曝气生物滤池的研究进展

1、曝气生物滤池的研究进展曝气生物滤池（biological aerated f订ter）与普通活性污泥法相 比，具有有机负荷高、占地面积小（是普通活性污泥法的1/3 ）、投 资少（节约30%）、不会产生污泥膨胀、氧传输效率高、出水水质好等 优点13,但它对进水ss要求较严（一般要求ssw100 mg/l, 最好ss60mg/l）,因此对进水需要进行预处理。同时，它的反冲洗 水量、水头损失都较大。世界上首座曝气生物滤池于1981年在法国投产，随后在欧洲各国得 到广泛应用。美国和加拿大等美洲国家在20世纪80年代末引进此工 艺，日本、韩国和中国台湾也先后引进了此项技术。目前世界上较大 的环保公司如法

2、国得利满公司、德国菲力普穆勒公司、法国0tv公司 均把它作为拳头产品在全世界推广。在中国内地，曝气生物滤池正处 于推广阶段。大连市马栏河污水处理厂是我国第一个采用曝气生物滤 池工艺的城市污水处理厂，目前正处于试运行阶段。另外，我国一部 分工业废水的处理也采用了此项技术。清华大学、太原理工大学等科 研单位对曝气生物滤池也进行了试验研究。随着曝气生物滤池在世界 范围内不断推广和普及，很多学者在其结构形式、功能、启动和滤料 等方面进行了详细的研究，取得了很多成果。1结构形式曝气生物滤池的结构与普通快滤池基本相同，不同之处在于曝气生物滤池下部或底部增加了曝气系统。根据水流方向其可分为上向流和下 向流两

3、种，早期的曝气生物滤池多采用下向流，如biocarbon 4。 由于下向流曝气生物滤池的纳污效率不高、易堵塞、运行周期短， 因此现在多采用上向流方式（即采用气水同向流），使布水、布气更加 均匀。同时，在水气上升过程中可把底部截留的ss带入滤池中上部, 增加了滤池的纳污能力，延长了工作周期。目前，上向流曝气生物滤 池有 biofor®、biosty®、colox®、deepbedtm、biopur®r 等多种形式5、6,其中biofor&r应用最为广泛，图1是biofor®的结构示 意图。图1 bqfoh*结构示意图为了适应不同的水质和拓

4、宽应用范围，很多科研、工程技术人员对曝 气生物滤池结构进行了研究改造。邹伟国等开发了一种名为biosmedi 的曝气生物滤池，它采用了脉冲反冲洗、气水同向流的形式，可用于 微污染源水预处理或污水深度处理7 o孙力平等为了解决biofor®r的滤头堵塞问题把滤头改成穿孔管并降低了空气扩散管的位置，该工 艺用于造纸和印染废水的处理取得了良好的效果8。2功能单个曝气生物滤池可完成碳化、硝化、反硝化、除磷等功能，与其他工艺组合可进行一般城市污水或工业废水的二级或三级处理。表1是 采用曝气生物滤池处理污水的典型流程。表4采用曝气生物滤池处理污水的典型谎程功能典型流程碳化s/c+bf/c碳化+硝

5、化s/c+bf/c/n碳化+硝化+反硝化s/c+bf/c/n+bf/dn碳化+硝化+反硝化as+bf/n+bf/dn注：s/c为化学沉淀，bf为曝气生物滤池，/c为碳化，/n为硝化，qn为反硝化，as为活性污 泥。由于各功能的实现对滤料粒径大小和滤层厚度、负荷、曝气等参数的 要求不尽相同，一般认为不宜把各种功能放在同一个曝气生物滤池中 完成。但最近有研究者对在一个曝气生物滤池中完成碳化+硝化、硝 化+反硝化、硝化+生物除磷、硝化+化学除磷和反硝化+生物除磷等组 合功能进行了尝试和探讨，均取得了一定的研究成果。3启动曝气生物滤池的启动与一般生物膜法的启动方式相同。国外一般采用 三种方式：间歇培养

6、并逐步增加流速；在设计流速下或逐渐增加流速进行连续培养9；用活性污泥接种，稳态运行10。三 种启动方式中生物膜的生长速率、分布和对污染物的去除率等变化规 律各不相同，但达到稳态所需的时间却大致相同。allan等根据自己 的试验结果建议采用设计流速进行连续培 养以期得到更加稳定的生 物量11。国内很多生物膜装置采用了快速排泥法，这种方法一般 是采用活性污泥接种，通气闷曝一段时间后排岀上清液，再加入待处 理污水继续闷曝一段时间，然后连续进水、进气直至稳态运行为止。根据一些资料的报道，这种方法具有挂膜迅速的特点。4几个关键问题 4. 1滤料滤料是曝气生物滤池的关键部分，对曝气生物滤池的功效有直接的影

