曝氣生物濾池填料的研究進展

1、曝氣生物濾池填料的研究進展曝氣生物濾池（Biological aerated filter:BAF處理污水是近年 來開發(fā)出的污水處理工藝， 已在歐美和日本廣為流行， 但在我國研究 甚少。曝氣生物濾池最大的特點是集生物氧化和截留懸浮固體于一 體，節(jié)省了后續(xù)沉淀池（如二沉池）。此外，該處理工藝容積負荷、水力負荷大，占地面積、基建投資少，氧轉(zhuǎn)移率高，出水水質(zhì)好等特 點。1曝氣生物濾池污水處理技術(shù)的發(fā)展在城市污水的治理領域， 傳統(tǒng)的污水處理工藝， 如傳統(tǒng)活性污泥工藝 及其變形工藝、生物氧化溝工藝、生物脫氮除磷工藝（A/O法、A/A/O法及其改進工藝）。A-B工藝和SBF工藝等，處理的水質(zhì)能達到排放 水

2、的一般要求，但不能達到城市 一般回用水標準，而且投資和占地 面積大，難于管理。例如活性污泥法，其研究、應用、改進已有很長 的歷史，目前在世界上仍占優(yōu)勢地位， 但同時也存在一些難以克服的 缺點。因此，近十幾年來，各種廢水處理新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。在歐洲，為了適應新的標準1-2，陸續(xù)開發(fā)了一系列新的污水處 理技術(shù)，曝氣生物濾池從中脫穎而出。它首先被用作三級處理，后來 發(fā)展成直接用于二級處理3。自第1套建在靠近巴黎的sois-sons污 水處理廠的裝置投產(chǎn)運行以來4，已在歐、美和日本等發(fā)達國家廣為 流行，目前世界上已有幾百座污水處理廠應用了這種技術(shù)。 曝氣生物 濾池不僅用于水體富營養(yǎng)化處理， 而且廣泛地用

3、于生活污水、 生活雜 排水和食品加工、水果蔬菜罐頭、魚肉制品、釀造和造紙等工業(yè)廢水 處理中。2填料在曝氣生物濾池中的核心地位曝氣生物濾池充分借鑒了污水處理接觸氧化法和給水快濾池的設計 思路，集曝氣、高濾速、截留懸浮物、定期反沖洗等特點于一體。其 工作原理主要有過濾、吸附和生物代謝5。 濾池工作時， 在濾池中裝 填一定量粒徑較小的粒狀濾料，濾料表面生長著生物膜， 濾池內(nèi)部曝 氣，污水流經(jīng)時， 利用濾料上高濃度生物膜的強氧化降解能力對污水 進行快速凈化； 同時， 因污水流經(jīng)時， 濾料呈壓實狀態(tài)，利用濾料粒 徑較小的特點及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的大量懸浮物，且保證脫落的生物膜不會隨水漂出；

4、 此外，填料及附著其上生長的生 物膜對溶解性有機物具有一定的吸附作用。 運行一定時間后， 因水頭 損失的增加， 需對濾池進行反沖洗， 以釋放截留的懸浮物并更新生物 膜，此為反沖洗過程。 曝氣生物濾池正是通過這樣反復的周期性運轉(zhuǎn) 來處理污水的。填料作為曝氣生物濾池的核心組成部分， 影響著曝氣生物濾池的 發(fā)展。曝氣生物濾池發(fā)展過程中依次出現(xiàn)過3種不同的形式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用的是輕質(zhì)陶粒；BIOST Y睞用的則是 密度比水小的聚苯乙烯球形顆粒。石英砂粒由于密度大，比表面積、 孔隙率小

5、；當污水流經(jīng)濾層時阻力很大，生物量少，因此濾池負荷不高、水頭損失大。輕質(zhì)陶粒和聚苯乙烯作填料時，由于密度小，比表面積、孔隙率大，生物量大，因此濾池負荷較大，水頭損失較小。國外的實際運行表明，BIOFOF和BIOSTYF明顯優(yōu)于BIOCARBONE事實上，BAF性能的優(yōu)劣很大程度上取決于填料的特性，填料的 研究和開發(fā)在BAF工藝中至關(guān)重要，為此，英國、美國和印度等國已 制定了曝氣生物濾池所用濾料的相應標準， 法國德利滿公司對應用于 曝氣生物濾池的濾料也制定了相應的說明書及測試規(guī)范， 可見各國對 曝氣生物濾池的濾料都有嚴格的要求。3填料的研究進展曝氣生物濾池所用填料，根據(jù)其采用原料的不同，可分為無

