（环境工程专业论文）曝气生物滤池中两种滤料处理性能的比较研究.pdf

硕1 j 学位论文 摘要 曝气生物滤池是2 0 世纪8 0 年代末在欧美发展起来的一种新型污水处理技术。 它是一种固定化生物膜法工艺，通过截留、生物代谢和吸附作用可在一个单元内 同时去除有机物、氨氮、和悬浮物。具有处理效率高、占地面积少、易操作管理、 无需二沉池和模块法建造等优点。随着b a f 系统的快速发展，现已成为常被广泛 采用的活性污泥法的一种取代工艺。当今世界上许多污水处理厂都选用b a f 来处 理二级和三级污水处理或者用于中水回用。为了达到出水水质标准，在b a f 设计 和操作运行中，选择适当的滤料是关键。作为一种矿物滤料，生物陶粒在中国应 用研究较多。作为一种新鲜尝试，我们自行设计一种新的滤料一聚氨酯海绵作为 b a f 滤料。 本试验在两个相同的b a f 装置中，分别应用陶粒滤料与聚氨酯泡海绵滤料处 理模拟生活污水，并进行了对比研究，通过试验研究为曝气生物滤池工艺中填料 选用提供依据。本文主要研究了以下几个内容：( 1 ) 两滤料成功挂膜所需时间差 不多，从开始到挂膜成功经历1 7 天。( 2 ) 探讨了在不同的水力负荷条件下f 5 2 0 l h ) ，两反应器中c o d 和氨氮的浓度及其去除率随高度变化情况。与陶粒相比， 聚氨酯填料对c o d 去除的效能相差不大，但有更高的氨氮去除，这主要归功于 它具有更高的比表面积。在两滤池中，c o d 和氨氮的去除效率随滤层高度的增加 而增加，并且大部分c o d 和氨氮去除都发生在4 0c m 。( 3 ) 探讨了气水比( 从 2 ：1 1 2 ：1 ) 对两b a f 的效能的影响。结果表明：随着气水比的增加，两b a f s 对 c o d 和氨氮的去除率提高，但趋势逐渐缓慢，在气水比为1 0 ：1 时能满足两b a f s 对c o d 和氨氮的去除的要求。在同一个气水比的条件下，聚氨酯滤池的效能要 好于生物陶粒滤池。( 4 ) 探讨了两b a f 的运行特性以及反冲洗对两b a f s 的运行 效能的影响。结果发现：聚氨酯海绵b a f 运行周期是陶粒b a f 运行周期的两倍 多，反冲洗对两b a f s 中c o d 和氨氮的去除影响较小，在3 小时内基本可恢复反 冲洗前水平。( 5 ) 探讨了曝气生物滤池反应系统降解有机物的反应动力学模式， 并给出了各反应器的动力学参数和方程。 行管理费用进行了简单对比，研究表明， ( 6 ) 对两b a f s 反应器的填料投资及运 陶粒反应器的填料投资及运行管理费用 较高，运行管理复杂，反应器的填料投资及运行费用均比陶粒反应器低，运行管 理相对容易。总之，作为一种新型填料，聚氨酯海绵适合做曝气生物滤池工艺填 料，并有一定的应用前景。 关键词：反冲洗；曝气生物滤池；陶粒；聚氨酯；污水 a b s t r a c t b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r s ( b a f s ) a r e a p p l i e dw i d e l yi nw a s t e w a t e rt r e a t m e n t ， s l i g h t l yp o l l u t e ds o u r c ew a t e r an e wk i n do fb i o l o g i c a lo x i d a t i o np r o c e s s r e c l a i m e dw a t e rr e u s e ，a n dp r e - t r e a t m e n to f b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ( b a f ) i san e wk i n do fb i o l o g i c a lo x i d a t i o nw a s t e w a t e r t r e a t m e n tt e c h n o l o g yf r o me u r o p ec o u n t r i e sa n da m e r i c aa tt h ee n d o f1 9 8 0 s b a fi s af i x e df i l mb i 0 1 0 9 i c a lp r o c e s st h a tc a nb e u s e df o rt h es i m u l t a n e o u sr e m o v a lo f c a r b o n a c e o u sm a t t e r ，a m m o n i aa n ds u s p e n d e ds o l i d s i nas i n g l eu n i tm a i n l yb y i n t e r c e p t i o n ，b i o l o g i c a lm e t a b o l i s m ，a d s o r p