曝氣生物濾池填料的研究進展
曝氣生(sheng)(sheng)物濾池(chi)（Biological aerated filter：BAF）處(chu)理(li)污水(shui)是近年來開發出的污水(shui)處(chu)理(li)工(gong)藝，已在(zai)歐美和(he)日本(ben)廣為流行，但在(zai)我國研究甚少(shao)。曝氣生(sheng)(sheng)物濾池(chi)最大的特(te)點是集生(sheng)(sheng)物氧(yang)化(hua)和(he)截(jie)留懸浮(fu)固(gu)體于一體，節省(sheng)了后續沉淀池(chi)（如二(er)沉池(chi)）。此外(wai)，該處(chu)理(li)工(gong)藝容積負荷、水(shui)力負荷大，占(zhan)地面積、基建投資少(shao)，氧(yang)轉移率高，出水(shui)水(shui)質好(hao)等特(te)點。
1 曝(pu)氣(qi)生物濾池(chi)污水(shui)處理技術的發展
在(zai)城市污(wu)水的(de)治理(li)領域，傳統的(de)污(wu)水處(chu)(chu)(chu)理(li)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)，如傳統活(huo)性(xing)污(wu)泥工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)及(ji)其(qi)變形工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)、生物氧化溝(gou)工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)、生物脫(tuo)氮除磷工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)（A/O法、A/A/O法及(ji)其(qi)改(gai)進工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)）。A-B工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)和SBR工(gong)(gong)(gong)藝(yi)(yi)等，處(chu)(chu)(chu)理(li)的(de)水質能達到排放水的(de)一般要求，但不(bu)能達到城市 一般回用水標準，而且投資(zi)和占地面積大(da)，難(nan)于(yu)管理(li)。例如活(huo)性(xing)污(wu)泥法，其(qi)研究、應用、改(gai)進已(yi)有很長(chang)的(de)歷(li)史(shi)，目前(qian)在(zai)世界上仍占優勢地位，但同時也(ye)存(cun)在(zai)一些難(nan)以克服的(de)缺點(dian)。因此，近十幾(ji)年來，各種廢(fei)水處(chu)(chu)(chu)理(li)新技(ji)術不(bu)斷涌現(xian)。
在歐洲，為了適應新的標準[1-2]，陸續開發了一系列新的污水處理技術，曝氣生物濾池從中脫穎而出。它首先被用作三級處理，后來發展成直接用于二級處理[3]。自第1套建在靠近巴黎的sois-sons污水處理廠的裝置投產運行以來[4]，已在歐、美和日本等發達國家廣為流行，目前世界上已有幾百座污水處理廠應用了這種技術。曝氣生物濾池不僅用于水體富營養化處理，而且廣泛地用于生活污水、生活雜排水和食品加工、水果蔬菜罐頭、魚肉制品、釀造和造紙等工業廢水處理中。
2 填料在曝氣(qi)生物濾(lv)池中(zhong)的核(he)心(xin)地(di)位
