曝氣生物濾池的研究進展(1)

1、.曝氣生物濾池的研究進展曝氣生物濾池(biological aerated filter)與普通活性污泥法相比，具有有機負荷高、占地面積小(是普通活性污泥法的1/3 )、投資少(節(jié)約30%)、不會產生污泥膨脹、氧傳輸效率高、出水水質好等優(yōu)點13，但它對進水SS要求較嚴(一般要求SS100 mg/L，最好SS60mg/L)，因此對進水需要進行預處理。同時，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年在法國投產，隨后在歐洲各國得到廣泛應用。美國和加拿大等美洲國家在20世紀80年代末引進此工藝，日本、韓國和中國臺灣也先后引進了此項技術。目前世界上較大的環(huán)保公司如法國得利滿公司

2、、德國菲力普穆勒公司、法國OTV公司均把它作為拳頭產品在全世界推廣。在中國內地，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第一個采用曝氣生物濾池工藝的城市污水處理廠，目前正處于試運行階段。另外，我國一部分工業(yè)廢水的處理也采用了此項技術。清華大學、太原理工大學等科研單位對曝氣生物濾池也進行了試驗研究。隨著曝氣生物濾池在世界范圍內不斷推廣和普及，很多學者在其結構形式、功能、啟動和濾料等方面進行了詳細的研究，取得了很多成果。 1 結構形式 曝氣生物濾池的結構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。根據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

3、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 、運行周期短，因此現在多采用上向流方式(即采用氣水同向流)，使布水、布氣更加均勻。同時，在水氣上升過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應用最為廣泛，圖1是BIOFOR的結構示意圖。 為了適應不同的水質和拓寬應用范圍，很多科研、工程技術人員對曝氣生物濾池結構進行了研究改造。鄒偉國等開發(fā)了一種名為BIOSMEDI的曝氣生物濾池，它采用了脈

4、沖反沖洗、氣水同向流的形式，可用于微污染源水預處理或污水深度處理7。孫力平等為了解決BIOFORR的濾頭堵塞問題把濾頭改成穿孔管并降低了空氣擴散管的位置，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行一般城市污水或工業(yè)廢水的二級或三級處理。表1是采用曝氣生物濾池處理污水的典型流程。 由于各功能的實現對濾料粒徑大小和濾層厚度、負荷、曝氣等參數的要求不盡相同，一般認為不宜把各種功能放在同一個曝氣生物濾池中完成。但最近有研究者對在一個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+化學除磷和反

5、硝化+生物除磷等組合功能進行了嘗試和探討，均取得了一定的研究成果。 3 啟動 曝氣生物濾池的啟動與一般生物膜法的啟動方式相同。國外一般采用三種方式：間歇培養(yǎng)并逐步增加流速；在設計流速下或逐漸增加流速進行連續(xù)培養(yǎng)9；用活性污泥接種，穩(wěn)態(tài)運行10。三種啟動方式中生物膜的生長速率、分布和對污染物的去除率等變化規(guī)律各不相同，但達到穩(wěn)態(tài)所需的時間卻大致相同。Allan等根據自己的試驗結果建議采用設計流速進行連續(xù)培 養(yǎng)以期得到更加穩(wěn)定的生物量11。國內很多生物膜裝置采用了快速排泥法，這種方法一般是采用活性污泥接種，通氣悶曝一段時間后排出上清液，再加入待處理污水繼續(xù)悶曝一段時間，然后連續(xù)進水、進氣直至穩(wěn)態(tài)運

6、行為止。根據一些資料的報道，這種方法具有掛膜迅速的特點。 4 幾個關鍵問題 4.1 濾料 濾料是曝氣生物濾池的關鍵部分，對曝氣生物濾池的功效有直接的影響，同時也影響到曝氣生物濾池的結構形式和成本。目前，濾料多為專利產品或處于保密狀態(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等對濾料進行了詳細的研究，他參照BEWA的標準對曝氣生物濾池常用的7種濾料進行了對比研究，認為Arlita和膨脹頁巖最適合用作曝氣生物濾池的濾料。但是，由于BEWA標準是處理飲用水所用快濾池的濾料標準，并且Kent只是對濾料的物理化學性能進行了對比，并沒有對其做污水處理試驗，因此對Ke

