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    曝氣生物濾池填料的研究進展

    中國污水處理工程網 時間:2010-6-29 10:43:05

    污水處理技術 | 匯聚全球環保力量,降低企業治污成本

    曝氣生物濾池(Biological aerated filter:BAF)處理污水是近年來開發出的污水處理工藝,已在歐美和日本廣為流行,但在我國研究甚少。曝氣生物濾池最大的特點是集生物氧化和截留懸浮固體于一體,節省了后續沉淀池(如二沉池)。此外,該處理工藝容積負荷、水力負荷大,占地面積、基建投資少,氧轉移率高,出水水質好等特點。

    1 曝氣生物濾池污水處理技術的發展

    在城市污水的治理領域,傳統的污水處理工藝,如傳統活性污泥工藝及其變形工藝、生物氧化溝工藝、生物脫氮除磷工藝(A/O法、A/A/O法及其改進工藝)。A-B工藝和SBR工藝等,處理的水質能達到排放水的一般要求,但不能達到城市 一般回用水標準,而且投資和占地面積大,難于管理。例如活性污泥法,其研究、應用、改進已有很長的歷史,目前在世界上仍占優勢地位,但同時也存在一些難以克服的缺點。因此,近十幾年來,各種廢水處理新技術不斷涌現。

    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 填料在曝氣生物濾池中的核心地位

    曝氣生物濾池充分借鑒了污水處理接觸氧化法和給水快濾池的設計思路,集曝氣、高濾速、截留懸浮物、定期反沖洗等特點于一體。其工作原理主要有過濾、吸附和生物代謝[5]。濾池工作時,在濾池中裝填一定量粒徑較小的粒狀濾料,濾料表面生長著生物膜,濾池內部曝氣,污水流經時,利用濾料上高濃度生物膜的強氧化降解能力對污水進行快速凈化;同時,因污水流經時,濾料呈壓實狀態,利用濾料粒徑較小的特點及生物膜的生物絮凝作用,截留污水中的大量懸浮物,且保證脫落的生物膜不會隨水漂出;此外,填料及附著其上生長的生物膜對溶解性有機物具有一定的吸附作用。運行一定時間后,因水頭損失的增加,需對濾池進行反沖洗,以釋放截留的懸浮物并更新生物膜,此為反沖洗過程。曝氣生物濾池正是通過這樣反復的周期性運轉來處理污水的。

    填料作為曝氣生物濾池的核心組成部分,影響著曝氣生物濾池的發展。曝氣生物濾池發展過程中依次出現過3種不同的形式[1、6-7]:BIOCARBONE,BIOFOR和BIOSTYR,采用的填料各不相同。BIOCARBONE采用的是石英砂粒;BIOFOR采用的是輕質陶粒;BIOSTYR采用的則是密度比水小的聚苯乙烯球形顆粒。石英砂粒由于密度大,比表面積、孔隙率;當污水流經濾層時阻力很大,生物量少,因此濾池負荷不高、水頭損失大。輕質陶粒和聚苯乙烯作填料時,由于密度小,比表面積、孔隙率大,生物量大,因此濾池負荷較大,水頭損失較小。國外的實際運行表明,BIOFOR和BIOSTYR明顯優于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 填料的研究進展

    曝氣生物濾池所用填料,根據其采用原料的不同,可分為無機填料、有機高分子填料;根據填料密度的不同,可分為上浮式填料和沉沒式填料。無機填料一般為沉沒式填料,有機高分子填料一般為上浮式填料。常見的無機填料有陶粒、焦炭、石英砂、活性炭、膨脹硅鋁酸鹽等,有機高分子填料有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等。

    國外,Rebecca Moore等[8]研究了尺寸范圍分別為1.5~3.5mm和2.5~4.5mm的填料對曝氣生物濾池處理效果的影響,發現小顆粒(1.5~3.5mm)填料雖然有利于脫氮,但不適應高的水力負荷;而大顆粒(2.5~4.5mm)填料雖然改善了濾池操作條件,減少了反沖洗的次數,但不利于脫氮和SS的去除。這為曝氣生物濾池填料在尺寸要求上提供了一定的依據。Allant[9]等人研究結果表明:上浮式填料比沉沒式填料對SS、有機物的去除率高,更耐有機負荷和水力負荷沖擊。Won-Seok Chang[10]等以天然沸石和砂粒為填料研究BAF對紡織廢水的處理效果發現:天然沸石對紡織廢水的處理效果優于砂粒的處理效果,這是因為天然沸石具有更強的陽離子交換能力和更大的比表面積。這說明輕質填料取代高密度填料是曝氣生物濾池污水處理技術發展過程中的必然趨勢。

    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。

    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。 來源:谷騰水網

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