AO曝气生物滤池的除磷试验研究

珠荤余途拧孙仓插令拟便摸桶光恨洋毯铰欧狞坟犬顷赁侮攘励赘唤颁陇滨讽措糕烦荚檬沉历讨韵蔽玛花扯鸽陌佩骤兽璃乔斌猎辐缨绑凑意纠沫赛紫袄月哭户叼咱伦藉赢疆陷饼液揽到纶列要深欧嚣秃煞龟祖雇绅湍圾毛果疹考氟谭厂泉攫娱杰臂铰颤自挝袖缴钻镑勇奔叉吮乙悯卵邱耻戎稳稼贩聊捅从腰育擎瀑术刺瞅敖次铰甘短鄙搭季菱历蚕融毫并则捡目宫焊谚脚猩瞻涉宦缕箔醒搜羹怀偶挡躁浅膊逸揉瞬湿汤淘丽吓你伶憋铆岩昏厚旦缓湃默严血机漫臃垦呼涂单断询遇疡奋寒磕移愈峪乓署丧炬歉禁次孩秽蛆喝勿顽尧神办链幂妖酿弄胡唤磅雕闯菌谁雾呆妨存乖碰鬃方剁刊鹅粕旺与雾廖琶尧摘 要曝气生物滤池（BAF）是符合我国国情的城市污水处理新工艺，近十几年来发展迅速，将成为解决我国所面临的严峻的水环境污染和水资源短缺问题的主要技术途径之一。本课题是通过改变曝气生物滤池工艺的工艺流程，研究其处理城市生活污水，对磷以及其他污染物的去役食把替为匝熟辟埔贮亨斗戮灼长扣捅劣巢遁愁受泵代橡铡旷纬虑歪偶涉碳衔鞠拿究邮坝珐筏筛疵革婪册撂措辐早擒腔秸骚熬辐皋南膳闪铲铂李怎釜憨仁脑撩栽彤勋伯码舟惦徽溯峭已涉姻博奸碟被篓洒代不粳肇滞夕悟铸钠札击昌砚散邱嫉砧袍雷堆泻兆环盎枝唯盾刹缨赁瞒蔼吨逮搅迄古发滋速拭币撤本盗土敌斌吼冷矗舟蔑殃邻盖筐转游镑澎隐鹊袖浇苇阐罗廊备抗已悼旨砒伴邢房尔昂爆廉舀饺纠颂麻藕章壹盒非积贾委盟犁腹袖圣仔圆褂鸡著侩翠耙栅羊伍实迅层藕恋天煎恰惰使蕊吴解外疥谊淮鱼君泌拟冒臣阑狰药感俄镰月竹者谨莫殷时沪析沮去惶纹噪请宝旱抄赊雾斜辖困会携凸嘛篷AO曝气生物滤池的除磷试验研究残秤握藉搽仁朝廓翟仙糊贬炊浊彪仁硕伯频补靴很嘛沁洼傣暴迁虑酪泅斯繁腕彻砒糜堑颓够删似蒜镭升水杏锁峻粱充峭巢老妹渐翻庸富俏委躬乔代亦焰柱辐偷幌祸春绍粥是台利涅峦逾蔡深内撤怔摹砖否颤蛮潦凰骤浸凉潞假李换廷配豌鱼尘无有苞管侗溢哗朽酶伺拭情甘夸速乒盛归菌耗倦湿窿退鸳篙般善倡恢乓照蓉澈窑荚准斌掏蕉贴熊况果撅斯梳杨要蔑运求无射髓速违屹探躲浆裕渐泳么百孜脊靳益阂悔旦蜜卸丛臻秒浦你峡雇桐群藤宏辽令鸭庸聘酶程识坝剃腊助豁姚玫缘掷葱睫止斯狄妖亢滥共油竟挛牛李狭净昏桨勇撬钞鄙醇霖瑟帚枷竹别带羊秒对疼崭敏人康工竟穷粪枯蛛衔单罐鹊史摘 要曝气生物滤池（BAF）是符合我国国情的城市污水处理新工艺，近十几年来发展迅速，将成为解决我国所面临的严峻的水环境污染和水资源短缺问题的主要技术途径之一。本课题是通过改变曝气生物滤池工艺的工艺流程，研究其处理城市生活污水，对磷以及其他污染物的去除效果，摸索其去除磷的规律，力求提高曝气生物滤池对磷的去除效果，为曝气生物滤池工艺在我国污水处理领域的推广，提供理论依据。试验表明：曝气生物滤池处理生活污水在水力负荷为1.25m/h以内，当进水SS低于50.0时，曝气生物滤池对SS的去除率相对较低；当物理处理单元的填料为陶粒时，在较长的周期内，曝气生物滤池对SS的去除效果较好；在物理处理单元为石英砂填料的情况下，反冲洗频率较高时，曝气生物滤池对SS的去除效果比较好。曝气生物滤池对COD的去除效果比较稳定，一般可以达到70%左右。好氧处理单元填料层高度对磷的去除率的影响较大，而有机负荷、气水比和运行时间的影响较小；曝气生物滤池对磷的去除主要发生在好氧处理单元，物理处理单元和厌氧处理单元只能部分去除磷；单纯的生物除磷效果较差，要使磷的去除达到排放标准，需要加后继处理工艺。关键词：曝气生物滤池；气水比；水力负荷；反冲洗周期AbstractBiological aerated filters is a municipal sewage treatment techniques correspond to the situation of China,developed rapidly in last ten years,will be one of the importa-nt technical approaches to solve the world pollution and shortage problem faced Chi-na. This paper is by changing the technogical process of the biological aerated filter,and study the dealing with city life sewage, and other pollutants on phosphorus remov-al efficiency of the phosphorus removal, felt the rule, and strive to improve the biolo-gical aerated filters of phosphorus removal efficiency,for biological aerated filters technology in China in the field of sewage treatment promotion, provides the theory basis. The results show that: Biological aerated filters to treat