t i o n t h el ；a fh a sm a i na d v a n t a g e s o f h i g he f f i c i e n c y ，s m a l lf o o t p f i n t ，e a s eo fo p e r a t i o na n dm a n a g e m e n t ，n os e c o n d a r y c l a r i f i e r ，m o d u l a rc o n s t r u c t i o n ， a n ds o0 n o w i n gt 0t h e s ea d v a n t a g e s ， i ti sa n a l t e r n a t i v et ot h et r a d i t i o n a la c t i v a t e ds l u d g ep r o c e s sw h i c hi sc o m m o n l yu s e di n b i o l o g i c a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n t n o w a d a y sw i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h eb a f s y s t e m s ，t h e yh a v eb e e ns e l e c t e df o rm a n ys m a l lo rl a r g et o w n sf o rs e c o n d a r ya n d t e r t i a f vt r e a t m e n t0 fw a s t e w a t e r0 rr e c l a i m e dw a t e rr e u s ep u r p o s et h r o u g h o u tt h e w o r l d t h ep e r f o r m a n c eo ft h et w ob a f s ， o n ec o n t a i n i n gp o l y u r e t h a n es p o n g ea n dt h e o t h e rc o n t a i n i n gb i o l o g i c a lg r a n u l a rc e r a m i c ，b o t hi d e n t i c a li ns h a p ea n ds i z e ，i n0 r d e r t od e t e r m i n et h es u i t a b i l i t vo fn e wm a t e r i a la si t sm e d i aw a sc o m p a r e d t h ea i mo f t h i ss t u d vi st od e t e r m i n et h es u i t a b i l “yo fn e wm a t e r i a la si t sm e d i aa n dp r o v i d e r e f e r e n c eo fm e d i as e l e c t i o nf o rb a f as e r i e s0 fe x p e r i m e n t sh a sb e e nc o n d u c t e d c o n t i n u o u s l yo nap i l o ts c a l eu s i n gs y n t h e t i cd o m e s t i cw a s t e w a t e ra sf e e dw a t e r w i t h u n d e rd i f ：f e r e n tc o n d i t i o n s t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa r ea sf o l l o w s ： f 1 、s t a r i u po ft h et w ob a f sw a sr e s e a r c h e d i tt o o k1 7d a y st or e a c hs t e a d ys t a t e o p e r a t i o np e r i o df 6 rt h et w or e a c t o r ss u p p o r t e dw i t hp o l y u r e t h a n es p o n g e a n d g r a n u l a rc e r a m i c ( 2 ) u n d e rt h ed i f f e r e n th y d r a u l i cl o a d i n gv a r i e df r o m 5t o2 0 l h ，c h a n g e so f c o n c e n t r a t i