影響曝氣生物濾池運行過程中的因素分析研究

郝子超 苑麗莉

【摘 要】曝氣生物濾池工藝具有體積小、容積負荷高、水力負荷大、水力停留時間短、所需基建投資少、處理出水水質(zhì)好等特點，國外己廣泛應(yīng)用，國內(nèi)也在多個行業(yè)的水處理中成功應(yīng)用。本文介紹了曝氣生物濾池的工藝原理及特點，探討了影響曝氣生物濾池運行過程中的因素。

【關(guān)鍵詞】曝氣生物濾池；影響因素；工作性能

【中圖分類號】X703 【文獻標識碼】A 【文章編號】1672-5158（2013）03-0015-01

1曝氣生物濾池的工藝概述

1.1曝氣生物濾池工藝原理

曝氣生物濾池是以生物膜為主要處理手段的一種污水處理技術(shù)，其工藝原理即在濾池中填裝一定量粒徑較小的惰性顆粒濾料，通過培養(yǎng)和馴化使濾料表明形成生物膜，濾池內(nèi)部曝氣，生物膜上的微生物利用曝氣時溶入水中的氧氣氧化污水中的污染物，同時利用生物絮凝作用和濾料的截污作用對污水中的懸浮物進行截留，當截留作用運行一定時間后，因過濾阻力增大，處理效率降低，此時需要對濾池進行反沖洗，利用出水釋放大部分截留的懸浮物并更新生物膜。具有足夠高度的曝氣生物濾池，可將濾池分成好氧、缺氧和（或）厭氧區(qū)，進行硝化和反硝化作用脫氮，若在相應(yīng)階段投加適量除磷劑，則還能達到良好的除磷效功能。曝氣生物濾池為周期運行，從開始過濾到反沖洗結(jié)束為一個周期。

濾池內(nèi)部曝氣主要有三方面的作用：一是為生物氧化分解過程提供氧氣；二是確保曝氣生物濾池內(nèi)良好的水流紊動程度，有利于污染物、微生物和水中的氧充分接觸，保證池內(nèi)具有較好的傳質(zhì)效果；三是有利于生物膜的更新，確保曝氣生物濾池中的生物量，以達到高氧化能力。

1.2曝氣生物濾池工藝特點

曝氣生物濾池的實際應(yīng)用已經(jīng)說明該技術(shù)是一種高能效、低成本的城市污水處理技術(shù)，已經(jīng)從單一工藝發(fā)展成為多功能的綜合工藝，集生物處理和物理過濾為一體，曝氣濾池可起到二沉池和砂濾池的作用，不需要設(shè)置二沉池。同傳統(tǒng)的生物處理工藝相比較，曝氣生物濾池具有以下特點：

（1）生物量大，容積負荷高。曝氣生物濾池采用較小粒徑顆粒的濾料，比表面積大，易于掛膜，能為微生物提供較好的生長環(huán)境，單位體積的微生物量遠遠大于傳統(tǒng)生物處理工藝。較高的生物量使得曝氣生物濾池容積負荷很高。

（2）處理效率較高，出水水質(zhì)良好。曝氣生物濾池能同時發(fā)揮生物氧化絮凝作用和物理截留作用，使其處理效率高。

（3）工藝流程簡單，占地面積小。由于不需設(shè)置二沉池和污泥回流泵房，使處理流程簡化，占地面積減小。

（4）基建費用和運行費用低。由于曝氣生物濾池工藝流程的簡單，使得其基建設(shè)備少，減少了基建費用。同時，污泥產(chǎn)率低和充氧效率的提高，使得污泥處理費用和電耗費用降低，運行費用下降。

（5）操作管理簡便。由于曝氣生物濾池抗沖擊負荷能力強，不會發(fā)生污泥膨脹問題，能夠保持較高的生物量，因此處理效果穩(wěn)定，操作管理簡便。

2.曝氣生物濾池運行過程中的影響因素

2.1反沖洗對曝氣生物濾池的影響

曝氣生物濾池集生物膜的強氧化降解能力和濾層截留效能于一體，因此在運行一定時間后，需要對濾層進行反沖洗，達到釋放截留的懸浮物，不損害并更新生物膜的多重目的。反沖洗過程中要考慮到反沖速率和反沖洗時間。

反沖速率過高，會導致生物膜幾乎全部沖脫，不僅會攜帶濾料至反沖液中而且易使床層發(fā)生明顯膨脹，還會影響到濾層生物膜的重新形成所需的時間。所以最佳的反沖洗速率應(yīng)該是產(chǎn)生攪動但又不會引起濾床膨脹過大。而反沖洗的時間應(yīng)以避免基層有機生物膜層的脫落為準，防止生物膜過分脫落，需要重新生成，影響濾池重新正常運行所需的時間。

