曝气生物滤池填料的研究进展

1、曝气生物滤池填料的研究进展曝气生物滤池（Biological aerated filter:BAF处理污水是近年 来开发出的污水处理工艺， 已在欧美和日本广为流行， 但在我国研究 甚少。曝气生物滤池最大的特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一 体，节省了后续沉淀池（如二沉池）。此外，该处理工艺容积负荷、水力负荷大，占地面积、基建投资少，氧转移率高，出水水质好等特 点。1曝气生物滤池污水处理技术的发展在城市污水的治理领域， 传统的污水处理工艺， 如传统活性污泥工艺 及其变形工艺、生物氧化沟工艺、生物脱氮除磷工艺（A/O法、A/A/O法及其改进工艺）。A-B工艺和SBF工艺等，处理的水质能达到排放 水

2、的一般要求，但不能达到城市 一般回用水标准，而且投资和占地 面积大，难于管理。例如活性污泥法，其研究、应用、改进已有很长 的历史，目前在世界上仍占优势地位， 但同时也存在一些难以克服的 缺点。因此，近十几年来，各种废水处理新技术不断涌现。在欧洲，为了适应新的标准1-2，陆续开发了一系列新的污水处 理技术，曝气生物滤池从中脱颖而出。它首先被用作三级处理，后来 发展成直接用于二级处理3。自第1套建在靠近巴黎的sois-sons污 水处理厂的装置投产运行以来4，已在欧、美和日本等发达国家广为 流行，目前世界上已有几百座污水处理厂应用了这种技术。 曝气生物 滤池不仅用于水体富营养化处理， 而且广泛地用

3、于生活污水、 生活杂 排水和食品加工、水果蔬菜罐头、鱼肉制品、酿造和造纸等工业废水 处理中。2填料在曝气生物滤池中的核心地位曝气生物滤池充分借鉴了污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计 思路，集曝气、高滤速、截留悬浮物、定期反冲洗等特点于一体。其 工作原理主要有过滤、吸附和生物代谢5。 滤池工作时， 在滤池中装 填一定量粒径较小的粒状滤料，滤料表面生长着生物膜， 滤池内部曝 气，污水流经时， 利用滤料上高浓度生物膜的强氧化降解能力对污水 进行快速净化； 同时， 因污水流经时， 滤料呈压实状态，利用滤料粒 径较小的特点及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的大量悬浮物，且保证脱落的生物膜不会随水漂出；

4、 此外，填料及附着其上生长的生 物膜对溶解性有机物具有一定的吸附作用。 运行一定时间后， 因水头 损失的增加， 需对滤池进行反冲洗， 以释放截留的悬浮物并更新生物 膜，此为反冲洗过程。 曝气生物滤池正是通过这样反复的周期性运转 来处理污水的。填料作为曝气生物滤池的核心组成部分， 影响着曝气生物滤池的 发展。曝气生物滤池发展过程中依次出现过3种不同的形式1、6-7：BIOCARBONEBIOFOF和BIOST YR采用的填料各不相同。BIOCARBONE采用的是石英砂粒；BIOFORR用的是轻质陶粒；BIOST Y睐用的则是 密度比水小的聚苯乙烯球形颗粒。石英砂粒由于密度大，比表面积、 孔隙率小

5、；当污水流经滤层时阻力很大，生物量少，因此滤池负荷不高、水头损失大。轻质陶粒和聚苯乙烯作填料时，由于密度小，比表面积、孔隙率大，生物量大，因此滤池负荷较大，水头损失较小。国外的实际运行表明，BIOFOF和BIOSTYF明显优于BIOCARBONE事实上，BAF性能的优劣很大程度上取决于填料的特性，填料的 研究和开发在BAF工艺中至关重要，为此，英国、美国和印度等国已 制定了曝气生物滤池所用滤料的相应标准， 法国德利满公司对应用于 曝气生物滤池的滤料也制定了相应的说明书及测试规范， 可见各国对 曝气生物滤池的滤料都有严格的要求。3填料的研究进展曝气生物滤池所用填料，根据其采用原料的不同，可分为无