o na n dr e m o v a le f f i c i e n c i e so fc o da n dn h 4 + 一ni nt w ob a f sw e r e d i s c u s s e d h i g h e rn h 4 + nr e m o v a li nt h eb a fw i t hp o l y u r e t h a n es p o n g em a y b e a t t r i b u t e dt 0i t sh i g h e rs p e c i f i ca r e a c o da n dn h 4 + 一nr e m o v a le f f i c i e n c yi n c r e a s e d w i t hi n c r e a s i n gm e d i ah e i g h ti nb o t hb a fw h i l em o s to fc o da n dn h 4 + _ n r e d u c t i o n so c c u r r e da tt h em e d i ah e i g h to f4 0c m 硕i ：学位论文 ( 3 ) i n n u e n c eo fa i r - w a t e rr a t i oo np e r f o r m a n c eo ft w ob a f sw a se x p l o r e d t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tc o da n dn h 4 + 一nr e m o v a le f f i c i e n c yi n c r e a s e dw i t hi n c r e a s e d a i 卜w a t e rr a t i o h 0 w e v e r ，t h e i rg r a d i e n tv a r i a t i o n so nc o da n dn h 4 + nr e m o v a li n b o t hb a f sa r eg r a d u a l l ys l o w t h ea i 卜w a t e rr a t i oo f1 0 ：1c a nm e e tt h er e q u i r e m e n t s 0 fd oi nt w ob a f s u n d e rt h es a m ea i 卜w a t e rr a t i ot h ep e r f o r m a n c eo fn e w p o l y u r e t h a n es p o n g eb a f w a sb e t t e rt h a nb i o l o g i c a lg r a n u l a rc e r a m i cb a f ( 4 ) c h a r a c t e r i s t i c so fo p e r a t i o no ft h et w ob a f sa n di n f l u e n c eo fb a c k w a s h i n go n f i l t e r p e r f o r m a n c e s w e r ed i s c u s s e d t h er e s u l t si n d i c a t e d r u n n i n g t i m eo f p o l y u r e t h a n es p o n g eb a fw a sm o r e t h a nd o u b l ei to fg r a n u l a rc e r a m i cb a f i n f l u e n c eo fb a c k w a s h i n go nc o da n dn h 4 + 一nr e m o v a li nt h et w ob a f sw a sl e s s v a l u eo fc o da n dn h 4 + 一nr e m o v a l e f f i c i e n c y r e c o v e r e dp r e v i o u sl e v e lo f b a c k w a s h i n g ( 5 ) t h ek i n e t i c sm o d e lo fb a fd e c o m p o s i n go r g a n i cm a t t e rw a sp r o b e di n t oa n d k i n e t i c se q u a t i o nw e r e0 b t a i n e d ( 6 ) t h ec a p i t a lc o s ta n dm a i n t e n a n c ef e e so fb a f sw i t hb i o l o g i c a lg r a n u l a rc e r a m i c a