6、機填料、有機高分子填料； 根據(jù)填料密度的不同， 可分為上浮式填料和沉沒式 填料。無機填料一般為沉沒式填料， 有機高分子填料一般為上浮式填 料。常見的無機填料有陶粒、焦炭、石英砂、活性炭、膨脹硅鋁酸鹽 等，有機高分子填料有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等。國外，RebeccaMoore等8研究了尺寸范圍分別為1.53.5mm和2.54.5mm的填料對曝氣生物濾池處理效果的影響，發(fā)現(xiàn)小顆粒(1.53.5mm)填料雖然有利于脫氮，但不適應高的水力負荷；而大 顆粒(2.54.5mn)填料雖然改善了濾池操作條件，減少了反沖洗的 次數(shù)，但不利于脫氮和SS的去除。這為曝氣生物濾池填料在尺寸要求上提供了一定的依據(jù)

7、。Allant9等人研究結(jié)果表明：上浮式填料比 沉沒式填料對SS有機物的去除率高，更耐有機負荷和水力負荷沖 擊。Won-SeokChang10等以天然沸石和砂粒為填料研究BAF對紡織廢 水的處理效果發(fā)現(xiàn)： 天然沸石對紡織廢水的處理效果優(yōu)于砂粒的處理 效果，這是因為天然沸石具有更強的陽離子交換能力和更大的比表面 積。這說明輕質(zhì)填料取代高密度填料是曝氣生物濾池污水處理技術(shù)發(fā) 展過程中的必然趨勢。我國對曝氣生物濾池填料的研究以陶粒為最多， 這是因為陶粒作 為填料的一種，不僅材料低廉易得，而且顯示出的優(yōu)良特性，特別適 合我國的國情。 早期的陶粒大多采用頁巖直接燒制、 破碎、篩分而成， 為不規(guī)則狀（片狀

8、居多）。最近出現(xiàn)的球形輕質(zhì)陶粒，采用粘土（主 要成分為偏鋁硅酸鹽）為原材料，加入適當化工原料作為膨脹劑，經(jīng) 高溫燒制而成。 朱樂輝等人11以粘土為主要原料， 結(jié)合其它化工原料 在溫度為1180C時燒制的輕質(zhì)陶粒用作曝氣生物濾池污水處理的研 究表明：球形輕質(zhì)陶粒強度大、孔隙率大。比表面積大、化學穩(wěn)定 性好，與玻璃鋼、聚氯乙烯、聚丙烯、維綸等濾料相比，具有生物附 著性強、掛膜性能良好、水流流態(tài)好、反沖洗容易進行。截污能力強 等優(yōu)點；形狀規(guī)則，粒徑可大可小，密度適宜，克服了不規(guī)則粒狀 濾料水流阻力大，易引起氧化池堵塞，反沖洗強度大，易沖刷破碎的 缺點； 加工過程完全不同于傳統(tǒng)的片狀陶粒濾料。 表面結(jié)

9、釉一直是 傳統(tǒng)片狀陶粒濾料沒有解決的難題；而球形輕質(zhì)陶粒主要以粘土為原 料，控制適當?shù)呐淞虾蜔乒に?，可改變陶粒的密度，且使其表面?糙、多微孔、不結(jié)釉。以球形輕質(zhì)陶粒作接觸填料，采用淹沒式曝 氣生物濾池處理污水， 可以起到深度處理的作用， 處理后的水能重新 利用并節(jié)約用地。周彩樓等凹以凈水廠淤泥為原料研制超輕陶粒取得 了滿意的結(jié)果，開創(chuàng)了污泥資源化的又一途徑。齊兵強、王占生等人 以球形輕質(zhì)陶粒（主要性能見表1）作為曝氣生物濾池填料處理生 活污水時發(fā)現(xiàn)：盡管在很高的濾速（6.58m/h）下，其處理水質(zhì)仍 然很高，而且曝氣量小，氧利用率高；此外，該曝氣生物濾池系統(tǒng)水 頭損失增加緩慢，反沖洗周期長

