環(huán)境科學(xué)與工程前沿課程論文

1、手氣生物濾池的研究現(xiàn)狀摘要：曝氣生物濾池是近年來國內(nèi)外發(fā)展較快的一種廢水好氧生物處理新工藝， 該工藝具有處理能力強(qiáng)、處理效果好、不需二沉池等優(yōu)點(diǎn).綜述了曝氣生物濾池 的工藝原理、特點(diǎn)及其在污水處理中應(yīng)用的影響因素及發(fā)展。關(guān)鍵詞：曝氣生物濾池；現(xiàn)狀；發(fā)展我國是水資源緊缺國家，水的處理達(dá)標(biāo)排放及回用技術(shù)正受到廣泛關(guān)注和快 速發(fā)展，曝氣生物濾池(Biological Aerated Filter，BAF)以其獨(dú)有的特點(diǎn)得到廣泛 的應(yīng)用。BAF具有占地面積小，投資少，氧傳輸效率高，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)， 出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)US，而且還可用于微污染水源水預(yù)處理等。在城市污水、 工業(yè)廢水的有機(jī)物及SS去除，氨的

2、硝化去除，反硝化脫氮，脫磷以及微污染源 水的預(yù)處理中，都有很好的應(yīng)用前景。曝氣生物濾池工藝特點(diǎn)及機(jī)理曝氣生物濾池(Biological Aerated Filter )簡(jiǎn)稱BAF，是20世紀(jì)8090年代在 普通生物濾池的基礎(chǔ)上，借鑒給水濾池工藝原理而開發(fā)的污水處理新工藝.曝氣 生物濾池是普通生物濾池的一種變形形式，也可看成是生物接觸氧化法的一種 特殊形式，即在生物反應(yīng)器內(nèi)裝填高比表面積的顆粒填料，以提供微生物生長(zhǎng)的 載體，并根據(jù)進(jìn)出水流向不同分為下向流或上向流，污水由上而下或由下而上流 過濾料層，濾料層下部鼓風(fēng)曝氣提供生化反應(yīng)所需的氧氣，在填料表面附著生長(zhǎng) 的微生物的作用下，污水中的有機(jī)污染物

3、得到凈化，同時(shí)填料起到物理過濾作用 4, 5。傳統(tǒng)活性污泥法及其變形工藝諸如氧化溝工藝、AB法工藝、SBR法等工藝， 雖然處理效果比較好，但普遍存在著占地面積大，基建投資高，處理負(fù)荷低，運(yùn) 行啟動(dòng)慢，容易發(fā)生污泥膨脹，不能承受沖擊負(fù)荷等不足之處，同時(shí)工藝設(shè)備處 理效能低，能耗高，不能滿足高效低耗的要求而曝氣生物濾池已經(jīng)從單一工藝 逐漸發(fā)展成為系列綜合工藝，具有去除SS、COD、BOD、AOX(有害物質(zhì))和脫 氮除磷等作用6, 1，其最大優(yōu)點(diǎn)是集生物凈化和物理過濾于一體，不需設(shè)置二沉 池，在保證處理效果的前提下使處理工藝流程得到簡(jiǎn)化.此外，曝氣生物濾池工 藝具有容積負(fù)荷高，水力負(fù)荷大，水力停留時(shí)

4、間短，所需基建投資少，能耗及運(yùn) 行成本低，出水水質(zhì)好等特點(diǎn)7, 8。曝氣生物濾池與其他生物處理工藝相比較具有如下優(yōu)點(diǎn)：較小的池容積和占地面積，曝氣生物濾池的BOD5容積負(fù)荷可達(dá)到 56kgBOD5/ (m3.d)，是常規(guī)活性污泥法或接觸氧化法的612倍。高質(zhì)量的出水水質(zhì).在BOD 5容積負(fù)荷為6kg BOD5/(m3.d)時(shí)，其出水SS和 BOD5可保持在10mg/L以下，CODcr可保持在60mg/L以下9, 10。處理工藝流程短.由于曝氣生物濾池的物理截留作用，故不需設(shè)置二沉池和污 泥回流泵房，處理流程簡(jiǎn)化，使占地面積進(jìn)一步減小?；ㄙM(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用省.由于該技術(shù)流程短、池容積和占地面積小，