n dp o l y u r e t h a n es p o n g ew e r ec a l c u l a t e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ec a p i t a lc o s to f t h ep o l y u r e t h a n es p o n g eb a fa n di t sm a i n t e n a n c ef e e sw e r eal i t t l eh i g h e rt h a nt h a to f t h eg r a n u l a rc e r a m i cb a f i naw o r d ，p o l y u r e t h a n es p o n g ei ss u i t a b l ef o rb e i n gu s e d a sm e d i ai nb a f s k e yw o r d s ：b a c k w a s h i n g ；b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r s ；g r a n u l a rc e r a m i c ；p o l y u r e t h a n e s p o n g e ；w a s t e w a t e r 烈 硕1 ：学位论文 插图索引 图1 1b i o c a r b o n e 结构示意5 图1 2b i o s t y r 结构示意图6 图1 3b i o f o r 流程示意图7 图1 4b 2 a 结构示意图一7 图1 5b i o p u r 滤池填料载体8 图1 6b 1 0 p u r 运行示意图8 图1 7s i e r r e n o e s 污水厂工艺流程一9 图1 8b i o s m e d i 生物滤池结构1 0 图1 9 一体化反应器结构一1 1 图2 1 实验装置简图2 4 图2 2 氨氮含量标准曲线3 2 图3 1 挂膜时期两个曝气生物滤池c o d 去除情况3 5 图3 2 挂膜时期两曝气生物滤池n h 4 + n 去除情况3 6 图3 3 在水力负荷为5l h 时两b a f 对c o d 去除比较3 8 图3 4 在水力负荷为5l h 时两b a f 对n h 4 + n 去除比较3 9 图3 5 在水力负荷为1 0l h 时两b a f 对c o d 去除比较一4 0 图3 6 在水力负荷为1 0l h 时两b a f 对n h 4 + n 比较4 0 图3 7 在水力负荷为1 5u h 时两b a f 对c o d 去除比较4 l 图3 8 在水力负荷为1 5l h 时两b a f 对n h 4 + n 去除比较4 2 图3 9 在水力负荷为2 0l h 时两b a f 对c o d 去除比较4 3 图3 1 0 在水力负荷为2 0l h 时两b a f 对n h 4 + n 去除比较4 4 图3 1 1 比较气水比对两b a f 去除c o d 的影响4 7 图3 1 2 不同气水比条件下两b a f 对c o d 的平均去除率4 7 图3 1 3 比较气水比对两b a f 去除氨氮的影响一4 8 图3 1 4 不同气水比条件下两b a f 对c o d 的平均去除率4 9 图4 1 反冲洗对曝气生物滤池去除c o d 的影响5 3 图4 2 反冲洗对曝气生物滤池去除氨氮的影响5 4 图4 3 生物陶粒与聚氨酯海绵填料运行周期对比5 5 图5 1 曝气生物滤池模型示意图5 8 图5 2 图解法求k 值6 1 v m 曝气生物滤池中两种滤料处理性能的比较研究 附表索引 表2 1 陶粒滤料主要化学成分( w ) 2 5 表2 2 陶粒孔隙分布及其主要物理性质一2 5 表2 3 聚氨酯海绵滤料的主要物理性质2 5 表2 4 生活污水中微量元素配方2 7 表2 5 试验运行期间模拟生活污水配方一2 7 表4 1 反冲洗时的气水参数5 2 表5 1 曝气生物滤池反应器动力学试验数据一6 0 表5 2 两反应器运行成本6 2 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研 究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文 中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：左艳受日期：2 口口矿年5 月z 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“”) 日期：2 口口孑年；月2 日 日期：山嚼年r 月，2 日 硕士学位论文 1 1 课题来源及研究意义 第1 章绪论 我国是一个人均水资源占有量贫乏的国家，仅为世界人均值的l 4 ，位居世 界第1 1 0 位，已被联合国为1 3 个水资源贫乏的国家之一【。