高效曝气生物滤池的制作方法
专利名称高效曝气生物滤池的制作方法
技术领域本实用新型涉及一种高效曝气生物滤池，可以广泛用于市政、印染、化工、制 药等领域的污水、废水的二级、三级处理中。
背景技术为了实现环保理念的普及，降低企业环境治理的投入，消除中小企业对污染治 理投入无底洞的错误认识。实现环境的生态化、人居化。治理和维护环境也直接或间接 着决定着人类的未来和能否实现可持续发展的目标。现有的曝气生物滤池装置，大部分都是大型处理装置，需要前期的土建投入， 运行效率不高，大部分建成的设施都处于闲置状态，同时对运行人员的知识水平也有一 定要求，从而限制了其在污水处理领域的广泛应用。
发明内容本实用新型目的是提出一种高效曝气生物滤池，适用于曝气生物滤池 (NBAF)工艺，NBAF工艺最初是为在污水的二级、三级处理中实现硝化、反硝化开发 的，设计思想来自活性污泥A/0法。在具体工艺形式的实现中，该工艺抓住了曝气生物 滤池即BAF的技术关键-滤料，并由此带来了一系列的工艺特点。高效曝气生物滤池，其特征是滤池下部设有进水管，中部是滤料层，厚度为 2 3m，滤料顶部装有防止悬浮滤料流失的滤料挡板，滤料挡板上均勻安装有出水滤 帽，滤料挡板上部空间用作反冲洗水的储水区，滤料层的底部与滤池底部的空间留作反 冲洗再生时滤料膨胀之用。滤料层下部设有进水布水管9，滤料层的上部为好氧区，滤料 层的下部厌氧区或缺氧区，在好氧区与厌氧区分界面设有穿孔曝气管，厌氧区下部设有 反冲洗空气管，和排泥管，滤池的底部为沉淀区和排泥阀，出水槽设在滤池的最上部。滤池供气系统分两套管路，置于滤料层内的工艺空气管用于工艺曝气，并将滤 料层分为上下两个区上部为好氧区，下部为缺氧区。根据不同的原水水质、处理目的 和要求，滤料层的高度可以变化，好氧区、厌氧区所占比例也可有所不同。滤池底部的 空气管路是反冲洗空气管。从化工原理的角度看，滤料技术的改进是对反应器内部构造的改善，是加强传 质、改善反应器内水力条件、生化反应条件的基本手段，是提高负荷的根本途径。在 BAF工艺中，滤料一方面起着生物载体的作用，为生物膜提供良好的生长环境，另一方 面也起着过滤的作用。事实上，BAF性能的优劣很大程度上取决于滤料的特性。曝气 生物滤池NBAF采用的是比重小于水的球形有机滤料，粒径2 5mm，具有较好的机械 强度和化学稳定性，在为微生物提供生长环境、截留SS、促进气水均勻混合等方面有一 定优势。目前，用于BAF的滤料有许多种，主要分沉没式和悬浮式两种，而悬浮滤料在 截留SS、降解COD等方面要优于沉没滤料，相比之下NBAF采用悬浮滤料易于反冲洗，结合其具体的运行方式，就为NBAF拥有高的处理能力、延长运行周期，减少反冲洗水 量创造了条件。本实用新型生物反应器为周期运行，从开始过滤至反冲洗完毕为一完整周期， 具体过程如下经预处理的污水通过滤池进水管进入滤池底部，并向上首先流经滤料层 的缺氧区。此时反冲洗空气管处于关闭状态。缺氧区内，一方面，反硝化细菌利用进水 中的有机物作为碳源将滤池进水中的N03-N转化为N2，实现反硝化脱氮。另一方面， 滤料上的微生物利用进水中的溶解氧和反硝化过程中生成的氧降解BOD，同时，SS也通 过一系列复杂的物化过程被滤料及其上面的生物膜吸附截留在滤床内。经过缺氧区处理 的污水流经滤料层内的曝气管后即进入了好氧区，并与空气泡均勻混合继续向上流经滤 料层。水气上升过程中，该区滤料上的微生物利用气泡中转移到水中的溶解氧进一步降 解BOD，滤床继续去除SS，污水中的NH3-N被转化为N03-N，发生硝化反应。流出 滤料层的净化后废水通过滤池挡板上的出水滤头排出滤池。随着过滤的进行，由于滤料层内生物膜逐渐增厚，SS不断积累，过滤水头损失 逐步加大，在一定进水压力下，设计流量将得不到保证，此时即应进入反冲洗再生以去 除滤床内过量的生物膜及SS，恢复滤池的处理能力。依据不同的处理情况，滤池出水指 标(如SS)也可通过自控系统成为反冲洗的控制条件。反冲洗采用气水交替反冲，反冲洗水即为贮存在滤池顶部的达标排放水，反冲 洗所需空气来自滤池底部的反冲洗气管。反冲再生过程如下关闭进水和工艺空气；水 单独冲洗；空气单独冲洗；继而水单独反洗和空气单独反洗步骤交替进行并重复几次； 最后用水漂洗一次。反冲洗水自上而下，滤料层受下向水流作用发生膨胀，滤料层在单 独水冲或气冲过程中，不断膨胀和被压缩，同时，在水、气对滤料的流体冲刷和滤料颗 粒间互相摩擦的双重作用下，生物膜、被截留吸附的SS与滤料分离，冲洗下来的生物膜 及SS在漂洗中被冲出滤池。反冲洗污泥回流至滤池预处理部分的沉淀系统。再生后的 滤池进入下一周期运行。由于正常过滤与反冲时水流方向相反，滤料层底部的高浓度污 泥不经过整个滤床，而是以最快的速度通过池底排泥管离开滤池。本实用新型的有益效果是提供了高效、一体化，多级化、可自动化运行的高 效曝气生物滤池。对不同负荷污废水可以进行模块化、多单元的分级处理，可以实现全 自动无人值守运行。对系统内部无需维护。运行稳定可靠，整个设备可实现工厂化生 产，现场组装。将生物氧化、过滤、沉淀、反冲洗的工艺流程集成到一体化的高效曝气生物滤 池处理装置中，不仅有效减少了空间的使用，同时实现了模块化的生产，无需土建施 工，减少最终用户的土建投入。