5、使基建費(fèi) 用大大降低，同時(shí)，粒狀填料使得充氧效率提高，供氧動(dòng)力消耗下降，單位污水 處理電耗低，運(yùn)行費(fèi)用較常規(guī)方法處理低1/5左右。易于操作管理.曝氣生物濾池抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，耐低溫，無污泥膨脹之虞， 可以避免微生物流失，保持較高的微生物量，因此，日常運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，處理效 果穩(wěn)定。處理設(shè)施可間歇啟動(dòng)運(yùn)行.由于大量的微生物附著生長(zhǎng)在粗糙多孔的粒狀填料 內(nèi)部和表面，可以保持一定的微生物活性，因此，有利于系統(tǒng)的恢復(fù)啟動(dòng)。易掛膜，啟動(dòng)快曝氣生物濾池在水溫1015C時(shí)，23周即可完成掛膜過程。曝氣生物濾池采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模的改、擴(kuò)建?？山ǔ煞忾]式廠房，減少臭氣、噪聲和對(duì)周圍環(huán)境的影響。曝氣生

6、物濾池在實(shí)際應(yīng)用中也存在其固有的缺點(diǎn)：曝氣生物濾池的進(jìn)水SS不能過高.如果進(jìn)水SS較高，會(huì)使濾池在短時(shí)間內(nèi)達(dá) 到設(shè)計(jì)的水頭損失，發(fā)生堵塞，這樣就必然導(dǎo)致頻繁的反沖洗，增加了運(yùn)行費(fèi)用 與管理的不便。采用曝氣生物濾池，其過濾水頭損失大，故污水提升所需泵機(jī)的揚(yáng)程高。采用曝氣生物濾池工藝，在反沖洗操作過程中短時(shí)間內(nèi)水力負(fù)荷較大，反沖 洗出水直接回流到初沉池，初沉池會(huì)受到較大水力沖擊負(fù)荷的影響.因此，從保 證穩(wěn)定運(yùn)行角度來看，有必要設(shè)置一污泥緩沖池。運(yùn)行影響因素2. 1 濾料濾料是曝氣生物濾池的核心，直接影響著曝氣生物濾池的運(yùn)行效能。濾料應(yīng) 有較好的生物膜附著力，同時(shí)具有較大的比表面積，孔隙率大，截污能

7、力強(qiáng)；為 了提高濾料的水力學(xué)特性，一般要求生物濾料具有較規(guī)則的形狀，以球形為佳， 不規(guī)則濾料的水流阻力大，易堵塞，布?xì)獠妓灰拙鶆?，裝填高度也受到限制。 濾料密度過大，會(huì)造成反沖洗時(shí)濾料懸浮困難或使反沖洗時(shí)能耗增加，從而使裝 填高度較低，運(yùn)行周期短；密度過小，又不易于濾料在反應(yīng)器中的運(yùn)行工況，且 容易引起跑料。對(duì)于陶粒濾料in，其視密度通常在117g/ cm3左右，以陶粒作為 濾料的曝氣生物濾池的適宜濾料層高度為210215m。田文華等12以沸石濾料為 例，研究了濾料粒徑對(duì)曝氣生物濾池硝化性能的影響。研究表明，濾料粒徑為23 mm的比45 mm的對(duì)氨氮的去除率高。20C時(shí)前者的硝化速率常數(shù)比后

8、者高 6311%，同一條件下的硝化強(qiáng)度也高3917%。2. 2氣水比李善評(píng)等13認(rèn)為：當(dāng)停留時(shí)間一定時(shí)，隨著氣水比減小，曝氣生物濾池對(duì) CODCr和氨氮的去除率也減小；當(dāng)氣水比一定時(shí)，隨著停留時(shí)間的縮短，反應(yīng)器 對(duì)CODCr的去除率越低，而氨氮的去除率卻越高。2. 3布水與布?xì)馄貧馍餅V池的布水系統(tǒng)主要采用濾板和配水濾頭的配水方式，此外國內(nèi)也 有小型的曝氣生物濾池采用柵型承托板和穿孔布水管（管式大阻力配水方式）的 配水形式。要使曝氣生物濾池發(fā)揮其最佳的處理能力，必須使進(jìn)入濾池的污水能 夠均勻流過濾料層，盡量使濾料層的每一部分都能最大限度地參與生物反應(yīng)。如 果布水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理或安裝達(dá)不到要求，