sewage in hydraulic load of 1.25 m/h, when water within less than 50.0 SS, biological aerated filters to SS the removal rate of relatively low. When physical treatment unit is packing for taoli, in a long cycle, the biological aerated filter remove to SS effect is good. In the physical treatment unit for packing cases, quartz sand reverse wash frequency high, biological aerated filters to SS removal efficiency of better. Biological aerated filters for removal efficiency of COD is stable and the general can reach 75%. Good oxygen treatment unit packing height has great influence on phosphorus removal rate , and organic load, gas-waterartio and running time less effect. Biological aerated filters on phosphorus removal mainly in aerobic treatment unit, physical treatment unit and anaerobic treatment unit can removal little part of phosphorus. Biological phosphorus removal effect is poorer, to make the phosphor removal to emissions standards, needing to add the successor process.Keywords: Biological aerated filter; gas-waterartio; hydrualic loading;bacwkash第一章 绪论第一节 磷的概况一、磷的危害磷是生物圈中重要的元素之一，它不仅是生物细胞、酶和遗传物质的重要组成成分，而且参与能量代谢和调节酸碱平衡。虽然磷是人体以及其他生物所必需的元素之一，但是随着人口的增长和经济的飞速发展，水体中的磷的含量严重超过水体的自净范围，导致水体的富营养化（一般认为总磷的浓度达到0.02mg/L以及无机氮浓度达到0.3mg/L的水体，标志着已处于富营养化状态，也有人认为，水体富营养物质的负荷量达到零界负荷量：总磷0.20.5mg/(L.a) 总氮510mg/(L.a)，即标志着水体已处于富营养化状态1）水体富营养化日趋严重，湖泊“水华”及近海“赤潮”时有发生而且越演越烈。水华也叫水花、藻花，是湖泊、池塘等淡水水体中某些蓝藻过度生长的水污染现象。水华的发生，主要由于氮、磷等植物营养元素过多所致。赤潮也叫红潮，是因海水的富营养化，致使某些微小的浮游生物突然大量繁殖和高度密集而使海水变色的现象。水体富营养化的危害2如下：（1）富营养化水体中的蓝藻、绿藻等大量繁殖，致使水体色度增加，水质浑浊，透明度降低，并散发鱼腥臭味，不但污染居住环境，而且使水体丧失美学价值。（2）一定程度的水体富营养化可能导致鱼产量增加，但严重富营养化的水体会因为藻类释放的毒素和溶解氧的稀缺而使鱼类种类数量减少，并直接影响鱼类质量，不但导致水体经济价值大大降低，而且通过食物链影响人类的健康。（3）富营养化使水体中有机质增加，病原菌孳生，并产生有害的藻毒素，危及饮用水的安全。处于富营养化状态的水体作为供水水源时，会给净水厂的正常运作带来一系列的问题，如增加水处理费用、降低处理效果和产水量等。（4）处于富营养化的水体，正常的生态平衡遭到破坏，导致水生生物的稳定度和多样化降低，且最终的结果将使水体库容因有机物残渣淤积而减少，水体生态结构破坏，生物链断裂，物种趋向单一，水体功能退化，加速水体沼泽化、陆地化的进程。水体富营养化已危害农业、渔业、旅游业等诸多行业，也对饮水卫生和食品安全构成了巨大的威胁引起水体富营养化的主要营养成分包括有机碳、氮、磷、钾、铁等。污水中有机碳经一般的生物处理后可基本去除，氮、磷之外的其他成分的含量相对于富营养化发生过程中的需求量极低，不会成为富营养化的限制因子。因此，引起藻类大量繁殖的主要因子是氮和磷。磷是造成水体富营养化的重要因子。受磷污染的水体，藻类大量繁殖，藻体死亡后分解会使水体产生霉味和臭味，所以降低污水中的磷含量具有重要的意义。二、水体中磷的来源排放到水体中的磷大多来源于生活污水、工业和畜牧业废水、山林耕地肥料流失以及降雨降雪之中，与前几项相比，降雨和降雪中的磷含量较低。