曝气生物滤池在入库水处理中的应用
在低温情况下，对官厅水库入库水进行了曝气生物滤池的生物预处理可行性研究，结果表明，水温低于5e，该工艺对有机物和氨氮的去除率较常温有所下降，在015~5e时，COD平均去除率为3311%，氨氮平均去除率为4311%。
官厅水库是我国20世纪50年代修建的大型水库，在80年代之前曾作为北京市一个重要的地表水源地。80年代后期，由于水库上游工业发展，入库水质污染严重，加之来水量减少，库水已不能达到饮用水源的标准，只能满足于工农业和景观用水的要求。90年代水质继续恶化，导致京西部分工厂机器不能正常工作，不能再作为工业水源。
通过工程治理和管理手段，恢复官厅水库作为饮用水水源功能的任务已迫在眉睫。削减上游进入水库的污染物负荷能很大程度地改善入库水质，生物预处理是广泛使用的一种经济有效的方法。由于官厅水库冬季持续时间长，温度是影响生物预处理的重要因子，因此笔者重点考查了生物预处理工艺在低温下的运行特性。
曝气生物滤池(BiologicalAeratedFilter，BAF)也叫淹没式曝气生物滤池(SubmergedBiologicalAeratedFilter)，是20世纪80年代末在欧美发展起来的一种新型污水处理技术。该工艺主要是占地面积小；基建和运行费用低；不需设二沉池和污泥回流泵房；管理方便；处理效率高；出水水质好；无气味和噪音；抗冲击负荷能力强；模块化结构便于改!扩建及与其他处理工艺易结合等特点。
有关低温曝气生物滤池研究的报道很少，国外几乎没有资料报道，清华大学的王占生教授等人于1992~1993年在邯郸滏阳做过河水生物处理中试研究，于1993~1994年在大同册田水库做过相关试验研究。作者就低温条件下曝气生物滤池对COD和NH3-N的去除效果进行了试验研究。结果表明:水温低于5e时对有机物和NH3-N的去除率较常温有所下降，在0.5~5e时，CODMn!NH3-N的平均去除率分别为33.1%!43.1%。
1 试验概况
试验采用两级淹没式生物滤池，在现场对官厅水库入库水进行预处理可行性试验，流程如图1所示。滤柱为有机玻璃圆柱，高为3m，内径20cm。滤柱底部约为30cm承托层(鹅卵石)，填料层滤柱I为112m，滤柱为115m，填料均为陶粒，粒径2~5mm。滤柱不曝气，滤柱曝气。
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去除率为1810%~4714%，平均3311%。这一试验结果表明，低温下绝大多数微生物的生化活性受到强烈抑制，从而影响了生物陶粒工艺降解有机物的能力，工艺性能有所降低。但生物陶粒滤池此时仍保持一定的去除污染物的能力，原因可能为:(1)有资料表明，水温从20e降至5e以下，生物活性一般降低35%。虽然低温时大多数微生物的活性受到抑制，但滤池中仍有某些属的微生物适应了低温环境而保持了一定的活性。(2)本试验中的生物陶粒装置从8月份挂膜起，到11~12月，经历了从高温(25e)至低温(015~5e)的渐变过程，因而滤池内的微生物对于低温有了较强的适应性。(3)低温下生物陶粒滤池中仍有生物量较高的试验从2001年8月开始自然挂膜，约4周后挂膜成功。运行数日，系统稳定，可认为生物膜基本成熟。经数月运行后可得出:水温在10e以上时，该工艺对有机物和氨氮均有良好的去除效果。试验是在低温条件下，以滤速为4m3/(m2#h)进行。下面分析运行效果和有机物及氨氮的去除情况。
2 结果与讨论
2.1 有机物运行试验效果
官厅水库因地处我国北方，入库水长时间处于低温状态。试验期间，最低水温达015e，在冬季，试验现场滤池进水平均为2e，低于10e的时间长达5个月之多。据研究表明，在接近0e的环境中，微生物很难维持其基本的生命运动；而对于生物工艺，在低温状态下的研究资料十分少。本试验着重考察了015~5e状态下工艺运行情况，图2示出了曝气生物滤池去除有机物的效果。
由图看出，水温在6e以上时，生物滤池CODMn平均出水质量为514mg/L，对有机物具有较好的去除效果。015~5e低温情况下，该工艺对有机物的固定生物膜，以及活性较强的存在于陶粒间隙间的生物絮体，能发挥一定的吸附!凝聚作用，达到良好的截留悬浮物的效果，有利于有机物的部分去除。
2.2 氨氮运行试验效果
生物滤池对氨氮的去除效果示于图3，由图可知，水温在15e以上，温度对氨氮的去除效果影响不大，去除率维持在80%~100%。研究资料表明，硝化反应的适宜温度为30~35e，在5~35e的范围内，反应速度随温度升高而加快，当温度低于5e时，硝化细菌的生命活动几乎停止。对于同时去除有机物和进行硝化反应的系统，温度低于15e即发现硝化速率迅速降低，低温对硝化细菌的抑制更为强烈。陈汉辉的研究表明，水温是影响生物生长和生命代谢活性的主要因素，水温越低，活性越小。硝化细菌的繁殖速率较碳化菌低几个数量级，在低温下，繁殖速率更低，5~10e时，氨氮的硝化率大约仅为20~30e时的一半
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由于常温下氨氮的去除效果较好，而低温时去除效果较差，可见对于曝气生物滤池来说，吸附作用不是去除氨氮的主要原因。王占生等人对饮用水低温微生物预处理机理研究表明，在陶粒生物膜中分离出6个优势菌属，其中假单胞菌属占绝对优势。假单胞菌属中有几种适合在4e以下生存的菌种，这可能是反应器在低温下仍能去除部分氨氮的主要菌种，也许是生物陶粒反应器在低温下仍然保持一定去除率的原因。
由图3看出，在12月初水温急剧下降时，氨氮的去除率也急剧下降，但大约经15d后，去除率又有所上升。可能是随着水温的下降，生物膜的活性下降，但经过一段时间的适应，生物膜的活性又有所恢复。大约1月15日，试验地受寒流影响，气温再度下降，河面冰层厚达20cm，反应器进水温度长时间维持在0~015e，导致生物膜活性受到强烈抑制，致使去除率再度下降。
3 结 论
考察了曝气生物滤池系统在低温情况下，对北方官厅水库入库水生物预处理作了探索性的研究。结果表明:(1)在生物陶粒反应器中，低温对有机物和氨氮的去除影响较大；(2)在冬季，当水温在5e以下时，氨氮和CODMn的去除效果较常温(15e以上)有所降低，去除率平均为4311%和3311%；(3)在极端低温的情况下，该工艺仍有较好的去除效果；(4)由于官厅水库入库水在冬季时的水质与一般城市相似，故证明该试验填补了两级曝气生物滤池在低温下处理城市污水的空白，为其用于寒冷地区的城市污水处理提供了第一手资料。
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