（环境工程专业论文）滤料对曝气生物滤池处理海水养殖废水的影响研究.pdf

青岛理工大学工学硕士学位论文 摘要 本课题是在中国科学院海洋研究所承担的国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计 划) 资助项目“重要海水养殖贝类苗种培育设施的工程优化”( 课题编号： 2 0 0 3 a a 6 0 3 1 4 0 ) 及国家自然科学基金项目( 项目批准号：3 0 6 7 1 6 2 0 ) “海水封闭 循环水养殖系统重要元素及能量收支的研究”的资助下进行的。由于海水养殖废 水的可生化性好，利用微生物处理可以原位修复，在一定程度上实现水体的循环 利用，因此养殖废水的生物净化处理技术研究日益受到社会的关注。曝气生物滤 池是一种高效、节能、占地面积小，运行管理方便的水处理技术，在养殖废水处 理方面具有独特的优势，对它的研究也越来越多。滤料作为b a f 的核心组成部分， 影响着该工艺的处理效果和运行控制，因此选择合适的滤料有着重要的意义。本 课题重点研究了滤料对曝气生物滤池处理海水养殖废水的影响。 首先，研究了采用三种不同滤料( 轻质球型陶粒滤料、竹球滤料及悬浮滤料) 的滤池对氨氮、亚硝酸氮( n 0 2 - n ) 、化学需氧量( c o d ) 等指标的处理效果； 结果表明，在流速为0 5 - - - 2 5 m h ，温度为1 8 , - - 2 8 ，气水比1 ：1 - 3 ：1 ，p h 值为7 肚8 5 的条件下，三个滤池连续进水，竹球滤池对氨氮的去除效果最好，即使进水氨氮 浓度有较大的波动，出水氨氮浓度也一直稳定在0 1 m g l 以t ，在试验初期陶粒滤 池与悬浮滤料滤池对氨氮的去除效果接近，但是随着试验的进行，陶粒对氨氮的 去除效果逐渐超过悬浮滤料；陶粒滤料对c o d 的去除效果最好，悬浮滤料次之， 竹球最差；养殖废水经陶粒和悬浮滤料滤池处理后，氨氮浓度大幅度降低，亚硝 酸盐的浓度有一定的升高，而竹球滤池中硝化和反硝化作用比较彻底，对氨氮和 亚硝酸盐表现出良好的去除效果，而且一直未出现亚硝酸盐的积累。由于悬浮滤 料价格昂贵，对氨氮和c o d m 的去除效果也一般，所以不是本试验合适的滤料。 其次，研究了有机负荷、氨氮负荷、水力负荷、滤料高度、气水比、温度、 p h 值等对采用不同滤料的滤池处理效果的影响，进而确定滤池运行的最佳参数， 为其在工程中应用提供科学依据。试验结果表明，在流速0 5 2 5 m h ，温度为 1 8 - 2 8 ，气水比1 ：1 3 ：1 ，p h 值为7 o 8 5 的条件下，采用三种不同滤料的b a f 的 出水c 0 d m 。和氨氮浓度都随着进水有机负荷和氨氮负荷的提高而增加，但是所选 用滤料的不同，负荷对它们的影响程度又有所不同；温度在1 8 - - - 2 9 1 的范围内变 化时，对c o d 去除率的影响不太明显；p h 值在6 5 7 5 时，滤池对氨氮和c 0 d i 青岛理工大学工学硕士学位论文 的去除率随着p h 值的增大先增大后减小，p h = 7 6 1 时去除率达到最大，从试验的结 果来说，p h 值对滤池去除c o d 的影响不大；本试验确定的三种滤料滤池的最佳 水力停留时间是l h ，最佳滤料层高6 0 c m ，最佳气水比为3 ：1 。 最后，研究了陶粒滤料和竹球滤料在不加生物菌剂的自然挂膜和加菌剂的人 工挂膜的条件下去除海水养殖废水中水溶性有害物质的差异，初步探讨是否有进 行人工挂膜的必要。试验结果表明，竹球和悬浮滤料自然挂膜成功大约需要2 1 天， 陶粒滤料则需要2 8 天左右；竹球和陶粒滤料人工挂膜成功大约需要1 4 天，明显少 于自然挂膜所需时间。运行的实验数据表明，人工挂膜竹球滤池对氨氮的处理效 果最好，且运行稳定，竹球滤池次之；人工挂膜陶粒滤池的处理效果一直好于自 然挂膜陶粒滤池，即陶粒滤料滤池的效果最差。人工挂膜陶粒滤料滤池和陶粒滤 料滤池对c 0 d 的处理效果相差不大，人工挂膜陶粒滤料滤池稍微占优，人工挂 膜竹球滤池次之，竹球滤池的效果最差。可见，人工强化挂膜在挂膜时间和对水 溶性污染物的去除方面有较大的优势。 研究结果表明，竹球作为天然载体滤料，与其他两种滤料相比，具有易挂膜， 对氨氮具有较高的去除率，耐海水腐蚀，来源广泛等优点，而且在合适的运行条 件下，对海水养殖废水具有很好的处理效果，因此在海水养殖废水的处理中具有 广阔的应用前景。 关键词：滤料；曝气生物滤池；海水养殖废水；硝化效率；挂膜。 