图1是本实用新型的结构示意图1储水区、2滤料挡板、3滤帽、4好氧区、5穿孔曝气管、6缺氧区、7反冲洗空 气管、8进水电动阀、9进水布水管、10沉淀区、11排泥阀、13发冲洗进气阀、14出水槽。
具体实施方式
NBAF基本结构如图1所示，滤池底部设有进水和排泥管，中上部是滤料层，厚 度一般为2 3m，滤料顶部装有挡板，防止悬浮滤料的流失。挡板上均勻安装有出水滤 头。挡板上部空间用作反冲洗水的储水区，其高度根据反冲洗水头而定。滤料层底部与 滤池底部的空间留作反冲洗再生时滤料膨胀之用。滤池供气系统分两套管路，置于滤料层内的工艺空气管用于工艺曝气，并将滤 料层分为上下两个区上部为好氧区，下部为缺氧区。根据不同的原水水质、处理目的 和要求，滤料层的高度可以变化，好氧区、厌氧区所占比例也可有所不同。滤池底部的 空气管路是反冲洗空气管。本实用新型可根据不同水质条件，选择单级或多级处理模式，实现水质的稳定处理。整个系统进水、反洗、排水、排泥采用电动装置(阀)控制，电动装置由系统 PLC程序控制，实现程序化的无人值守运行。装置内部滤料采用轻质动态EPS滤料，具有质轻、比表面积大、能对微小污物 进行堵截、吸附，同时易冲洗，运行一定时间即可进行动态冲洗，实现循环使用，因此 具有高效的处理效果，可实现不停机连续运行。
权利要求1.高效曝气生物滤池，其特征是滤池下部设有进水管，中部是滤料层，厚度为2
3m，滤料顶部装有防止悬浮滤料流失的滤料挡板，滤料挡板上均勻安装有出水滤帽，滤 料挡板上部空间用作反冲洗水的储水区，滤料层的底部与滤池底部的空间留作反冲洗再 生时滤料膨胀之用。滤料层下部设有进水布水管，滤料层的上部为好氧区，滤料层的下 部厌氧区或缺氧区，在好氧区与厌氧区分界面设有穿孔曝气管，厌氧区下部设有反冲洗 空气管，和排泥管，滤池的底部为沉淀区和排泥阀，出水槽设在滤池的最上部。
2.根据权利要求1所述的高效曝气生物滤池，其特征是滤池供气系统分两套管 路，置于滤料层内的穿孔曝气管将滤料层分为上下两个区上部为好氧区，下部为缺氧 区。
3.根据权利要求1所述的高效曝气生物滤池，其特征是好氧区、厌氧区所占比例 有所变化。
4.根据权利要求1所述的高效曝气生物滤池，其特征是整个系统进水、反洗、排 水、排泥采用电动阀控制。
5.根据权利要求1所述的高效曝气生物滤池，其特征是装置内部滤料采用轻质动 态EPS滤料。
专利摘要高效曝气生物滤池，滤池下部设有进水管，中部是滤料层，厚度为2～3m，滤料顶部装有防止悬浮滤料流失的滤料挡板，滤料挡板上均匀安装有出水滤帽，滤料挡板上部空间用作反冲洗水的储水区，滤料层的底部与滤池底部的空间留作反冲洗再生时滤料膨胀之用。滤料层下部设有进水布水管，滤料层的上部为好氧区，滤料层的下部厌氧区或缺氧区，在好氧区与厌氧区分界面设有穿孔曝气管，厌氧区下部设有反冲洗空气管，和排泥管，滤池的底部为沉淀区和排泥阀，出水槽设在滤池的最上部。本实用新型在生活污水、高浓度有机废水的二级、三级处理中，NBAF体现出处理负荷高、出水水质好，占地面积省等特点。
文档编号C02F3/30GKSQ
公开日日 申请日期日 优先权日日
发明者朱忠贤, 陆平, 陈德 申请人:南京国能环保工程有限公司一种新型滤料之开发以及在曝气生物滤池之运用_三叶罗茨鼓风机_天天化工网
一种新型滤料之开发以及在曝气生物滤池之运用
能耗及运行成本低,出水水质高等诸多优点。曝气生物滤池化工工艺需要大量的滤料,国内外通常采用的滤料有烧结陶粒、沸石、火山灰、焦炭和用玻璃钢或塑料制成的各种形状的填料。玻璃钢和塑料填料表面光滑,生物膜附着力差,容易老化,且价格较贵;沸石、火山灰滤料属天然矿物,虽然生物膜附着性能好,但是强度较弱,经人工破碎后形状不规则,水力特性不好,且资源有限;而焦炭易破裂;陶粒需高温烧制,投资大、成本高。这些因素限制了曝气生物滤池之发展和运用,因此,开发一种高效低价之滤料对曝气生物滤池之发展和运用具有极为重要的作用。1 新型滤料的开发1. 1 原料的选择根据曝气生物滤池对滤料的要求和基于对各种矿物性能的研究,选择了一种轻质多孔粒状矿物作为芯材,两种轻质多孔矿物粉料经混合后作为基料加入造孔剂,用一种无机粘结剂造球。由于选择的。收稿日期:作者简介:王昌良(1963-),男,副研究员,主要从事矿物材料研究。 第2期王昌良等:一种新型滤料的开发以及在曝气生物滤池的运用矿物原料和所制球粒滤料具有火山灰特性,故取名人造火山灰滤料???SVA滤料。1. 2 SVA滤料制作化工工艺SVA滤料制作工艺流程见图1。