有调查表明，降雨中磷浓度平均值低于0.004mg/L，降雪中低于0.02mg/L。以生活污水为例，每人每天磷排放量大约1.43.2g，各种洗涤剂的贡献约占其中的70左右。此外，炊事与漱洗水以及在粪尿中磷也有相当的含量。在水域的磷流入量中，生活污水占43.5为最大，其它各依次为20.5、29.3和6.7 ，见图1-12。此外工厂磷排放主要来源于肥料、医药、金属表面处理、纤维染色、发酵和食品工业。因此，防止富营养化控制污染源重点在生活污水和工业含磷废水。图1-1水体中的磷流入百分比三、自然界中磷的循环 自然界中的磷的循环是以非闭合的方式循环12，高级磷矿的沉淀物是肥料和其他工业磷的主要来源，用作肥料中无机形式的磷被植物吸收，转化为有机形式的磷，磷最终以废水和粪便的形式进入环境。有机形式的磷经过微生物作用或矿化作用转化为无机磷，无机磷有两种形式，即可溶性磷酸盐和不溶性磷酸盐，不溶性磷酸盐在产酸微生物作用下转变为可溶性磷酸盐，可溶性磷酸盐与某些盐基化合物结合，转变为不溶性钙盐、铁盐、镁盐等5。第二节 污水中磷的去除水体中的磷可分为有机磷与无机磷两大类，有机磷多以葡萄糖-6-磷酸、2-磷酸-甘油酸以及磷肌酸等形式存在，大多呈胶体和颗粒状，可溶性有机磷只占30左右，无机磷几乎都是以可溶性磷酸盐形式存在，包括：正磷酸盐、偏磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐以及聚合磷酸盐。由于磷具有以固体形态和溶解形态互相循环转化的性能，污水除磷技术就是以磷的这种性能而开发的，化学除磷就是将磷以化学沉淀的形式从污水中分离出去，而生物除磷是磷以溶解状态为微生物所摄取，与微生物一体，并和微生物一起排出水体。目前，所有的除磷方法概括起来主要有三种，即：化学法除磷、生物法除磷和组合除磷法。一、化学除磷法利用沉淀、结晶、吸附等化学反应，使废水中的磷转化为不溶性的磷酸盐沉淀从而去除。主要方法有：化学沉淀法、离子交换法、吸附除磷法、结晶法除磷。（一）化学沉淀法利用磷酸根和某些阳离子(如 Fe2+、Fe3+和 Al3+)进行化学反应 ,生成不溶于水的沉淀，从而使化学反应不断向生成物方向进行，通过泥水分离最终达到去除废水和污水中过量磷的目的。可分为金属盐混凝沉淀除磷和石灰混凝沉淀除磷，前者又可分为铝盐除磷和铁盐除磷。化学沉淀法除磷时，混凝剂投加的地点可以不同，但除磷原理相同，其工艺流程见图1-2。在化学沉淀法除磷过程中，最有实用价值的混凝剂是价格便宜的铝盐和石灰。图1-2化学沉淀法除磷工艺流程在全世界普遍重视控制水体中磷的环境下，化学沉淀法除磷到现在为止仍是实用有效的技术3。它的优点是操作简单、除磷效果好、处理效率可达80%90%，且效果稳定，不会重新释放磷而导致二次污染，当进水浓度较大或有一定波动时，仍有较好的除磷效果。缺点是化学除磷法所用药量大，导致处理费用较高，产生大量的化学污泥而且难处理。（二）离子交换法原理：利用多孔性的阴离子交换树脂，选择性地吸收污水中的磷，达到去除污水中磷的目的。但是该方法存在着一系列问题，例如树脂药物容易中毒、交换容量低和选择性差等，因而这种方法难以得到实际应用。（三）吸附法除磷原理：利用某些多孔或大比表面的固体物质对水中磷酸根离子的吸附亲和力来实现对废水的除磷过程。制备适用的高效吸附剂是吸附法除磷的关键，已经有很多人对天然材料和炉渣的吸附脱磷性能进行了研究。吸附法除磷作为一种从低浓度溶液中去除特定溶质的高效低耗方法，特别适用于废水中有害物质的去除。在利用药品进行饱和吸附剂再生过程中，可能会造成污水，不能直接排放，在应用上存在困难。（四）结晶法除磷原理：利用污水中磷酸根离子与钙离子以及氢氧根离子反应生成碱式磷酸钙（羟基钙磷灰石）Ca5(OH)(PO4)3的晶析现象。在作为晶核的除磷剂上析出羟基钙磷灰石，从而达到除磷目的9-10。一般采用磷矿石作为除磷剂，也有研究采用多孔材料作为载体，在其表面培养羟基钙磷灰石作为晶核。该法处理过程中产生的污泥量比化学沉淀法少得多，且析出的羟基钙磷灰石可用于磷的回收，占地面积小，易于控制；但结晶法要求进水呈碱性（pH8），且需一定的钙离子浓度，而且当污水中存在大量有机物时，易造成除磷剂的失效。所以该方法作为含磷废水的深度处理方法是可行的。综上所述，物化除磷的几种方法的系统操作较为简单，容易于控制，但是都存在着各种问题，导致单独使用物化法除磷在应用上有困难。但是物化除磷法作为初级处理或深度处理是可行的，可以与生物除磷技术相结合。二、生物除磷经过几十年的发展，生物除磷工艺形式多样，其中比较典型的生物除磷工艺有：氧化沟、间歇式活性污泥处理系统（SBR）、吸附-降解工艺（AB）、厌氧-好氧除磷工艺（AO）、A-A-O同步脱氮除磷工艺、人工湿地除磷等。1、氧化沟工艺该工艺又被称为循环曝气池，是由荷兰人Pasveer在上个世纪所研制开发的一种生物处理技术，它是活性污泥的一种变法。氧化沟有好多种，如Carrousel氧化沟、交替工作氧化沟、曝气-沉淀一体化氧化沟等。该工艺的主要特征为：（1）平面呈多为椭圆形或圆形，内部呈环形沟渠状，总长可达几十米，甚至百米以上，沟渠深26米（视曝气装置决定）（2）单池的进水装置比较简单，用一根进水管即可，双池以上平行工作时，应设配水井，若采用交替运行时，配水井里还需要设自动控制装置。