青岛理工大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t t h i sp a p e ri ss u p p o r t e db yt h et h ec h i n e s eh i g h - t e c hr e s e a r c hd e v e l o p m e n t p l a n ( 8 6 3p h a ) o p t i m i z a t i o no fe n g i n e e r i n gi nb r e e d i n ge s t a b l i s h m e n tf o ri m p o r t a n t m a r i c u l t u r es h e l l f i s hc u l t u r e ”a n dt h en a t i o n a ln a t u r es c i e n c ef u n dp r o j e c t ( p r o j e c t n u m b e r ：3 0 6 7 1 6 2 0 ) “田他b u d g e t so fi m p o r t a n te l e m e n t sa n de n e r g yr e s e a r c hi ns e a w a t e rc u l t i v a t i o ns y s t e m ，w h i c ht h ei n s t i t u t eo fo c e a n o l o g y , c h i n e s ea c a d e m yo f s c i e n c e sa s s u m e s b e c a u s et h em a r i c u i t u r ee f f l u e n th a sg o o db i o d e g r a d a b i l i t y , u s i n g m i c r o o r g a n i s mc a nr e a l i z ei n o s i t ur e m e d i a t i o n , a n dr e a l i z ec i r c u l a t i n gu t i l i z a t i o ni n s o m ee x t e n t , b i o l o g i c a lp u r i f i c a t i o no f w a s t ew a t e rb r i n g sw i d ea t t e n t i o n b a fi sah i g h r a t e 、e n e r g y - 蹄v i n g 、l i t t l ea e r aa n de a s ym a n a g e w a t e rt r a t e m e n tt e c h n o l o g y s u b s t m t ei s t h ec o r eo f b a f , i n f l u e n c i n gi t se f f i c i e n c ya n df u n c t i o n , s oi th a si m p o r t a n ts i g n i f i c a n c e t oc h o o s ea p p r o p r i a t es u b s t r a t e t h i sp a p e rm i a n l ys t u d i e st h ei n f l u e n ei nb u b b l i n ga i r b i o f i l t e rw i t hd i f f e r e n ts u b s - t r a mo nm a r i c u l t u r ee f f l u e n tt r e a t m e n t f i r s t , t h i sp a p e rs t u d i e st h et r e a t m e n te f f e c to fa m m o n i an i t r o g e n , n 0 2 - - na n d c o d o ft h ef i l t e rt a n k 晰也t h r e ed i f f e r e n ts u b s t r a t e ( b a m b o os p h e r es u b s t r a t e 、 s u d p e n da n dg r a n u l a rc e r a m i c s ) t h em s u l ti n d i c a t e st h a tw h e nt h ew a t e rt e m p e r a t u r ei s 1 8 2 8 ，p hi s7 o 8 5 ，t h ev e l o c i t yi so 5 m 1 卜2 5 m h , a n dt h er a t i oo f a i rt ow a t c ri s 1 ：1 3 ：1 ，c o n t r o l l i n gw a t e rl e a k a g ed oo v e r6 0 m g l ，c o n t i n u o u s l ye n t e r i n gt h ew a t e r i n t ot h r e ef i l t e rt a n k s ，t h er e m o v a lr a t eo na m m o n i an i t r o g e ni nb a m b o ob a l lf i l t e ri st h e b c s t o v e ni ft h ee n t e r i n ga m m o n i an i t r o g e nc o n c e n t r a t i o nh a sab i gc h a n g et h eo u t l e t c o n c e n t r a t