7、 响，同时也影响到曝气生物滤池的结构形式和成本。目前，滤料多为 专利产品或处于保密状态，常用的滤料有石英砂、陶粒及塑料制品（合 成纤维、聚苯乙烯小球、波纹板等）。kent等对滤料进行了详细的研 究，他参照bewa的标准对曝气生物滤池常用的7种滤料进行了对比 研究，认为arlita和膨胀页岩最适合用作曝气生物滤池的滤料。但 是，由于bewa标准是处理饮用水所用快滤池的滤料标准，并且kent只是对滤料的物理化学性能进行了对比，并没有对其做污水处理试 验，因此对kent等人的结论应进一步试验论证。滤料的粒径主要取决于曝气生物滤池的功能。stensel等就滤料粒径 对具有碳化或碳化+硝化功能的曝气生物

8、滤池的影响进行了试验，结 果发现滤料粒径越小曝气生物滤池的效果越好，但小粒径会使其工作 周期变短，滤料也不易清洗，相应的反冲洗水量也会增加，因此应综 合考虑各种因素以选定合适的滤料粒径。kent等人也做了类似试验, 结果表明滤料粒径为24mm时，曝气生物滤池的硝化功能比滤料粒径为48nmi和5. 611. 2mm时的要好得多。目前，曝气生物滤池普遍采用的滤料粒径为36mm,滤层厚度为34m。4.2负荷曝气生物滤池一般采用两种负荷:容积负荷：kg/(m3?d)和水力负荷：m3/(m2?h),也称滤速。早期的曝气生物滤池均采用了较低的 负荷值，但随看对曝气生物滤池研究的深入和认识水平的提高，负荷

9、值近几年有逐渐加大的趋势。表2是较为典型的负荷值。表2曝气生物滤池典型的负荷值负荷碳化硝化反硝化水力负荷m3/(m2? h)】过去1-5w10514现在31631610 35摄大容积负荷kgx/ (m3d) 1过去< 3< 1.5< 4现在5< 3< 7注：d别为日odf碳化卜nh,n(硝化卜n0j-n6s硝化卜对以碳化为目的的曝气生物滤池，一些研究结果认为在一定的范 岀水cod值与cod容积负荷呈线性关系12。在此基础上，一些研 究者给出了 cod去除率与进水bod、cod的函数关系式。同时，很多学者就水力负荷对出水水质的影响也做了探讨，普遍认为 水力负荷 对b

10、od5的去除效率影响甚微，只要温度、曝气量、反冲洗等因素在 不受制约的条件下应尽量加大水力负荷以获得尽可能大的处理能力。 如pujol等的试验证实了滤速在6m/h、13m/h时bod5的去除率基本 不变。can 1 er的试验也证实增加滤速对出水水质影响很小。pujol等 人认为低滤速使传质不均匀，从而造成底部堵塞(上向流)，影响曝气 生物滤池功能，提高滤速有利于传质。对于用于硝化或反硝化的曝气 生物滤池也有类似的结论。如pujol等认为曝气生物滤池的硝化功能 与滤速无关，在cod负荷<5kgc0d/(m3?d)、滤速为49m/h时硝化 率稳定在80%100%。对于反硝化曝气生物滤池，在

11、其他因素不受制 约的条件下滤速越高越好，滤速为32m/h、负荷为5. lkgn03n/(m3?d) 时n03n平均去除率达到89%, no-x-n的平均去除率达到86%。4. 3反冲洗目前，普遍采用的反冲洗方式是气水联合反冲洗，即先用气冲，再用 气、水联合冲洗，最后再用水漂洗。不同形式、不同滤料的曝气生物 滤池，其反冲洗强度、历时、周期各不相同，用水量和用气量也存在 较大差异。表3是一些资料提供的曝气乞物滤池采用的反冲洗参数。表3曝气生物滤池的反冲洗参数反冲洗周 期冲洗水冲洗气备注45d流速:1030m/h疣速:5070m/h气水联合反冲洗 > 冲洗 时间为1015min23d流速:70