将所选用的两种基本原料加入造孔剂混匀,少图1 SVA滤料制作工艺流程量芯材给入造球机内,并喷洒。操作时,-边喷洒粘结剂,-边给入基料,然后连续给入芯材,并控制各种材料的加入速度和加入地点,使整个过程连续进行。主要设备:Ф1200圆盘造球机,自制Ф500,电振。1. 3 SVA滤料物理化学性能1. 3. 1 SVA滤料化学成分SVA滤料主要化学成分为。等,不含对人体有害的金属元素以及他物质,其化学成分见表1。表1 SVA滤料化学成分。灼减。滤料物理化学性能参数SVA滤料物理化学性能参数见表2。从表2可知,SVA滤料筒压强度高、堆密度小、比表面积巨大,孔隙率高,适合于曝气生物滤池对滤料的要求。1. 3. 3 放射性核素活度检测对所制成的球粒滤料送至四川省卫生监测检验中心进行了放射性核素活度浓度检测,结果见表3。从表3可知,该滤料不含放射性物质。滤料在水溶液中有害物质析出考查为了考查SVA滤料在污水处理过程中有害物质析出情况,将该滤料送至四川省疾病预防控制中表2 SVA滤料物理化学性能参数项
目特性参数粒 径/mm 35堆积密度/kgm-3810表观密度/kgm-31430破碎率/% 0. 35磨损率/% 1. 43碱溶率/% 0. 5比表面积。筒压强度/MPa 7. 6内部孔隙率/% 18. 06空隙率/% 38. 32形
状球形心参照《生活饮用水输配和防护材料卫生安全评价规范》进行了检测,结果见表4。从表4可以看出,该滤料有害物质水析出物远远低于饮用水对析出物的要求标准。2 曝气生物滤池试验2. 1 试验装置试验装置见图2。反应器采用直径Ф300mm、高3300mm的有机玻璃柱,每隔500mm设一个取样。底部设置穿孔配水板和曝气管。用SVA滤料作填料,滤料填装高度为2m。表3 放射性核素活度浓度/Bqkg-1核 素。测量值未检出。标准豁免值。表4 SVA滤料有害元素析出物检测结果项目单位SVA滤料检测结果卫生规范要求砷。增加量≤0. 005镉。增加量≤0. 005铅mg/L <0. 01增加量≤0. 02铝。增加量≤0. 001汞。增加量≤0. 0002银。增加量≤0. 0057矿产综合利用2007年图2 曝气生物滤池装置2. 2 试验方法和水质试验用水取自成都市污水处理厂初沉池出水,综合水质指标为。原水取来后装入原水调节池集水箱,再用泵打入高位水箱,从曝气生物柱底部给入,上部出水经计量后流入出水调节池,调节进水阀控制出水量的大小。曝气空气、反冲洗空气、反冲洗水均从底部进入曝气生物柱,反冲洗水用出水调节池内的水,反冲洗排水进入地沟。曝气试验时,气水比=3∶1,滤池过滤周期为2448h,反冲洗采用气冲10min,气水联冲15min,水冲10min,反冲洗历时35min。气冲强度36m3/(m2h),水冲强度。挂膜在挂膜前用清水冲洗滤料约8h,再用原水冲洗滤料12d后再进行挂膜。曝气生物滤池试验挂膜采用循环接种挂膜方式,将原水放入出水调节池利用冲洗水泵,以1. 2m3/h的流量在柱内循环,并分三次加入接种活性污泥200kg(活性污泥浓度约5%7% ),强化滤料与污水、空气、活性污泥的接触,约-周后进行低负荷连续进水动态培养生物膜,运行-段时间后,滤料表面可见-层浅黄色生物膜,随着滤料生物膜的逐渐成熟,分阶段加大负荷,约-月时间完成了生物膜挂膜。3 试验结果及讨论3. 1 曝气生物滤池试验结果试验在34月份进行,每间隔12h进行一次取样及测试,稳定运行约一个月,最终取得统计平均值见表5。表5 曝气生物滤池稳定运行阶段的综合结果项 目。进水浓度。出水浓度。去除率。滤料过滤吸附性能考察将滤料装入曝气生物柱后,按。的速度给入生活污水,同时给入空气(速度。后取样测定污染物浓度的变化,其污染物去除率分别为。此结果表明该滤料在附挂生物膜之前,滤料本身对污水中污染物具有截留和吸附能力。由于SVA滤料具有多微孔和较大的比表面积,因此,过滤吸附性能较好。3. 3 SVA滤料不同挂膜期的除污能力在初生期,挂膜速度较快,滤料具有一定的除污能力。在发育时段内,有机污染物的去除能力有了明显提高,NH3-N的硝化作用也变得比较明显。到了成长期时段,有机污染物。去除率趋向最大值的平稳阶段,而NH3-N的硝化作用变得更加明显。等到成熟期时段,有机污染物的去除率和NH3-N的硝化作用与脱N能力都达到了所处负荷条件的最大值。以上各阶段均是在较低负荷条件下(水力负荷。有机负荷。硝化负荷。进行的。3. 4 水力负荷对曝气生物滤池除污效果的影响在挂膜成熟期后,增大水力负荷。去除率的变化见图3。