n曝氣生物濾池的研究進(jìn)展

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。n曝氣生物濾池的研究進(jìn)展曝氣生物濾池的研究進(jìn)展曝氣生物濾池的研究進(jìn)展曝氣生物濾池(biological aerated filter)與普通活性污泥法相比，具有有機(jī)負(fù)荷高、占地面積小(是普通活性污泥法的1/3 )、投資少(節(jié)約30%)、不會(huì)產(chǎn)生污泥膨脹、氧傳輸效率高、出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)13，但它對(duì)進(jìn)水SS要求較嚴(yán)(一般要求SS100 mg/L，最好SS60mg/L)，因此對(duì)進(jìn)水需要進(jìn)行預(yù)處理。同時(shí)，它的反沖洗水量、水頭損失都較大。 世界上首座曝氣生物濾池于1981年在法國(guó)投產(chǎn)，隨后在歐洲各國(guó)得到廣泛應(yīng)用。

2、美國(guó)和加拿大等美洲國(guó)家在20世紀(jì)80年代末引進(jìn)此工藝，日本、韓國(guó)和中國(guó)臺(tái)灣也先后引進(jìn)了此項(xiàng)技術(shù)。目前世界上較大的環(huán)保公司如法國(guó)得利滿公司、德國(guó)菲力普穆勒公司、法國(guó)OTV公司均把它作為拳頭產(chǎn)品在全世界推廣。在中國(guó)內(nèi)地，曝氣生物濾池正處于推廣階段。大連市馬欄河污水處理廠是我國(guó)第一個(gè)采用曝氣生物濾池工藝的城市污水處理廠，目前正處于試運(yùn)行階段。另外，我國(guó)一部分工業(yè)廢水的處理也采用了此項(xiàng)技術(shù)。清華大學(xué)、太原理工大學(xué)等科研單位對(duì)曝氣生物濾池也進(jìn)行了試驗(yàn)研究。隨著曝氣生物濾池在世界范圍內(nèi)不斷推廣和普及，很多學(xué)者在其結(jié)構(gòu)形式、功能、啟動(dòng)和濾料等方面進(jìn)行了詳細(xì)的研究，取得了很多成果。 1 結(jié)構(gòu)形式 曝氣生物濾池

3、的結(jié)構(gòu)與普通快濾池基本相同，不同之處在于曝氣生物濾池下部或底部增加了曝氣系統(tǒng)。根據(jù)水流方向其可分為上向流和下向流兩種，早期的曝氣生物濾池多采用下向流，如BIOCARBON4。由于下向流曝氣生物濾池的納污效率不高、易堵塞 、運(yùn)行周期短，因此現(xiàn)在多采用上向流方式(即采用氣水同向流)，使布水、布?xì)飧泳鶆?。同時(shí)，在水氣上升過(guò)程中可把底部截留的SS帶入濾池中上部，增加了濾池的納污能力，延長(zhǎng)了工作周期。目前，上向流曝氣生物濾池有BIOFOR、BIOSTY、COLOX、DeepBedTM、BIOPURR等多種形式5、6，其中BIOFOR&R應(yīng)用最為廣泛，圖1是BIOFOR的結(jié)構(gòu)示意圖。 為了適應(yīng)不同的水質(zhì)

4、和拓寬應(yīng)用范圍，很多科研、工程技術(shù)人員對(duì)曝氣生物濾池結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究改造。鄒偉國(guó)等開(kāi)發(fā)了一種名為BIOSMEDI的曝氣生物濾池，它采用了脈沖反沖洗、氣水同向流的形式，可用于微污染源水預(yù)處理或污水深度處理7。孫力平等為了解決BIOFORR的濾頭堵塞問(wèn)題把濾頭改成穿孔管并降低了空氣擴(kuò)散管的位置，該工藝用于造紙和印染廢水的處理取得了良好的效果8。 2 功能 單個(gè)曝氣生物濾池可完成碳化、硝化、反硝化、除磷等功能，與其他工藝組合可進(jìn)行一般城市污水或工業(yè)廢水的二級(jí)或三級(jí)處理。表1是采用曝氣生物濾池處理污水的典型流程。 由于各功能的實(shí)現(xiàn)對(duì)濾料粒徑大小和濾層厚度、負(fù)荷、曝氣等參數(shù)的要求不盡相同，一般認(rèn)為不宜把各