7、nt等人的結論應進一步試驗論證。 濾料的粒徑主要取決于曝氣生物濾池的功能。Stensel等就濾料粒徑對具有碳化或碳化+硝化功能的曝氣生物濾池的影響進行了試驗，結果發(fā)現濾料粒徑越小曝氣生物濾池的效果越好，但小粒徑會使其工作周期變短，濾料也不易清洗，相應的反沖洗水量也會增加，因此應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，結果表明濾料粒徑為24mm時，曝氣生物濾池的硝化功能比濾料粒徑為48mm和5.611.2mm時的要好得多。目前，曝氣生物濾池普遍采用的濾料粒徑為36mm，濾層厚度為34m。 4.2 負荷 曝氣生物濾池一般采用兩種負荷：容積負荷kg/(m3?d)和水力負荷m

8、3/(m2?h )，也稱濾速。早期的曝氣生物濾池均采用了較低的負荷值，但隨著對曝氣生物濾池研究的深入和認識水平的提高，負荷值近幾年有逐漸加大的趨勢。表2是較為典型的負荷值。 對以碳化為目的的曝氣生物濾池，一些研究結果認為在一定的范圍內出水COD值與COD容積負荷呈線性關系12。在此基礎上，一些研究者給出了COD去除率與進水BOD、COD的函數關系式。同時，很多學者就水力負荷對出水水質的影響也做了探討，普遍認為 水力負荷對BOD5的去除效率影響甚微，只要溫度、曝氣量、反沖洗等因素在不受制約的條件下應盡量加大水力負荷以獲得盡可能大的處理能力。如Pujol等的試驗證實了濾速在6m/h、13m/h時B

9、OD5的去除率基本不變。Canler的試驗也證實增加濾速對出水水質影響很小。Pujol等人認為低濾速使傳質不均勻，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。對于用于硝化或反硝化的曝氣生物濾池也有類似的結論。如Pujol等認為曝氣生物濾池的硝化功能與濾速無關，在COD負荷5kgCOD/(m3?d)、濾速為49m/h時硝化率穩(wěn)定在80%100%。對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、負荷為5.1kgNO3-N/(m3?d)時NO3-N平均去除率達到89%，NO-x-N的平均去除率達到86%。 4.3 反沖洗 目前，普遍采用的反

10、沖洗方式是氣水聯合反沖洗，即先用氣沖，再用氣、水聯合沖洗，最后再用水漂洗。不同形式、不同濾料的曝氣生物濾池，其反沖洗強度、歷時、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。 4.4 氣水比 氣水比的大小與進水水質、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。曝氣生物濾池氣水比一般采用(13)1，但也有高達10:1者。一般來說，用于硝化功能的曝氣生物濾池應采用較高的氣水比，而僅用于碳化的曝氣生物濾池的氣水比可適當降低。Payraudeau等人指出：用于三級硝化的BIOSTYR的供氣量約為70m3/kgNH4+-N。Stensel等人

11、給出了計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。根據目前的研究和應用情況，今后應重點研究以下相關問題： 生物膜的特點及其快速啟動的方式； 生物氧化功能和過濾功能之間的相互關系； 反沖洗過程中生物膜的脫落規(guī)律； 進一步拓寬曝氣生物濾池的應用范圍，研究其在水深度處理、微污染源水預處理、難降解有機物處理中的應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處理的研究與應用1、概 述 隨著社會的發(fā)展，水資源緊缺的問題日益嚴重，水將成為制約社會發(fā)展的一項重要因素。目前我國缺水主要呈現水質性缺水的特點，城市污水經二級處理后出水

12、直接排到水體，一方面增加了水體的自凈負荷，另一方面也是一種水資源的浪費，所以保護資源除了從節(jié)約用水出發(fā)外，我們還要提高水處理技術水平，使得各種水質都能夠得到充分的利用，來解決目前的水資源緊缺問題。二級處理出水占不能直接利用的水資源的很大比例，如果得到進一步處理，可以被應用于各種工業(yè)生產，這將對保護水資源、解決部分地區(qū)水質性缺水問題會起到重要作用，為此本文介紹一種針對二級處理出水及相仿水質原水的新型回用水處理工藝。2、工藝流程簡介2.1 二級處理出水的一般水質指標如下：指標名稱COD（mg/L）BOD （mg/L）SS（mg/L）磷 （mg/L）NH3-N（mg/L）主要指標1002020115

13、以上各指標為大多數污水廠的處理出水指標,不同水廠指標略異。以上水質一般可以用于灌溉等，但還不能滿足城市景觀水或工業(yè)用水的水質要求。2.2 工藝流程簡介：針對以上及類似水質，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，設計流程如下圖：二級出水 調節(jié)水箱 BAF 高效混凝沉淀池 出水回用 混凝劑、液氯 根據循環(huán)冷卻用水的水質要求，把設計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）。曝氣生物濾池實質是生物膜的一種實現形式，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