i o no fa m m o n i an i t r o g e na l s oc o n t i n u o u s l ys t a b i l i z e sb e l o wo 1 m g l ；i nt h e i n i t i a lp e r i o do f e x p a r i m e a t , t h er e m o v a lr a t eo na m m o n i an i t r o g e ni ng r a n u l a rc e r a m i c s m e d i af i l t e ra n ds u s p e n dm e d i af i l t e ri se q u i v a l e n t , a n dt h ew a t e ro u t l e tw a t e rq u a l i t y c a na c h i e v et h er e q u e s to f c u l t i v a t i o nw a t o rw a t e r , b u ta l o n gw i t he x p e r i m e n t a lc a r r y i n g o n , t h er e m o v a lr a t e o na m m o n i an i t r o g e no fg r a n u l a rc e r a m i c sm e d i ag r a d u a l l y s i l r p a s s e ss u s p e n d e dm e d i a f o rt h er e m o v a lr a t e0 1 1c o d , g r a n u l a rc e r a l r i c sm e d i a f i l t e r si st h eb e s t , s u s p e n d e dm e d i af i l t e ri st ob en e x t , a n dt h eb a m b o ob a l lf i l t e ri st h e w o r s t i nt h ew a t e rt h ea m m o n i an i t r o g e na n dt h en i t r o u sa c i ds a l i n i t yi se x t r e m e l yl o w , p r o c e s s e db yt h eg r a n u l a rc e r a h l i c sm e d i aa n da e r o s o lf i l t e r sm a t e r i a lf i l t e rt a n k , t h e a m m o n i an i t r o g e nw a t e rl e a k a g ed e n s i t yl a r g e l yr e d u c e s ，a n dt h en i t r i t ed e n s i t yr i s e s i n t h eb a m b o ob a l lf i l t e rt a n k , t h en i t r a t i o na n dt h ed e n i t r i f i c a t i o ni st h o r o u g h , d i s p l a y i n g g o o de f f e c t0 nt h ea m m o n i an i t r o g e na n dt h en i t r i t e ，a n di t d o e sn o ta p p a a rt h e i i i 塞墅矍三奎耋王兰堡圭耋堡重耋 a c c u m u l a t i o no fn i t r i t e b e c a u s es u s p e n d e dm e d i af i l t e ri se x p e n s i v ea n dt h er e m o v a l r a t eo na m m o n i an i t r o g e na n dc o d u ni so r d i n a r y , t h i se x p e r i m e n td i s c a r d si t s e c o n d l y , t h i sp a p e rs t u d i e st h e i n f l u e n c eo ft h eo r g a n i cl o a d , t h ea m m o n i a n i t r o g e nl o a d , t h e 、】i t e rp o w e rl o a d , t h es u b s t r a t eh e i g h t , g a s ：w a t e r , t e m p e r a t u r e ，p ht o f i l t e rt a n kp r o c e s s i n ge f f e c t ，t h e nd e t e r m i n e st h eb e s tm o v e m e n tp