5、種功能放在同一個(gè)曝氣生物濾池中完成。但最近有研究者對(duì)在一個(gè)曝氣生物濾池中完成碳化+硝化、硝化+反硝化、硝化+生物除磷、硝化+化學(xué)除磷和反硝化+生物除磷等組合功能進(jìn)行了嘗試和探討，均取得了一定的研究成果。 3 啟動(dòng) 曝氣生物濾池的啟動(dòng)與一般生物膜法的啟動(dòng)方式相同。國(guó)外一般采用三種方式：間歇培養(yǎng)并逐步增加流速；在設(shè)計(jì)流速下或逐漸增加流速進(jìn)行連續(xù)培養(yǎng)9；用活性污泥接種，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行10。三種啟動(dòng)方式中生物膜的生長(zhǎng)速率、分布和對(duì)污染物的去除率等變化規(guī)律各不相同，但達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需的時(shí)間卻大致相同。Allan等根據(jù)自己的試驗(yàn)結(jié)果建議采用設(shè)計(jì)流速進(jìn)行連續(xù)培 養(yǎng)以期得到更加穩(wěn)定的生物量11。國(guó)內(nèi)很多生物膜裝置采用了

6、快速排泥法，這種方法一般是采用活性污泥接種，通氣悶曝一段時(shí)間后排出上清液，再加入待處理污水繼續(xù)悶曝一段時(shí)間，然后連續(xù)進(jìn)水、進(jìn)氣直至穩(wěn)態(tài)運(yùn)行為止。根據(jù)一些資料的報(bào)道，這種方法具有掛膜迅速的特點(diǎn)。 4 幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題 4.1 濾料 濾料是曝氣生物濾池的關(guān)鍵部分，對(duì)曝氣生物濾池的功效有直接的影響，同時(shí)也影響到曝氣生物濾池的結(jié)構(gòu)形式和成本。目前，濾料多為專利產(chǎn)品或處于保密狀態(tài)，常用的濾料有石英砂、陶粒及塑料制品(合成纖維、聚苯乙烯小球、波紋板等)。Kent等對(duì)濾料進(jìn)行了詳細(xì)的研究，他參照BEWA的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)曝氣生物濾池常用的7種濾料進(jìn)行了對(duì)比研究，認(rèn)為Arlita和膨脹頁(yè)巖最適合用作曝氣生物濾池的濾料。但是

7、，由于BEWA標(biāo)準(zhǔn)是處理飲用水所用快濾池的濾料標(biāo)準(zhǔn)，并且Kent只是對(duì)濾料的物理化學(xué)性能進(jìn)行了對(duì)比，并沒(méi)有對(duì)其做污水處理試驗(yàn)，因此對(duì)Kent等人的結(jié)論應(yīng)進(jìn)一步試驗(yàn)論證。 濾料的粒徑主要取決于曝氣生物濾池的功能。Stensel等就濾料粒徑對(duì)具有碳化或碳化+硝化功能的曝氣生物濾池的影響進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)濾料粒徑越小曝氣生物濾池的效果越好，但小粒徑會(huì)使其工作周期變短，濾料也不易清洗，相應(yīng)的反沖洗水量也會(huì)增加，因此應(yīng)綜合考慮各種因素以選定合適的濾料粒徑。Kent等人也做了類似試驗(yàn)，結(jié)果表明濾料粒徑為24mm時(shí)，曝氣生物濾池的硝化功能比濾料粒徑為48mm和5.611.2mm時(shí)的要好得多。目前，曝氣生物

8、濾池普遍采用的濾料粒徑為36mm，濾層厚度為34m。 4.2 負(fù)荷 曝氣生物濾池一般采用兩種負(fù)荷：容積負(fù)荷kg/(m3?d)和水力負(fù)荷m3/(m2?h )，也稱濾速。早期的曝氣生物濾池均采用了較低的負(fù)荷值，但隨著對(duì)曝氣生物濾池研究的深入和認(rèn)識(shí)水平的提高，負(fù)荷值近幾年有逐漸加大的趨勢(shì)。表2是較為典型的負(fù)荷值。 對(duì)以碳化為目的的曝氣生物濾池，一些研究結(jié)果認(rèn)為在一定的范圍內(nèi)出水COD值與COD容積負(fù)荷呈線性關(guān)系12。在此基礎(chǔ)上，一些研究者給出了COD去除率與進(jìn)水BOD、COD的函數(shù)關(guān)系式。同時(shí)，很多學(xué)者就水力負(fù)荷對(duì)出水水質(zhì)的影響也做了探討，普遍認(rèn)為 水力負(fù)荷對(duì)BOD5的去除效率影響甚微，只要溫度、曝

