池中去除有机污染物，同时将NH3N氧化为NO3N，BAF滤池出水的一部分回流进入水解池，利用进水中的C源，实现反硝化。回流比R一般为100300%，该工艺是基于A/O思想开发。图d的工艺将硝化和反硝化分别在两个滤池中进行，该工艺操作方便，运行可靠。根据原水水质情况选择预沉或水解预处理，出水进入一级BAF滤池，在滤池中实现有机物的去除，同时发生硝化反应。一级BAF滤池的出水进入二级BAF滤池前必须外加碳源(甲醇、