a r a m e t e ro f f i l t e rt a n k , p r o v i d i n gt h er e f e r e n c ef o ri t sp r o j e c ta p p l i c a t i o n ；t h er e s u l ti n d i c a t e st h a tw h e nt h e w a t e rt e m p e r a t u r ei s1 8 2 8 c ，p hi s7 肚8 5 ，t h ev e l o c i t yi so 5 m h 2 5 m h , a n dt h e r a t i oo fa i rt ow a l e fi s1 ：1 3 ：1 ，c o n t r o l l i n gw a t e rl e a k a g ed oo v c i 6 o m g l ，t h eo u t l e t c o d w , a n da m m o n i an i t r o g e nc o n c e n t r a t i o no f t h et h r e ek i n d sf i l t e ra l li n c r e a s e ，a l o n g w i t ht h eo r g a n i cc h a r g ea n dt h ea m m o n i an i t r o g e nc h a r g ee n h a n c e m e n tb u t t h e i n f l u e n c ei sd i f f e r e n ts e l e c t i n gd i f f e r e n tm e d i a s ；w h e nt h et e m p e r a t u r ei s1 8 2 9 1 t h e e f f e c to nt h er e m o v a lr a t eo nc o d m ai sl i r l e w h e nt h ep h - - 6 5 7 5 ，t h er e m o v a lr a t e0 1 1 a m m o n i an i t r o g e na n dc o d f i r s tr i s e sa n dt h e nm j n j s h e sa l o n gw i t ht h ep h r i s i n g t h i se x p e r i m e n te n n 氍l i - m $ t h eo p t i m u mh r t i sl h , t h eb e s tm e d i ah e i g h ti s6 0 c m a n dt h eb e s tr a t i oo f a i rt ow a t e ri s3 ：1 f i n a l l y , t h i sp a p e rs t u d i e st h ed i f f e r e n c eb e “v 嘲t h en a t u r a l l ys e t - u pn o ta d d i n g t h eb i o l o g i c a lm i c r o b i a li n o e u l u ma n da r t i f i c i a l l yh a n g e dm e m b r a n ea d d i n gt h e m i c r o b i a li n o e u l u mt og e td o w nt h es e aw a t e rc u l t i v a t i o nw a s t ei nt h ew a t e r - s o l u b l e d e l e t e r i o u ss u b s t a n c e ；m e a n w h i l ef r o mt h ee f f i c i e n c ya n dt h ef e a s i b l ea s p e c td i s c u s s e s w h e t h e rh a sc a l t i e so na r t i f i c i a l l yh a n g st h em e m b r a n et h en e c e s s i t y t h ee x p e r i m e n t a l r e s u l ti n d i c a t e st h a tt h eb a m b o ob a l la n ds u s p e n dm e d i an e e d s2 1d a yt os t a r - u p ，a n dt h e g r a n u l a rc e r a m i c sm e d i af i l t e rn e e da b o u t2 8d a y ；b a m b o os p h e r es u b s t r a t ea n dg r a n u l a r c e r a m i c sn e e d1 4d a y st os t a r t - u p w h i c hi so b v i o u s l ys h