同时，由于我国地域 差异较大，河流、湖泊等水资源时空分布不均，开发利用难度大，许多地区和城 市严重缺水。目前，我国6 0 0 余座城市中有3 0 0 余座缺水，有些城市水资源严重 匮乏，全国城市缺水6 0 亿立方米年，且呈现增长趋势【2 1 。自2 0 0 0 年5 月以来， 由于干旱缺水，已有1 5 0 个城市先后开始实行定时限量供水，严重影响了城市的 可持续发展。与此同时，近几十年来，随着现代工业和城市建设的发展，我国城 市的环境污染特别是水污染问题日趋严重。我国当前城市污水的处理量仅为总排 放量的1 0 左右，大量的污水未经处理直接进入自然水体严重污染了水环境【3 1 ， 这使得水资源短缺变本加厉。可以说水污染严重和水资源的短缺已经成为严重制 约我国社会经济持续发展、危害生态环境、影响人们生活和身体健康的突出问题， 迫切需要加以解决【4 1 。 高效的污水会用技术的开发是解决水资源紧缺的一个重要途径几十年来，在 污水处理领域，活性污泥法无疑是一种被广泛使用并有良好效果的污水处理技术。 活性污泥法是根据絮凝动力学和生物吸附理论提出“絮凝吸附一沉淀一活化的 城市污水强化一级处理工艺【5 1 。该工艺对污染物去除的强化作用主要包括污泥的 絮凝、吸附和生物代谢3 种，以前两者的作用为主。该工艺的特点是未经沉淀的 生活污水原水与生物污泥同时进入混合反应器，两者在机械搅拌作用下充分混合 经充分絮凝吸附反应后，大量污染物质被絮凝吸附进入污泥絮体，出水进入沉淀 池，实现固液分离，而沉淀出水就是最终出水。为了恢复沉淀池饱和污泥的生物 絮凝吸附物质，改善污泥的沉降性能，同时保持污泥的好氧状态，避免变黑、发 臭。此过程在污泥活法池里进行，能耗远低于二级生物氧化反应。该工艺是适用 与环境状况尚待改善而经济欠发达地区的一种新型适用技术【6 】。 在我国的污水处理厂普遍应用的是以活性污泥法为基础的工艺，虽然这些工 艺处理效果尚可，甚至也比较好，但是占地面积大，人口的不断膨胀使城市变得 十分拥挤，许多城市土地资源非常有限，而采用活性污泥法为主导的污水处理厂 动辄几公顷的占地无疑成为一种制约。环境恶劣，巨大的污水处理构筑物大面积 暴露在大气之中，极易产生臭气污染，周围居民难以忍受。因此越来越多的居民 拒绝与污水处理厂为邻。性能不稳定，由于是一种悬浮状的微生物胶团，活性污 曝气生物滤池中两种滤料处理性能的比较研究 泥的浓度通常在6 0 0 0 毫克升以下，外界环境( 温度，污染物浓度等) 极易对处 理效果产生影响，甚至造成污泥膨胀，使处理水质恶化【7 1 。因此，开展经济有效 的污水处理新工艺，研究一种适合我国国情的污水处理新工艺，势在必行。新工 艺的开发与应用，目标是能够降低污水处理的投资与运行费用、节省用地、管理 方便、出水水质好，并能达到城市一般回用水质标准，能使污水回收利用，节约 淡水资源。在这种背景下，生物过滤的思想被引入到污水处理中来，于是体积小、 出水水质好、具有米、模块化结构并可自动化操作的曝气生物滤池( b i o l o g i c a l a e r a t e df i l t e r ，b a f ) 就应运而生了俐。 2 0 世纪八十年代，一种针对以上问题研发出来的新的污水处理技术首先在法 国得以运用，这就是淹没式固定生物膜曝气滤池【9 1 。法国o t v 公司在淹没式固定 生物膜曝气滤池领域拥有近2 0 年的工程设计、建设和运行经验，并且在世界各地 建设了1 0 0 多座类似工艺的污水处理厂，其中一种成熟工艺便是b i o s t y r 生物 滤池【1 0 】。b i o s t y r 则是一种经过改良的新一代上向流曝气生物滤池。它既可以 用于污水的二级处理，也可以用于处理出水需要回用等其他要求的污水深度处理， 并且能够达到很高的排放水质标准【1 1 】。与传统的活性污泥和s b r 方法相比，曝 气生物滤池的工艺特点和应用规模处理强度都有很强的优势，和传统的活性污泥 法以及由活性污泥法演变而来的污水处理方法相比具有很大的优势【1 2 j 。 作为一种新型污水处理工艺，曝气生物滤池在许多国家和地区得到了较广泛 的应用和推广。美国目前有5 个生产性曝气生物滤池【”】。自o t v 公司在法国 s o i s s o n s 建造了第一座曝气生物滤池以来，法国现有在运行和正在建设的共有1 5 座曝气生物滤池水处理工艺【1 4 】。自1 9 9 6 年我国第一座曝气生物滤池水处理工艺 在大连市马栏河污水厂建成以来，在沈阳、济南等大中型城市也相继出现【”】。由 于我国在曝气在曝气生物滤池工艺研究方面起步晚，基础薄，尚处于发展完善过 程中。深入了解其性能、机理并对其在实际工程中的应用回顾与评述，将有助于提 高人们对该项新技术的认知水平，对曝气生物滤池在我国污水处理中的应用起到 积极的促进作用。 1 2 曝气生物滤池的研究现状与进展 1 。