9、氣量、反沖洗等因素在不受制約的條件下應(yīng)盡量加大水力負(fù)荷以獲得盡可能大的處理能力。如Pujol等的試驗(yàn)證實(shí)了濾速在6m/h、13m/h時(shí)BOD5的去除率基本不變。Canler的試驗(yàn)也證實(shí)增加濾速對(duì)出水水質(zhì)影響很小。Pujol等人認(rèn)為低濾速使傳質(zhì)不均勻，從而造成底部堵塞(上向流)，影響曝氣生物濾池功能，提高濾速有利于傳質(zhì)。對(duì)于用于硝化或反硝化的曝氣生物濾池也有類似的結(jié)論。如Pujol等認(rèn)為曝氣生物濾池的硝化功能與濾速無(wú)關(guān)，在COD負(fù)荷5kgCOD/(m3?d)、濾速為49m/h時(shí)硝化率穩(wěn)定在80%100%。對(duì)于反硝化曝氣生物濾池，在其他因素不受制約的條件下濾速越高越好，濾速為32m/h、負(fù)荷為5.

10、1kgNO3-N/(m3?d)時(shí)NO3-N平均去除率達(dá)到89%，NO-x-N的平均去除率達(dá)到86%。 4.3 反沖洗 目前，普遍采用的反沖洗方式是氣水聯(lián)合反沖洗，即先用氣沖，再用氣、水聯(lián)合沖洗，最后再用水漂洗。不同形式、不同濾料的曝氣生物濾池，其反沖洗強(qiáng)度、歷時(shí)、周期各不相同，用水量和用氣量也存在較大差異。表3是一些資料提供的曝氣生物濾池采用的反沖洗參數(shù)。 4.4 氣水比 氣水比的大小與進(jìn)水水質(zhì)、曝氣生物濾池功能和形式、濾料粒徑大小和濾層厚度等因素有關(guān)。曝氣生物濾池氣水比一般采用(13)1，但也有高達(dá)10:1者。一般來(lái)說(shuō)，用于硝化功能的曝氣生物濾池應(yīng)采用較高的氣水比，而僅用于碳化的曝氣生物濾池

11、的氣水比可適當(dāng)降低。Payraudeau等人指出：用于三級(jí)硝化的BIOSTYR的供氣量約為70m3/kgNH4+-N。Stensel等人給出了計(jì)算曝氣生物濾池供氣量的公式。 5 展望 作為一種嶄新的水處理工藝曝氣生物濾池正處在推廣之中。根據(jù)目前的研究和應(yīng)用情況，今后應(yīng)重點(diǎn)研究以下相關(guān)問(wèn)題： 生物膜的特點(diǎn)及其快速啟動(dòng)的方式； 生物氧化功能和過(guò)濾功能之間的相互關(guān)系； 反沖洗過(guò)程中生物膜的脫落規(guī)律； 進(jìn)一步拓寬曝氣生物濾池的應(yīng)用范圍，研究其在水深度處理、微污染源水預(yù)處理、難降解有機(jī)物處理中的應(yīng)用及與其他工藝組合的處理效果。 曝氣生物濾池高效混凝沉淀工藝用于中度污染水質(zhì)處理的研究與應(yīng)用1、概 述 隨著

12、社會(huì)的發(fā)展，水資源緊缺的問(wèn)題日益嚴(yán)重，水將成為制約社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)重要因素。目前我國(guó)缺水主要呈現(xiàn)水質(zhì)性缺水的特點(diǎn)，城市污水經(jīng)二級(jí)處理后出水直接排到水體，一方面增加了水體的自凈負(fù)荷，另一方面也是一種水資源的浪費(fèi)，所以保護(hù)資源除了從節(jié)約用水出發(fā)外，我們還要提高水處理技術(shù)水平，使得各種水質(zhì)都能夠得到充分的利用，來(lái)解決目前的水資源緊缺問(wèn)題。二級(jí)處理出水占不能直接利用的水資源的很大比例，如果得到進(jìn)一步處理，可以被應(yīng)用于各種工業(yè)生產(chǎn)，這將對(duì)保護(hù)水資源、解決部分地區(qū)水質(zhì)性缺水問(wèn)題會(huì)起到重要作用，為此本文介紹一種針對(duì)二級(jí)處理出水及相仿水質(zhì)原水的新型回用水處理工藝。2、工藝流程簡(jiǎn)介2.1 二級(jí)處理出水的一般水質(zhì)指

