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、處理效果好、不需二沉池等優(yōu)點.綜述了曝氣生物濾池 的工藝原理、特點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)以其獨有的特點得到廣泛 的應(yīng)用。BAF具有占地面積小，投資少，氧傳輸效率高，抗沖擊負荷能力強， 出水水質(zhì)好等優(yōu)點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及機理曝氣生物濾池(Biological Aerated Filter )簡稱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，以提供微生物生長的 載體，并根據(jù)進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 的微生物的作用下，污水中的有機污染物

3、得到凈化，同時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，處理負荷低，運 行啟動慢，容易發(fā)生污泥膨脹，不能承受沖擊負荷等不足之處，同時工藝設(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化.此外，曝氣生物濾池工 藝具有容積負荷高，水力負荷大，水力停留時

4、間短，所需基建投資少，能耗及運 行成本低，出水水質(zhì)好等特點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：較小的池容積和占地面積，曝氣生物濾池的BOD5容積負荷可達到 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容積負荷為6kg BOD5/(m3.d)時，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，處理流程簡化，使占地面積進一步減小。基建費用、運行費用省.由于該技術(shù)流程短、池容積和占地面積小，

5、使基建費 用大大降低，同時，粒狀填料使得充氧效率提高，供氧動力消耗下降，單位污水 處理電耗低，運行費用較常規(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荷能力強，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，日常運行管理簡單，處理效 果穩(wěn)定。處理設(shè)施可間歇啟動運行.由于大量的微生物附著生長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。易掛膜，啟動快曝氣生物濾池在水溫1015C時，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)，便于擴大生產(chǎn)規(guī)模的改、擴建。可建成封閉式廠房，減少臭氣、噪聲和對周圍環(huán)境的影響。曝氣生

6、物濾池在實際應(yīng)用中也存在其固有的缺點：曝氣生物濾池的進水SS不能過高.如果進水SS較高，會使濾池在短時間內(nèi)達 到設(shè)計的水頭損失，發(fā)生堵塞，這樣就必然導(dǎo)致頻繁的反沖洗，增加了運行費用 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的揚程高。采用曝氣生物濾池工藝，在反沖洗操作過程中短時間內(nèi)水力負荷較大，反沖 洗出水直接回流到初沉池，初沉池會受到較大水力沖擊負荷的影響.因此，從保 證穩(wěn)定運行角度來看，有必要設(shè)置一污泥緩沖池。運行影響因素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行效能。濾料應(yīng) 有較好的生物膜附著力，同時具有較大的比表面積，孔隙率大，截污能

7、力強；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，布氣布水不易均勻，裝填高度也受到限制。 濾料密度過大，會造成反沖洗時濾料懸浮困難或使反沖洗時能耗增加，從而使裝 填高度較低，運行周期短；密度過小，又不易于濾料在反應(yīng)器中的運行工況，且 容易引起跑料。對于陶粒濾料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的對氨氮的去除率高。20C時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度也高3917%。2. 2氣水比李善評等13認為：當(dāng)停留時間一定時，隨著氣水比減小，曝氣生物濾池對 CODCr和氨氮的去除率也減小；當(dāng)氣水比一定時，隨著停留時間的縮短，反應(yīng)器 對CODCr的去除率越低，而氨氮的去除率卻越高。2. 3布水與布氣曝氣生物濾池的布水系統(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)計不合理或安裝達不到要求，

9、使反沖洗時配水不均勻，將使BAF 處理能力下降；同時使水溶液主體的溶解氧和生物易降解的有機物與生物膜上微 生物之間的傳質(zhì)效率下降，影響生物濾池對有機物的去除效率。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散裝置。曝氣系統(tǒng)的設(shè)計必須根據(jù) 工藝計算所需供氣量來進行。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、對有機物和氨氮的高去除率的必備條件。2.4水力負荷Pujol等研究了水力負荷對曝氣生物濾池硝化或反硝化的影響。結(jié)果表明， 水力負荷的提高有利于增強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，盡可能大的水力負荷對曝氣生物濾池的硝化或反 硝化是一個積極的因素。2.5有機負荷江萍等14的研究表明，BAF具有較高的有機負荷和耐沖擊負荷能力，當(dāng)進 水COD質(zhì)量濃度小于500mg/L，NH3-N質(zhì)量濃度為1020mg/ L，水力負荷 016212m3/(m2.h)，氣水比為 5： 110： 1 時，BOD 容積負荷達 610 kg/(m3d)， NH3-N 容積負荷 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最佳 的生長溫度，在其適宜的生長溫度范圍內(nèi)，大多數(shù)微生物的活性是隨著溫度升高 而增強的，隨

11、著溫度的下降而減弱。對于曝氣生物濾池，低溫對其活性影響較大。 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， 無有機碳源時反應(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，低于20C時，硝化速率緩慢；高于20C后，硝化速率加快.溫度從20C 升高到30C，硝化速率增長僅為10%，這一特性與懸浮生長反應(yīng)器內(nèi)溫度對硝 化速率的影響完全不同。劉建廣等16在研究溫度對生物炭濾池處理高氨氮原水 硝化的影響時發(fā)現(xiàn)，在較低溫度下水溫對BAF的生物活性影響較大。在8 m/h的 濾速下，水溫在2C時，生物活性炭濾池對氨氮的去除能力相當(dāng)于6C以上時去 除能力的50%左

12、右；在較高水溫時，水溫變化對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行一段時間后，由于生物膜的生長、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，就會發(fā)生穿透使出水水質(zhì)降低，因此要進 行反沖洗。而反沖洗方式、反沖洗周期和反沖洗時間對曝氣生物濾池的運行至關(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，因此反沖時間的確 定應(yīng)以避免基層有機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行的 經(jīng)驗數(shù)據(jù)來看，氣水反沖洗的氣沖強度建議在6090 m/h的范圍內(nèi)，水沖洗強度 適中即可，而反沖洗時間建議在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)者對其也比較關(guān)注，但 其除磷效果、反應(yīng)機理、反應(yīng)動力學(xué)、影響因素等方面還有待進一步的研究。同 時隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，將會出現(xiàn)更加先進的膜分析技術(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、運行靈活方便、易于管理、抗沖擊能力強、對環(huán)境影響小等優(yōu)點，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。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、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、加強預(yù)處理、高級氧化、工藝組合等，可 以強化曝氣生物濾池的性能以及對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PUJOL R, LEMMEL H, GOUSAILLES M. A Keypoint of nitrific

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