曝(pu)氣(qi)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物濾(lv)(lv)池(chi)(chi)充(chong)分借鑒(jian)了(le)污(wu)(wu)(wu)水(shui)處理接觸氧(yang)(yang)化法和(he)給水(shui)快濾(lv)(lv)池(chi)(chi)的(de)設計思路，集曝(pu)氣(qi)、高(gao)濾(lv)(lv)速、截留(liu)(liu)懸(xuan)浮物、定(ding)期反沖洗(xi)等特點于(yu)一體。其工(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)原理主(zhu)要有(you)過濾(lv)(lv)、吸附和(he)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物代謝[5]。濾(lv)(lv)池(chi)(chi)工(gong)作(zuo)(zuo)(zuo)時(shi)，在濾(lv)(lv)池(chi)(chi)中裝填一定(ding)量(liang)粒徑(jing)較(jiao)(jiao)小的(de)粒狀(zhuang)濾(lv)(lv)料，濾(lv)(lv)料表面(mian)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)長著生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物膜(mo)(mo)，濾(lv)(lv)池(chi)(chi)內部(bu)曝(pu)氣(qi)，污(wu)(wu)(wu)水(shui)流經時(shi)，利(li)(li)用濾(lv)(lv)料上(shang)高(gao)濃度生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物膜(mo)(mo)的(de)強氧(yang)(yang)化降(jiang)解能(neng)力對(dui)污(wu)(wu)(wu)水(shui)進行(xing)(xing)快速凈(jing)化；同時(shi)，因污(wu)(wu)(wu)水(shui)流經時(shi)，濾(lv)(lv)料呈壓實狀(zhuang)態，利(li)(li)用濾(lv)(lv)料粒徑(jing)較(jiao)(jiao)小的(de)特點及生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物膜(mo)(mo)的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物絮凝(ning)作(zuo)(zuo)(zuo)用，截留(liu)(liu)污(wu)(wu)(wu)水(shui)中的(de)大(da)量(liang)懸(xuan)浮物，且保(bao)證(zheng)脫落的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物膜(mo)(mo)不會隨水(shui)漂出；此外，填料及附著其上(shang)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)長的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物膜(mo)(mo)對(dui)溶(rong)解性有(you)機物具(ju)有(you)一定(ding)的(de)吸附作(zuo)(zuo)(zuo)用。運行(xing)(xing)一定(ding)時(shi)間后(hou)，因水(shui)頭(tou)損失的(de)增加(jia)，需對(dui)濾(lv)(lv)池(chi)(chi)進行(xing)(xing)反沖洗(xi)，以釋放截留(liu)(liu)的(de)懸(xuan)浮物并(bing)更新生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物膜(mo)(mo)，此為反沖洗(xi)過程。曝(pu)氣(qi)生(sheng)(sheng)(sheng)(sheng)物濾(lv)(lv)池(chi)(chi)正是通過這樣反復的(de)周期性運轉來處理污(wu)(wu)(wu)水(shui)的(de)。
