曝氣生物濾池不同濾料高度除污性能分析

李傳龍，楊紀(jì)偉，李思敏，趙靜霄，唐振芳

（1.河北工程大學(xué)水電學(xué)院，河北邯鄲 056021；2.河北工程大學(xué)城建學(xué)院，河北邯鄲 056038）

曝氣生物濾池不同濾料高度除污性能分析

李傳龍1，楊紀(jì)偉1，李思敏2，趙靜霄2，唐振芳2

（1.河北工程大學(xué)水電學(xué)院，河北邯鄲 056021；2.河北工程大學(xué)城建學(xué)院，河北邯鄲 056038）

在水力負(fù)荷為5m/h，汽水比為1～2的條件下，在曝氣生物濾池（BAF）正常穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，對(duì)曝氣生物濾池不同濾料層高度的除污性能進(jìn)行研究分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：曝氣生物濾池對(duì)濁度、COD、NH4+-N及色度的去除均有不錯(cuò)的去除效果。并且濁度、COD、色度的去除主要發(fā)生在濾料高度為0～50cm處，而NH4+-N的去除主要發(fā)生在濾料高度的50～90cm處。

曝氣生物濾池；濾料高度；去除效果；性能分析

曝氣生物濾池（Biological Aerated Filter，簡(jiǎn)稱BAF）是20世紀(jì)80年代末在歐洲逐漸成熟的一種將生物接觸氧化和過濾相結(jié)合的污水處理工藝。其主要特點(diǎn)［1-2］：①占地面積小，基建投資省。由于在曝氣生物濾池之后不需再設(shè)二沉池，可省去二沉池的占地和投資。另外，采用粒徑較小，比表面積大的填料，微生物附著能力強(qiáng)；曝氣生物濾池的容積負(fù)荷和水力負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)污水處理工藝，可以在較短的時(shí)間內(nèi)對(duì)污水進(jìn)行處理，大大節(jié)省了處理單元的容積，也節(jié)約了占地和投資。②BAF生物種類多。曝氣生物濾池內(nèi)存在著多種從好氧到厭氧的細(xì)菌，不但能起到好氧硝化作用，還能起到兼性厭氧與厭氧反硝化作用。③出水水質(zhì)較好。由于池內(nèi)能夠保持大的生物量，加上截留作用，污水處理效果較好。④抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)。經(jīng)研究表明［3］，BAF可在短期內(nèi)高出正常沖擊負(fù)荷的2～3倍下運(yùn)行。⑤BAF容易掛膜。由于濾料多孔，表面凹凸不平，細(xì)菌很容易附著在生物膜上，大大縮短了掛膜周期。此外曝氣生物濾池還有易管理、無污泥膨脹、高效脫氮等優(yōu)點(diǎn)。⑥由于其具有三相充分接觸的特點(diǎn)，所以氧的轉(zhuǎn)移率相對(duì)較高，能量消耗低，節(jié)省能源。⑦BAF不會(huì)存在污泥膨脹。由于曝氣生物濾池中存有粒狀顆粒填料，剪切力作用會(huì)對(duì)絲狀菌進(jìn)行破壞，從而可防止抑制絲狀菌的生長(zhǎng)繁殖。

筆者采用曝氣生物濾池處理邯鄲市滏陽河水，在其穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，對(duì)曝氣生物濾池不同濾料高度下的濁度、COD、NH4+-N及色度的去除效果進(jìn)行分析研究。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)水質(zhì)

試驗(yàn)原水取自流經(jīng)邯鄲市區(qū)的滏陽河水。原水水質(zhì)及檢測(cè)方法見表1。

表1 原水水質(zhì)

1.2 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置如圖1。

圖1 試驗(yàn)裝置

曝氣生物濾池由14cm×14cm有機(jī)玻璃柱制成。濾柱高為2100mm，承托層高300mm，濾料層高度900mm，濾料以上保護(hù)高度為900mm，分別沿濾料層高度的300，500，700，900mm處安裝取水閥門進(jìn)行取水。底部設(shè)有穿孔曝氣管進(jìn)行均勻曝氣和反沖洗裝置，反沖洗方式采用氣水聯(lián)合反沖洗氣水聯(lián)合反沖洗；曝氣生物濾池濾料采用顆?；钚蕴孔鳛檩d體，活性炭粒徑為1.8～4.2mm，干堆積密度為0.80g/cm3。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 濁度去除率沿濾料層高度的變化

