曝氣生物濾池的研究進展

摘要闡述了曝氣生物濾池的工藝原理和特點，對曝氣生物濾池的結構形式、功能、啟動和濾料等方面的最新研究進展和發展趨勢進行了綜述，同時提出了曝氣生物濾池今后的研究方向。

關鍵詞曝氣生物濾池負荷濾料污水處理

曝氣生物濾池(biologicalaeratedfilter)與普通活性污泥法相比，具有有機負荷高、占地面積小(是普通活性污泥法的1/3)、投資少(節約30%)、不會產生污泥膨脹、氧傳輸效率高、出水水質好等優點。由于下向流曝氣生物濾池的納污效率不高、易堵塞、運行周期短，因此現在多采用上向流方式(即采用氣水同向流)，使布水、布氣更加均勻。同時，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應用最為廣泛，圖1是BIOFOR?的結構示意圖。

為了適應不同的水質和拓寬應用范圍，很多科研、工程技術人員對曝氣生物濾池結構進行了研究改造。鄒偉國等開發了一種名為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行一般城市污水或工業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。

由于各功能的實現對濾料粒徑大小和濾層厚度、負荷、曝氣等參數的要求不盡相同，一般認為不宜把各種功能放在同一個曝氣生物濾池中完成。但最近有研究者對在一個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+化學除磷和反硝化+生物除磷等組合功能進行了嘗試和探討，均取得了一定的研究成果。

3啟動

曝氣生物濾池的啟動與一般生物膜法的啟動方式相同。國外一般采用三種方式：①間歇培養并逐步增加流速；②在設計流速下或逐漸增加流速進行連續培養［9］；③用活性污泥接種，穩態運行［10］。三種啟動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律各不相同，但達到穩態所需的時間卻大致相同。Allan等根據自己的試驗結果建議采用設計流速進行連續培養以期得到更加穩定的生物量［11］。國內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，通氣悶曝一段時間后排出上清液，再加入待處理污水繼續悶曝一段時間，然后連續進水、進氣直至穩態運行為止。根據一些資料的報道，這種方法具有掛膜迅速的特點。

4幾個關鍵問題

濾料

濾料是曝氣生物濾池的關鍵部分，對曝氣生物濾池的功效有直接的影響，同時也影響到曝氣生物濾池的結構形式和成本。目前，濾料多為專利產品或處于保密狀態，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等對濾料進行了詳細的研究，他參照BEWA的標準對曝氣生物濾池常用的7種濾料進行了對比研究，認為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標準是處理飲用水所用快濾池的濾料標準，并且Kent只是對濾料的物理化學性能進行了對比，并沒有對其做污水處理試驗，因此對Kent等人的結論應進一步試驗論證。

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行了試驗，結果發現濾料粒徑越小曝氣生物濾池的效果越好，但小粒徑會使其工作周期變短，濾料也不易清洗，相應的反沖洗水量也會增加，因此應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，結果表明濾料粒徑為2～4mm時，曝氣生物濾池的硝化功能比濾料粒徑為4～8mm和～時的要好得多。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。

負荷

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

對以碳化為目的的曝氣生物濾池，一些研究結果認為在一定的范圍內出水COD值與COD容積負荷呈線性關系［12］。在此基礎上，一些研究者給出了COD去除率與進水BOD、COD的函數關系式。同時，很多學者就水力負荷對出水水質的影響也做了探討，普遍認為水力負荷對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盡量加大水力負荷以獲得盡可能大的處理能力。如Pujol等的試驗證實了濾速在6m/h、13m/h時BOD5的去除率基本不變。Canler的試驗也證實增加濾速對出水水質影響很小。Pujol等人認為低濾速使傳質不均勻，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。對于用于硝化或反硝化的曝氣生物濾池也有類似的結論。如Pujol等認為曝氣生物濾池的硝化功能與濾速無關，在COD負荷＜5kgCOD/(m3?d)、濾速為4～9m/h時硝化率穩定在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、負荷為/(m3?d)時NO3--N平均去除率達到89%，NO-x-N的平均去除率達到86%。

反沖洗

目前，普遍采用的反沖洗方式是氣水聯合反沖洗，即先用氣沖，再用氣、水聯合沖洗，最后再用水漂洗。不同形式、不同濾料的曝氣生物濾池，其反沖洗強度、歷時、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。

氣水比

氣水比的大小與進水水質、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。曝氣生物濾池氣水比一般采用(1～3)∶1，但也有高達10:1者。一般來說，用于硝化功能的曝氣生物濾池應采用較高的氣水比，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。根據目前的研究和應用情