填(tian)料(liao)(liao)作(zuo)為(wei)曝(pu)氣生(sheng)物(wu)(wu)濾(lv)池的(de)(de)核(he)心組成(cheng)部分(fen)，影響著曝(pu)氣生(sheng)物(wu)(wu)濾(lv)池的(de)(de)發展(zhan)。曝(pu)氣生(sheng)物(wu)(wu)濾(lv)池發展(zhan)過程(cheng)中(zhong)依次出現過3種不同(tong)的(de)(de)形(xing)式[1、6-7]：BIOCARBONE，BIOFOR和BIOSTYR，采(cai)用的(de)(de)填(tian)料(liao)(liao)各(ge)不相(xiang)同(tong)。BIOCARBONE采(cai)用的(de)(de)是(shi)石英砂粒(li)(li)；BIOFOR采(cai)用的(de)(de)是(shi)輕質陶粒(li)(li)；BIOSTYR采(cai)用的(de)(de)則是(shi)密度(du)比水小(xiao)的(de)(de)聚(ju)苯乙烯球形(xing)顆粒(li)(li)。石英砂粒(li)(li)由于(yu)(yu)密度(du)大(da)，比表(biao)面(mian)積、孔隙率(lv)小(xiao)；當污水流經濾(lv)層時阻力很大(da)，生(sheng)物(wu)(wu)量(liang)少，因此濾(lv)池負(fu)荷不高(gao)、水頭損失大(da)。輕質陶粒(li)(li)和聚(ju)苯乙烯作(zuo)填(tian)料(liao)(liao)時，由于(yu)(yu)密度(du)小(xiao)，比表(biao)面(mian)積、孔隙率(lv)大(da)，生(sheng)物(wu)(wu)量(liang)大(da)，因此濾(lv)池負(fu)荷較大(da)，水頭損失較小(xiao)。國外(wai)的(de)(de)實(shi)際運行表(biao)明，BIOFOR和BIOSTYR明顯優于(yu)(yu)BIOCARBONE。
事實上，BAF性能的優劣很大程度上取決于填料的特性，填料的研究和開發在BAF工藝中至關重要，為此，英國、美國和印度等國已制定了曝氣生物濾池所用濾料的相應標準，法國德利滿公司對應用于曝氣生物濾池的濾料也制定了相應的說明書及測試規范，可見各國對曝氣生物濾池的濾料都有嚴格的要求。
3 填料(liao)的研究進展
曝氣生物濾池所用填(tian)(tian)(tian)(tian)(tian)料，根據其采用原料的不同，可分為(wei)無機(ji)填(tian)(tian)(tian)(tian)(tian)料、有機(ji)高(gao)分子填(tian)(tian)(tian)(tian)(tian)料；根據填(tian)(tian)(tian)(tian)(tian)料密度(du)的不同，可分為(wei)上浮式(shi)填(tian)(tian)(tian)(tian)(tian)料和沉沒式(shi)填(tian)(tian)(tian)(tian)(tian)料。無機(ji)填(tian)(tian)(tian)(tian)(tian)料一般為(wei)沉沒式(shi)填(tian)(tian)(tian)(tian)(tian)料，有機(ji)高(gao)分子填(tian)(tian)(tian)(tian)(tian)料一般為(wei)上浮式(shi)填(tian)(tian)(tian)(tian)(tian)料。常見的無機(ji)填(tian)(tian)(tian)(tian)(tian)料有陶粒、焦(jiao)炭、石(shi)英砂、活性炭、膨脹硅鋁酸鹽等，有機(ji)高(gao)分子填(tian)(tian)(tian)(tian)(tian)料有聚苯乙烯(xi)、聚氯乙烯(xi)、聚丙烯(xi)等。
國(guo)外，Rebecca Moore等[8]研(yan)究了尺寸范圍分(fen)別為1.5～3.5mm和(he)2.5～4.5mm的(de)(de)填料(liao)對曝(pu)(pu)氣(qi)生(sheng)(sheng)物(wu)濾池(chi)處理效果(guo)的(de)(de)影響，發(fa)現小顆粒(li)（1.5～3.5mm）填料(liao)雖然(ran)有(you)利(li)(li)于(yu)脫(tuo)氮，但不(bu)適應(ying)高的(de)(de)水(shui)力(li)負荷(he)；而(er)大(da)顆粒(li)（2.5～4.5mm）填料(liao)雖然(ran)改善了濾池(chi)操作條件，減少了反沖洗的(de)(de)次數，但不(bu)利(li)(li)于(yu)脫(tuo)氮和(he)SS的(de)(de)去除。這為曝(pu)(pu)氣(qi)生(sheng)(sheng)物(wu)濾池(chi)填料(liao)在尺寸要求上提供了一定的(de)(de)依據。