10、，節(jié)約了能源和操作費用。表1球形輕質(zhì)陶粒的主要性能參數(shù)項目粒徑/mm堆積密度/(gcm3)密度/(gcm3)比表面積/(m2g-1)內(nèi)部孔隙率外部孔隙率數(shù)值360.891.564.110.090.339從曝氣生物濾池填料的發(fā)展來看，在以后的研究中，主要的方向?qū)⒃?以下幾個方面：研究填料對污染物去除的影響及污染物去除機制。目前，對BAF運行的工藝條件研究很多，但是對于污染物的轉(zhuǎn)移和代 謝途徑?jīng)]有深人的研究； 填料上生物相分布、 生態(tài)結(jié)構(gòu)缺乏系統(tǒng)的分 析和解釋；另外，填料如何影響污染物去除機制不明。開發(fā)以天然 材料為主要成分的無機填料，如輕質(zhì)陶粒的研究開發(fā)。 合成的高分子 填料與微生物之間相容性較

11、差，所以在掛膜時生物量少，易脫落，而 以天然材料為原料的無機填料可以克服以上不足，但是需要重點解決 的問題是如何增加強度、 增大空隙率和減小密度。 尋求改善填料性 能的工藝和方法。 填料加工過程中的工藝非常重要， 為了獲得優(yōu)質(zhì)填料，生產(chǎn)工藝和方法需要不斷改進。 制定適于曝氣生物濾池的填料 標準。歐美國家對曝氣生物濾池用填料均有較為嚴格的標準， 但在我 國目前還沒有，在系統(tǒng)掌握填料的尺寸、性狀、密度等因素對污染物 去除的影響后， 制定適于我國曝氣生物濾池的填料標準意義深遠。 這 不僅使得填料的生產(chǎn)規(guī)范化，而且極大促進BAF污水處理技術(shù)在我國 的應用和推廣。氣動生物轉(zhuǎn)盤工藝在城市生活污水處理中的應

12、用1、氣動生物轉(zhuǎn)盤處理工藝概述 生物轉(zhuǎn)盤工藝是生物膜法污水生物處理技術(shù)的一種， 是污水灌溉 和土地處理的人工強化。 這種處理法使細菌和菌類的微生物、 原生動 物一類的微型動物在生物轉(zhuǎn)盤境料載體上生長繁育， 形成膜狀生物性 污泥生物膜。 污水經(jīng)沉淀池初級處理后與生物膜接觸， 生物膜上 的微生物攝取污水中的有機污染物作為營養(yǎng)，使污水得到凈化。在氣 動生物轉(zhuǎn)盤中，微生物代謝所需的溶解氧通過設在生物轉(zhuǎn)盤下側(cè)的曝 氣管供給。 轉(zhuǎn)盤表面覆有空氣罩， 從曝氣管中釋放出的壓縮空氣驅(qū)動 空氣罩使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動， 當轉(zhuǎn)盤離開污水時， 轉(zhuǎn)盤表面上形成一層薄薄的 水層，水層也從空氣中吸收溶解氧。氣動生物轉(zhuǎn)盤由接觸反應槽、填

13、料、轉(zhuǎn)軸、空氣罩等組成。一般 填料為蜂窩狀塑料， 由鋼結(jié)構(gòu)支撐， 中心貫以轉(zhuǎn)軸。 填料四周的空氣 罩由環(huán)氧玻璃鋼構(gòu)成。轉(zhuǎn)軸兩端安放在半圓形接觸反應槽（即氧化槽）的支座上。轉(zhuǎn)盤的40一50浸沒在槽內(nèi)污水中，轉(zhuǎn)軸高出水面1025cm般情況下，三到四只轉(zhuǎn)盤串聯(lián)成一個系列，多個系列轉(zhuǎn)盤 之間并聯(lián)布置。氣動生物轉(zhuǎn)盤的主要設計及運行參數(shù)有：轉(zhuǎn)盤級數(shù)（一般三到四級）；容積面積比（可介于59之間）：BOD積負荷（20g/vm- d）;水力負荷（v200L/mb d）;浸沒率（一般介于4050%之間）；轉(zhuǎn)盤 旋轉(zhuǎn)速度（一般每分鐘0.83轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤邊緣線速度以每分鐘20m左右 為宜）。2、氣動生物轉(zhuǎn)盤法的特征（1）

