曝气生物滤池及其研究进展_马军

水污染治理曝气生物滤池及其研究进展＊马军邱立平(哈尔滨工业大学市政环境工程学院,黑龙江150090)摘要介绍了曝气生物滤池的特点、结构形式和应用情况,综述了曝气生物滤池研究在有机物和SS去除、硝化反硝化、除磷、生物膜处理机理以及反应动力学等方面的最新进展,指出曝气生物滤池是符合我国国情的新型固定模生物处理技术,应加大研究力度,迅速使之国产化并投入使用。关键词生物处理固定膜曝气生物滤池机理应用进展＊国家杰出青年科学基金资助项目(编号59825106)1引言目前我国城市污水的处理排放量仅为排放总量的10%左右[1],大量的污水进入自然水体导致了严重的水环境污染,使已十分严重的水资源短缺状况更加严峻。曝气生物滤池技术具有处理效率高、占地面积小、基建及运行费用低、管理方便和抗冲击负荷能力强等特点,在污水的有机物去除、硝化去氨、反硝化脱氮、除磷以及微污染水源水的预处理过程中有着较好的应用前景。该技术特别适合我国水处理事业所面临的资金不足、技术水平低的现状,应对其研究和应用发展现状进行总结,并进行深入的理论探讨和工艺研究,使之快速国产化并尽快应用于我国的水处理实践中。2曝气生物滤池特点及其发展2.1产生及发展与其它生物固定膜方法不同,曝气生物滤池将生物氧化过程与固液分离集于一体,使碳源去除、固体过滤和硝化过程在同一个单元反应器中完成,经池结构改进后增加了厌氧区的曝气生物滤池还可以进行反硝化脱氮及除磷。目前全球范围内的以曝气生物滤池为主体技术的水处理厂已超过100座以上,主要分布在欧洲和北美洲地区。亚洲的韩国,我国台湾、大连也有曝气生物滤池的实际应用。被广泛地应用于工业废水、生活污水的有机物、SS去除的二级处理,脱氮除磷的三级处理以及微污染水源水的预处理。我国对该技术的研究尚处于起步阶段,对曝气生物滤池处理生活污水、啤酒废水进行了处理效能及机理方面有了一定的研究。同时,国内的一些污水处理工程也采用了曝气生物滤池单元。2.2原理和形式曝气生物滤池的基本原理在于在一级强化的基础上,以颗粒状填料及其附着生长的生物膜为主要处理介质,充分发挥生物代谢作用、物理过滤作用、生物膜和填料的物理吸附作用以及反应器内食物链的分级捕食作用,实现污染物在同一单元反应器内去除。曝气生物滤池借鉴了生物接触氧化反应器和深床过滤器的设计原理,省却了二次沉淀设备。反应器内存在着不同的好氧、缺氧区域,可同步实现硝化和反硝化,在去除有机物的同时达到脱氮的目的。曝气生物滤池的形式在进水方式、填料选择和使用功能上各有所不同,即上向流曝气生物滤池和下向流曝气生物滤池;悬浮填料曝气生物滤池和沉没填料曝气生物滤池;去碳曝气生物滤池、硝化曝气生物滤池、反硝化生物滤池、水源水预处理曝气生物滤池和组合曝气生物滤池等等。目前工程中曝气生物滤池的使用形式可以分为四大类:即BIOCARBONE、BIOFOR、BIOSTYR、BIOPUR,其各自构造特点如图1～3所示,BIOPUR的形式与BIOFOR的形式基本相同,只是BIOPUR的填料根据不同水质采用波纹板、陶粒或砂,以取得不同的处理效果。图1BIOCARBONE结构示意图2.3技术特点和工艺参数曝气生物滤池的主要特点为:(1)采用小粒径颗7环境工程2002年6月第20卷第3期DOI:10.13205/j.hjgc.2002.03.001图2BIOFOR结构示意图图3BIOSTYR结构示意图粒填料作为过滤主体的池型反应器。(2)同步发挥生物氧化作用和物理截留作用。(3)氧转移和利用效率高。(4)具有较高的处理效率,出水水质好,能耐受较高负荷。(5)运行过程中通过反冲洗去除滤层中截留的污染物和脱落的生物膜,不需要二沉池。(6)充分借鉴了单元反应器原理,采用模块化结构设计,为整个工艺的紧凑化、设备化及改扩建提供了有利条件。(7)反应器沿水流方向呈明显的空间梯度特征。目前已开发出的BAF反应器的主要工艺参数为:有机物负荷2～10kgm3·d;滤速2～15mh氨氮负荷0.5～1.5kgm3·d;氮氧化物负荷0.5～1.5kgm3·d;填料石英砂、无烟煤、陶粒、合成塑料、火山灰等,粒径为3～10mm,多数为3～6mm;曝气条件气水比大多为1～3∶1,最高不超过10∶1,曝气量与处理要求、进水条件、填料情况直接相关;运行周期分级式滤池的运行周期一般为24～48h,硝化及反硝化滤池的运行周期稍长,一体式硝化及反硝化滤池的运行周期与进水情况关系密切,一般为24h;反冲洗条件反冲洗时间一般依水头损失来确定,反冲洗方式为气冲、水冲、气水联合反冲以及脉冲反冲,反冲洗水强度为15～35Lm2·s,气强度为15～45Lm2·s,冲洗时间一般在30min以内。2.4曝气生物滤池存在的主要问题(1)进水一般要求进行预处理,一定程度上增加了工艺的复杂性。(2)进水悬浮物较多时,运