在水力負(fù)荷5m/h，汽水比1～2的條件下，進(jìn)水濁度分別為19.90NTU（1#）、9.67NTU（2#）、24.2NTU（3#）時(shí)，濾料不同高度對(duì)濁度的去除效果見圖2。

圖2 濾料不同高度濁度去除效果

由圖2得出，不同進(jìn)水濁度下，生物濾池對(duì)濁度均有很好的去除效果，可以保證很低的出水濁度。濁度平均去除率可達(dá)80%以上，且濁度的去除主要發(fā)生在進(jìn)水端的前半段。在濾料層高度為0～50cm，對(duì)不同進(jìn)水濁度的去除效果明顯，不同進(jìn)水的平均去除率為79%，占到總?cè)コ实?0.2%。這是因?yàn)槠貧馍餅V池對(duì)濁度的去除主要是靠物理截留完成，隨著濾料高度的增加進(jìn)水中非溶解性物質(zhì)及可降解的有機(jī)物質(zhì)含量逐漸下降。在進(jìn)水端0～50cm時(shí)，絕大多數(shù)非溶解性物質(zhì)由于濾層的截留作用而減少，濁度主要在此被去除，而在50～90cm處去除率變化不大。

2.2 CODMn沿濾料高度的變化

在水力負(fù)荷為5m/h，汽水比為1～2的條件下。進(jìn)水CODMn的含量分別為6.4mg/L（1#）、5.2mg/L（2#）、4.7mg/L（3#）。濾料不同高度對(duì)CODMn的去除效果見圖3。

圖3 濾料不同高度CODMn的去除效果

由圖3得出不同進(jìn)水CODMn下，生物濾柱濾料高度對(duì)CODMn的去除具有一定的相關(guān)性，主要集中在0～50cm處，且在0～30cm處去除效果最為明顯。在濾料高度為0～50cm時(shí)，不同進(jìn)水的平均去除率為30.23%，占總?cè)コ实?7.7%，而在濾料高度為70～90cm處時(shí)，去除效果很差。這是因?yàn)檫M(jìn)水有機(jī)物濃度隨濾料高度的增加而減少，在進(jìn)水端開始0～50cm時(shí)，進(jìn)水有機(jī)物濃度最高，微生物新陳代謝旺盛，對(duì)容易降解的有機(jī)物去除明顯，尤其在0～30cm處時(shí)，大部分不易降解的有機(jī)物同時(shí)也會(huì)由于截留作用而被去除。而隨著濾料高度的增加，COD濃度降低，微生物量相對(duì)減少了，因而去除率變低［5］。

2.3 NH4+-N沿濾料高度的變化

圖4 濾料不同高度NH4+-N的去除效果

在水力負(fù)荷為5m/h，汽水比為1～2的條件下。進(jìn)水NH4+-N的含量分別為2.23mg/L（1#）、1.12mg/L（2#）、1.52mg/L（3#）。濾料不同高度對(duì)NH4+-N的去除效果見圖4。

由圖4得出，不同進(jìn)水NH4+-N下，不同濾料層高度對(duì)NH4+-N的去除效果與CODMn截然不同，NH4+-N的去除主要集中在濾料層高度的后半段50～90cm處，不同進(jìn)水的平均去除率為32.61%，占總?cè)コ实?8.3%。其中50～70cm處去除率最為明顯，占總?cè)コ实?7%。這是因?yàn)榘钡娜コ饕ㄟ^硝化菌在有充足氧的情況下進(jìn)行硝化反應(yīng)來實(shí)現(xiàn)，而在進(jìn)水前段時(shí)，水中有機(jī)物濃度過高，給異養(yǎng)的生存帶來優(yōu)勢(shì)的環(huán)境，異氧菌會(huì)首先利用水中的氧進(jìn)行有機(jī)物的降解反應(yīng)，從而不能進(jìn)行很好的硝化反應(yīng)；而在50～70cm時(shí)，有機(jī)物濃度降低，水中溶解氧充足，硝化反應(yīng)加強(qiáng)，從而氨氮會(huì)有較大幅度的去除效果，去除率變大。