6、机填料、有机高分子填料； 根据填料密度的不同， 可分为上浮式填料和沉没式 填料。无机填料一般为沉没式填料， 有机高分子填料一般为上浮式填 料。常见的无机填料有陶粒、焦炭、石英砂、活性炭、膨胀硅铝酸盐 等，有机高分子填料有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等。国外，RebeccaMoore等8研究了尺寸范围分别为1.53.5mm和2.54.5mm的填料对曝气生物滤池处理效果的影响，发现小颗粒(1.53.5mm)填料虽然有利于脱氮，但不适应高的水力负荷；而大 颗粒(2.54.5mn)填料虽然改善了滤池操作条件，减少了反冲洗的 次数，但不利于脱氮和SS的去除。这为曝气生物滤池填料在尺寸要求上提供了一定的依据

7、。Allant9等人研究结果表明：上浮式填料比 沉没式填料对SS有机物的去除率高，更耐有机负荷和水力负荷冲 击。Won-SeokChang10等以天然沸石和砂粒为填料研究BAF对纺织废 水的处理效果发现： 天然沸石对纺织废水的处理效果优于砂粒的处理 效果，这是因为天然沸石具有更强的阳离子交换能力和更大的比表面 积。这说明轻质填料取代高密度填料是曝气生物滤池污水处理技术发 展过程中的必然趋势。我国对曝气生物滤池填料的研究以陶粒为最多， 这是因为陶粒作 为填料的一种，不仅材料低廉易得，而且显示出的优良特性，特别适 合我国的国情。 早期的陶粒大多采用页岩直接烧制、 破碎、筛分而成， 为不规则状（片状

8、居多）。最近出现的球形轻质陶粒，采用粘土（主 要成分为偏铝硅酸盐）为原材料，加入适当化工原料作为膨胀剂，经 高温烧制而成。 朱乐辉等人11以粘土为主要原料， 结合其它化工原料 在温度为1180C时烧制的轻质陶粒用作曝气生物滤池污水处理的研 究表明：球形轻质陶粒强度大、孔隙率大。比表面积大、化学稳定 性好，与玻璃钢、聚氯乙烯、聚丙烯、维纶等滤料相比，具有生物附 着性强、挂膜性能良好、水流流态好、反冲洗容易进行。截污能力强 等优点；形状规则，粒径可大可小，密度适宜，克服了不规则粒状 滤料水流阻力大，易引起氧化池堵塞，反冲洗强度大，易冲刷破碎的 缺点； 加工过程完全不同于传统的片状陶粒滤料。 表面结

9、釉一直是 传统片状陶粒滤料没有解决的难题；而球形轻质陶粒主要以粘土为原 料，控制适当的配料和烧制工艺，可改变陶粒的密度，且使其表面粗 糙、多微孔、不结釉。以球形轻质陶粒作接触填料，采用淹没式曝 气生物滤池处理污水， 可以起到深度处理的作用， 处理后的水能重新 利用并节约用地。周彩楼等凹以净水厂淤泥为原料研制超轻陶粒取得 了满意的结果，开创了污泥资源化的又一途径。齐兵强、王占生等人 以球形轻质陶粒（主要性能见表1）作为曝气生物滤池填料处理生 活污水时发现：尽管在很高的滤速（6.58m/h）下，其处理水质仍 然很高，而且曝气量小，氧利用率高；此外，该曝气生物滤池系统水 头损失增加缓慢，反冲洗周期长

10、，节约了能源和操作费用。表1球形轻质陶粒的主要性能参数项目粒径/mm堆积密度/(gcm3)密度/(gcm3)比表面积/(m2g-1)内部孔隙率外部孔隙率数值360.891.564.110.090.339从曝气生物滤池填料的发展来看，在以后的研究中，主要的方向将在 以下几个方面：研究填料对污染物去除的影响及污染物去除机制。目前，对BAF运行的工艺条件研究很多，但是对于污染物的转移和代 谢途径没有深人的研究； 填料上生物相分布、 生态结构缺乏系统的分 析和解释；另外，填料如何影响污染物去除机制不明。开发以天然 材料为主要成分的无机填料，如轻质陶粒的研究开发。 合成的高分子 填料与微生物之间相容性较

11、差，所以在挂膜时生物量少，易脱落，而 以天然材料为原料的无机填料可以克服以上不足，但是需要重点解决 的问题是如何增加强度、 增大空隙率和减小密度。 寻求改善填料性 能的工艺和方法。 填料加工过程中的工艺非常重要， 为了获得优质填料，生产工艺和方法需要不断改进。 制定适于曝气生物滤池的填料 标准。欧美国家对曝气生物滤池用填料均有较为严格的标准， 但在我 国目前还没有，在系统掌握填料的尺寸、性状、密度等因素对污染物 去除的影响后， 制定适于我国曝气生物滤池的填料标准意义深远。 这 不仅使得填料的生产规范化，而且极大促进BAF污水处理技术在我国 的应用和推广。气动生物转盘工艺在城市生活污水处理中的应