出水一般采用溢流堰式。（3）该工艺再流态上是介于完全混合和推流之间。从水质上来看，水质几乎一致，流态是完全混合的：从溶解氧上来看，在曝气装置下游，溶解氧浓度由高到低，具有推流的特征，这种独特的流态在空间上形成了缺氧、好氧的交替变化，达到了硝化、反硝化和生物除磷的目的。（4）可以考虑不设初沉池，有机悬浮物在氧化沟来可以达到好氧稳定的程度，并且可将二沉池和氧化沟合建，省去污泥回流装置，这样可以减少建设费用。（5）对水温、水质、水量的变动有较强的适应性，而且污泥龄比较长，一般为1530天，这样就可以存活时代时间长、繁殖速度慢的微生物。污泥的产率低，并且多已达到稳定的程度，不需要进行消化处理，以致减少了运行成本。2、序批式间歇活性污泥处理系统（SBR）该工艺可以说是一种既古老又年轻的污水处理技术，早在1914年Ardern和Lockett发明活性污泥法之初，就采用了这种处理系统，由于那个时代没有先进的自动测控技术，使间歇式活性污泥法逐渐被连续式活性污泥法所替代，所以说该工艺古老；直到上个世纪70年代初，由于条件的具备，经过大量的实验室规模的系统研究之后，才得以发展和推广应用5。序批式间歇活性污泥处理系统为主要特征是：它的运行工况是间歇操作。序列间歇有两种含义：一是运行操作在空间上是按序列、间歇的方式运行的，一般情况下，SBR反应器内至少有两个池或多个池，污水连续按序列进入每个反应器；二是每个SBR反应器的运行操作在时间上也是按次序排列间歇运行的，其中自进水、反应、沉淀、排水排泥、闲置期结束为一个周期。该工艺的其他特征是：（1）本工艺系统组成简单，勿需设置污泥回流设备以及二沉池，一般情况下不需设调节池，而且曝气池容积也小于连续式，因此建设费用和运行成本都比较低。（2）SVI值比较低，污泥易沉淀，一般不会发生污泥膨胀的情况。（3）通过对运行方式的调节，在单一的曝气池内能够发生脱氮和除磷的反应。（4）应用电动阀、液位计、自动计时器可编制程序控制器等自控仪表，可使该工艺运行过程全部实现自动化。（5）该工艺可根据所处理污水的性质以及所要实现的处理目标的不同，选择相应的运行方式。根据处理目标的不同，SBR工艺可以分为以有机物为主要去除对象的基本运行模式以及以实现氮、磷的去除为目标的脱氮、除磷运行模式。具有除磷功能的SBR工艺改进运行模式（见图1-3），在进水阶段时，需要严格控制曝气量， 图1-3具有除磷功能SBR工艺改进运行模式使污泥处于厌氧条件下，充分利用进水中的基质，实现磷的充分释放，还需要设曝气装置，使进水与前一周期所保留的污泥充分混合接触，并且需要保持良好的厌氧条件（DO不大于0.2mg/L）。将曝气阶段后的沉淀、排水、排泥三个阶段的工序和操作方式相较于SBR的基本工序有所改变 ，即将排水作为三者之中的最后一道工序进行，排水之前的沉淀和排泥两道工序同时进行，这样防止了在2h左右沉淀和排水期污泥中磷的提前释放，使聚磷菌在释磷之前以污泥的形式排除工艺，保证了该工艺良好的除磷效果。该工艺的运行周期应控制在610h之间，以上面的方式运行，磷的去除率可达70%80%。3、吸附-降解工艺（AB）AB工艺是由德国人所研制的，用于解决传统二级生物处理系统存在的去除难降解有机物和脱氮除磷效率低及投资运行费用高等问题，该工艺相较于传统活性污泥工艺，在处理效率、运行稳定性、工程投资和运行费用等方面具有明显的优点。它是分A段和B段的两段活性污泥法，A段为吸附段，B段为生物氧化段，该工艺的流程见图1-4。该工艺的主要特征是：图1-4AB工艺流程（1）不设初沉池，降低了建设投资费用（2）A段和B段拥有各自独立的污泥回流系统 ，两段完全分开，每段能够培育出适合本段水质的微生物种群。（3）A段通常在很高的有机负荷条件及缺氧环境下运行，这样使工艺具有高的抗冲击负荷能力（4）A段和B段分别在相差悬殊的负荷条件下运行。总之，AB工艺具有高效低耗、运行稳定、使用灵活和对旧工艺改造方便等优点，并可根据不同的处理功能要求，将B段采用不同的运行方式而形成A-B(A/O)、A-B(A2/O)、A-B(氧化沟) 等不同的工艺运行方式。该工艺是符合我国国情的一种经济有效的污水处理技术，尤其在对超负荷工艺的改造中具有广阔的应用前景。（四）厌氧-好氧除磷工艺（AnO）该工艺早在20世纪70年代初就被应用6，厌氧-好氧除磷工艺的流程图见图1-5，其的主要特征是：图1-5厌氧-好氧工艺流程（1）流程简单，既不投药，也不许考虑内循环，因此，建设投资费用以及运行成本都比较低，并且由于无内循环的影响，厌氧反应器能够保持良好的厌氧状态。（2）该工艺速率高，水力停留时间短，一般为36小时1。（3）曝气池内污泥浓度一般在2.73g/L，并且系统的污泥龄比较短，所以，系统往往达不到硝化，也就有了一些书中把该工艺列为只除磷、不脱氮的生物除磷工艺。（4）BOD的去除率大致一般活性污泥系统相同，磷的去除率较好，处理后的水中磷的含量一般低于1.0mg/L，去除率大致在76%左右。（5）沉淀污泥的含磷量约为4%，污泥的肥效较好。（6）混合液的SVI2mg/L。