2.4 色度沿濾料高度的變化

在水力負(fù)荷為5m/h，汽水比為1～2的條件下。進(jìn)水色度分別為12.96°（1#）、8.12°（2#）、19.72°（3#）。濾料不同高度對(duì)色度的去除效果見圖5。

圖5 濾料不同高度色度的去除效果

由圖5得出不同進(jìn)水色度的去除率與濾料層高度同樣具有一定的相關(guān)性，隨著濾料層高度的增加，色度越來越小。在濾料層高度為0～50cm時(shí)去除率最大；在濾料高度為0～30cm時(shí)，去除效果最為明顯，平均去除率為總?cè)コ实?6.26%，隨著離進(jìn)水端越來越遠(yuǎn)，濾料高度對(duì)色度的去除率越來越小；在濾料高度為70～90cm時(shí)，去除率接近平緩。究其原因?yàn)樵谶M(jìn)水端開始階段，由于物理截留作用，對(duì)不易降解的有色物質(zhì)進(jìn)行攔截，并且進(jìn)水端有機(jī)物物質(zhì)含量高，好氧異樣菌通過水中的氧對(duì)有機(jī)物進(jìn)行很好的降解，表現(xiàn)為色度迅速減少。隨著濾料高度的增加，有機(jī)物降解緩慢，相應(yīng)色度去除率變緩。

3 結(jié)語

濾料高度過低處理效果不佳，而濾料高度過高不但沒有很好的處理效果，而且還會(huì)導(dǎo)致投資過多。由于去除有機(jī)物的異養(yǎng)菌與去除氨氮的硝化細(xì)菌會(huì)在生物膜上進(jìn)行空間競(jìng)爭(zhēng)，因此研究不同濾料高度上出水氨氮及有機(jī)物的變化規(guī)律，可以間接反應(yīng)兩種細(xì)菌的空間分布情況，起到確定最佳濾料高度和節(jié)省基建投資的作用。

本實(shí)驗(yàn)在水力負(fù)荷為5m/h、氣水比為1～2的條件下，曝氣生物濾池對(duì)濁度的去除主要發(fā)生在濾料層高度為0～50cm，平均去除率占總?cè)コ实?0.2%；CODMn的去除率主要發(fā)生在0～50cm處，并在0～30cm處最為明顯，在0～50cm范圍內(nèi)CODMn的平均去除率占總?cè)コ实?7.7%；與CODMn不同，NH4+-N的去除主要集中在濾料層高度的后半段50～90cm處，占總?cè)コ实?8.3%；色度的去除主要在濾料高度的0～50cm處，尤其在濾料高度0～30cm時(shí)，去除效果最為明顯，平均去除率占總?cè)コ实?6.26%。

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Decontamination Performance Analysis of Different Filter Material Height
in the Biological Aerated Filter

LI Chuan-long1，YANG Ji-wei1，LI Si-min2，ZHAO Jing-xiao2，TANG Zhen-fang2
（1.College of Water Conservancy and Hydroelectric Power，Hebei University of Engineering，Handan 056021，China；2.College of Urban Construction，Hebei University of Engineering，Handan 056038，China）

When the filtration rate is 5m/h and the ratio of air to water 1 to 2，the biological aeruted filter（BAF）is operated normally and stably，analysing the contamination perfor mance of the different filter material height in BHF.The results show that the BAF have relatively good removal effect for Turbidity，COD，NH4+-N and chroma，the decontamination of COD，turbidity and chroma mainly at a filter material height of 0～50 cm，and the decontamination of NH4+-N maily at 50～90cm.

biological aerated filter；height of the filter；removal effect；performance analysis

X703

A

1672-9900（2012）02-0050-03

2012-01-08

李傳龍（1986-），男（漢族），黑龍江鶴崗人，碩士，主要從事河道治理與防洪評(píng)價(jià)研究，（Tel）15081631068。