o r tt ot h en a t u r a l l ys e t - u p t h e r e m o v a lm t eo na m m o n i an i t r o g e ni nt h ea r t i f i c i a l l yh a n g e dm e m b r a n eb a m b o ob a l li s t h eb e s t , t h en a t u r a l l ys e t - u pb a m b o ob a l li st ob en e x t , a n dt h eg r a n u l a rc e r a m i c sm e d i a i st h ew o r s t t h ea r t i f i c i a l l yh a n g e dm e m b r a n eg r a n u l a r 倒 r m i c sa n dt h en a t u r a l l y s e t - u pg r a n u l a rc e 姗i c sh a v et h es i m i l a rr e m o v a lr a t e0 1 1c o i ) t h ea r t i f i c i a l l yh a n g e d m e m b r a n eb a m b o ob a l li st ob en e x t , a n dt h en a t u r a l l ys e t - u pb a m b o ob a l li st h ew o r s t s ot h er t i f i c i a l l yh a n g e dm e m b r a n eh a sg r e a ta d v a n c eo nt h et i m ea n dr e m o v a lo f w a t e r s o l u b i l i t yw a s t c 1 1 圮r e s u l t si n d i c a t et h a tb a m b o ob a l la san a t u r a ls u b s t r a t eh a ss o m ee x c e l l e n e e s e n n t a s t i n gw i t ht h eo t h e rt w os u b s w a t e ，f o re x a m p l e ，e a s yf i l mf o r m a t i o n , h i g hr e m o v a l r a t eo na m m o n i an i t r o g e n , b e a r i n gs e a w a t e rc a u t e r i z a t i o n , e x t e n s i v e5 0 1 r o 。a n d5 0o n ； i v 童璺矍三銮耋三主堡圭耋堡篁塞 a n du n d e rt h ea p p r o p r i a t ec o n d i t i o n , i th a sag o o dr e m o v a lr a t eo nw a s t e s oi th a sw i d c a p p l i c a t i o nf o r e g r o u n di nt r a t i n gm a r i c u l t u r ee f f l u e n t k e yw o r d s ：s u b s t r a t e ；b i o l o g i c a la e r a t e df i l t e r ；, m a r i c u l t u r ee f f l u e n t ；n i t r i f i c a t i o n e f f i c i e n c y ；h a n g i n gb i o - m e n b r a n e v 第一章绪论 近年来，随着海洋污染的加剧，育苗水质不断恶化，传统的人工育苗受到了极 大的挑战，而我国巨大的水产养殖面积及水产品市场又决定了巨大的苗种需求量， 这就要求我们必须对传统的苗种培育方式进行改进，研究并建立一套技术先进、 稳定高产、低成本、高效益的苗种繁育系统。水质水量、土地的费用、排水的限 制、环境的影响以及疾病等因素正推进水产养殖业走向更加集约的方式，这将促 使生产者采用环境友好技术。循环养殖技术采用拥有多种突出优点的生物滤池来 处理系统中的含有溶解有机物和氨氮的的污水，从而减少用水量和排出的污水量 e l 】。显然循环养殖技术适合于我国目前的国情，对它的研究和报道也越来越多，而 曝气生物滤池( b a f ) 作为它的水处理设施的核心部件，是一种高效、节能、占 地面积小、运行管理方便的水处理技术，是近年来水处理技术的研究热点之一， 正日益受到国内外专家的关注m 。 “ 1 1 研究背景 随着经济的发展和人民生活水平的提高，对水产品的需求逐渐增大，高密度 的水产养殖方式在世界各地蓬勃发展，养殖生物产生的代谢产物、残饵及残骸是 养殖水体的主要污染源。养殖废水中氮、磷含量高，直接排放易引起周围水体的 富营养化，破坏水源，污染环境；同时，由于水质恶化，水体中溶解氧下降，氨 氮和亚硝酸盐含量升高，养殖水体的污染也制约着养殖业发展。