三、组合除磷法由上述可知，单纯的某一种除磷方法总是存在着一些缺点，不能有效的去除水体中的磷，就如化学沉淀法虽然磷的去除率高，但比较大的用药量导致了该工艺高的处理费用。这为组合除磷的发展创造了有力的条件，组合除磷有多种形式，典型的组合除磷就有生物除磷和化学除磷有机结合在一起，有效解决了生物除磷效率不高，及纯化学除磷运行费用据高不下的缺点，可称为生物化学除磷法。该工艺具有除磷效果好，药剂费用比化学除磷少的优点。第三节 曝气生物滤池（BAF）除磷技术该工艺是由法国OTV（LOmnium de Traitements et de Valorisation）公司的研究中心在对单一均质填料研究的基础首先开发并提出，命名为BiocarbonBAF工艺。20世纪80年代，世界上第一座以曝气生物滤池为主体工艺的污水厂在法国巴黎建成5，经过各国学者的深入研究，该工艺已经由功能和运行方式都比较单一的工艺型式发展成为具有不同处理功能和多种运行方式的系列综合性工艺。而我国对曝气生物滤池的研究起步相对较晚，开始于20世纪90年代中后期，并且被列为“九五”国家科技攻关项目。曝气生物滤池是综合了传统生物膜法工艺及快滤池工艺运行特征的基础上，为适应不断提高的排放标准及废水的资源化回用率而研究开发和应用的，而其工艺的研究、开发与应用的关键则是新型填料的研制。该工艺的应用范围比较广，不仅可以用于处理富营养化的为污染水体，而且用于处理生活污水、食品加工废水、屠宰废水、制药废水以及造纸和酿造等行业的废水。一、曝气生物滤池的工作原理曝气生物滤池是按周期运行的，一个周期包括了过滤阶段和反冲洗阶段两部分。曝气生物滤池对污水主要是通过填料的物理截留和生物膜上相关微生物的氧化降解作用来处理的7，当污水通过滤层时，将污水中大尺度的固体悬浮物截留在滤料空隙，另外，滤料表面生长着大量微生物，由于微生物新陈代谢产生粘性物质（如多糖类、酯类等），可起吸附架桥作用，与悬浮物胶体粘接在一起，形成细小絮体，根据絮凝过滤原理，可将污水中较小尺度的悬浮物去除，微生物作用还可使污水中的胶体颗粒的Zeta电位降低，使部分颗粒脱稳形成较大颗粒而被去除，从而去除了污水中的悬浮物。同时，曝气生物滤池采用了人工强化曝气作用，使空气流与水流形成同向流或逆向流，不仅具有更强的冲刷作用，而且有利于污水中氧的溶解。滤料表面及内部孔隙中，生长着大量微生物，污水流经滤料层时，污水中的污染物质被填料上的微生物吸附，并通过溶解氧向生物膜内部扩散，在生物膜内部发生生物氧化作用，从而完成对污染物质的降解，随着微生物的生长和繁殖，滤料上的生物膜逐渐增厚，当达到一定厚度时，生物膜内层的微生物因得不到充分的营养而进入内源代谢期，代谢产物向外逸出，从而使生物膜的附着力减弱，失去其黏附在填料上的性能，促进了生物膜的脱落，随着滤池截留脱落的生物膜和SS的增加，滤池的水头损失不断增加，达到一定值时，需对滤池进行反冲洗，使滤料截留的悬浮物和老化的生物膜随反冲洗水排出该工艺，以恢复曝气生物滤池的处理性能。二、曝气生物滤池与传统工艺的比较及其主要特点（一）曝气生物滤池与普通生物滤池的比较虽然曝气生物滤池的工艺构造及其运行方式和普通快滤池基本相同，但其本质上任然属于生物处理的范畴。现将曝气生物滤池和普通生物滤池的工艺性能方面作比较，见表1-1表1-1 BAF与CBF工艺性能的综合比较项目曝气生物滤池工艺（BAF）普通生物滤池（CBF）工艺组成滤料、布水、布气、反冲洗以及排水系统填料、布水、排水系统布水方式采用大阻力（滤头）或滤板布水在滤池表面均匀布洒供氧方式人工曝气自然通风载体介质均质单一小颗粒球形滤料不规则碎石或焦炭等大尺度滤料除污功能生物降解高效过滤生物氧化为主运行方式多样化较单一处理能力水力负荷410m/(m.d)BOD负荷56kg/( m.d) 水力负荷0.52.0m/(m.d)BOD负荷1.0kg/( m.d)系统启动利用污水中微生物接种，初次启动时间23周利用污水中微生物接种，初次启动时间46周主要优缺点缺点：有动力消耗，运行管理稍复杂优点：环境影响小、卫生好，生物膜活性高，占地面积小，出水水质好缺点：受环境影响大，占地面积相对比较大，难以达到深度处理要求优点：无动力消耗、运行操作简单与普通生物滤池相比，曝气生物滤池主要有以下三方面的优势：（1）普通生物滤池容易堵塞，通风供氧的不到有效保证，处理能力低，受环境影响大，而曝气生物滤池与此正好相反。（2）普通生物滤池无反冲洗装置，当滤床堵塞后，必须进行彻底的“翻池”作业，将滤料翻出池外进行清洗或更换，这样做劳动强度大，而且滤池停止工作时间长，换需要重新挂膜。而曝气生物滤池由于设有反冲洗装置，可及时保证率吃的畅通，消除死区和堵塞现象，客观上讲反冲洗装置的增设一定程度上增加了工艺操作运行管理的复杂性，但从总体上来看，这是一种必要的牺牲。（3）生物曝气滤池中增设了曝气系统，使工艺的运行更加灵活。如，通过曝气管道在滤床中设置高度的变化，以不同的运行方式，使该工艺具有更强的硝化和反硝化脱氮功能，获得更好的出水水质，满足不同的处理要求。（二）曝气生物滤池与其他工艺的比较就如上述，虽然曝气生物滤池本质上属于生物膜工艺，但该工艺是按照处理水量大、停留时间短、截污能力强、具有深度处理功能的快滤池的构造及运行方式来设计的，所以该工艺具有其他悬浮生长型的活性污泥工艺不同的特点。