曝氣生物濾池的研究進(jìn)展

1、曝氣生物濾池的研究進(jìn)展摘要：闡述了曝氣生物濾池的工藝原理和特點(diǎn)，對(duì)曝氣生物濾池的結(jié)構(gòu)形式、功能、啟動(dòng)和濾料等方面的最新研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了綜述，同時(shí)提出了曝氣生物濾池今后的研究方向。 關(guān)鍵詞：曝氣生物濾池 負(fù)荷 濾料 污水處理 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

2、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。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)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

3、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)

4、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)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

5、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

6、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

7、，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，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

8、粒徑為48mm和5.611.2mm時(shí)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(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

9、，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

10、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5.1kgNO3-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