Allant[9]等人研(yan)究結果(guo)表(biao)明：上浮式(shi)填料(liao)比沉沒式(shi)填料(liao)對SS、有(you)機(ji)物(wu)的(de)(de)去除率高，更耐有(you)機(ji)負荷(he)和(he)水(shui)力(li)負荷(he)沖擊。Won-Seok Chang[10]等以天然(ran)沸(fei)石(shi)和(he)砂粒(li)為填料(liao)研(yan)究BAF對紡織(zhi)廢(fei)水(shui)的(de)(de)處理效果(guo)發(fa)現：天然(ran)沸(fei)石(shi)對紡織(zhi)廢(fei)水(shui)的(de)(de)處理效果(guo)優(you)于(yu)砂粒(li)的(de)(de)處理效果(guo)，這是(shi)因為天然(ran)沸(fei)石(shi)具有(you)更強的(de)(de)陽離子交(jiao)換(huan)能力(li)和(he)更大(da)的(de)(de)比表(biao)面積。這說明輕質填料(liao)取代高密度填料(liao)是(shi)曝(pu)(pu)氣(qi)生(sheng)(sheng)物(wu)濾池(chi)污水(shui)處理技術發(fa)展過程中的(de)(de)必然(ran)趨(qu)勢。
我國對曝氣生物濾池填料的研究以陶粒為最多，這是因為陶粒作為填料的一種，不僅材料低廉易得，而且顯示出的優良特性，特別適合我國的國情。早期的陶粒大多采用頁巖直接燒制、破碎、篩分而成，為不規則狀（片狀居多）。最近出現的球形輕質陶粒，采用粘土（主要成分為偏鋁硅酸鹽）為原材料，加入適當化工原料作為膨脹劑，經高溫燒制而成。朱樂輝等人[11]以粘土為主要原料，結合其它化工原料在溫度為1180℃時燒制的輕質陶粒用作曝氣生物濾池污水處理的研究表明：①球形輕質陶粒強度大、孔隙率大。比表面積大、化學穩定性好，與玻璃鋼、聚氯乙烯、聚丙烯、維綸等濾料相比，具有生物附著性強、掛膜性能良好、水流流態好、反沖洗容易進行。截污能力強等優點；②形狀規則，粒徑可大可小，密度適宜，克服了不規則粒狀濾料水流阻力大，易引起氧化池堵塞，反沖洗強度大，易沖刷破碎的缺點；③加工過程完全不同于傳統的片狀陶粒濾料。表面結釉一直是傳統片狀陶粒濾料沒有解決的難題；而球形輕質陶粒主要以粘土為原料，控制適當的配料和燒制工藝，可改變陶粒的密度，且使其表面粗糙、多微孔、不結釉。④以球形輕質陶粒作接觸填料，采用淹沒式曝氣生物濾池處理污水，可以起到深度處理的作用，處理后的水能重新利用并節約用地。周彩樓等[12]以凈水廠淤泥為原料研制超輕陶粒取得了滿意的結果，開創了污泥資源化的又一途徑。齊兵強、王占生等人[6]以球形輕質陶粒（主要性能見表1）作為曝氣生物濾池填料處理生活污水時發現：盡管在很高的濾速（6.5～8m/h）下，其處理水質仍然很高，而且曝氣量小，氧利用率高；此外，該曝氣生物濾池系統水頭損失增加緩慢，反沖洗周期長，節約了能源和操作費用。
表1 球形輕質陶(tao)粒的(de)主要性能參(can)數
項目 粒徑/
mm 堆積密度/
(g·cm-3) 密度(du)/
(g·cm-3) 比表面積/
(m2·g-1) 內部孔隙率 外部孔隙率
數值 3～6 0.89 1.56 4.11 0.09 0.339
從曝氣生物濾池填料的發展來看，在以后的研究中，主要的方向將在以下幾個方面：①研究填料對污染物去除的影響及污染物去除機制。目前，對BAF運行的工藝條件研究很多，但是對于污染物的轉移和代謝途徑沒有深人的研究；填料上生物相分布、生態結構缺乏系統的分析和解釋；另外，填料如何影響污染物去除機制不明。②開發以天然材料為主要成分的無機填料，如輕質陶粒的研究開發。合成的高分子填料與微生物之間相容性較差，所以在掛膜時生物量少，易脫落，而以天然材料為原料的無機填料可以克服以上不足，但是需要重點解決的問題是如何增加強度、增大空隙率和減小密度。③尋求改善填料性能的工藝和方法。填料加工過程中的工藝非常重要，為了獲得優質填料，生產工藝和方法需要不斷改進。④制定適于曝氣生物濾池的填料標準。歐美國家對曝氣生物濾池用填料均有較為嚴格的標準，但在我國目前還沒有，在系統掌握填料的尺寸、性狀、密度等因素對污染物去除的影響后，制定適于我國曝氣生物濾池的填料標準意義深遠。這不僅使得填料的生產規范化，而且極大促進BAF污水處理技術在我國的應用和推廣。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