由图3可知,随着水力负荷的增加,CODCr去除率呈平缓微增加趋势,BOD5去除率呈先增加后微弱降低的趋势,NH3-N去除率亦呈先增加后降低的趋势,说明在低负荷运行时,NH3-N去除效果较好,在高负荷运行时,NH3-N的去除受到明显抑制。3. 5 反冲洗对除污能力的影响经反冲洗后,载膜SVA滤料可很快恢复其生物性能,在反冲洗过后1. 5h,SVA滤料的除污能力已8 第2期王昌良等:一种新型滤料的研制既然在曝气生物滤池的应用图3 水力负荷对除污效果的影响能达到反冲洗前的75%以上,5h基本恢复到冲洗前水平。4 生产应用为了考查SVA滤料在工业应用上的适应性,在四川省峨嵋客车制造厂污水处理车间对该滤料进行了工业污水处理考查。4. 1 工艺流程四川省峨嵋客车制造厂污水处理车间生产运行已近三年,采用Ф碳钢曝气生物柱1台,SSR-50s2台。自吸式无堵塞排污泵2台,清水泵2台。原装入Ф33塑料填料。本次试验用SVA滤料更换,其工艺流程见图4。4. 2 原水处理过程及水质原水主要是客车厂喷漆车间排放的废水和生活图4 污水处理装置用水排放的污水。原水经格栅除去粗大固体物质后进入原水调节池,经物理处理后用1泵打入浓密机,其溢流排入混合池,再用2排污泵注入曝气生物柱进行处理。混合池综合水质指标为。调试及运行结果挂膜采用循环接种挂膜法,菌种采用该污水处理车间原使用的活性污泥,考虑到该污水BOD5浓度较低,为了加快挂膜速度,另外加入营养液,营养液按淀粉∶尿素∶=100∶5∶1配制。挂膜约10d后进行低负荷连续进水动态培养生物膜,并逐渐提高运行负荷,每个负荷段均稳定运行-段时间。经一个多月的调试完成了生物膜挂膜。经两个多月的稳定运行后,进行了为期7d的取样检测。进水在混合池内取样,出水取SVA柱排放水,其平均结果列于表6。表6 稳定运行阶段进、出水检测结果项目CODCrBOD5SS进水浓度。出水浓度。去除率。结
论1. SVA滤料具有孔隙率高,比表面积大,密度适中,形状规则,吸附性能强等诸多优点。2. SVA滤料制作工艺简单,投资小,而且原材料价格低廉,来源广泛,不需要焙烧。3. SVA滤料用于曝气生物滤池试验表明:该滤料过滤吸附性能好,挂膜速度快,对。处理效果好,是适合于曝气生物滤池较好的填料。
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18曝气生物滤池的滤料研究
《中国给水排水》杂志社“曝气生物滤池（ＢＡＦ）”；曝气生物滤池的滤料研究；张真江，李继；（哈尔滨工业大学深圳研究生院，广东深圳５１８０５；摘要：曝气生物滤池（ＢＡＦ）是集生物处理和截留悬；料是曝气生物滤池的关键部分，对曝气生物滤池的功效；的结构形式和成本；理效果的影响进行了总结，最后着重介绍了对有机滤料；ＡＦ工艺得到应用推广；关键词：曝气生物滤池（ＢＡＦ）；
《中国给水排水》杂志社“曝气生物滤池（ＢＡＦ）”专题研讨会论文集曝气生物滤池的滤料研究张真江，　李　继（哈尔滨工业大学深圳研究生院，广东深圳５１８０５５）摘　要：　曝气生物滤池（ＢＡＦ）是集生物处理和截留悬浮固体于一体的生物膜处理工艺。其中滤料是曝气生物滤池的关键部分，对曝气生物滤池的功效有直接的影响，同时也影响到曝气生物滤池的结构形式和成本。本文首先对ＢＡＦ工艺进行了简介，而后根据研究进展对滤料的现状及其对处理效果的影响进行了总结，最后着重介绍了对有机滤料的改性研究，以期为开发出适于ＢＡＦ特点ＡＦ工艺得到应用推广。的经济高效滤料，使Ｂ关键词：　曝气生物滤池（ＢＡＦ）；　滤料；　有机滤料；　改性ＢＡＦ）简介１　曝气生物滤池（曝气生物滤池（ＢＡＦ）是２０世纪８０年代末在西方国家兴起的污水处理工艺，世界上首座曝气生物滤池１］９８１年在法国投产［。现代曝气生物滤池是在生物接触氧化工艺的基础上引入饮用水处理中过滤的思于１想而产生的一种好氧废水处理工艺。其突出特点是在一级强化处理的基础上将生物氧化与过滤结合在一起，滤池后部不设沉淀池，通过反冲洗再生实现滤池的周期运行。由于其性能良好，在世界范围特别是欧美和日本得到广泛推广。在国外，ＢＡＦ在９０年代初已经基本成熟。我国对ＢＡＦ的研究较晚，在９０年代初开始对此工艺进行试验研究和开发。大连市马栏河污水处理厂是我国引进国外工艺第一个采用曝气生物滤池工艺的城市污水处理厂。曝气生物滤池是一种生物膜法处理工艺，其中废水净化过程是很复杂的，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。ＢＡＦ生物相非常丰富，生物浓度大，因而处理能力大。在生物膜上形成的食物链要长于活性污泥，并且能够生长世代时间较长的硝化菌。由于曝气生物滤池存在着厌氧和兼性微生物，因而具有反硝化功能。