14、微生物相方面特征a.參與凈化反應的微生物多樣化 氣動生物轉(zhuǎn)盤有適于微生物生長棲息、 繁殖的穩(wěn)定環(huán)境， 宜于生 長繁殖。生物膜固定在填料上，其污泥齡較長。在生物轉(zhuǎn)盤上能夠生 長世代時間較長， 生物轉(zhuǎn)盤上有時還出現(xiàn)絲狀菌， 而且沒有污泥膨脹之虞。在日光照射的部位，還出現(xiàn)藻類。b.每級都有優(yōu)占微生物氣動生物轉(zhuǎn)盤法分級處理， 在每級都有生長繁育與進入本級污水 水質(zhì)相適應的微生物， 并自然地成為優(yōu)占種屬， 這種現(xiàn)象對有機污染 物的降解是十分有利的。c.微生物濃度高 特別是最初幾級的生物轉(zhuǎn)盤，據(jù)統(tǒng)計，轉(zhuǎn)盤上生物膜如折算成曝氣池的MLVSS可達40000-60000mg/L,F/M比為0.050.1。 而活

15、性污泥法的MLVSS-般在15003000mg/L之間，F(xiàn)/M值在0.2一0.4之間，這是氣動生物轉(zhuǎn)盤效率較高的一個主要原因。(2)處理工藝方面特征a.對水質(zhì)、水量變動具有較強的適應性氣動生物轉(zhuǎn)盤處理工藝， 對人流水量、 水質(zhì)的變化具有較強的適應性。 即使中間停止一段時間 進水，對生物膜的凈化功能也不會帶來明顯的障礙， 能夠很快地得到 恢復。b.易于固液分離， 即使產(chǎn)生大量的絲狀菌， 在二沉池中也無污泥 上浮現(xiàn)象發(fā)生c.能夠處理低濃度污水活性污泥法處理系統(tǒng)，如進水BOD在5060mg/L以下，絮凝體 形成惡化，處理水質(zhì)低下， 但是，氣動生物盤法處理系統(tǒng)對濃度低的 污水，也能夠取得較好的處理效果

16、，可使BOD為20mg/L的污水降至5-10mg/L。d、動力費用低氣動生物轉(zhuǎn)盤法去除單位質(zhì)量BOD的耗電量較傳統(tǒng)活性泥法少。e、產(chǎn)生的污泥量少一般說來，產(chǎn)生的污泥量比活性污法減少1/4。f、 具有較好的硝化與脫氮功能氣動生物轉(zhuǎn)盤具有良好的硝化功能，如米取措施得當，還有進行 脫氨水的功能。g、驅(qū)動裝置簡單與普通生物轉(zhuǎn)盤法相比，氣動生物轉(zhuǎn)盤法驅(qū)動裝置簡單，無需多 臺電機及減速裝置，而且在相同轉(zhuǎn)速下，接觸反應槽內(nèi)的溶解氧濃度 比普通生物轉(zhuǎn)盤高。以淮陰市北京新村污水處理廠為例，該廠日處理能力40000噸,其處理工藝流程如下：本流程中氣動生物轉(zhuǎn)盤采用直徑3m高效轉(zhuǎn)盤32臺，每臺轉(zhuǎn)盤填 料折表面積150

17、0吊。每四臺轉(zhuǎn)盤設在鋼筋混凝土接觸反應槽中，槽直 徑3.5米，供氣由鼓風機房送出，鼓風機房裝有三臺LG300X400-1羅茨鼓風機，每臺風機配用電機功率15KW設計二用一備，實際只工藝流程曲一抽務一握林一堀林_備$主祁盤 和:咖池岀水開一臺風機。全部生物盤設在室內(nèi)，起保溫作用。轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)速度每分鐘2轉(zhuǎn)，接觸氧化槽內(nèi)溶解氧濃度大于2mg/L, 容積面積比8L/m2。設計水力負荷86L/m2.d，BOD面積負荷9g/m2.d。 說明：由于廠外管線分流不完善，汛期污水有機物濃度較低。三、運轉(zhuǎn)情況及有關(guān)問題討論1、掛膜情況以南京鎖金村污水處理廠的活性污泥接觸掛膜為例，11月份運 行，當時平均室溫11C，