2 1 曝气生物滤池工作原理及特点 曝气生物滤池( b a f ，b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ) 又叫淹没式曝气生物滤池， 最早来自法国c g e ( c o m p a g u i n ea e r a t e df i l t e r ) 公司所属的0 t v ( l ，o m n i u nd e v a l o r i s a t i o n ) 开发的【16 1 。最初只用作三级处理，后发展成直接用于二级处理的废水 处理工艺。 2 硕 ：学位论文 曝气生物滤池处理污水的原理是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、生理过滤、生物膜和填料的物理吸附作用，对污 水进行生物处理，使其中的污染物得以去除【”之。微生物附着在填料表面上，污 水在流经载体表面过程中，通过有机营养物的吸附，氧气向生物膜内部的扩散以 及膜中所发生的生物氧化作用，对污染物进行分解。在曝气生物滤池中，污染物、 溶解氧及各种必需的营养物质首先要经过液相扩散到生物膜表面，然后在逐渐进 入到生物膜内部，既为附着在原料上的膜上生物群提供生长营养，同时在扩散的 过程中被生物膜生物分解与转化，最终形成各种代谢产物( c 0 2 、水等) 。 此外，曝气生物滤池的填料本身就具有较好的机械的截留作用和吸附作用。 污水流经填料时，填料呈压实状态，利用滤料粒径较小的特点既生物膜的生物絮 凝作用，截留水中的悬浮物，且保证脱落的生物膜不会随水飘出。同时，填料上 的微生物在新陈代谢作用下可产生的粘性物质如糖类、酯类等能发挥吸附架桥作 用，同悬浮颗粒及胶体粒子粘结在一起，形成细小絮体，通过接触絮凝作用而被 去除。 由于曝气生物滤池填料生物膜比表面积较大，保证了滤池容纳着大量微生物， 这为进一步降解污水中的有机污染物、取得良好的处理效果，提供了较好的保证。 与其他生物处理工艺相比，曝气生物滤池具有如下优点【2 卜2 4 1 。 ( 1 ) 较小的池容积和占地面积，曝气生物滤池的b o d 5 容积负荷为5 6k g b o d 5 ( m 3 d ) 时，是常规活性污泥法或接触氧化法的6 1 2 倍。曝气生物滤池出水 s s 和b o d 5 均可保持在1 0m g l 以下。 ( 2 ) 高质量的出水水质。在b o d 5 容积负荷为6k gb o d 5 ( m 3 d ) 时，曝气 生物滤池出水s s 和b o d 5 均可保持在1 0m l 以下。c o d 可保持在6 0m l 以 下。处理工艺流程短。由于曝气生物滤池的物理截留作用，故不需设置二沉池和 污泥回流泵房，处理流程简化，使占地面积进一步减小。 ( 3 ) 基建费用低、运行费用省。由于该技术流程短，池容积和占地面积小， 适用基建费用大大降低，同时，粒状填料使得充氧效率提高，供氧动力消耗下降， 单位污水处理电耗低，运行费用较常规方法处理低1 5 左右。 ( 4 ) 易于操作管理。曝气生物滤池抗冲击负荷能力强，耐低温，无污泥膨胀 可以避免微生物流失，保持较高的微生物量，因此，日常运行管理简单，处理效 果稳定。 ( 5 ) 曝气生物滤池容易挂膜，启动快。曝气生物滤池在水温1 0 1 5 时，2 3 周内即可完成挂膜过程。 ( 6 ) 处理设旌可间歇启动运行。由于大量的微生物附着生长在粗糙多空的粒 状填料内部和表面，可以保持一定的微生物活性，因此，当曝气生物滤池停止运 行一段时间后，系统启动快，易于恢复。 3 硕卜学位论文 气、水联合反冲洗。反冲洗水为经处理后的达标水，反冲洗水从滤池底部进入上 部流出，反冲空气来自底部单独的反冲气管，反冲时关闭底部进水和工艺空气， 水气交替单独反冲，最后用水漂洗。滤层有轻微的膨胀，在气、水对填料的流体 冲刷和填料间相互摩擦下，老化的生物膜与被截留的s s 与填料分离。冲洗下来 的生物膜及s s 在漂洗中被冲出滤池，反冲洗污泥回流至预处理部分。 b i o c a r b o n e 工艺属早期曝气生物滤池，其缺点是负荷不够高，且大量被截留 的s s 集中在滤池上端几十厘米处，此处水头损失占了整个滤池水头损失的绝大 部分。同时纳污能力不强，容易堵塞，运行周期短。 进永 1 2 2 2b i o s t y r 工艺 冲进永 水+ 图1 1b i o c a r b o n e 结构示意 b i o s t y r 工艺也是法国o t v 公司的注册工艺，是对其原有b i o c a r b o n e 的一个改进，由于采用了新型轻质悬浮填料一b i o s t y r e n e 。m ( 主要成分是聚苯 乙烯，且比重小于1 、) 而得名，填料漂浮在水中。如图1 2 所示，经预处理的污水 与经硝化的滤池出水按一定回流比混合后进入滤池底部，在滤池中间进行曝气， 根据反硝化程度的不同将滤池分为不同体积的好氧和缺氧部分。在缺氧区，一方 面，反硝化菌利用进水中的有机物作为碳源，将滤池中的n 0 3 n 转化为n 2 ，实 现反硝化；另一方面，滤料上的微生物利用进水中的溶解氧和反硝化产生的氧降 解b o d 。同时，一部分s s 被截留在滤床内，这样便减轻了好氧段的固体负荷。 