近年来对曝气生物滤池的深入研究表明：在有氧条件［２］下，曝气生物滤池在运行过程中存在着同步硝化和反硝化现象。Ｐｕｊｏｌ研究认为，反硝化最好采用外加碳源，在最佳流速下脱氮能力可达１００％。对于除磷，由于曝气生物滤池的排泥量少，所以除磷效果并不理想，所以一般采用化学沉淀除磷的方法。单个曝气生物滤池可完成碳化、硝化、反硝化等功能，与其他工艺组合可以进行城市污水或工业废水的二级或三级处理。但是各功能的实现对滤料粒径大小和滤层厚度、负荷、曝气等参数的要求不尽相同，一般不宜把多种功能放在同一个曝气生物滤池中完成。随着水处理技术的不断发展，曝气生物滤池工艺发展迅速，根据所需滤料不同，主要的工艺形式有３种：ＩＯＣＡＲＢＯＮＥ其滤料一般采用密度比水大的膨胀板岩或球形陶粒。①　ＢＩＯＦＯＲ采用比水密度大的膨胀硅铝酸盐颗粒滤料。②　ＢＩＯ－ＳＴＹＲ主要是采用新型轻质悬浮填料而得名。③　Ｂ３］：占地面积小，基建投资省；水力负荷和容积相比于传统的生物处理方法，曝气生物滤池有以下优点［４］负荷高于传统的污水处理工艺；菌群结构合理，不同代谢类型的微生物在不同部位渐次形成优势群落［；供５］氧动力消耗低，尤其在ＢＩＯＦＯＲ中，曝气量明显低于一般生物处理法［。同时曝气生物滤池也存在着以下不足：曝气生物滤池对进水的ＳＳ要求较高；由于构筑物紧凑，立体建设，土建施工难度大；曝气生物滤池在国外是比较成熟的工艺，但国内在土建施工、滤料研发、设备选型、安装工艺等与国外还存在很大的差距。２　曝气生物滤池滤料的研究ＢＡＦ生物降解性能的优劣很大程度上取决于滤料的特性。滤料的研究和开发在ＢＡＦ工艺中至关重要。滤料对水处理效果的影响主要反映在载体的性质，包括载体的比表面积的大小、粒径的大小、表面亲水性及表面电荷、表面粗糙度、载体的密度、堆积密度、孔隙率、强度等方面。因此滤料的选择不仅决定了可供生物膜生长的比表面积的大小和生物膜量的多少，而且还影响着反应器中的水动力学状态。在正常生长环境下，微生物表面带有负电荷，如果滤料表面带正电荷，这将使微生物在滤料表面附着、固定过程更易进行；滤料表面的粗糙度有利于细菌在其表面附着、固定，并增加了细菌与滤料间的有效接触面积；比表面积形成的孔洞、裂缝等对已附着的细菌起到屏蔽保护，使其免受水力剪切的冲刷作用，使反冲洗后短时间内恢复到正常的运行状态。因此作为生物膜载体的各种特性决定了ＢＡＦ反应器能否高效运行，能否在水处理中得到更广泛的６～８］。推广与应用［２１　滤料在ＢＡＦ中的核心地位微生物膜是指所有通过一定媒介附着、固定的生物活性体或生物活性物质，而在微生物膜附着、固定的过程中都需要各种媒介来承担或完成固定，这种媒介被称为微生物膜载体。在ＢＡＦ中，微生物载体被称为生物滤料。生物滤料是曝气生物滤池的重要组成部分。首先，滤料作为微生物的载体，影响着微生物的生长、繁殖、脱落和形态；其次，滤料起到吸附并截留污水中悬浮物的作用；再次，滤料起到切割、阻挡气泡的作用，可以增加气泡在水体中的停留时间和气、液接触表面积，提高传质效果，加快氧的转移速率，减少曝气量，从而节约能源，并减少设备体积。由此可见，滤料对曝气生物滤池的运行效果及能耗都有着极为重要的影响。在国外，像美国、英国及印度等国都已经制定了ＢＡＦ中所选滤料的相应标准。２２　对生物滤料的选择及滤料的应用情况目前，我国对生物滤料的选择，一般遵循以下条件：一是滤料表面适于微生物的附着与生长，同时具有较大的比表面积；二是孔隙率大，截污能力强；三是水流流态良好，有利于发挥传质效应；四是阻力小强度大，化学和生物稳定性好，经久耐用；五是形状规则，尺寸均一，使之可以在滤料间形成均一的流速；六是货源充足，价格便宜，运输和安装施工方便。在现有的工程中，绝大多数使用的是陶粒。陶粒是由粘土或泥岩、页岩、煤矸石、粉煤灰等主要原料，经加工成粒或粉磨成球，再烧成的滤料。陶粒的外部是铁褐色或棕色的坚硬外壳，表面有一层隔水包气的釉层，内部具有封闭式微孔结构的多孔陶质粒状物。陶粒比表面积较大，化学和热稳定性好，具有较好的吸附性能，而且易于再生，是一种廉价的吸附剂。陶粒按形状分为普通型、圆球型、碎石型；按主要原料不同分为粘土陶粒、页岩陶粒、粉煤灰陶粒、泥岩陶粒、煤矸石陶粒、垃圾陶粒、污泥陶粒等。由于滤料的种类不同而产生了不同的工艺类型。主要情况如表１所示。表１　国内滤料的基本情况工艺类型ＢＩＯＢＥＡＤＢＩＯＣＡＲＢＯＮＥＢＩＯＦＯＲＢＩＯＰＵＲＢＩＯＳＴＹＲＳＡＦＥＳＴＥＲＥＡＵ开发厂商ＢｒｉｇｈｔｗａｔｅｒＯＴＶＤｅｇｒｅｍｏｎｔＳｕｌｚｅｒＪｏｈｎＢｒｏｗｎＯＴＶＧＷＰＴｈａｍｅｓＷａｔｅｒＰＵＲＡＣ水流方向升流式降流式升流式降流式升流式降流式降流式滤料聚乙烯塑料膨胀页岩Ｂｉｏｌｉｔｅ聚苯乙烯塑料聚苯乙烯塑料膨胀页岩浮石滤料性质能浮起沉于水沉于水模块能浮起沉于水沉于水２３　曝气生物滤池滤料上生物膜的形成９］曝气生物滤池中生物膜的培养与形成是该反应器能否正常运行的关键［。