9、使反沖洗時(shí)配水不均勻，將使BAF 處理能力下降；同時(shí)使水溶液主體的溶解氧和生物易降解的有機(jī)物與生物膜上微 生物之間的傳質(zhì)效率下降，影響生物濾池對(duì)有機(jī)物的去除效率。曝氣生物濾池一 般采用鼓風(fēng)曝氣形式，最簡(jiǎn)單的曝氣裝置可采用穿孔管?，F(xiàn)在國內(nèi)外曝氣生物濾 池常用生物濾池專用曝氣器作為濾池的空氣擴(kuò)散裝置。曝氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須根據(jù) 工藝計(jì)算所需供氣量來進(jìn)行。保持曝氣生物濾池中足夠的溶解氧是維持BAF內(nèi) 生物膜高活性、對(duì)有機(jī)物和氨氮的高去除率的必備條件。2.4水力負(fù)荷Pujol等研究了水力負(fù)荷對(duì)曝氣生物濾池硝化或反硝化的影響。結(jié)果表明， 水力負(fù)荷的提高有利于增強(qiáng)曝氣生物濾池的傳質(zhì)能力，只要在曝氣量、溫度、反

10、 沖洗等因素不受限制的條件下，盡可能大的水力負(fù)荷對(duì)曝氣生物濾池的硝化或反 硝化是一個(gè)積極的因素。2.5有機(jī)負(fù)荷江萍等14的研究表明，BAF具有較高的有機(jī)負(fù)荷和耐沖擊負(fù)荷能力，當(dāng)進(jìn) 水COD質(zhì)量濃度小于500mg/L，NH3-N質(zhì)量濃度為1020mg/ L，水力負(fù)荷 016212m3/(m2.h)，氣水比為 5： 110： 1 時(shí)，BOD 容積負(fù)荷達(dá) 610 kg/(m3d)， NH3-N 容積負(fù)荷 014110 kg/(m3.d)。2.6 溫度溫度是影響微生物正常代謝的重要因素之一，任何一種微生物都有一個(gè)最佳 的生長(zhǎng)溫度，在其適宜的生長(zhǎng)溫度范圍內(nèi)，大多數(shù)微生物的活性是隨著溫度升高 而增強(qiáng)的，隨

11、著溫度的下降而減弱。對(duì)于曝氣生物濾池，低溫對(duì)其活性影響較大。 王春榮等15以火山巖為載體的上向流曝氣生物濾池，研究了限制供氧條件下， 無有機(jī)碳源時(shí)反應(yīng)器的硝化反硝化特性，結(jié)果表明，在1030C范圍內(nèi)，20C為 臨界點(diǎn)，低于20C時(shí)，硝化速率緩慢；高于20C后，硝化速率加快.溫度從20C 升高到30C，硝化速率增長(zhǎng)僅為10%，這一特性與懸浮生長(zhǎng)反應(yīng)器內(nèi)溫度對(duì)硝 化速率的影響完全不同。劉建廣等16在研究溫度對(duì)生物炭濾池處理高氨氮原水 硝化的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，在較低溫度下水溫對(duì)BAF的生物活性影響較大。在8 m/h的 濾速下，水溫在2C時(shí)，生物活性炭濾池對(duì)氨氮的去除能力相當(dāng)于6C以上時(shí)去 除能力的50%左

12、右；在較高水溫時(shí)，水溫變化對(duì)生物活性炭濾池的氨氮去除能 力影響不大。2.7反沖洗曝氣生物濾池運(yùn)行一段時(shí)間后，由于生物膜的生長(zhǎng)、懸浮物的截留使得水頭 損失增加。但水頭損失到一定程度后，就會(huì)發(fā)生穿透使出水水質(zhì)降低，因此要進(jìn) 行反沖洗。而反沖洗方式、反沖洗周期和反沖洗時(shí)間對(duì)曝氣生物濾池的運(yùn)行至關(guān) 重要。在反沖洗方式的選擇上有單水反沖和氣水聯(lián)合反沖兩種。目前應(yīng)用最多而 效果又好是先單氣沖、后氣水同時(shí)沖、最后單水沖。氣水反沖洗過程中綜合了空 氣剪切、摩擦和水流剪切、摩擦以及濾料顆粒間碰撞摩擦的多重作用17。因此 氣水聯(lián)合沖洗不僅節(jié)省用水量，而且效果比單水沖還要好。傳統(tǒng)的過濾周期一般 以水頭損失、出水水質(zhì)