经过缺氧段处理的污水进入好氧段，在此微生物利用气泡转移到水中的溶解氧进 一步降解b o d ，硝化菌将n h 4 + n 氧化为n 0 3 一n ，滤床继续截留在缺氧段未被 去除的s s 。 5 曝气生物滤池中两种滤料处理件能的比较研究 jj 二ll 、i ll 1 ir 1 1j 霉州画每书鲫 酗12 l 一 张 m 7 j3 u lrll 一一l li 2 jtli 一， x 3 i留 1 一配水廊道；2 一滤池进水和排泥管；3 一反冲洗循环闸门；4 一填料；5 一反冲洗气管；6 一工艺空气管；7 一好氧区；8 一缺氧区；9 一挡板：1 卜出水滤头；1 1 一处理后水的储存和 排出；1 2 一回流泵；1 3 一进水管 图1 2b i o s t y r 结构示意图 流出滤层的水经上部滤头排出，滤池出水分为【2 8 】： 排出处理系统； 按回流比与原水混合进行反硝化； 用作反冲洗。 对于通常仅需要进行硝化反应( 对氨氮有要求) 的污水处理，在曝气和气反冲 洗时共用一根位于滤池底部的穿孔管，从而使整个滤床处于好氧状态，它可以去 除大部分可降解的污染物、含碳污染物( c o d 和b o d ) 、悬浮物( s s ) 和氨氮。 在b i o s t y r 工艺中，随着过滤的进行，其水头损失增长与运行时间成正相关。 当水头损失达到极限水头损失时，应及时进行反冲洗以恢复滤池处理能力，由于 b i o s t y r 工艺中没有形成表面堵塞层，使得b i o s t y r 工艺比b i o c a r b o n e 工 艺的运行时间相对要长【2 9 1 。 相比而言，b i o s t y r 工艺有以下优点： ( 1 ) 滤头布置在滤池顶部，与处理后水接触不易堵塞，同时滤头可从滤板上 部直接拆卸，便于更换； ( 2 ) 重力流反冲洗无需反冲泵，节省了动力； ( 3 ) 硝化、反硝化可在同一池内完成。 1 2 2 3b i o f o r 工艺 b i o f o r 工艺是法国s u e z 里昂水务下属的d e g r e m o n t 公司的一项专利 技术f 3 0 1 ，并在此基础上研发了d e n s a d e g + b i o f o r 的污水处理工艺【3 1 1 。 d e n s a d e g 为一高效沉淀池，集絮凝、过滤、沉淀于一体，大大简化了处理流 程。b i o f o r 的曝气头采用p h i l li p m u l le r 公司的注册产品o x a z u r ，填料 6 硕士学位论文 采用本公司研发的b i o l i t e ，解决了曝气生物滤池的除磷问题，使曝气生物滤池 工艺达到更好的效果。b i o f o r 工艺中主体反应池的结构和处理流程如图1 3 所 示，底部为气水混合室，之上为滤板和专用长柄滤头、承托层、滤料，曝气器位 于承托层内，提供微生物新陈代谢所需的养分【3 2 1 。 图1 3 o f o r 流程示意图 1 2 3 曝气生物滤池的新工艺 1 2 3 1b 2 a b 2 a 工艺是生物膜法处理废水的一项革新，经过了o t v 公司在生物膜法处 理废水方面多年的研究与发展。此工艺属于b i o c a r b o n e 和b i o s t y r 的联合 工艺，在法国甚至全世界都有广泛的应用。b 2 a 工艺保证了c o d 及t n 的去除 率，可以满足较高的出水要求。其结构如图1 4 所示【3 3 】。 b 2 a 工艺结合了几乎所有传统b a f 工艺的优点，可在预处理和二级处理中 使用相同的结构达到更好的硝化反硝化作用。 图1 4b 2 a 结构示意图 7 曝气生物滤池中两种滤料处理性能的比较研究 1 2 3 2b i o p u r b i o p u r 是瑞士v at at e c hw 俎am t e r 弛眦( 原苏尔寿环境技术部) 研 发的一种新型曝气生物滤池，其填料采用规整波纹扳和颗粒载体，并可根据污水 类型和进、出水指标结合不伺的填料类型组合成不同自句 ：工艺= 6 其滤料如图1 5 所 示。b i o p u r 工艺可以处理城市污水和工业废水，也可用于废水的深度处理( 硝 化、脱氮、除磷) ，应用范围很广【3 4 1 。 图1 5b i o p u r 滤池填料载体 b i o p u r 的流程如图1 6 所示，进水水流由b i o p u r d n 上部经过波纹板填 料之后进入b i o p u r n k 的底部，污水在经过陶粒填料处理后，利用自然水头由 b i o p u r n k 上部出水系统收集到出水渠进入集水池后排放。同时空气从 b i o p u r d n 和b i o p u r n k 池的底部通入。这样延长空气和污水的接触时间，有 利于氧转移，特别是b i o p u r d n 池。这样，一方面有利于发挥滤料表面生物膜 的氧化降解作用，另一方面有利于整个生物池的储存污泥能力，延长反冲洗周期。 b i o p u r n k 池的污水由下向上流动与污水中的悬浮物和脱落的生物膜形成逆流， 更加有利于悬浮物和脱落的生物膜被截留在陶粒中，完成固液分离的过程。 