生物膜形成的关键是微生物在载体表面的固定。微生物在载体表面附着并实现固定化是微生物表面与载体表面间的相互作用。这种相互作用的过程与微生物自身特性有关，同时也与固定载体的物理化学特性（比表面积、粗糙度等）及环境１０］因素（ｐＨ值、离子强度、水力剪切力、温度等）密切相关［。微生物向载体表面的输送有主动运输和被动运输两种方式，主动运输起着主导的作用。微生物转移到载体表面后，首先形成的是可逆附着，可逆附着实际上是一个附着与脱落的双向动态过程；不可逆附着是微生物在可逆附着过程中分泌的粘性代谢产物将载体表面牢牢地粘封住，使得附着过程成为不可逆，不可逆附着是微生物膜群落的基础。２４　滤料类型对曝气生物滤池的影响曝气生物滤池滤料主要分为无机类滤料和有机类滤料。其中常见的无机型滤料有焦炭、砂、膨胀硅铝酸盐、陶粒等主要为沉没型，常见的有机型滤料有聚烯烃类、聚酯、聚酰胺等，主要是悬浮型。目前国内外学者［１１］对填料类型对曝气生物滤池的影响效果的研究较多。在国外，Ｋｅｎｔ和Ｗｉｌｌｉａｍｓ等人依据ＢＥＷＡ（ｔｈｅＢｒｉｔｉｓｈＥｆｆｌｕ－ｅｎｔａｎｄＷａｔｅｒＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ）标准，对常见的７种可用作曝气生物滤池的填料进行了系统试验分［１２］析，认为Ａｒｌｉｔａ（膨胀球形粘土）最适合作为曝气生物滤池的填料。Ａｌｌａｎ等采用聚丙烯悬浮填料和碳酸钙（质量分数４０％）与聚丙烯（质量分数６０％）合成的沉没填料进行上向流ＢＡＦ废水处理实验时发现，在去除悬浮物、ＣＯＤ和ＮＨＮ等方面，悬浮填料较沉没填料性能好。这可能是由于浮力和气、水方向同向使得悬３－Ｓ并更有利于微生物生长。悬浮滤料也更能抵抗低温和水浮滤料呈压实状态，进而促使其能够更多地截留Ｓ１３］力负荷的变化。Ｈｉｒａｉ等［研究了多孔陶瓷、烧结方英石、烧结黑石和粒状烧结黏土４种无机填料的生物除氮效果，发现多孔陶瓷和烧结黑石具有较高的空隙率和合适的孔径，因此具有较强的除氮能力。Ｈｗａｎｇ１４］等［研究聚苯乙烯颗粒和聚亚胺酚泡沫管２种填料的异养反硝化性能时发现，聚苯乙烯颗粒的反硝化性能１５］更为理想。Ｃｈａｎｇ等［以天然沸石和砂粒为填料研究ＢＡＦ对纺织废水的处理效果时发现，天然沸石的处理效果优于砂粒，这是因为天然沸石具有更强的阳离子交换能力和更大的比表面积。这说明轻质滤料取代高１６］密度滤料是ＢＡＦ在水处理技术发展过程中的必然趋势［。在国内，对以陶粒为曝气生物滤池滤料的研究较多，而对于有机悬浮型滤料的研究很少。在实际工程中，应用球形轻质多孔生物陶粒取得了良好的效果。在有机滤料料中，目前国内选用较多的有机类滤料主要为聚苯乙烯为材料的泡沫类球形滤珠，但是只限于研究阶段，具体的应用还未见到相关的报道。最近，在建的深圳西丽再生水厂引进法国ＯＴＶ的技术，采用的是悬浮型的聚苯乙烯小球颗粒。２５　滤料的物理特性对处理效果的影响滤料的物理特性直接影响到滤料层中水流的流态。研究表明空隙率大、比表面积大、形状尺寸均一，水流阻力小的滤料处理效果较好。从节能来看，滤料间的水流阻力越小越好，但从布水均匀性来看，阻力越大，滤料内流速分布比较均匀。填料粒径对滤池处理效果和运行周期都有重要的影响。Ｋｅｎｔ等人的曝气生物１７］滤池去除ＮＨＮ试验表明［，滤料粒径为２～４ｍｍ比４～８ｍｍ、５．６～１１．２ｍｍ在硝化功能方面表现更佳。３－１８］田文华［等研究滤料粒径对曝气生物滤池硝化功能的影响表明，在硝化滤池中选用２～３ｍｍ的沸石滤料比［１９］较适宜，既不影响运行周期，又能提高硝化功能。ＲＭｏｏｒｅ等人以ｓｔａｒｌｉｇｈｔＣ为填料研究了粒径与反应器运行周期之间的关系，结果表明填料粒径越大，运行周期越长，且大粒径填料易与水分离，可加快反冲洗过程。综合考虑，ＢＡＦ普遍采用的填料粒径为３～８ｍｍ不同粒径的填料应用于不同的处理环境，粒径＞６ｍｍ的填料可用于二级处理的前段，粒径为３～６ｍｍ的填料适用于二级处理，三级处理则需要用粒径＜３ｍｍ的填２０］料［。２６　填料层高度对处理效果的影响曝气生物滤池滤料层高度对处理效果和基建投资影响很大，沿滤料层高度分布着不同的微生物，对于碳化和硝化处于同一个反应器的滤池来讲，氧化有机物的异养菌和硝化氨氮的自养菌存在空间上的竞争关系。２１］因而研究沿滤料层高度变化微生物的分布对实际工程有重要的意义。张文艺［等研究了上向流曝气生物滤池，滤层高度与ＣＯＤ、ＤＯ、ＮＨＮ的硝化、ＳＳ的去除之间的关系，上流式滤池中由下至上由于各段有机负３－ＨＮ负荷不同，造成各段生物活性和ＤＯ分布不同，从而使得反应器各段ＣＯＤ和ＮＨＮ的去除能荷和Ｎ３－３－力不同。对于不同流向运行的ＢＡＦ，对ＣＯＤ、ＮＨＮ的去除主要发生在进水滤料端。