摘要：闡述了曝氣生物濾池的工藝原理和特點(diǎn)，對曝氣生物濾池的結(jié)構(gòu)形式、功能、啟動(dòng)和濾料等方面的最新研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢進(jìn)行了綜述，同時(shí)提出了曝氣生物濾池今后的研究方向。

關(guān)鍵詞：曝氣生物濾池 負(fù)荷 濾料 污水處理

曝氣生物濾池(biological aerated filter)與普通活性污泥法相比，具有有機(jī)負(fù)荷高、占地面積小(是普通活性污泥法的1/3 )、投資少(節(jié)約30%)、不會(huì)產(chǎn)生污泥膨脹、氧傳輸效率高、出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)［1～3］，但它對進(jìn)水SS要求較嚴(yán)(一般要求SS≤100 mg/L，最好SS≤60mg/L)，因此對進(jìn)水需要進(jìn)行預(yù)處理。同時(shí)，它的反沖洗水量、水頭損失都較大。

世界上首座曝氣生物濾池于1981年在法國投產(chǎn)，隨后在歐洲各國得到廣泛應(yīng)用。美國和加拿大等美洲國家在20世紀(jì)80年代末引進(jìn)此工藝，日本、韓國和中國臺(tái)灣也先后引進(jìn)了此項(xiàng)技術(shù)。目前世界上較大的環(huán)保公司如法國得利滿公司、德國菲力普穆勒公司、法國OTV公司均把它作為拳頭產(chǎn)品在全世界推廣。在中國內(nèi)地，曝氣生物濾池正處于推廣階段。大連市馬欄河污水處理廠是我國第一個(gè)采用曝氣生物濾池工藝的城市污水處理廠，目前正處于試運(yùn)行階段。另外，我國一部分工業(yè)廢水的處理也采用了此項(xiàng)技術(shù)。清華大學(xué)、太原理工大學(xué)等科研單位對曝氣生物濾池也進(jìn)行了試驗(yàn)研究。隨著曝氣生物濾池在世界范圍內(nèi)不斷推廣和普及，很多學(xué)者在其結(jié)構(gòu)形式、功能、啟動(dòng)和濾料等方面進(jìn)行了詳細(xì)的研究，取得了很多成果。

1 結(jié)構(gòu)形式

曝氣生物濾池的結(jié)構(gòu)與普通快濾池基本相同，不同之處在于曝氣生物濾池下部或底部增加了曝氣系統(tǒng)。根據(jù)水流方向其可分為上向流和下向流兩種，早期的曝氣生物濾池多采用下向流，如BIOCARBON［4］。由于下向流曝氣生物濾池的納污效率不高、易堵塞 、運(yùn)行周期短，因此現(xiàn)在多采用上向流方式(即采用氣水同向流)，使布水、布?xì)飧泳鶆�。同時(shí)，在水氣上升過程中可把底部截留的SS帶入濾池中上部，增加了濾池的納污能力，延長了工作周期。目前，上向流曝氣生物濾池有BIOFOR®、BIOSTY®、COLOX®、DeepBedTM、BIOPUR®R等多種形式［5、6］，其中BIOFOR&R應(yīng)用最為廣泛，圖1是BIOFOR®的結(jié)構(gòu)示意圖。

為了適應(yīng)不同的水質(zhì)和拓寬應(yīng)用范圍，很多科研、工程技術(shù)人員對曝氣生物濾池結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究改造。鄒偉國等開發(fā)了一種名為BIOSMEDI的曝氣生物濾池，它采用了脈沖反沖洗、氣水同向流的形式，可用于微污染源水預(yù)處理或污水深度處理［7］。孫力平等為了解決BIOFOR®R的濾頭堵塞問題把濾頭改成穿孔管并降低了空氣擴(kuò)散管的位置，該工藝用于造紙和印染廢水的處理取得了良好的效果［8］。