众多研究表明， 氨氮和亚硝酸盐对养殖生物的生长有较大毒害作用，严重时会造成养殖生物的大 量死亡，给水产养殖造成巨大经济损失。因此，养殖废水的脱氮已引起科学家的 极大关注。 养殖生物的排泄物包含各种电解质、氨、尿素、尿酸等含氮性终产物，其中 氨被大量排泄，如牙鲆，其氮排泄物的5 0 以上为氨态，并且废水中残余饵料、排 泄物在微生物的作用下分解转化也会释放出氨，这都会造成循环水养殖水体中氨 氮的积累。氨氮、n 0 2 - n ，n o a - n 、及病原生物的含量比较高，对贝类及其它水 生生物的生长繁殖会产生抑制甚至毒害，尤其是氨氮，很低的浓度即可导致其死 亡，氨氮对鱼有强烈的毒害作用m 。因而需要进行处理才能循环利用，如海湾扇 耋星堡王銮耋：耋耍圭誊堡里圣 贝育苗水要求水质中氨氮 0 1 m g l ，c o d a , t i n 5 m g l ，n 0 2 - n 0 1 m g l ，建立 一套经济有效的处理工艺就成为推动循环水养殖迅速发展的关键。由于育苗出水 中c o 。、n 0 2 - n 、n 0 3 - n 及磷酸盐的浓度较低，且苗种对其浓度要求较宽松， 氨氮就成为首要的去除污染物。我国传统的污染控制技术多为物化处理技术，如 沉淀和过滤，定期换水等，运行费用高但处理效果并不理想。由于养殖废水的可 生化性好，利用微生物处理可以原位修复，在一定程度上实现水体的循环利用， 养殖废水的生物净化处理技术研究日益受到社会的关注。生物膜法因具有产生污 泥少，运行管理方便，处理费用低的优点，在养殖废水处理方面具有独特的优势。 1 2b a f 污水处理技术 b a f 是2 0 世纪8 0 年代末9 0 年代初在普通生物滤池的基础上，并借鉴给水滤池 工艺而开发出一种新的好氧污水处理工艺，最初用于污水的三级处理，后发展成 直接用于二级处理，其最大特点是在一级强化处理的基础上将生物氧化和截留悬 浮物结合在一起，节省了后续二次沉淀池，并通过反冲洗再生实现滤池的周期运 行。与普通活性污泥法相比，b a f 具有有机负荷高、占地面积小( 是普通活性污泥 法的1 3 ) 、投资少( 节约3 0 ) 、不会产生污泥膨胀、氧传输效率高、出水水质好等 优点，但它对进水s s 要求较严( 一般要求s s 1 0 0 m g l ，最好s s 一 6 0 m g l ) ，因此需 要对进水进行预处理。 1 2 1b a f 的构造 根据污水在滤池运行中过滤方向的不同，可分为上向流曝气生物滤池和下向 流曝气生物滤池，除了污水在滤池中的流向不同外，上向流和下向流滤池的池型 构造基本相同。采用污水下向流过滤和自然通风供氧，气、水为逆向流，空气在 一定程度上阻止水流将污水中的固体物质带入滤池深处，从而使固体物质聚集在 滤池的表层，易使滤池堵塞；由于采用自然通风供氧，通风供氧状况的好坏受制 于池内温度与气温之差、滤池高度、滤料孔隙率及风力，不能给滤池提供较为稳 定、均匀的通风量；滤池堵塞会影响自然通风，使滤池供氧不足，从而导致微生 物缺氧，严重影响处理效果；同时，普通生物滤池不具有反冲洗系统，在滤池堵 塞时不能及时将引起堵塞的脱落微生物膜和其它杂物清理出滤池。上向流曝气生 物滤池在结构上采用气水平行上向流态，同时采用强制鼓风曝气技术，使得气、 一2 一 童堡垄王奎耋王耋堡圭耋堡鎏圣 水进行极好的均分，防止了气泡在滤料中的凝结，氧气利用率高，能耗低；与普 通生物滤池污水下向流态相反，气、水平行上向流态持续在整个滤池高度上提供 正压条件，可以更好地避免形成沟流或短流，从而避免形成沟流影响过滤工艺， 进而形成气阱；采用气、水平行上向流，使空间过滤能被更好地运用，空气能将 污水中的固体物质带入滤床深处，在滤池中能得到高负荷、均匀的固体物质，延 长反冲洗周期，减少清洗时间和清洗时的水、气量。 早期b a f 的应用形式大多为下向流，但实践证明，上向流曝气生物滤池比下 向流滤池的优点更多，所以近年来，国内外实际工程中绝大多数都采用上向流曝 气生物滤池结构。下面简要介绍典型上向流曝气生物滤池的结构。 b a f 的结构形式与普通快滤池类似，其主体由滤池池体、滤料层，承托层、 布水系统、布气系统、反冲洗系统、出水系统、管道和白控系统组成。下面对这 些部分分别予以简要介绍。 l 、滤池池体 滤池池体的作用是容纳被处理水和围挡滤料，并承托滤料和曝气装置的重量。 生物滤池的形状有圆形、正方形和矩形三种，结构形式有钢制设备和钢筋混凝土 结构等。一般当处理水量较少、池体容积较小并为单池时，采用圆形钢制设备居 多；当处理水量和池容较大，选用的池体数量较多并考虑池体共壁时，采用矩形 和方形钢筋混凝土结构较为经济。滤池的平面尺寸以满足所要求的流态，布水、 布气均匀，滤料安装和维护管理方便，尽量与其它处理构筑物尺寸相匹配等为原 则。 2 、滤料 从b a f 处理污水的发展状况来看，接触滤料的选取较为重要。见1 2 4 。 3 、承托层 承托层主要是为了支撑滤料，防止滤料流失和堵塞滤头，同时还可以保持反 冲洗稳定进行。承托层常用材质为卵石或磁铁矿，为保证承托层的稳定性，并对 配水的均匀性起充分作用，要求材质具有良好的机械强度和化学稳定性，形状应 尽量接近圆形。工程中一般选用鹅卵石作为承托层。 