12、用1、气动生物转盘处理工艺概述 生物转盘工艺是生物膜法污水生物处理技术的一种， 是污水灌溉 和土地处理的人工强化。 这种处理法使细菌和菌类的微生物、 原生动 物一类的微型动物在生物转盘境料载体上生长繁育， 形成膜状生物性 污泥生物膜。 污水经沉淀池初级处理后与生物膜接触， 生物膜上 的微生物摄取污水中的有机污染物作为营养，使污水得到净化。在气 动生物转盘中，微生物代谢所需的溶解氧通过设在生物转盘下侧的曝 气管供给。 转盘表面覆有空气罩， 从曝气管中释放出的压缩空气驱动 空气罩使转盘转动， 当转盘离开污水时， 转盘表面上形成一层薄薄的 水层，水层也从空气中吸收溶解氧。气动生物转盘由接触反应槽、填

13、料、转轴、空气罩等组成。一般 填料为蜂窝状塑料， 由钢结构支撑， 中心贯以转轴。 填料四周的空气 罩由环氧玻璃钢构成。转轴两端安放在半圆形接触反应槽（即氧化槽）的支座上。转盘的40一50浸没在槽内污水中，转轴高出水面1025cm般情况下，三到四只转盘串联成一个系列，多个系列转盘 之间并联布置。气动生物转盘的主要设计及运行参数有：转盘级数（一般三到四级）；容积面积比（可介于59之间）：BOD积负荷（20g/vm- d）;水力负荷（v200L/mb d）;浸没率（一般介于4050%之间）；转盘 旋转速度（一般每分钟0.83转，转盘边缘线速度以每分钟20m左右 为宜）。2、气动生物转盘法的特征（1）

14、微生物相方面特征a.参与净化反应的微生物多样化 气动生物转盘有适于微生物生长栖息、 繁殖的稳定环境， 宜于生 长繁殖。生物膜固定在填料上，其污泥龄较长。在生物转盘上能够生 长世代时间较长， 生物转盘上有时还出现丝状菌， 而且没有污泥膨胀之虞。在日光照射的部位，还出现藻类。b.每级都有优占微生物气动生物转盘法分级处理， 在每级都有生长繁育与进入本级污水 水质相适应的微生物， 并自然地成为优占种属， 这种现象对有机污染 物的降解是十分有利的。c.微生物浓度高 特别是最初几级的生物转盘，据统计，转盘上生物膜如折算成曝气池的MLVSS可达40000-60000mg/L,F/M比为0.050.1。 而活

15、性污泥法的MLVSS-般在15003000mg/L之间，F/M值在0.2一0.4之间，这是气动生物转盘效率较高的一个主要原因。(2)处理工艺方面特征a.对水质、水量变动具有较强的适应性气动生物转盘处理工艺， 对人流水量、 水质的变化具有较强的适应性。 即使中间停止一段时间 进水，对生物膜的净化功能也不会带来明显的障碍， 能够很快地得到 恢复。b.易于固液分离， 即使产生大量的丝状菌， 在二沉池中也无污泥 上浮现象发生c.能够处理低浓度污水活性污泥法处理系统，如进水BOD在5060mg/L以下，絮凝体 形成恶化，处理水质低下， 但是，气动生物盘法处理系统对浓度低的 污水，也能够取得较好的处理效果

16、，可使BOD为20mg/L的污水降至5-10mg/L。d、动力费用低气动生物转盘法去除单位质量BOD的耗电量较传统活性泥法少。e、产生的污泥量少一般说来，产生的污泥量比活性污法减少1/4。f、 具有较好的硝化与脱氮功能气动生物转盘具有良好的硝化功能，如米取措施得当，还有进行 脱氨水的功能。g、驱动装置简单与普通生物转盘法相比，气动生物转盘法驱动装置简单，无需多 台电机及减速装置，而且在相同转速下，接触反应槽内的溶解氧浓度 比普通生物转盘高。以淮阴市北京新村污水处理厂为例，该厂日处理能力40000吨,其处理工艺流程如下：本流程中气动生物转盘采用直径3m高效转盘32台，每台转盘填 料折表面积150