2 功能

單個(gè)曝氣生物濾池可完成碳化、硝化、反硝化、除磷等功能，與其他工藝組合可進(jìn)行一般城市污水或工業(yè)廢水的二級或三級處理。表1是采用曝氣生物濾池處理污水的典型流程。

由于各功能的實(shí)現(xiàn)對濾料粒徑大小和濾層厚度、負(fù)荷、曝氣等參數(shù)的要求不盡相同，一般認(rèn)為不宜把各種功能放在同一個(gè)曝氣生物濾池中完成。但最近有研究者對在一個(gè)曝氣生物濾池中完成碳化+硝化、硝化+反硝化、硝化+生物除磷、硝化+化學(xué)除磷和反硝化+生物除磷等組合功能進(jìn)行了嘗試和探討，均取得了一定的研究成果。

3 啟動(dòng)

曝氣生物濾池的啟動(dòng)與一般生物膜法的啟動(dòng)方式相同。國外一般采用三種方式：①間歇培養(yǎng)并逐步增加流速；②在設(shè)計(jì)流速下或逐漸增加流速進(jìn)行連續(xù)培養(yǎng)［9］；③用活性污泥接種，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行［10］。三種啟動(dòng)方式中生物膜的生長速率、分布和對污染物的去除率等變化規(guī)律各不相同，但達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需的時(shí)間卻大致相同。Allan等根據(jù)自己的試驗(yàn)結(jié)果建議采用設(shè)計(jì)流速進(jìn)行連續(xù)培 養(yǎng)以期得到更加穩(wěn)定的生物量［11］。國內(nèi)很多生物膜裝置采用了快速排泥法，這種方法一般是采用活性污泥接種，通氣悶曝一段時(shí)間后排出上清液，再加入待處理污水繼續(xù)悶曝一段時(shí)間，然后連續(xù)進(jìn)水、進(jìn)氣直至穩(wěn)態(tài)運(yùn)行為止。根據(jù)一些資料的報(bào)道，這種方法具有掛膜迅速的特點(diǎn)。

4 幾個(gè)關(guān)鍵問題

4.1 濾料

濾料是曝氣生物濾池的關(guān)鍵部分，對曝氣生物濾池的功效有直接的影響，同時(shí)也影響到曝氣生物濾池的結(jié)構(gòu)形式和成本。目前，濾料多為專利產(chǎn)品或處于保密狀態(tài)，常用的濾料有石英砂、陶粒及塑料制品(合成纖維、聚苯乙烯小球、波紋板等)。Kent等對濾料進(jìn)行了詳細(xì)的研究，他參照BEWA的標(biāo)準(zhǔn)對曝氣生物濾池常用的7種濾料進(jìn)行了對比研究，認(rèn)為Arlita和膨脹頁巖最適合用作曝氣生物濾池的濾料。但是，由于BEWA標(biāo)準(zhǔn)是處理飲用水所用快濾池的濾料標(biāo)準(zhǔn)，并且Kent只是對濾料的物理化學(xué)性能進(jìn)行了對比，并沒有對其做污水處理試驗(yàn)，因此對Kent等人的結(jié)論應(yīng)進(jìn)一步試驗(yàn)論證。

濾料的粒徑主要取決于曝氣生物濾池的功能。Stensel等就濾料粒徑對具有碳化或碳化+硝化功能的曝氣生物濾池的影響進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)濾料粒徑越小曝氣生物濾池的效果越好，但小粒徑會(huì)使其工作周期變短，濾料也不易清洗，相應(yīng)的反沖洗水量也會(huì)增加，因此應(yīng)綜合考慮各種因素以選定合適的濾料粒徑。Kent等人也做了類似試驗(yàn)，結(jié)果表明濾料粒徑為2～4mm時(shí)，曝氣生物濾池的硝化功能比濾料粒徑為4～8mm和5.6～11.2mm時(shí)的要好得多。目前，曝氣生物濾池普遍采用的濾料粒徑為3～6mm，濾層厚度為3～4m。

