曝气生物滤池的研究发展动态
摘要：本文通过对曝气生物滤池的 发展 、现在工程中的几种主流曝气生物滤池工艺的各自特点以及在国内外的 应用 情况的 分析 ，提出曝气生物滤池工艺在 中国 存在的 问题 及应用前景。
关键词：曝气生物滤池 BIOSTYR Biofor BIOSMEDI
一、曝气生物滤池工艺发展和特点
曝气生物滤池(biological aerated filter)与普通活性污泥法相比，具有有机负荷高、占地面积小(是普通活性污泥法的1/3 )、投资少(节约30%)、不会产生污泥膨胀、氧传输效率高、出水水质好等优点，但它对进水SS要求较严(一般要求SS≤100 mg/L，最好SS≤60mg/L)，因此对进水需要进行预处理。同时，它的反冲洗水量、水头损失都较大。
世界上首座曝气生物滤池于1981年在法国投产，随后在欧洲各国得到广泛应用。美国和加拿大等美洲国家在20世纪80年代末引进此工艺，日本、韩国和中国 台湾 也先后引进了此项技术。 目前 世界上较大的环保公司如法国得利满公司、德国菲力普穆勒公司、法国VEOLIA公司均把它作为拳头产品在全世界推广。在中国内地，曝气生物滤池正处于推广阶段。大连市马栏河污水处理厂是我国第一个采用曝气生物滤池工艺的城市污水处理厂(由东北市政院设计)，广东新会东郊污水处理厂采用了水解——曝气生物滤池污水处理工艺(由中冶马院设计)。另外，我国一部分 工业 废水的处理也采用了此项技术。国内许多科研设计单位对曝气生物滤池也进行了试验 研究 。随着曝气生物滤池在世界范围内不断推广和普及，很多学者在其结构形式、功能、启动和滤料等方面进行了详细的研究，取得了很多成果。
二、国内外发展情况
1. BIOSTYR®工艺
BIOSTYR®是法国OTV公司的注册水处理工艺技术，由于采用了新型轻质悬浮填料- BIOSTYRENE(主要成分是聚苯乙烯，且比重小于1g/cm3)而得名。下面以去除BOD、SS并具有硝化脱氮功能的反应器为例说明其工艺结构与基本原理。
BIOSTYR®工艺是一种上向流生物滤池，是一种运行可靠、自动化程度高、出水水质好、抗冲击能力强和节约能耗的新一代污水处理革新工艺。BIOSTYR® 工艺是成熟/高效的一种污水生物处理工艺，其参与生物处理的生物附着在颗粒状滤料上。污水通过滤料，其中含有的污染物被滤料表层上的生物膜降解转化，同时，溶解状态的有机物和特定物质也被去除，所产生的污泥保留在过滤层中，而只让净化的水通过，这样可在一个密闭反应器中达到完全的生物处理而不需在下游设置二沉池进行固液分离。
法国威立雅水务系统(前身为OTV)在淹没式生物滤池领域拥有十几年的工程设计、建设和运行经验，并且在世界各地建设了100多座类似工艺的污水处理厂，该工艺最先开发时是用于二级和三级处理，而目前该工艺已经可以和多种预处理工艺配合直接进行生化处理，并且能够达到很好的排放水质标准。
滤池底部设有进水和排泥管，中上部是填料层，厚度一般为2.5～3.5m，为防止滤料流失，滤床上方设置装有滤头的混凝土挡板，滤头可从板面拆下，不用排空滤床，方便维修。挡板上部空间用作反冲洗水的储水区，其高度根据反冲洗水头而定，该区内设有回流泵用以将滤池出水泵至配水廊道，继而回流到滤池底部实现反硝化,在不需要反硝化的工艺中则没有该回流系统。填料层底部与滤池底部的空间留作反冲洗再生时填料膨胀之用。
滤池供气系统分两套管路，置于填料层内的工艺空气管用于工艺曝气，并将填料层分为上下两个区：上部为好氧区，下部为缺氧区。根据不同的原水水质、处理目的和要求，填料层的高度可以变化，好氧区、厌氧区所占比例也可有所不同。滤池底部的空气管路是反冲洗空气管。
该工艺具有如下优点：
•上向流滤池，底部渠道进配水，顶部出水
•滤料比重小于1
•穿孔管曝气，节省设备投资和维护费
•滤头在滤池的顶部，与处理后水接触，易于维护
•重力反冲洗，无须反冲洗水泵
•工艺空气和反冲洗用气共用鼓风机
•曝气管可布置在滤层中部或底部，在同一池中可完成硝化、反硝化功能
2. Biofor®工艺
Biofor®(生物过滤氧化反应池)是得利满水务继滴滤池、Biodrof®干式过滤系统之后的专为污水处理厂设计的第三代生物膜反应池。
与其它类型的生物过滤工艺相比， Biofor® 主要具有下列特性：
①向上流生物过滤
待处理的水自滤池底部流至顶部，这个上流过滤在滤池的整个高度上持续提供正压条件，与下向流过滤相比，这为向上流过滤提供了许多优势。
②使用特制的过滤及生物膜支持煤介：Biolite生物滤料
生物滤料将孔隙率、密度、硬度和耐磨损度等完美的结合，以确保获得很高的生物膜浓度和较大的截留能力，并加长了运行周期。
③高性能曝气
Biofor®采用了特制的曝气头：它不仅能高效的供氧，而且节约能源、使用安全、易于操作和维护。
④流体完全均匀的分布
空气和水流为同向流。Biofor®生物滤池的滤板配有特殊的25UB33e滤头，该滤头的防阻塞设计通过均匀的配水使过滤效果更加优化。