2.2溫度對曝氣生物濾池的影響

生命代謝活性的不同，一般而言微生物的新陳代謝活動會隨著溫度的升高而增強，隨著溫度的下降而減弱，水體的溫越低，水體中微生物活性就越小。Airheniusllsl公式描述了溫度對不同類型化學反應(yīng)速率的影響，當溫度下降10℃，反應(yīng)速率將下降一倍。例如，硝化細菌在溫度達到25℃左右時最適宜繁殖。當水體溫度處于10-23℃時，硝化反應(yīng)速率與溫度近似呈直線上升的關(guān)系；當水體溫度在5-10℃時，硝化反應(yīng)速率約為25℃左右時的一半，25℃左右時硝化反應(yīng)最佳。因此，在夏季曝氣生物濾池處理的效果最佳；而在冬季生物活性受到低溫的抑制，使得曝氣生物濾池處理效果受到很大影響，出水水質(zhì)差。

2.3水力停留時間（HRT）對曝氣生物濾池的影響

水力停留時間（HRT）的長短直接影響到曝氣生物濾池的掛膜效果，HRT過短，必將導致掛膜時間變長。此外，HRT過短，附著在填料上的微生物容易隨水流流走，不利于膜的生長；如果HRT過長，則水中營養(yǎng)物不能滿足微生物生長需要，為生物進入衰亡期，導致生物活性降低，所以HRT的選擇直接關(guān)系到曝氣生物濾池處理效果，進而影響出水水質(zhì)。

此外，有大量研究表明曝氣生物濾池在正常運行過程中，延長HRT可以有效地提高反應(yīng)器的處理效率。有資料顯示當HRT大于0.8h時，反應(yīng)器對有機物、濁度的去除效果較好；當HRT降至0.6h以下時，反應(yīng)器對有機物、濁度的處理效果顯著下降。而反應(yīng)器的硝化脫氮效能的有效發(fā)揮則需要保持HRT大于1.25h。此外，HRT與曝氣生物濾池的過濾周期有一定的關(guān)系，HRT越短，水頭損失增加速度越快，運行周期越短，濾池反沖洗頻率越高。

2.4有機負荷對曝氣生物濾池的影響

濾料層上附著的生物膜中微生物的生長繁殖需要營養(yǎng)物質(zhì)，當進水有機負荷過低時，不能為微生物提供生長繁殖所需要的營養(yǎng)，使得生物作用降低，出水中COD和氨氮等的去除率降低。當進水有機負荷的提高，為微生物生長繁殖提供的營養(yǎng)物質(zhì)增多，微生物量增多，出水的污染物去除率將提高。但是，當進水COD的濃度達到一定值后繼續(xù)增加時，出水就會變得渾濁，COD和氨氮的去除率降低。

2.5填料對曝氣生物濾池的影響

填料是生物膜的載體，又兼有截留懸浮物質(zhì)的作用，因此它直接影響著生物曝氣濾池的效能；同時，填料的費用在基建費用中又占較大比重，所以填料的選擇對曝氣生物濾池的設(shè)計及運行有著很大的影響。就目前對曝氣生物濾池的研究結(jié)果來看，填料對曝氣生物濾池產(chǎn)生的影響表現(xiàn)在三個方面，即填料的類型、填料的粒徑以及填料層的高度。

曝氣生物濾池對填料有如下要求：一是表面粗糙。表面粗糙的填料為微生物提供了理想的生長、繁殖場所。二是密度適中。密度太大不利于反沖洗的進行；密度太小則在反沖洗時容易跑料。三是有一定的強度，耐摩擦。四是無毒、化學性質(zhì)穩(wěn)定。五是價格適中。目前，球形陶粒濾料能較好地滿足以上要求，廣泛地用于曝氣生物濾池工藝之中。

填料粒徑的選擇對曝氣生物濾池的也有很大的影響，其直接影響到濾池水頭損失的變化狀況，進而導致運行周期的不同。一般情況下，針對填料的物理特性，粒徑大于6mm的填料更適合作為曝氣生物濾池的預處理，而粒徑最好小于3mm的填料適用于曝氣生物濾池作三級處理工藝，介于兩者中間的3-6mm的粒徑填料則適用于曝氣生物濾池的二級處理。

3結(jié)論

曝氣生物濾池具有占地面積省、處理效率高和運行管理方便等特點，目前己在微污染水的預處理中得到了一定的應(yīng)用。在實際的運行過程中，如果能夠控制好以上的各種因素，曝氣生物濾池就會在一個較為理想狀態(tài)下運行，污水的處理效果就會更好。

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