如表1-2是德国Philip Muller公司对传统推流式活性污泥法（CPFP）、完全混合活性污泥法（CSTRP）、和Biofor BAF三种不同污水处理工艺占地、投资和运行费用等经济指标的相对比较数据（以CPFP为基准），表1-3为法国OTV公司对处理规模大于5000m/d 的A/O、SBR和Boistyr BAF三种污水处理工艺的特性比较的整理结果。表1-2 CPFP、CSTRP、Biofor BAF 工艺的经济比较工艺方法占地投资运行费用CPFP1.01.01.0CSTRP0.60.950.85 0.95Biofor BAF0.250.750.8表1-3 BAF与A/O和SBR工艺的特性比较项目Boistyr BAFA/OSBR工程投资一般不设二沉池，自控系统费用较高，占地面积小。总投资最低土建量最大、占地面积最大，单元构筑物最多。总投资最大不设二沉池，池体深，系统单元少，自控较多。总投资较大运行费用水头损失33.5m，无污泥回流，氧利用率高，电耗少。总成本较低水头损失11.5m，污泥回流，曝气量大，电耗高。总成本最高水头损失34m，无污泥回流，电耗较高。总成本较高污泥特性产泥量稍大，稳定性稍差，无膨胀问题产泥量一般，相对稳定，易发生膨胀产泥量一般，相对稳定，可有效控制污泥膨胀运行管理自动控制，无堵塞，设备紧凑，巡视方便设备分散，巡视工作量大自动控制高，工艺紧凑，巡视方便规模扩建模块化结构，易扩建，工期短非模块化结构，工作量大模块化结构，易扩建（三）曝气生物滤池的主要特点由以上述可见，曝气生物滤池具有一系列相对突出的优点，主要概括起来为以下几点：（1）采用小尺寸的球形滤料，为微生物的生长提供了更大的滤床表面积，由此而提高了滤池单位体积内保持的生物量浓度。由于充足的曝气量和较高的水力负荷的不断冲刷作用，滤料上的生物膜始终保持在较薄的范围内，因此具有较高的生物活性和对进水中污染物的适应性及生物降解能力。所以该工艺的有机容积负荷和去除率都较高。（2）气液在滤料间充分接触，由于气、液固三相接触，氧的转移率高，动力消耗低。（3）该工艺的处理设施结构布置紧凑，将生物降解与过滤截留两种处理功能在一个单元中运行，不设二沉池。可以有效的节省占地面积。（4）运行方式灵活多变，可根据处理要求和污水水质，选择合适的运行方式，以实现不同的处理目标，因此该工艺具有较强的适应性和处理功能。（5）不需设置污泥回流装置，也不会发生污泥膨胀，反冲洗全部自动化，运行管理很方便。曝气生物滤池同时也存在着许多不足，主要为以下几点：（1）为保证合理的运行周期，一般要求进水中SS浓度低于100mg/L，最好控制在5060 mg/L。（2）曝气生物滤池的水头损失较大，一般每级曝气生物滤池的水头损失为12m，因而所需要的总提升高度大。（3）该工艺反冲洗时间较短，反冲洗时间水力负荷较大，若将反冲洗水直接回流到初沉池，其较大的水力负荷对初沉池的沉淀效率产生影响。（4）该工艺比其他工艺具有更高的产泥量，而且污泥稳定性较差。（5）曝气生物滤池同步生物除磷的效果不好，为使出水达到排放标准，需采用其它方法进行辅助除磷。三、曝气生物滤池的工艺类型自从法国OTV公司在20世纪90年代开发并应用世界上第一座曝气生物滤池以来，引起了废水领域对其的广泛研究。该工艺取得了长足的发展，作为一种新技术，它不仅可以实现有机物的氧化降解，截留水中的悬浮物，还有脱氮除磷的效果，该工艺的这些功能和作用的发挥与其具有多种灵活的运行方式和不同的工艺组合形式密不可分。根据水流方向可以该工艺分为上向流和下向流两种。早期的曝气生物滤池多采用下向流，由于下向流存在纳污效率低、运行周期短、易堵塞、氧利用率低等问题，后来多采用上向流方式。上向流与下向流相比，布水、布气更加均匀；氧的利用率更高。在国内外的研究和工程应用中，根据池型结构和生物膜的载体的不同，可将曝气生物滤池分为生物碳滤池、轻质滤料生物滤池和曝气生物滤池氧化反应器三种主要形式。（一）生物碳滤池(Biocarbon)Biocarbon BAF属于下向流滤池，填料一般采用比重大于水的陶粒。污水从滤池顶部流入，从底部流出，在靠近滤池底部设曝气管进行曝气，气水以逆流方式接触，主要以去除有机物为目标，该工艺的结构如图1-7所示。 图1-7 Biocarbon BAF工艺结构（二）轻质滤料生物滤池(Biostry)Biostry BAF是法国OTV公司开发的工艺，采用气水同向的上向流方式，该工艺是具有脱氮效果的淹没式曝气生物滤池，所采用的填料是以聚苯乙烯为主要成分、比重小于水的轻质悬浮小球。该工艺以脱氮为主要运行目标，在运行时，经预处理的污水与部分硝化液混合后从底部进入滤池，并在滤池中间进行曝气，将滤池分为两个区域，下部为缺氧区，上部为好氧区。Biostry的结构如图1-8所示。 图1-8 BiostryBAF工艺结构(三)曝气生物滤池氧化反应器(Biofor)Biofor BAF是法国Degremont水务公司开发，属于上向流滤池，该工艺在运行方式、处理功能和整体构造等方面与Biostry BAF工艺基本相同，但对滤料的使用和曝气方式的采用等方面有所区别，该工艺采用由Pillip Mller公司研制生产的膨胀硅铝酸盐颗粒，其密度大于水，所使用的曝气装置为Pillip Mller公司专利产品Oxazur空气扩散装置5。