18、水溫13C，經(jīng)過1個月時間，生物膜生長 良好，出水水質(zhì)穩(wěn)定。轉(zhuǎn)盤生物膜形態(tài)如下表：輕盤級數(shù)-三四生物膜厚度（mm4321.5生物膜顏色灰淺褐黃黃氧化槽內(nèi)污水顏色褐黃淺黃微清轉(zhuǎn)速(r/mi n)22222、處理效果(1)低負荷時當日處理量為2000噸時，轉(zhuǎn)盤水力負荷為41.7L/m2d,BOD面2積負荷為4.1g/md,末級轉(zhuǎn)盤出水DC濃度大于4.5mg/L，現(xiàn)以93年為例，全年進出廠水質(zhì)情況如表達式：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進水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)滿負荷時當日處理量為3900噸時，轉(zhuǎn)盤水力負荷為81.2L/m2.d，BCD面積負荷為7.7g/mm2.d，末級轉(zhuǎn)盤出水DC值大于2mg/L，處理效果如下表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進水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.（%由于滿負荷時，只開一臺風機，供氣量偏低，處理效果有所下降, 但出廠水質(zhì)已達到GB8979-1996規(guī)定的排放標準。3、與傳統(tǒng)工藝比較（1）處理效果以無錫蘆村污水處理廠為例進行比較，蘆村廠采用傳統(tǒng)曝氣法， 日處理能力5萬噸。94年處理水量1778萬噸，進、出廠水質(zhì)情況如 下表3：表3BOD（mg/L）SS（mg/L）COD（mg/L：進水253.57222.88340.75出水10.6723.8123.38去除度（%94.2889.3292.33與上述氣動生物轉(zhuǎn)盤法處理效果相比，可以看出，

21、二者處理效 果相差不大?？梢钥闯?，采用氣動生物轉(zhuǎn)盤法的北京新村污水處理廠能耗最 低，平均只有傳統(tǒng)活性泥法的一半。（2）能耗筆者在95年四月份參加了全省城市污水處理廠普查， 現(xiàn)將普查 中得到的幾座采用傳統(tǒng)活性污泥法的城市污水處理廠的能耗與淮陰 市北京新村污水處理廠的能耗比較如下表4:表4廠名工藝處理能力（萬噸/日）94年處理水量（萬噸）耗電量（萬度）噸水耗電量（度/噸）無錫蘆村污水處理廠傳統(tǒng) 活性 污泥法51778.00286.27 0.16蘇州城西污水處理廠同上1.25391.17116.87 0.30蘇州城南污水同上0.5114.9323.100.21處理廠蘇州城東污水同上2.5775.26

22、106.47 0.14處理廠淮陰北氣動京新村生物0.4140.1515.240.11污水廠盤法（3）投資現(xiàn)將上述幾座城市污水處理廠的工程的造價列表如下（表5）:表5廠名處理能力（萬噸/日）建設年月總造價（萬元）噸處理能力造價（萬/噸）無錫蘆村污水51998.86753.01350.6處理廠蘇州城西污水處理廠1.251981.91300.91040.7蘇州城南污水處理廠0.51984.3114.8229.6蘇州城東污水處理廠2.51988.10 1081.4432.6淮阻北亦新村污水廠0.41986.7300.0750.0(備注：無錫蘆村廠還包括另有5萬噸的一級處理投資)根據(jù)筆者經(jīng)驗，氣動生動轉(zhuǎn)盤法處理工藝與普通生物轉(zhuǎn)盤法相比，少了污泥回流系統(tǒng)，卻多了昂貴的生物轉(zhuǎn)盤，因而造價應該是比較高的。(4)運行管理氣動生物轉(zhuǎn)盤法運行管理簡單，生動膜微生物吸附在