从初沉池 来的孵 反应器鼓风棚 田0 p u r c 爹层禧科勰褪 鸟删 j 墼型兰j h 一反冲洗水池 二二二二奠= = = = # _ r 摊入菜茵河 图1 6b i o p u r 运行示意图 暨 由于生物膜生长快，并固着在比表面积较大、规整、水气分布均匀的填料表面 上，这就使得池中微生物量大、生物活性高、传质速度快，从而在容积负荷高、 停留时间短的同时，又可使滤池在较低的污泥负荷下运行。为进一步降解污水中 难降解的有机污染物和严格控制出水水质提供了可靠的保证。当生物滤池运行到 一定时期，随着生物量和填料中截留杂质的增加，填料中水头损失增大，水位上 升，需对填料进行气、水联合反冲洗。反冲洗废水通过排水管回流到初沉池。 b i o p u r 在瑞士及欧洲各国都有应用，如瑞士a r ah a l l w i l e r s e e 用于硝化反硝 化及过滤，s y n g e n t ac r o pp r o t e c t i o n 用于处理澄清，法国s t e pl eb o m e 用于去 除c o d 和t n 等。图1 7 是s i e r r e n o e s 污水厂流程【驺】。 进水纫沉池厩厕河粤隔 1 2 3 3b i o s m e d i 一皮厂 反冲洗水l 进气厦冲洗水i 进气 图1 7s i e r r e n o e s 污水厂工艺流程 l j 水 b i o s m e d i 是上海市政研究院的专利产品。对不同材质的滤料进行筛选，最 后采用人工合成轻质颗粒滤料( 粒径一般在3 5m m ) 。它具有来源广泛、滤料比 表面积大、表面适宜微生物生长、价格便宜( 3 0 0 5 0 0 元m 3 ) 、化学稳定性好、 密度较小等一系列优点。根据滤料密度小的特点，研究开发出与之相适应的池型， 具体构造如图1 8 所示【靳】。 滤池采用混凝土池壁或钢制，分四部分：上部采用钢筋混凝土盖板( 可预制) 封顶，用于抵消滤料的浮力及运行时的阻力，在盖板上安装倒滤头，滤头可从顶部 拆卸，便于清洗；滤池中部是滤料层，其厚度及滤料的大小可根据实际情况确定； 滤层下部是穿孔排泥管及布气管，在滤池旁( 也可在滤池下部) 增加一气室：其 底部通过连接通道与滤池主体相连，专门用于脉冲反冲洗。滤池的特点：( 1 ) 采 用气、水同向流。与气、水异向流相比，在去除效果相同的条件下，滤速可有较 大提高，同时水力负荷的增加，大大提高了滤池的传质效果和处理效率，减少了 工程费用及占地面积，同时避免了气、水逆向流时造成的能量浪费。滤层阻力小， 因而能较好地与后续反应沉淀池衔接，适应于新厂及老水厂的改造。( 2 ) 滤池的 苫 i 反冲污水 冲污水舅 曝气生物滤池中两种滤 ： 处理性能的比较研究 阻力相对较低，布水、布气均匀。( 3 ) 由于滤池为上向流，对滤池的运行不会造 成影响，因此对原水的悬浮物质要求相对较低。( 4 ) 滤料来源广泛、价格便宜、 化学稳定性好。滤料比表面积大，单位体积内附着的生物量增大，生物滤池的容 积负荷增加，使生物滤池的去除效率大大提高，有利于氧气的传质，提高了充氧效 率。( 5 )该滤池采用独特的脉冲反冲洗形式，有利于增强反冲洗效果，同时耗水 量、耗气量小。反冲洗过程漂洗水可采用滤池出水，气源则来自鼓风曝气，不需要 专门的反冲洗水泵及鼓风机，可采用破坏虹吸的控制方式对滤池进行自动连续脉 冲反冲洗。( 6 ) 滤层比常规生物滤池的厚，而滤层越厚，水力负荷越大，去除效 果越佳。 1 2 3 4 一体化反应器 图1 8b i o s m e d i 生物滤池结构 所谓一体化反应器指的是污水处理各工序在同一个反应器内完成的处理设备 【2 8 1 。较为典型的结构如图1 9 所示【3 7 1 。一体化反应器由旋流分离区i 、沉淀区i i 、 生化反应区i i i 构成，其特点是集沉砂池、沉淀池、曝气生物滤池于一身，汇o 法于一体，运行灵活，管理方便，可以大大简化传统污水处理流程，从而节省投 资和占地，处理效率高，抗冲击负荷强。其特征在于污水处理器的器壁外形为两 头小、中间大的纺锤体结构。即上部正锥体，下部倒锥体的形式，正锥体内有一 中心筒，中心筒下部端口外翘成喇叭形，在锥体内表面，正锥体与倒锥体结合部 处向内设有意上翘的导流挡板，与中心筒外壁之间形成一环形狭缝，正锥体上部 沿器壁切向布置有进水口，中心筒即为中心导流筒，内部装有填料，上部有一排 水管；锥体表面与中心筒、导流挡板形成旋流分离区i ，形成环体结构，自上而 下，体积逐渐增大；中心筒下部、导流挡板、下部倒锥体器壁之间形成沉淀区i i ； 中心筒内部为生化反应区i i i ；正锥体避免与导流挡板之间夹角处形成集泥槽，集 泥槽、沉淀区i 底部均连接有排泥管。中心筒底部设有承托填料的多孔板，板上 装有填料。中心筒中下部装轻质填料，填料顶部装有挡板，挡板上均匀安装有出 水滤帽，填料中间布有用于曝气的空气管，在沉淀区i i 的底部装有用于滤料反冲 1 0 曝气生物滤池中两种滤料处理性能的比较研究 化反硝化。