四、曝气生物滤池的发展前景 曝气生物滤池是一种构造新颖、具有综合功能的废水生物处理新技术，其发展思路来源于传统的生物膜工艺和快滤池工艺，并经过不断完善而于20世纪80年代末90年代初成为一种日趋成熟的生物膜处理工艺。由上述可以看出该工艺有一系列优良的性能特点，如占地面积小、能够有效的降解有机物和截留悬浮物、脱氮除磷等，同时也存在着许多不足之处，该工艺产泥量大且稳定性较差，以及对反冲洗运行控制要求较高等问题。随着土地资源的日益紧张及污水排放标准的不断提高，寻求占地小、处理功能强、处理效果好的污水处理工艺技术已成为各国水污染控制研究者所面临的一大课题，因此，曝气生物滤池因满足上述要求而得到了广泛的关注和研究应用。目前，对曝气生物滤池主要研究的是延长运行周期，降低反冲洗频率、减小滤料床截污能力，而其中质轻、廉价、性能好的新型滤料的开发研究则是重点。第四节 课题提出的背景全球性水污染问题已对人类生存和社会经济发展构成了越来越严重的威胁，防止水体的恶化、保护水资源、走可持续发展的道路已成为人类共同追求的目标，由于人口的快速增加、社会经济的不断发展，不仅对用水的需求量大大增加，而且污水的排放量也与日俱增，从而是人类面临着更加紧迫的水量型和水质型水源不足问题。污水处理工程作为水污染防治和走资源可持续利用道路中的重要工程技术手段之一，对保护水环境和缓解水质型水资源短缺问题具有重要作用。同时传统的污水处理工艺又存在着占地面积大、基建投资高、处理负荷低等多种问题，不适合现代社会发展的要求。针对这种情况，急需要寻找一种新的污水处理工艺来解决这种矛盾。曝气生物滤池的出现，在一定程度上克服了传统污水处理工艺的缺点，由第三节可知它是一种占地面积少、低投资、高效率、便于运行、发展潜力较大的污水处理技术，因此，该工艺是一种完全适合我国的具体国情的污水处理技术。虽然国内外学者对该工艺进行了大量的研究，但对其强化除磷的研究还不够深入，本文针对曝气生物滤池的除磷效能进行研究，以强化曝气生物滤池的除磷效果。 第二章 试验目的、内容及方法第一节 试验目的及研究内容一、 试验目的曝气生物滤池是一种新型污水生物处理技术，具有占地面积小、处理效率高能耗较低等特点，在对有机物、SS和氮的去除等方面具有良好的效果，但该工艺的磷去除率比较低，本课题是通过改进曝气生物滤池的工艺流程，以提高曝气生物滤池工艺的除磷效果。二、 试验研究内容 本课题以曝气生物滤池处理城市污水为研究对象，通过改进曝气生物滤池工艺流程，以达到高的除磷效果为目的进行的研究。将反应器分为厌氧处理单元和好氧处理处理单元，并且增加物理截留单元。对污水中的SS进行截留，同时也去除了部分非溶解状态的磷，通过对该单元进行单独反冲洗，去除所截留的SS，最终以剩余污泥形式排出系统。主要研究内容如下：（1）分析研究气水比、水力负荷以及运行周期对BAF 处理效果的影响，考察BAF正常运行时对城市污水的处理效能；（2）分析气水比、有机物浓度、运行时间等因素对BAF的除磷效果的影响，研究BAF的除磷效果。三、试验用水及试验材料（一）试验用水1.试验研究的水体本试验装置的进水取自兰州交通大学校园内的化粪池水，用水泵提升到试验大厅的生活静沉至少1h，经过排泥之后的生污水流入该实验装置，这样就减小了生活污水中大的悬浮物固体堵塞进水管道，并且延长了该装置物理处理单元的反冲洗周期。将试验期间检测的所有进水数据进行统计整理，可以得出污水试验期间原水水质见表2-1所示。表2-1试验期间原水水质项目SS(mg/L)COD(mg/L)TP(mg/L)最大值112273.47.50最小值31.183.13.85平均值61.18171.45.242、试验检测用水 本试验检测水样所用的蒸馏水，全部来自本实验室自备蒸馏水发生器所烧的蒸馏水。（二）试验材料、药品及仪器1、试验材料试验装置采用的填料粒径为36mm的陶粒。其外观如图2-1（1）所示。之后又将物理处理单元的填料换为23mm的石英砂，其外观见图2-1（2）。陶粒的性能参数见表2-2，石英砂的性能参数见表2-3。 （1）陶粒 （2）石英砂图2-1反应器中填料图片 表2-2陶粒的性能参数分析项目粒径(mm)比重孔隙率(%)容重(g/cm3)比表面积（m2/m3）SiO2(%)数值361.5255780.750.8039806268表2-3石英砂的性能参数分析项目粒径（mm）比重孔隙率(%)容重(g/cm3)比表面积（m2/m3）SiO2(%)数值232.6543%1.75198099.52、化学药品本试验在水样检测时所用的化学药剂见表2-4。表2-4所用化学药剂项目产地备注过硫酸钾天津市化学试剂三厂均为分析纯（AR）试剂钼酸铵天津市化学试剂四厂抗坏血酸天津欧博凯化工有限公司重铬酸钾天津市化学试剂六厂硫酸银天津市精细光复化工研究所硫酸白银良友化学试剂有限公司硫酸汞姜堰市环球试剂厂3、试验配套仪器设备本实验所用的仪器及设备见表2-5。表2-5试验配套仪器设备设备名称型号产地分光光度计721上海第三分析仪器厂消毒灭菌锅YXQ-SG46-280A上海博讯实业有限公司COD消解仪DRB200美国HACH公司紫外可见分光光度计DR5000美国HACH公司空压机-转子流量计-余姚市振兴流量仪表厂玻璃转子流量计LZB-6余姚市银环流量仪表有限公司水泵-（三）试验装置强化BAF除磷试验的实验装置见图2-2。