12、120m/h水量: 粒)流速:60150m/h 水量:2550m3/m2日iopur酸据速:60 m/h流流速:15m/hbiostyreg;r 数据12h3d流速:20-80m/h流速:2080m/hbiofor®r数据'冲洗 时间为3040min流速：ci.330.35m沖n? 滤料？min)水量：2.5m3/ (m琥制)流速：0.430.52m3/(m3滤 料？min)气量：5.14- 6.25m3/(m34)法国otv公司的污水厂调 查资料4. 4气水比气水比的大小与进水水质、曝气生物滤池功能和形式、滤料粒径大小 和滤层厚度等因素有关。曝气生物滤池气水比一般采用（13

13、） : 1,但也有高达10:1者。一般来说，用于硝化功能的曝气生物滤池应采 用较高的气水比，而仅用于碳化的曝气生物滤池的气水比可适当降 低。payraudeau等人指出：用于三级硝化的bi0sty®r的供气量约为70m3/kgnh44-no stensel等人给出了计算曝气生物滤池供气量的公 式。5展望作为一种崭新的水处理工艺一一曝气生物滤池正处在推广之中。根据目前的研究和应用情况，今后应重点研究以下相关问题： 生物膜的特点及其快速启动的方式； 生物氧化功能和过滤功能之间的相互关系； 反冲洗过程中生物膜的脱落规律； 进一步拓宽曝气生物滤池的应用范围，研究其在水深度处理、微 污染源水预

14、处理、难降解有机物处理中的应用及与其他工艺组合的处 理效果。曝气生物滤池一高效混凝沉淀工艺用于中度污染水质处理的研究与应用1、概述随着社会的发展，水资源紧缺的问题口益严重，水将成为制约社 会发展的一项重要因素。目前我国缺水主要呈现水质性缺水的特点， 城市污水经二级处理后出水直接排到水体，一方面增加了水体的自净 负荷，另一方面也是一种水资源的浪费，所以保护资源除了从节约用 水岀发外，我们还要提高水处理技术水平，使得各种水质都能够得到 充分的利用，来解决目前的水资源紧缺问题。二级处理出水占不能直 接利用的水资源的很大比例，如果得到进一步处理，可以被应用于各 种工业生产，这将对保护水资源、解决部分地

15、区水质性缺水问题会起 到重要作用，为此本文介绍一种针对二级处理出水及相仿水质原水的 新型回用水处理工艺。2、工艺流程简介2. 1二级处理出水的一般水质指标如下:1指标名称cod(mg/l)bod(mg/l)ss(mg/l)磷(mg/l)nh3-n(mg/l)主耍<100<20<20<1<15以上各指标为大多数污水厂的处理出水指标，不同水厂指标略 异。以上水质一般可以用于灌溉等，但还不能满足城市景观水或工业 用水的水质要求。2.2 工艺流程简介： 针对以上及类似水质，我们提出了一种能够回用于电厂循环冷却用水或其它一些工业用水的处理工艺，设计流程如下图：二级出水一调节

16、水箱一baf -高效混凝沉淀池一出水回用混凝剂、液氯根据循环冷却用水的水质要求，把设计的工艺分为生物处理和物化处理两部分。生物处理部分为曝气生物滤池（baf）。曝气生物滤池实质是生物膜的一种实现形式，是在曝气池中填充生物陶粒，利用陶粒表面附 着的生物膜降解水中污染物的处理单元。由于陶粒具有粒径小，孔隙 率大，堆积密度小，比表面积大等特点，陶粒表面容易附着生物膜。陶粒表面附着大量的半物膜，生物膜中生长着众多种属和数量的微牛物，有好氧菌、兼氧菌、厌氧菌，所以曝气生物滤池对水中的各种有机物都有一个很好的去除作用，同时对氨氮也有很高的去除效率。物化处理法是通过向原水中投加混凝剂，经过合理的反应和沉淀

17、来去除水中的悬浮物和胶体同时又可以去除水中的磷的一种物理化 学处理方法。本次设计中采用高效混凝沉淀池作为物化处理单元，高 效混凝反应沉淀池是利用流体力学理论，通过折板和一些整流板来实 现控制水的流态使得水在反应池中的剪切力从大到小，使脱稳胶体形 成致密的污泥矶花，从而实现对絮凝合理控制，并保证絮凝反应效果 最佳且沉淀岀水效果最好的一种反应沉淀池。本单元特点：反应时间 短，沉淀池表面负荷高，沉淀池出水水质好且出水稳定，可以保证沉 淀池岀水浊度小于3ntu。曝气生物滤池要求进水中不能含有灭菌剂或影响生物活性的混凝剂，而出水中会有大量细菌、悬浮物。根据这一工艺特点在其后布 置高效混凝沉淀池，水力流程