4.2 負(fù)荷

曝氣生物濾池一般采用兩種負(fù)荷：容積負(fù)荷［kg/(m3?d)］和水力負(fù)荷［m3/(m2?h )，也稱濾速］。早期的曝氣生物濾池均采用了較低的負(fù)荷值，但隨著對曝氣生物濾池研究的深入和認(rèn)識水平的提高，負(fù)荷值近幾年有逐漸加大的趨勢。表2是較為典型的負(fù)荷值。

對以碳化為目的的曝氣生物濾池，一些研究結(jié)果認(rèn)為在一定的范圍內(nèi)出水COD值與COD容積負(fù)荷呈線性關(guān)系［12］。在此基礎(chǔ)上，一些研究者給出了COD去除率與進(jìn)水BOD、COD的函數(shù)關(guān)系式。同時(shí)，很多學(xué)者就水力負(fù)荷對出水水質(zhì)的影響也做了探討，普遍認(rèn)為 水力負(fù)荷對BOD5的去除效率影響甚微，只要溫度、曝氣量、反沖洗等因素在不受制約的條件下應(yīng)盡量加大水力負(fù)荷以獲得盡可能大的處理能力。如Pujol等的試驗(yàn)證實(shí)了濾速在6m/h、13m/h時(shí)BOD5的去除率基本不變。Canler的試驗(yàn)也證實(shí)增加濾速對出水水質(zhì)影響很小。Pujol等人認(rèn)為低濾速使傳質(zhì)不均勻，從而造成底部堵塞(上向流)，影響曝氣生物濾池功能，提高濾速有利于傳質(zhì)。對于用于硝化或反硝化的曝氣生物濾池也有類似的結(jié)論。如Pujol等認(rèn)為曝氣生物濾池的硝化功能與濾速無關(guān)，在COD負(fù)荷＜5kgCOD/(m3?d)、濾速為4～9m/h時(shí)硝化率穩(wěn)定在80%～100%。對于反硝化曝氣生物濾池，在其他因素不受制約的條件下濾速越高越好，濾速為32m/h、負(fù)荷為5.1kgNO3--N/(m3?d)時(shí)NO3--N平均去除率達(dá)到89%，NO-x-N的平均去除率達(dá)到86%。

4.3 反沖洗

目前，普遍采用的反沖洗方式是氣水聯(lián)合反沖洗，即先用氣沖，再用氣、水聯(lián)合沖洗，最后再用水漂洗。不同形式、不同濾料的曝氣生物濾池，其反沖洗強(qiáng)度、歷時(shí)、周期各不相同，用水量和用氣量也存在較大差異。表3是一些資料提供的曝氣生物濾池采用的反沖洗參數(shù)。

4.4 氣水比

氣水比的大小與進(jìn)水水質(zhì)、曝氣生物濾池功能和形式、濾料粒徑大小和濾層厚度等因素有關(guān)。曝氣生物濾池氣水比一般采用(1～3)∶1，但也有高達(dá)10:1者。一般來說，用于硝化功能的曝氣生物濾池應(yīng)采用較高的氣水比，而僅用于碳化的曝氣生物濾池的氣水比可適當(dāng)降低。Payraudeau等人指出：用于三級硝化的BIOSTY®R的供氣量約為70m3/kgNH4+-N。Stensel等人給出了計(jì)算曝氣生物濾池供氣量的公式。

5 展望

作為一種嶄新的水處理工藝——曝氣生物濾池正處在推廣之中。根據(jù)目前的研究和應(yīng)用情況，今后應(yīng)重點(diǎn)研究以下相關(guān)問題：

① 生物膜的特點(diǎn)及其快速啟動(dòng)的方式；

② 生物氧化功能和過濾功能之間的相互關(guān)系；

③ 反沖洗過程中生物膜的脫落規(guī)律；

④ 進(jìn)一步拓寬曝氣生物濾池的應(yīng)用范圍，研究其在水深度處理、微污染源水預(yù)處理、難降解有機(jī)物處理中的應(yīng)用及與其他工藝組合的處理效果。

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