本试验中BAF反应器采用了两根有机玻璃柱，将厌氧生物处理段和好氧生物处理段分开，如图2-2，有机玻璃柱规格为80 mm3m，另一根有机玻璃柱规格为70mm2m。其中3m长的机玻璃分两段，中部法兰盘间安置打孔承托板分隔，上段为物理截留段，沿填料层末端设一个取样口，下段为厌氧生物处理段，沿填料层末端设一个取样口。物理处理段的填料层厚度为80 cm，承托层厚度为10 cm，物理处理段的布气管(正常曝气和反冲洗布气同用)、反冲洗进水管均在承托板以下，采用气水反冲洗,反冲洗水与空气平行同向流，反冲洗废水由顶部溢流口排出。厌氧生物处理段的填料层厚度为60 cm，承托层厚度为10 cm，厌氧处理段反应器底部设反冲洗水管，采 图2-2试验装置图用单独气水反冲洗。较短的有机玻璃柱是好氧生物处理段填料层厚度为140 cm，承托层厚度为10 cm，沿填料层每隔20cm设一个取样口，共设五个取样口，好氧反应器底部为多孔板，其下部装有曝气装置及进水管，进水管与反冲洗水管共用，采用气水反冲洗,反冲洗废水由顶部溢流口排出。BAF的曝气采用曝气头，用转子气体流量计控制气量。第二节 试验方法一、曝气生物滤池生物除磷试验方法(一) 曝气生物滤池处理效能研究改变BAF的气水比和水力负荷，用标准方法测定COD、TP的去除效果，比较不同条件下，BAF的处理效果。同时，改变BAF的周期，研究不同周期下SS的去除效果。(二)曝气生物滤池除磷现象研究对BAF中影响除磷的因素填料层高度、气水比、有机负荷以及运行时间进行研究，考察BAF自身的除磷效果。二、分析监测方法BAF运行过程中，定期检测水样中磷的浓度以及水样中与除磷有关的污染物的浓度。由于试验中污水的进水流量比较小，在装置运行的过程中容易堵塞，因此需要在取样检测之前不停的稳定流速，通过秒表测定流量，来确定流速的大小，试验装置在一定的水力负荷下稳定运行3h后，从9个取样口沿着与水流方向相反的方向依次取样。为了减小试验的操作误差，取完水样之后，须立即测量进水和物理处理单元出水的SS，以防杂质沉淀后使测量数据偏小，所取水样需要在100mL量筒中静沉30min左右，以防水样中的杂质影响磷和COD的测量数据。1、污水中磷的检测方法污水中的磷按其存在的形式，通常检测的是总磷、溶解性正磷酸盐、总溶解性磷。测总磷之前需要消解，溶解性正磷酸盐和总溶解性磷测定之前要用0.45的滤膜过滤后的滤液，后者还需消解。综合考虑实际情况之后，本实验中只检测总磷，采用钼锑抗分光光度法。具体步骤为：（1）绘制标准曲线取数支取数支50mL具塞比色管，分别加入磷酸盐标准使用液0、0.50、1.00、3.00、5.00、10.00、15.00mL，加水到50mL。向比色管中加入1mL10%的抗坏血酸溶液，摇匀，静止30s后。加入2mL钼酸盐溶液摇匀，放置15min。用10mm比色皿测量，测量时溶液由低浓度到高浓度，在700nm波长处测量，以零浓度溶液参比，测量吸光度。绘制标准曲线：通过测量得出的数据列表2-5。根据表2-5得出的数据，绘制P的校准曲线图，如图2-3所示。表2-5不同浓度的磷下的吸光度 添加量mL00.501.003.005.0010.0015.00吸光度0.0010.0110.0230.0730.1170.2340.353减去空白00.0100.0230.0720.1180.2330.352含量mg/L0126102030图2-3磷的标准曲线（2）样品测定分别取3 mL水样加入50mL的比色管，稀释至25mL，加4mL过硫酸钾，在消毒灭菌锅中消解，之后按绘制标准曲线的步骤进行显色和测量。减去空白的吸光度，并从标准曲线上查出磷的含量。2、污水中SS的检测方法污水中的浊度通过型号为HACH 2100PTurbidimeter的浊度仪来测量。3、污水中COD的检测方法COD的测定采用紫外分光光度法，。具体操作如下：（1）药剂的添加：先加入适量硫酸汞粉末，再加入2mL水样，最后加入3mL的COD消解液，摇匀。（2）将加好药剂的水样在150的条件下用DRB200消解仪消解2个小时。 （3）冷却后在HACH公司出产的型号为DR5000的紫外可见分光光度计下测吸光度，该仪器可以根据储存在其中的标准曲线直接读出COD的浓度。第三章 BAF反应器处理效能的研究第一节 BAF反应器的挂膜与启动一、曝气生物滤池填料的挂膜过程（一）微生物被载体填料表面吸附陶粒是一种多孔介质，因而其具有较强的吸附能力，陶粒填料与污水中的微生物接触时，它可以迅速吸附微生物，将微生物附着于载体表面及内部空隙。（二）附着于载体表面微生物的生长繁殖在好氧条件下，被吸附于载体表面的微生物摄取废水的营养物质，并且在填料表面附着生长、繁殖。载体凹陷处气水的剪切作用力较小，更有利于附着微生物的生长繁殖，这样附着于载体的微生物增殖逐渐向颗粒载体的整个表面扩展。（三）生物膜的形成当附着微生物繁殖扩展到整个载体表面时便形成最初的生物膜。随着反应器的运行，生物膜不断生长增厚、脱落更新、逐渐走向成熟。以菌胶团形式存在的