18、合理，运行灵活方便，而且不必考虑投 加药剂对微生物的影响。2. 3中试模型设计参数 中试模型主要处理单元及流程如下:r £ jk 8 ss4 ft希i« aes ? “ « ««« o y1、曝气生物滤池：外型设计尺寸为800x 800 x 7500mm,由钢板焊制而成，曝气生物滤池内滤层厚度3. 5m(4. 5m)。设计水量为2m7h,曝气生物滤池的有效停留时间为1. 5小时。本次试验采用的曝气生物滤池为上向流式，即下部进水，上部出水，滤池设有进水管、曝气管、 反冲洗进水管、反冲洗气管、生产出水管、反冲洗出水管，系统进水、 进气管路

19、上均装有流量计，以计量水量、气量。2、混凝沉淀池：池型为800x 1500 x 2200mm,设计水量为2m3/h。反应池的反应时间为12min,沉淀池上升流速为2. 4mm/s。3、中试实验结果与讨论试验的进水为城市二级处理沉淀出水，开始运行二十天左右进行 挂膜驯化等实验前准备，不对水质进行检测，只是观察生物膜的生物 相，二十天后，生物相状态基本稳定，生物膜基本成型，可以进行实 验检测分析。系统启动快是此新工艺主要特点。baf生物陶粒采用自然挂膜方式，当陶粒表面牛物膜中的牛物相稳定后，即可认为挂膜成 功，此过程仅需要1020天时间。肉眼观察生物陶粒表面无明显生 物膜，但在显微镜下，可看到陶粒

20、表面周围有不连续的生物膜（菌胶 团为主体）存在。高效混凝沉淀池注水即可正常运行，因此baf挂膜 成功可认为整体系统启动完成。以下是处理水量稳定在2m：7h 的进、出水检测数据：3. 1本系统对有机物的去除cod 丛卒（mr/l> 盘呼字cor3詈h3-3 coojgffami从上图可以看出：木次试验的进水cod为60140mg/l,出水cod维持在3050 mg/l之间，cod的平均去除率在50%左右。其余未 被降解的部分多数成分为难生物降解有机物，这种水质一般可以应用 于电厂的循环冷却或一般工业生产中，如印染行业等。本工艺对比其它处理工艺对cod的去除效率高，且运行稳定。进 水为二级出

21、水，因此原水可生化性较差，进水cod为60140mg/l, 岀水cod维持在30-50 mg/l之间。从试验数据分析，baf对原水cod 的去除率仅为3040%，物化法高效混凝沉淀池对cod的去除率可达 到30%,整套系统cod的平均去除率在50%左右。实验的cod的容积运行负荷为：2. 14 kg c0d/m3do对于有机物 浓度比较低的进水水质，cod的容积负荷不宜太高。3.2本系统对氨氮的去除如上图所示，进水中的氨氮在50mg/l左右，在此负荷下，出水 的氨氮可以控制在3mg/l以下，经过投加氯气，氨氮在投加氯气的氧 化作用下，出水氨氮值小于lmg/l,达到一般循环冷却水的指标要求, 氨

22、氮的去除率在95%以上。对于一般的城市二级出水，氨氮值较低,一般小于15 mg/l,经本工艺处理后很容易满足循环冷却用水标准。本次实验氨氮的运行容积负荷为1. 07 kg氨氮/mmo4 ji « f? a »3. 3本系统对浊度的去除新工艺出水浊度低且稳定。原水为二级出水浊度较低，在8 18ntu之间，baf通过滤料的截留作用，是岀水的浊度稳定在10ntu 左右，高效混凝沉淀通过脱稳的胶体形成污泥矶花在沉淀池中沉淀去 除原水浊度，沉淀池出水浊度小于3ntu,整套系统对浊度的去除率 在80%以上。4、工程实例我国江浙的大部分城市内河水污染严重，一般水质指标与城市二级排放的水质相仿（主要是由于内河水流速度慢，很多加工企业超标准排放造成）。工程实例是采用本技术处理江苏某地区的污