13、或兩者結(jié)合來判斷，而張寶杰等18在研究最佳反沖洗周 期提出新的做法，以瞬時(shí)產(chǎn)水率和周期產(chǎn)水率作為最佳反沖洗周期。曝氣生物濾 池反沖后的恢復(fù)速度決定于濾料上活性生物膜層的存在與否，因此反沖時(shí)間的確 定應(yīng)以避免基層有機(jī)生物膜層的脫落為準(zhǔn)19。根據(jù)現(xiàn)有的曝氣生物濾池運(yùn)行的 經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，氣水反沖洗的氣沖強(qiáng)度建議在6090 m/h的范圍內(nèi)，水沖洗強(qiáng)度 適中即可，而反沖洗時(shí)間建議在1540min內(nèi)。研究與應(yīng)用前景曝氣生物濾池發(fā)展到現(xiàn)在已取得很大的成果，許多學(xué)者對(duì)其也比較關(guān)注，但 其除磷效果、反應(yīng)機(jī)理、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、影響因素等方面還有待進(jìn)一步的研究。同 時(shí)隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)出現(xiàn)更加先進(jìn)的膜分析技術(shù)

14、，為曝氣生物濾池 提供更好的分析技術(shù)和檢測(cè)方法。曝氣生物濾池具有占地面積小、出水水質(zhì)高、 投資省、運(yùn)行靈活方便、易于管理、抗沖擊能力強(qiáng)、對(duì)環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，將污 水生物處理與深層過濾集于一身，充分體現(xiàn)了現(xiàn)代水處理工藝的特點(diǎn)。曝氣生物 濾池可應(yīng)用于受污染水源水預(yù)處理、污水的二級(jí)、深度處理和與其他工藝聯(lián)合處 理等。通過研發(fā)高效性能的新型填料、加強(qiáng)預(yù)處理、高級(jí)氧化、工藝組合等，可 以強(qiáng)化曝氣生物濾池的性能以及對(duì)某些難降解污染物的去除能力，從而使曝氣生 物濾池在水處理上發(fā)揮更大的作用。參考文獻(xiàn)PUJOL R, LEMMEL H, GOUSAILLES M. A Keypoint of nitrific

15、ation in an upflow biofiltration reactor J . Wat Sci Tech ,1998 ,38(3) :4349.WIJ EYEKOON S ,MINO T, SATOH H. Fixed bed biological aerated filtration for secondary effluent polishing 2effect of filtration rate on nitrifying biological activity distribution J .Wat Sci Tech ,2000 ,41(1) :187O 195.桑軍強(qiáng)，王

16、占生.BAF在微污染源水生物預(yù)處理中的應(yīng)用J.中國給水排 水,2003,19 :2123鄭俊，吳浩汀,程寒飛.曝氣生物濾池污水處理新技術(shù)及工程實(shí)例.北京:化學(xué)工業(yè) 出版社,2002.2627李汝琪，錢易，孔波等.曝氣生物濾池去除污染物的機(jī)理研究.環(huán)境科學(xué),1999,20:4952Frank Rogalla and Marie-Marguerite Bourbigot. New developments in complete nitrogen removal with biological aerated filters.WatSciTech,1990,22(12) :273280齊兵強(qiáng)，王占

17、生.曝氣生物濾池在污水處理中的應(yīng)用.給水排水,2000,26 (10) :428李汝琪，孔波，錢易.曝氣生物濾池處理生活污水試驗(yàn).環(huán)境科學(xué),1999, (5) :7071A.T.Mann,T. Stephenson. Modeling biological aerated filters for waste water treatment. WatRes,2000,51(10):24432448邱立平,杜茂安，馮琦.二段曝氣生物濾池處理生活污水的試驗(yàn)研究.環(huán)境工 程,2001,19 :2224鄭俊,吳浩汀.曝氣生物濾池工藝的理論與工程應(yīng)用M.北京:化學(xué)工業(yè)出版 社,2005 :6373.田文華，文湘華,崔燕平，等.濾料粒徑對(duì)曝氣生物濾池硝化性能的影響J.中國 給水排水,2003 ,19(5):4850.李善評(píng)，張鑒達(dá),負(fù)軍鋒，等.曝氣生物濾池處理啤酒廢水J.山東大學(xué)學(xué)報(bào):工學(xué) 版,2004 ,34(3):105108.15 江萍.曝氣生物濾池處理城市污水的研究J.水處理技術(shù),2003 ,29(3) :172174