⑤有效的冲洗
冲洗操作为全自动、可编程
3.BIOSMEDI工艺
上海市政院邹伟国等开发了一种名为BIOSMEDI的曝气生物滤池，它采用了脉冲反冲洗、气水同向流的形式，可用于微污染源水预处理或污水深度处理。
BIOSMEDI生物滤池是上海市政工程设计研究院针对微污染原水开发的一种新型生物滤池，该滤池以轻质颗粒滤料为过滤介质，滤料比重较小，一般约在0.1左右，粒径的大小为4～5mm左右，比重及粒径的大小可根据实际需要选择确定，这种滤料具有来源广泛、滤料比表面积大、表面适宜微生物生长、价格便宜(300～500元/米3)、化学稳定性好等一系列优点。
BIOSMEDI生物滤池原理如图1：
滤池上部采用钢筋混凝土板(板上采用倒滤头出气和水)抵制滤料的浮力及运行的阻力。在滤层下部，用混凝土板或钢板分隔在滤层下部形成气囊，在反冲洗时下部形成空气室。
原水从进水阀进入气室，通过中空管进入滤层，在滤料阻力的作用下使滤池进水均匀，空气布气管安装在滤层下部，空气通过穿孔布气管进行布气，经过滤层去除水中的有机物、氨氮后，出水经倒滤头进入上部清水区域排出。
滤池反冲洗采用脉冲冲洗的 方法 ，首先关闭进水阀及曝气管，打开滤池下部的反冲洗气管，在滤层下部形成一段气垫层，当气垫层达到一定高度后，此时瞬时把气垫层中的空气通过阀门或虹吸的方法迅速排空，此时滤层中从上到下冲洗的水流量瞬时突然加大，导致滤料层突然向下膨胀，脉冲几次后，可以把附着在滤料上的悬浮物质脱落，再打开排泥阀，利用生物滤池的出水进行水漂洗，可有效地达到清洁滤料的目的。
具有以下优点：
①、 较小的滤层阻力;采用气水同向流，避免了气水逆向流时水流速度和气流速度的相对抵消而造成能量的浪费，另外，滤料粒径较均匀，大大增加滤层的孔隙率，减少滤池运行时的水头损失。
②、 价格低、性能优的滤料;滤料具有来源广泛、滤料比表面积大、表面适宜微生物生长、价格便宜(一般价格低于500元/m3)、化学稳定性好;滤料比表面积大，有利于氧气的传质，大大提高了充氧效率，布气可采用穿孔管布气即可，节省工程投资。
③、 独特的脉冲反冲洗形式;传统的水反冲、气水反冲均难以奏效，该滤池采用独特的脉冲反冲洗方式，不需要专门的反冲洗水泵及鼓风机，是一种高效、低能耗的反冲洗形式。
三、 应用 范围
曝气生物滤池的应用范围较为广泛，其在水深度处理、微污染源水处理、难降解有机物处理、低温污水的硝化、低温微污染水处理中都有很好的、甚至不可替代的功能。
在低温污水中，西宁第二污水处理厂由于冬季最低水温约6℃，为了解决硝化 问题 ，在可行性 研究 报告报告中就推荐了曝气生物滤池+A2/O处理工艺。
在广东新会4万立方米/吨污水处理厂(BOT特许权项目)项目中，首次应用于国内生活污水处理工程中并获得成功，其工艺为水解+二级曝气生物滤池(设CN池与N池二级)，该项目已经投产运行。
在难降解有机物处理中，青岛啤酒(徐州金波)有限公司废水处理工程中，再用了水解酸化+曝气生物滤池处理工艺，从运行上看，选用的工艺是满足要求的。
在中水回用中，大连马栏河污水处理厂工程，采用的是法国得利满A3D+BIOFOR工艺技术, 出水水质达到三级标准，日处理污水12万吨，其中4万吨出水可回用于城市绿化，建筑施工， 工业 等。
山西临汾中水回用工程中，二级处理的出水作为水源，为了解决其氨氮这一指标，该工程采用曝气生物滤池作为预处理单元。
在国内，猪场粪便污水处理工程，印染废水处理工程，肠衣加工废水处理工程，淀粉废水处理工程等中都有应用。
四、问题与前景
作为一种崭新的水处理工艺——曝气生物滤池正处在推广之中。根据 目前 的研究和应用情况，今后仍有好多问题有待研究：生物膜的特点及其快速启动的方式;生物氧化功能和过滤功能之间的相互关系;反冲洗过程中生物膜的脱落 规律 ;进一步拓宽曝气生物滤池的应用范围，研究其在水深度处理、微污染源水处理、难降解有机物处理、低温污水的硝化、低温微污染水处理问题中如何与其他工艺相结合。
曝气生物滤池中核心介质――滤料的研究也会促进该工艺在 中国 的应用的范围，BIOSTYR®、Biofor®两种工艺功能比较强大，但在中国大范围的应用仍存在问题，如专利问题，再有它们从投资上都比较大，这也阻碍了这两种工艺在中国的大范围的应用。
所以特种滤料的的研究与生产的国产化将是曝气生物滤池在国内大范围的应用的关键。
参考 文献 ：
[1] 邹伟国,孙群,王国华，等.新型BIOSMEDI滤池的开发研究中国给水排水，2001,17(1): 1-4.
[2]郑俊，吴浩汀，程寒飞编著《曝气生物滤池污水处理新技术及工程实例》化学工业出版社。
[3]张忠波，陈吕军，胡纪萃，新型曝气生物滤池--Biostyr 中国给水排水，2000年第6期。
[4] 张杰，曹相生，孟雪征，曝气生物滤池的研究进展，中国给水排水
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