由于ＳＳ受到重力和３－滤料阻力的影响，滤层高度＜７５ｃｍ的部分为去除ＳＳ的主要区域。在实际工程中，滤料层的高度与处理效果的关系还需要根据出水的排放标准、进水的有机负荷、水力负荷等条件具体确定；对于不同的工艺而言，所需要的滤层高度也不尽相同。３　滤料的性能改进研究生物滤料是生物膜水处理技术的核心。有机高分子填料是目前最具发展前途的生物膜载体之一，目前市场上常见的有机生物滤料主要以聚丙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚酯或有机玻璃类等为原材料而制成，这些材料的产品多用于池体的填充物，目前市场上已经开发的主要以填料为主，由于这些产品的形状、规格等原因，很少用于ＢＡＦ的滤料。根据这些材料的优势，完全可以开发出性能优越的ＢＡＦ滤料。开发的侧重点应在滤料的比表面积、滤料结构与布水、布气性能及生物膜更新等方面。在实际应用中，由于生产技术及工艺等原因，这些滤料在挂膜速度、挂膜量及膜与滤料的紧密度方面存在不足，研究的数据也很少，为此国内的中小型工程中多选用陶粒作为滤料。如果对材料进行适当改性，可大大提高滤料的传质、挂膜和水处理性能。本文着重叙述关于有机滤料的改性。３１　亲水性改进当水与塑料等材料接触时，如材料分子与水分子之间的作用力大于水分子之间的作用力，材料表面吸附水分，即被水润湿，表现出亲水性。滤料的亲水改性，主要是通过滤料表面处理和在原材料中引入亲水基团两种途径实现。目前，塑料滤料表面的亲水化主要是通过在滤料表面引入极性亲水基团，如羟基、羰基、羧基或烷基硫酸酯等，最常用的是液相化学法。它是采用具有强氧化性的溶液与滤料表面进行化学反应，引入亲水基团提高表面的极性，从而使润湿性能得以改善。对于液相化学法改性的效果，已有不少研究者做过化工２２～２３］塑料塔滤料传质性能探索。张近［等采用此法对聚丙烯孔板波纹滤料表面进行改性，结果表明，改性后２４］的滤料表面接触角从８８°降低至４５°，气相总传质单元数平均增加２４％，传质性能大为改善。贾绍义［研究了聚丙烯滤料，经氧化后在表面层生成极性亲水基团，润湿和传质性能显著提高，传质效率提高３０％以上。上述的改性方法对塑料生物滤料表面亲水性的改善同样具有重要的参考价值。有的学者在聚丙烯滤料中加２５～２７］入少量聚乙烯醇等亲水性物质，结果表明滤料的润湿性能和挂膜性能得到很大提高。汪晓军等［通过在普通塑料中添加水溶性高分子物进行亲水改性，比较普通塑料弹性滤料与亲水改性滤料在污水生化处理中的应用效果发现：亲水改性的塑料弹性滤料在污水的厌氧生物处理中可提高污水处理效率１５％～３０％，在好氧生物处理中可提高５％～１０％，且亲水改性大大提高了塑料弹性滤料的挂膜速度。３２　表面带电改性、改进微生物在正常生长环境下，其表面带有负电荷，通过生物膜载体表面处理技术使载体表面带上正电荷，将大大缩减微生物与载体间的斥力作用，加快微生物的附着与生长过程。具体处理方法有：铁离子覆盖技术①　化学氧化－这种技术是先把要处理的生物滤料浸于强酸性的重铬酸钾溶液中３０ｍｉｎ～１ｈ，然后用清水冲洗经氧化［２８］后的滤料。ＬｉｕＹ应用Ｘ光表面分析仪（ＸＰＳ）确定了经重铬酸钾溶液氧化后，ＰＥ、ＰＳ、ＰＰ及ＰＶＣ表面官能团组织的变化。结果表明，含氧官能团显著增加，载体表面呈现较强的负电性。然后把氧化后的载体置于３＋０．０５～０．１ｍｏｌ／ＬＦｅＣｌ０ｍｉｎ，以使Ｆｅ通过正负电荷作用覆盖到载体表面。经过这样处理的载体３溶液中３表面为正电性，这一技术已在颗粒状载体表面处理中得到应用，可以批量生产。离子覆盖技术②　低温等离子体氧化－低温等离子体是一群在高频率电磁场下产生的活性离子群，这些离子体在轰击载体表面时，可以在载体表面产生大量自由基。低温等离子技术目前广泛用于不同材料的表面处理中，它可以改变材料表面的诸多物理化学性质，如亲水性、可燃性、强度可塑性及表面静电性等。在生物膜载体表面处理中，可通过低温等离２９］子体处理改变载体表面的静电性。Ａｓｈｉｄａ等人［利用不同种低温等离子轰击ＰＥ表面，结果表明等离子体［３０］氧化后的ＰＥ表面不同程度地增加了官能团的数目。ＬｉｕＹ应用圆管等离子发生器，详细研究了轰击时间以及等离子体功率对载体表面性质的影响。在其研究中，载体表面性质的变化是由表面水接触角决定的。一般讲，载体表面官能团越多，极性就越大，水接触角越小。ＬｉｕＹ还进一步研究了不同种等离子体对ＰＥ、ＰＰ、ＰＳ及ＰＶＣ的表面氧化能力，发现在所研究的Ａｒ、ＨＯ、Ｏ、ＣＯ、ＮＨ氩气等离子体对上述２２２３气等离子体中，四种载体表面氧化性最强。经低温等离子体处理后的载体表面富集大量的负电子基团，为使其表面带正电，同样将载体直接放置于０．