13、標(biāo)如下：指標(biāo)名稱COD（mg/L）BOD （mg/L）SS（mg/L）磷 （mg/L）NH3-N（mg/L）主要指標(biāo)1002020115以上各指標(biāo)為大多數(shù)污水廠的處理出水指標(biāo),不同水廠指標(biāo)略異。以上水質(zhì)一般可以用于灌溉等，但還不能滿足城市景觀水或工業(yè)用水的水質(zhì)要求。2.2 工藝流程簡(jiǎn)介：針對(duì)以上及類似水質(zhì)，我們提出了一種能夠回用于電廠循環(huán)冷卻用水或其它一些工業(yè)用水的處理工藝，設(shè)計(jì)流程如下圖：二級(jí)出水 調(diào)節(jié)水箱 BAF 高效混凝沉淀池 出水回用 混凝劑、液氯 根據(jù)循環(huán)冷卻用水的水質(zhì)要求，把設(shè)計(jì)的工藝分為生物處理和物化處理兩部分。生物處理部分為曝氣生物濾池（BAF）。曝氣生物濾池實(shí)質(zhì)是生物膜的一種

14、實(shí)現(xiàn)形式，是在曝氣池中填充生物陶粒，利用陶粒表面附著的生物膜降解水中污染物的處理單元。由于陶粒具有粒徑小，孔隙率大，堆積密度小，比表面積大等特點(diǎn)，陶粒表面容易附著生物膜。陶粒表面附著大量的生物膜，生物膜中生長(zhǎng)著眾多種屬和數(shù)量的微生物，有好氧菌、兼氧菌、厭氧菌，所以曝氣生物濾池對(duì)水中的各種有機(jī)物都有一個(gè)很好的去除作用，同時(shí)對(duì)氨氮也有很高的去除效率。物化處理法是通過(guò)向原水中投加混凝劑，經(jīng)過(guò)合理的反應(yīng)和沉淀來(lái)去除水中的懸浮物和膠體同時(shí)又可以去除水中的磷的一種物理化學(xué)處理方法。本次設(shè)計(jì)中采用高效混凝沉淀池作為物化處理單元，高效混凝反應(yīng)沉淀池是利用流體力學(xué)理論，通過(guò)折板和一些整流板來(lái)實(shí)現(xiàn)控制水的流態(tài)使得

15、水在反應(yīng)池中的剪切力從大到小，使脫穩(wěn)膠體形成致密的污泥礬花，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)絮凝合理控制，并保證絮凝反應(yīng)效果最佳且沉淀出水效果最好的一種反應(yīng)沉淀池。本單元特點(diǎn)：反應(yīng)時(shí)間短，沉淀池表面負(fù)荷高，沉淀池出水水質(zhì)好且出水穩(wěn)定，可以保證沉淀池出水濁度小于3NTU。曝氣生物濾池要求進(jìn)水中不能含有滅菌劑或影響生物活性的混凝劑，而出水中會(huì)有大量細(xì)菌、懸浮物。根據(jù)這一工藝特點(diǎn)在其后布置高效混凝沉淀池，水力流程合理，運(yùn)行靈活方便，而且不必考慮投加藥劑對(duì)微生物的影響。2.3 中試模型設(shè)計(jì)參數(shù)中試模型主要處理單元及流程如下：1、曝氣生物濾池：外型設(shè)計(jì)尺寸為8008007500mm，由鋼板焊制而成，曝氣生物濾池內(nèi)濾層厚度3.

16、5m（4.5m）。設(shè)計(jì)水量為2m3/h，曝氣生物濾池的有效停留時(shí)間為1.5小時(shí)。本次試驗(yàn)采用的曝氣生物濾池為上向流式，即下部進(jìn)水，上部出水，濾池設(shè)有進(jìn)水管、曝氣管、反沖洗進(jìn)水管、反沖洗氣管、生產(chǎn)出水管、反沖洗出水管，系統(tǒng)進(jìn)水、進(jìn)氣管路上均裝有流量計(jì)，以計(jì)量水量、氣量。 2、混凝沉淀池：池型為80015002200mm，設(shè)計(jì)水量為2m3/h。反應(yīng)池的反應(yīng)時(shí)間為12min，沉淀池上升流速為2.4mm/s。3、中試實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論試驗(yàn)的進(jìn)水為城市二級(jí)處理沉淀出水，開(kāi)始運(yùn)行二十天左右進(jìn)行掛膜馴化等實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備，不對(duì)水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，只是觀察生物膜的生物相，二十天后，生物相狀態(tài)基本穩(wěn)定，生物膜基本成型，可以進(jìn)行