17、0吊。每四台转盘设在钢筋混凝土接触反应槽中，槽直 径3.5米，供气由鼓风机房送出，鼓风机房装有三台LG300X400-1罗茨鼓风机，每台风机配用电机功率15KW设计二用一备，实际只工艺流程曲一抽務一握林一堀林_备$主祁盘 和:咖池岀水开一台风机。全部生物盘设在室内，起保温作用。转盘旋转速度每分钟2转，接触氧化槽内溶解氧浓度大于2mg/L, 容积面积比8L/m2。设计水力负荷86L/m2.d，BOD面积负荷9g/m2.d。 说明：由于厂外管线分流不完善，汛期污水有机物浓度较低。三、运转情况及有关问题讨论1、挂膜情况以南京锁金村污水处理厂的活性污泥接触挂膜为例，11月份运 行，当时平均室温11C，

18、水温13C，经过1个月时间，生物膜生长 良好，出水水质稳定。转盘生物膜形态如下表：轻盘级数-三四生物膜厚度（mm4321.5生物膜颜色灰浅褐黄黄氧化槽内污水颜色褐黄浅黄微清转速(r/mi n)22222、处理效果(1)低负荷时当日处理量为2000吨时，转盘水力负荷为41.7L/m2d,BOD面2积负荷为4.1g/md,末级转盘出水DC浓度大于4.5mg/L，现以93年为例，全年进出厂水质情况如表达式：表1BCD （mg/L）SS（mg/L）_ _CO（mg/L）高值低值平均高值低值平均高值低值平均227.220.3140.5214.150.9122.0450.425.1364.1进水18926

19、6546出水19.835.1310.6129.038.0214.3260.710.6720.71去除率91.374.892.586.484.388.686.657.694.3(%(2)满负荷时当日处理量为3900吨时，转盘水力负荷为81.2L/m2.d，BCD面积负荷为7.7g/mm2.d，末级转盘出水DC值大于2mg/L，处理效果如下表2:BOD （mg/L）SS（mg/L）CO（mg/L）高值低值平均高值低值平均高值低值平均183.126.8135.6196.142.3119.1364.534.5298.4进水53174428316.5出水28.175.7125.2740.137.0620

20、.5450.25240.52去除率84.678.781.479.583.382.886.252.286.（%由于满负荷时，只开一台风机，供气量偏低，处理效果有所下降, 但出厂水质已达到GB8979-1996规定的排放标准。3、与传统工艺比较（1）处理效果以无锡芦村污水处理厂为例进行比较，芦村厂采用传统曝气法， 日处理能力5万吨。94年处理水量1778万吨，进、出厂水质情况如 下表3：表3BOD（mg/L）SS（mg/L）COD（mg/L：进水253.57222.88340.75出水10.6723.8123.38去除度（%94.2889.3292.33与上述气动生物转盘法处理效果相比，可以看出，

21、二者处理效 果相差不大。可以看出，采用气动生物转盘法的北京新村污水处理厂能耗最 低，平均只有传统活性泥法的一半。（2）能耗笔者在95年四月份参加了全省城市污水处理厂普查， 现将普查 中得到的几座采用传统活性污泥法的城市污水处理厂的能耗与淮阴 市北京新村污水处理厂的能耗比较如下表4:表4厂名工艺处理能力（万吨/日）94年处理水量（万吨）耗电量（万度）吨水耗电量（度/吨）无锡芦村污水处理厂传统 活性 污泥法51778.00286.27 0.16苏州城西污水处理厂同上1.25391.17116.87 0.30苏州城南污水同上0.5114.9323.100.21处理厂苏州城东污水同上2.5775.26

22、106.47 0.14处理厂淮阴北气动京新村生物0.4140.1515.240.11污水厂盘法（3）投资现将上述几座城市污水处理厂的工程的造价列表如下（表5）:表5厂名处理能力（万吨/日）建设年月总造价（万元）吨处理能力造价（万/吨）无锡芦村污水51998.86753.01350.6处理厂苏州城西污水处理厂1.251981.91300.91040.7苏州城南污水处理厂0.51984.3114.8229.6苏州城东污水处理厂2.51988.10 1081.4432.6淮阻北亦新村污水厂0.41986.7300.0750.0(备注：无锡芦村厂还包括另有5万吨的一级处理投资)根据笔者经验，气动生动转盘法处理工艺与普通生物转盘法相比，少了污泥回流系统，却多了昂贵的生物转盘，因而造价应该是比较高的。(4)运行管理气动生物转盘法运行管理简单，生动膜微生物吸附在