4 、布水系统 b a f 的布水系统主要包括滤池最下部的配水室和滤板上的滤头。对于上向流 滤池，配水室的作用是使某一段时段内进入滤池的污水能在配水室内混合均匀， 一3 一 重量垄苫奎耄三主霉圭耋堡连塞 并通过配水滤头均匀流过滤料层。该布水系统除了作为滤池正常运行时布水用外， 也作为定期对滤池进行反冲洗时布水用。对于上向流滤池，该布水系统主要用作 滤池的反冲洗布水和收集净化水。 配水室的功能是在滤池正常运行时和滤池反冲洗时使水在整个滤池截面上均 匀分布，它由位于滤池下部的缓冲配水区和承托滤板组成。要使b a y 发挥其最佳 处理能力，必须使进入滤池的污水能够均匀流过滤料层，尽量使滤料层的每一部 分都能最大限度地参与生物反应。进入滤池的污水首先必须先进入缓冲配水区， 在此先进行一定程度的混合后，依靠承托滤板的阻力作用使污水在滤板下均匀、 均质分布，并通过滤板上的滤头均匀流入滤料层。在气、水联合反冲洗时，缓冲 配水区还起到均匀配气作用，气垫层也在滤板下的区域中形成。 由于b a f 在正常运行时一直处于曝气阶段，曝气造成的扰动足以使得进水很 快均匀分布在整个反应器截面上，所以单从进水来讲，其配水设施没有一般给水 滤池那么讲究。滤池在运行时，生物滤料层截留部分悬浮物、生物絮凝吸附的部 分胶体颗粒和微生物膜在新陈代谢过程中增殖老化脱落的微生物膜，这些物质的 存在显著增加了b a f 的过滤阻力，会使处理能力减小和处理出水水质下降，所以 运行一段时间必须对滤池进行反冲洗，将这些物质通过反冲洗随冲洗水排出滤池 外，保证滤池的正常运行。若布水系统设计不合理或安装达不到要求，使反冲洗 时配水不均匀，将使部分区域反冲洗达不到要求，该区域的生物滤料中杂质冲洗 不干净，将影响生物滤池对污染物的去除效果；而冲洗强度的区域，由于水流速 度过大，会冲动承托层，引起生物滤料与承托层的混合，甚至引起生物滤料的流 失，有时也会引起布气系统的松动，对b a f 造成极大危害。 除上述采用滤板和配水滤头的配水方式以外，国内也有小型的b a f 采用栅型 承托板和穿孔布水管( 管式大阻力配水方式) 的配水形式。b a f 一般采用的管式大阻 力配水方式，由一根干管及若干支管组成，污水或反冲水由干管均匀分布进入各 支管。支管上有间距不等的布水孔，孔径及孔间距可由公式计算得出，支管开孔 向下，污水或反冲洗水靠配水系统均匀分配并经承托层的卵石进一步切割而均匀 分散。 5 、布气系统 b a f 内的布气系统包括正常运行时曝气所需的曝气系统和进行气一水联合反 冲洗时的供气系统两部分。 4 - 曼星堡三态耋苫誊堡土耋堡鎏耋 曝气系统的设计必须根据工艺计算所需供气量来进行。保持b a f 中足够的溶 解氧是维持b a f 内生物膜高活性、对有机物和氨氮的高去除率的必备条件，因此 选择合适的充氧方式对b a f 的稳定运行十分重要。b a f 一般采用鼓风曝气形式，良 好的充氧方式应有高的氧吸收率。 b a f 最简单的曝气装置可采用穿孔管。穿孔管属大、中气泡型，氧利用率较 低，仅为3 - 4 ，其优点是不易堵塞，造价低。在实际应用中有充氧曝气与反冲 洗曝气共用同一套布气管的形式，但由于充氧曝气需气量比反冲洗时需气量小， 因此配气不易均匀。共用同一套布气管虽然能减少投资，但运行时不能同时满足 两者的需要，影响b a f 的稳定运行。实践证明，该方法弊大于利，最好将两者分 开，单独设立一套曝气管，以保持正常运行；同时另设立一套反冲洗布气管，以 满足反冲洗布气的要求。现在国内外b a f 常用生物滤池专用曝气器作为滤池的空 气扩散装置，如中冶集团马鞍山钢铁设计研究总院环境工程公司开发的单孔膜滤 池专用曝气器。单孔膜滤池专用曝气器，按一定间隔安装在空气管道上，空气管 道又被固定在承托板上，曝气器一般设计安装在滤料承托层里，距承托板约0 i m ， 使空气通过曝气器并流过滤料层时可达到3 0 以上的氧利用率。该曝气器的另一个 特点是不易堵塞，即使堵塞也可用水进行冲洗。 6 、反冲洗系统 b a f 反冲洗系统采用气一水联合反冲洗，其目的是去除生物滤池运行过程中截 留的各种颗粒、胶体污染物及老化脱落的微生物膜。b a f 气一水联合反冲洗通过滤 板及固定于其上的长柄滤头实现，反冲洗过程一般按以下步骤进行：先降低滤池 内的水位并单独气洗，然后采用气一水联合反冲洗，最后再单独采用水洗。在反冲 洗过程中必须掌握好冲洗强度和冲洗时间，既要达到使截留物质冲洗出滤池，又 要避免对滤料过分冲刷，使生长在滤料表面的微生物膜脱落而影响处理效果。b a f 的反冲洗是通过运行时间、滤料层阻力损失、水质参数等来完成的，一般是由在 线检测仪表将检测数据反馈给p l c ，并由p l c 系统来自动控制和操作的。 7 、出水系统 b a f 出水系统有采用周边出水和来用单侧堰出水等。在大、中型处理工程中， 为了工艺布置方便，一般采用单侧堰出水较多，并将出水堰口处设计成6 0 0 角的斜 坡，以降低出水口处的水流流速；在出水堰口处设置栅形稳流板，以将反冲洗时 有可能被带至出水口处的陶粒与稳流板碰撞，导致流速降低而在该处沉降，并沿 一5 一 童星垄三奎耋三耋堡耋耋堡玺圣 斜坡流回滤池中。 