17、實(shí)驗(yàn)檢測(cè)分析。系統(tǒng)啟動(dòng)快是此新工藝主要特點(diǎn)。BAF生物陶粒采用自然掛膜方式，當(dāng)陶粒表面生物膜中的生物相穩(wěn)定后，即可認(rèn)為掛膜成功，此過(guò)程僅需要1020天時(shí)間。肉眼觀察生物陶粒表面無(wú)明顯生物膜，但在顯微鏡下，可看到陶粒表面周圍有不連續(xù)的生物膜（菌膠團(tuán)為主體）存在。高效混凝沉淀池注水即可正常運(yùn)行，因此BAF掛膜成功可認(rèn)為整體系統(tǒng)啟動(dòng)完成。以下是處理水量穩(wěn)定在2m3/h時(shí)的進(jìn)、出水檢測(cè)數(shù)據(jù)：3.1 本系統(tǒng)對(duì)有機(jī)物的去除 從上圖可以看出：本次試驗(yàn)的進(jìn)水COD為60140mg/L，出水COD維持在3050 mg/L之間，COD的平均去除率在50左右。 其余未被降解的部分多數(shù)成分為難生物降解有機(jī)物，這種水質(zhì)

18、一般可以應(yīng)用于電廠的循環(huán)冷卻或一般工業(yè)生產(chǎn)中，如印染行業(yè)等。 本工藝對(duì)比其它處理工藝對(duì)COD的去除效率高，且運(yùn)行穩(wěn)定。進(jìn)水為二級(jí)出水，因此原水可生化性較差，進(jìn)水COD為60140mg/L，出水COD維持在3050 mg/L之間。從試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，BAF對(duì)原水COD的去除率僅為3040%，物化法高效混凝沉淀池對(duì)COD的去除率可達(dá)到30，整套系統(tǒng)COD的平均去除率在50左右。實(shí)驗(yàn)的COD的容積運(yùn)行負(fù)荷為： 2.14COD/m3d。對(duì)于有機(jī)物濃度比較低的進(jìn)水水質(zhì)，COD的容積負(fù)荷不宜太高。3.2 本系統(tǒng)對(duì)氨氮的去除 如上圖所示，進(jìn)水中的氨氮在50mg/L左右，在此負(fù)荷下，出水的氨氮可以控制在3mg/L

19、以下，經(jīng)過(guò)投加氯氣，氨氮在投加氯氣的氧化作用下，出水氨氮值小于1mg/L，達(dá)到一般循環(huán)冷卻水的指標(biāo)要求，氨氮的去除率在95以上。對(duì)于一般的城市二級(jí)出水，氨氮值較低，一般小于15 mg/L，經(jīng)本工藝處理后很容易滿足循環(huán)冷卻用水標(biāo)準(zhǔn)。本次實(shí)驗(yàn)氨氮的運(yùn)行容積負(fù)荷為1.07氨氮/m3d。 3.3 本系統(tǒng)對(duì)濁度的去除 新工藝出水濁度低且穩(wěn)定。原水為二級(jí)出水濁度較低，在818NTU之間，BAF通過(guò)濾料的截留作用，是出水的濁度穩(wěn)定在10NTU左右，高效混凝沉淀通過(guò)脫穩(wěn)的膠體形成污泥礬花在沉淀池中沉淀去除原水濁度，沉淀池出水濁度小于3NTU，整套系統(tǒng)對(duì)濁度的去除率在80以上。4、 工程實(shí)例我國(guó)江浙的大部分城市內(nèi)河水污染嚴(yán)重，一般水質(zhì)指標(biāo)與城市二級(jí)排放的水質(zhì)相仿（主要是由于內(nèi)河水流速度慢，很多加工企業(yè)超標(biāo)準(zhǔn)排放造成）。工程實(shí)例是采用本技術(shù)處理江蘇某地區(qū)的污染河水，處理后用于電廠循環(huán)冷卻水系統(tǒng)。本工程處理規(guī)模為600m3/h，原水污染嚴(yán)重，一般水質(zhì)為河水