１ｍｏｌ／ＬＦｅＣｌ保持３０ｍｉｎ～１ｈ的接触，然后用清水小心清洗，经低温等离３溶液中，３＋ｅ覆盖技术处理后的ＰＥ、ＰＰ、ＰＳ及ＰＶＣ表面Ｆｅ／Ｃ原子比一般在０．０５～０．１之间。子氧化Ｆ③　有机多价正离子的吸附有机正离子较易被吸附到具有负电性的滤料表面，形成大量的弱键，所以被吸附的有机多价正离子所剩余的正电基团可与微生物表面的负电基团作用，进而加快了微生物的附着、固定过程。常用的有机多价正离３１］子有：Ｃｈｉｔｏｓａｎ，Ｄｅａｅ－ｄｅｘｔｒａｎ及Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｉｍｉｎｅ。ＫｒｉｓｈｎａｎＳｕｄｈａ等［考察了吸附不同浓度壳聚糖（Ｃｈｉｔｏｓａｎ）的聚丙烯对固定乳酸菌（型号为ＮＣＩＭ２０８４）性能的影响。结果表明，吸附壳聚糖后的聚丙烯具有高效的微生物吸附性能。另据文献报道，在表面结构改性时，有研究者将滤料浸入含氧酸等化学腐蚀液中，从而除去滤料表面的弱界面层，糙化表面；有的研究者在滤料表面涂抹亲水材料，表面接枝带有亲水基团的高聚物单体；也有用紫外线辐照塑料滤料，使其表面氧化而形成极性基团；还有的研究者采用强氧化性溶液，如重铬酸钾－硫酸、高锰酸钾－硫酸，与塑料生物滤料表面进行化学反应，从而改变滤料的表面分子结构。这些技术处理过的滤料表面润湿性能有很大的提高，但也存在不少缺陷。例如：应用溶液浸泡或者表面接枝处理过的滤料在运行过程中由于水流的作用很容易发生表面消磨和脱落，使用紫外线处理，往往难以均匀辐照滤料的内外表面，故使滤料的内外表面的亲水性产生差异，也影响其使用效果。对于以上方面的改性过程，存在许多不确定的因素，离实际的应用还有一定的距离，要想尽快应用在实际的工程中还需要大量地实验研究。３３　生物亲和（活性）改进材料生物亲和性的涵义通常指该材料与生物相容、不会对生物有任何损坏或有任何副作用。生物医学中的人工骨材料（含羟磷灰石）就具有极高的生物亲和性（或生物活性）。目前，虽未有关于生物滤料的生物３２］亲和性研究的专门报道，但已有研究者［认识到生物亲和物质对生物滤料的重要性。如微生物固定化滤料３３］大多以生物亲和性较好的海藻酸钙和琼脂糖等物质为载体。隋军等［认为，现有常用的生物滤料是生物惰性的，对微生物无促进和活化作用，因而发明一种用于水处理的活性生物滤料，该滤料中含有少量面粉、淀粉及碳酸钙等粉体，认为其不但为微生物提供适当营养源，还可为微生物提供更多的物理附着点，同时还可改３４］善滤料的亲水性，更易于微生物生长，加快挂膜启动和提高水处理效率。提高水处理效率。余莹等［在粘土中加入亲和性的纳米材料，制成了一种新型水处理滤料―――纳米改性陶粒，该滤料生物亲和性好，具有挂膜快、挂膜率高等优点，适合作为微生物载体。３４　磁效应在废水生物降解中的应用近年来，磁致物理、化学、生物效应在生物医学、环保、冶金、农业增产等方面得到越来越多的应用，利用高梯度磁分离技术处理各类废水的研究亦非常活跃。最近几年，许多研究者发现，弱磁场还可大大提高废水３５］的生物降解效率。Ｊｕｎｇ等［在一生化反应器外加一南极磁场处理含酚废水，发现酚的降解速率比不加磁场３６］的普通生化反应器高２倍至数倍。ＨüｌｙｋａＹａｖｕｚ等［利用２个结构一样的间歇式反应器处理人工废水，一个加磁场，一个不加磁场作比较，发现底物去除速率在加磁场的反应器中可提高４４％。在活性污泥法水处３７］理过程中，Ｓａｋａｉ等［发现，在水中加入磁粉可平衡微生物的生长与死亡，防止污泥膨胀，提高处理效率。陆３８］光立等［亦发现，磁粉活性污泥法的ＣＯＤ去除率比普通活性污泥法提高１５％，氨氮去除率和承受毒物能力也有所提高，同时，可改善污泥絮体结构和沉降性能，减少污泥流失，提高回流污泥浓度，使曝气池ＭＬＳＳ浓３９］开发出一种“ＵＦＯ球碟形磁度维持较高水平，从而增大容积负荷和处理效率。在磁场应用方面，邬建平［性生物滤料”。该滤料的特别之处在于塑料材料经过磁粉和活性炭改性，使整个网格球体内外均带有微弱的磁场，能起到刺激菌群良性生长代谢的作用，使新生的菌膜极易挂于滤料各表面，而衰老的菌尸体也极易４０、４１］脱落，显示出良好的生物磁效能和生物活性炭功能。另外，目前已经发现不少菌种为嗜磁菌［（如光合细菌、氧化铁硫杆菌，这些菌种是食品等工业废水的常用降解菌），弱磁场的存在会促进生物细胞生长和新陈４２］代谢，并诱导酶的合成和酶活性［，加快酶反应。将海藻酸钙、淀粉等生物亲和性物质和含亲水基团的聚乙烯醇、硬脂酸等以及经修饰的磁粉、活性炭引入普通高分子生物填料中，适当充磁后可成为生物亲和亲水活包含各类专业文献、中学教育、文学作品欣赏、幼儿教育、小学教育、外语学习资料、专业论文、行业资料、18曝气生物滤池的滤料研究等内容。　
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