8 、管道和自控系统 b a f 既要完成有机污染物的降解功能，又要完成对污水中各种颗粒、胶体污 染物及老化脱落的微生物膜的截留功能，同时还要实现滤池本身的反冲洗，这几 种方式交替运行。在小型工业废水处理中，滤池的控制可以简单一些，甚至可以 采用手动控制；对于城镇污水处理厂，由于污水处理规模较大，一般有若干组滤 池模块拼装而成，而且在运行中还要根据需要进行若干组滤池之间的切换，若采 用手动控制则工作量较大，且较难完成。为提高滤池的处理能力和对污染物的去 除效果，所以必须有p l c 控制系统来自动完成对滤池的运行控制，需要设计必要的 自控系统。 1 2 2b a f 的净水原理 b a f 是一种生物膜法处理工艺，是生物滤池的一种变形形式，也可看成是生 物接触氧化法的一种特殊形式。生物膜法是使微生物附着在载体表面上，污水在 流经载体表面过程中，通过有机营养物的吸附、氧向生物膜内部的扩散以及在膜 中所发生的生物氧化等作用，对污染物进行分解。活性污泥法和生物膜法的区别 不仅在于净化微生物固着方式不同，而且重要在于扩散过程。在生物膜反应器中， 污染物、溶解氧及各种必需营养物首先要经过液相扩散到生物膜表面，进而到生 物膜内部，只有扩散到生物膜表面或内部的污染物才能有机会被生物膜微生物所 分解与转化，最终形成各种代谢产物( c 0 2 、水等) 。在生物膜的最外层形成以好氧 微生物为主体的生物膜层，而在好氧层的深部由扩散作用制约了溶解氧的渗透往 往形成厌氧区。在这里，由于厌氧菌的作用，硫化氢、氨和有机酸等物质容易积 累。但是，如果体系供氧充分，厌氧层的厚度会被压缩至某一限度，形成的有机 酸在异氧菌的作用下转化为c 0 2 和水，而氨及硫化氢在自养茵作用下被氧化为各种 稳定的盐类，使整个生物膜反应器保持活性。此外，在生物膜反应器中，由于微 生物被固着在载体上，因此与污水的水力停留时间没有直接的影响关系，增殖速 度慢的微生物也能够生长繁殖，例如硝化细菌等。正因如此，生物膜上的微生物 在种属上是多种多样的，而且可以形成稳定的生态系纠研。生物膜净化机理的图解 模型如图卜l 所示。 一6 一 虢 体 隘 。 | 。 图1 - 1 生物膜去除底物简明图示 r 强肾 j 4 ：物 生物膜对有机物和氨氮的去除机理如下： ( 1 ) 有机物有机物的去除主要是依靠以有机物为其基质的异样菌分解，好 氧状态下的反应式为； ( c 出v o t ) + n n h 3 + n ( x + y 4 - z 2 5 ) 0 2 一( c s h t n 0 2 ) n + n ( n - 5 ) c 0 2 + n 2 0 4 ) h 2 0 增值的微生物，由于营养源不是和微生物自身分解生成氨氮。 ( c s h t n 0 2 ) n + 5 n 0 2 5 n c o z + 2 n i - 1 2 0 + nn i - 1 3 另外，生物处理不仅去除悬浮性和溶解性有机物，同时还可以去除藻类和无 杌性悬浮物。 ( 2 ) 氨氮水中的氨氮依靠生物膜中的亚硝酸菌和硝酸菌进行硝化反应去除。 2 n h 4 + 3 0 2 2 n 0 2 卜2 h 2 0 + 4 i - r 2 n o i + 0 2 - - 2 n 0 3 硝化细菌为自养菌，依靠氧化氨氮或n 0 2 - n 得到能量，使二氧化碳还原，进 行增值。理论上去除1 9 氨氮，若不考虑合成为生物细胞所需的氧，所需氧为4 5 7 9 ， 另外消耗碱度7 1 9 。自养菌的增殖速度比异养菌要缓慢。 b a f 的过滤作用表现为滤料本身就具有机械的截留作用和吸附作用，进水中 的颗粒粒径较大的悬浮状物质被截留，经过培养后滤料上生长有大量微生物。微生 物新陈代谢作用产生的粘性物质如多糖类、酯类等起吸附架桥作用，与悬浮颗粒及 一7 一 丘 藏， 废 物氯底藩 童璺垄王盔耋三耋堡圭耋堡婆塞 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。因此，生物滤池 通过过滤作用就能去除部分污染物，与一般的生物接触氧化反应器仅靠微生物作 用去除污染物相比，更具有优越性。由于生物膜生长、固着在比表面积较大的滤料 表面上，这就使得池中容纳着大量微生物，从而在体现出容积负荷高、停留时间短 的特点的同时，又能保证滤池在较低的污泥负荷下运行，为进一步降解污水中的有 机污染物提供了可靠的保证，进而获得了优良的处理效果，保证了出水的稳定性。 当污水由上向下或者由下向上流经滤料表面生长的生物膜时，在滤料层下部 强制鼓风曝气，使空气与污水逆向或者同向接触，这个废水净化过程是很复杂的， 它包括废水中复杂的传质过程、氧的扩散与吸收、有机物的分解和微生物的新陈 代谢等过程。滤池工作时，污水流经滤料表面过程中，通过有机营养物质的吸附、 氧向生物膜内部的扩散以及生物膜中所发生的生物氧化等作用，对污染物质进行 氧化分解，使污水得以净化阻1 0 l 。 1 2 3b a f 在国内外的发展现状 b a f 的研究在二十世纪8 0 年代中后期经历了一个快速发展时则1 2 1 ，出现了比 较有代表性的b i o f o r l l 3 1 、b i o s 聊一1 6 1 、b i o p u r 1 刀和d e e p b e d l l 5 1 等反应器和工 艺形式，9 0 年代以来有关b a f 的技术方法、工艺流程不断完善，在滤料的选择、 反冲洗技术的改进