14、大等特點，陶粒表面容易附著生物膜。陶粒表面附著大量的生物膜，生物膜中生長著眾多種屬和數量的微生物，有好氧菌、兼氧菌、厭氧菌，所以曝氣生物濾池對水中的各種有機物都有一個很好的去除作用，同時對氨氮也有很高的去除效率。物化處理法是通過向原水中投加混凝劑，經過合理的反應和沉淀來去除水中的懸浮物和膠體同時又可以去除水中的磷的一種物理化學處理方法。本次設計中采用高效混凝沉淀池作為物化處理單元，高效混凝反應沉淀池是利用流體力學理論，通過折板和一些整流板來實現控制水的流態(tài)使得水在反應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，從而實現對絮凝合理控制，并保證絮凝反應效果最佳且沉淀出水效果最好的一種反應沉

15、淀池。本單元特點：反應時間短，沉淀池表面負荷高，沉淀池出水水質好且出水穩(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，而出水中會有大量細菌、懸浮物。根據這一工藝特點在其后布置高效混凝沉淀池，水力流程合理，運行靈活方便，而且不必考慮投加藥劑對微生物的影響。2.3 中試模型設計參數中試模型主要處理單元及流程如下：1、曝氣生物濾池：外型設計尺寸為8008007500mm，由鋼板焊制而成，曝氣生物濾池內濾層厚度3.5m（4.5m）。設計水量為2m3/h，曝氣生物濾池的有效停留時間為1.5小時。本次試驗采用的曝氣生物濾池為上向流式，即下部進水，上部出

16、水，濾池設有進水管、曝氣管、反沖洗進水管、反沖洗氣管、生產出水管、反沖洗出水管，系統進水、進氣管路上均裝有流量計，以計量水量、氣量。 2、混凝沉淀池：池型為80015002200mm，設計水量為2m3/h。反應池的反應時間為12min，沉淀池上升流速為2.4mm/s。3、中試實驗結果與討論試驗的進水為城市二級處理沉淀出水，開始運行二十天左右進行掛膜馴化等實驗前準備，不對水質進行檢測，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，可以進行實驗檢測分析。系統啟動快是此新工藝主要特點。BAF生物陶粒采用自然掛膜方式，當陶粒表面生物膜中的生物相穩(wěn)定后，即可認為掛膜成功，此過程僅

17、需要1020天時間。肉眼觀察生物陶粒表面無明顯生物膜，但在顯微鏡下，可看到陶粒表面周圍有不連續(xù)的生物膜（菌膠團為主體）存在。高效混凝沉淀池注水即可正常運行，因此BAF掛膜成功可認為整體系統啟動完成。以下是處理水量穩(wěn)定在2m3/h時的進、出水檢測數據：3.1 本系統對有機物的去除 從上圖可以看出：本次試驗的進水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成分為難生物降解有機物，這種水質一般可以應用于電廠的循環(huán)冷卻或一般工業(yè)生產中，如印染行業(yè)等。 本工藝對比其它處理工藝對COD的去除效率高，且運行穩(wěn)定。進水為二級出水，因

18、此原水可生化性較差，進水COD為60140mg/L，出水COD維持在3050 mg/L之間。從試驗數據分析，BAF對原水COD的去除率僅為3040%，物化法高效混凝沉淀池對COD的去除率可達到30，整套系統COD的平均去除率在50左右。實驗的COD的容積運行負荷為： 2.14COD/m3d。對于有機物濃度比較低的進水水質，COD的容積負荷不宜太高。3.2 本系統對氨氮的去除 如上圖所示，進水中的氨氮在50mg/L左右，在此負荷下，出水的氨氮可以控制在3mg/L以下，經過投加氯氣，氨氮在投加氯氣的氧化作用下，出水氨氮值小于1mg/L，達到一般循環(huán)冷卻水的指標要求，氨氮的去除率在95以上。對于一般

19、的城市二級出水，氨氮值較低，一般小于15 mg/L，經本工藝處理后很容易滿足循環(huán)冷卻用水標準。本次實驗氨氮的運行容積負荷為1.07氨氮/m3d。 3.3 本系統對濁度的去除 新工藝出水濁度低且穩(wěn)定。原水為二級出水濁度較低，在818NTU之間，BAF通過濾料的截留作用，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，整套系統對濁度的去除率在80以上。4、 工程實例我國江浙的大部分城市內河水污染嚴重，一般水質指標與城市二級排放的水質相仿（主要是由于內河水流速度慢，很多加工企業(yè)超標準排放造成）。工程實例是采用本技術處理江蘇某地區(qū)的污染河水，處理后用于電廠循環(huán)冷卻水系統。本工程處理規(guī)模為600m3/h，原水污染嚴重，一般水質為河水溫度140