曝气生物滤池不同滤料高度除污性能分析

李传龙，杨纪伟，李思敏，赵静霄，唐振芳

（1.河北工程大学水电学院，河北邯郸 056021；2.河北工程大学城建学院，河北邯郸 056038）

曝气生物滤池不同滤料高度除污性能分析

李传龙1，杨纪伟1，李思敏2，赵静霄2，唐振芳2

（1.河北工程大学水电学院，河北邯郸 056021；2.河北工程大学城建学院，河北邯郸 056038）

在水力负荷为5m/h，汽水比为1～2的条件下，在曝气生物滤池（BAF）正常稳定运行时，对曝气生物滤池不同滤料层高度的除污性能进行研究分析。实验结果表明：曝气生物滤池对浊度、COD、NH4+-N及色度的去除均有不错的去除效果。并且浊度、COD、色度的去除主要发生在滤料高度为0～50cm处，而NH4+-N的去除主要发生在滤料高度的50～90cm处。

曝气生物滤池；滤料高度；去除效果；性能分析

曝气生物滤池（Biological Aerated Filter，简称BAF）是20世纪80年代末在欧洲逐渐成熟的一种将生物接触氧化和过滤相结合的污水处理工艺。其主要特点［1-2］：①占地面积小，基建投资省。由于在曝气生物滤池之后不需再设二沉池，可省去二沉池的占地和投资。另外，采用粒径较小，比表面积大的填料，微生物附着能力强；曝气生物滤池的容积负荷和水力负荷远远高于传统污水处理工艺，可以在较短的时间内对污水进行处理，大大节省了处理单元的容积，也节约了占地和投资。②BAF生物种类多。曝气生物滤池内存在着多种从好氧到厌氧的细菌，不但能起到好氧硝化作用，还能起到兼性厌氧与厌氧反硝化作用。③出水水质较好。由于池内能够保持大的生物量，加上截留作用，污水处理效果较好。④抗冲击负荷能力强。经研究表明［3］，BAF可在短期内高出正常冲击负荷的2～3倍下运行。⑤BAF容易挂膜。由于滤料多孔，表面凹凸不平，细菌很容易附着在生物膜上，大大缩短了挂膜周期。此外曝气生物滤池还有易管理、无污泥膨胀、高效脱氮等优点。⑥由于其具有三相充分接触的特点，所以氧的转移率相对较高，能量消耗低，节省能源。⑦BAF不会存在污泥膨胀。由于曝气生物滤池中存有粒状颗粒填料，剪切力作用会对丝状菌进行破坏，从而可防止抑制丝状菌的生长繁殖。

笔者采用曝气生物滤池处理邯郸市滏阳河水，在其稳定运行时，对曝气生物滤池不同滤料高度下的浊度、COD、NH4+-N及色度的去除效果进行分析研究。

1 试验材料与方法

1.1 试验水质

试验原水取自流经邯郸市区的滏阳河水。原水水质及检测方法见表1。

表1 原水水质

1.2 试验装置

试验装置如图1。

图1 试验装置

曝气生物滤池由14cm×14cm有机玻璃柱制成。滤柱高为2100mm，承托层高300mm，滤料层高度900mm，滤料以上保护高度为900mm，分别沿滤料层高度的300，500，700，900mm处安装取水阀门进行取水。底部设有穿孔曝气管进行均匀曝气和反冲洗装置，反冲洗方式采用气水联合反冲洗气水联合反冲洗；曝气生物滤池滤料采用颗粒活性炭作为载体，活性炭粒径为1.8～4.2mm，干堆积密度为0.80g/cm3。

2 试验结果

2.1 浊度去除率沿滤料层高度的变化

在水力负荷5m/h，汽水比1～2的条件下，进水浊度分别为19.90NTU（1#）、9.67NTU（2#）、24.2NTU（3#）时，滤料不同高度对浊度的去除效果见图2。

图2 滤料不同高度浊度去除效果

由图2得出，不同进水浊度下，生物滤池对浊度均有很好的去除效果，可以保证很低的出水浊度。浊度平均去除率可达80%以上，且浊度的去除主要发生在进水端的前半段。在滤料层高度为0～50cm，对不同进水浊度的去除效果明显，不同进水的平均去除率为79%，占到总去除率的90.2%。这是因为曝气生物滤池对浊度的去除主要是靠物理截留完成，随着滤料高度的增加进水中非溶解性物质及可降解的有机物质含量逐渐下降。在进水端0～50cm时，绝大多数非溶解性物质由于滤层的截留作用而减少，浊度主要在此被去除，而在50～90cm处去除率变化不大。

2.2 CODMn沿滤料高度的变化

在水力负荷为5m/h，汽水比为1～2的条件下。进水CODMn的含量分别为6.4mg/L（1#）、5.2mg/L（2#）、4.7mg/L（3#）。滤料不同高度对CODMn的去除效果见图3。

图3 滤料不同高度CODMn的去除效果

由图3得出不同进水CODMn下，生物滤柱滤料高度对CODMn的去除具有一定的相关性，主要集中在0～50cm处，且在0～30cm处去除效果最为明显。在滤料高度为0～50cm时，不同进水的平均去除率为30.23%，占总去除率的87.7%，而在滤料高度为70～90cm处时，去除效果很差。这是因为进水有机物浓度随滤料高度的增加而减少，在进水端开始0～50cm时，进水有机物浓度最高，微生物新陈代谢旺盛，对容易降解的有机物去除明显，尤其在0～30cm处时，大部分不易降解的有机物同时也会由于截留作用而被去除。而随着滤料高度的增加，COD浓度降低，微生物量相对减少了，因而去除率变低［5］。

2.3 NH4+-N沿滤料高度的变化

图4 滤料不同高度NH4+-N的去除效果

在水力负荷为5m/h，汽水比为1～2的条件下。进水NH4+-N的含量分别为2.23mg/L（1#）、1.12mg/L（2#）、1.52mg/L（3#）。滤料不同高度对NH4+-N的去除效果见图4。

由图4得出，不同进水NH4+-N下，不同滤料层高度对NH4+-N的去除效果与CODMn截然不同，NH4+-N的去除主要集中在滤料层高度的后半段50～90cm处，不同进水的平均去除率为32.61%，占总去除率的58.3%。其中50～70cm处去除率最为明显，占总去除率的47%。这是因为氨氮的去除主要通过硝化菌在有充足氧的情况下进行硝化反应来实现，而在进水前段时，水中有机物浓度过高，给异养的生存带来优势的环境，异氧菌会首先利用水中的氧进行有机物的降解反应，从而不能进行很好的硝化反应；而在50～70cm时，有机物浓度降低，水中溶解氧充足，硝化反应加强，从而氨氮会有较大幅度的去除效果，去除率变大。

2.4 色度沿滤料高度的变化

在水力负荷为5m/h，汽水比为1～2的条件下。进水色度分别为12.96°（1#）、8.12°（2#）、19.72°（3#）。滤料不同高度对色度的去除效果见图5。

图5 滤料不同高度色度的去除效果

由图5得出不同进水色度的去除率与滤料层高度同样具有一定的相关性，随着滤料层高度的增加，色度越来越小。在滤料层高度为0～50cm时去除率最大；在滤料高度为0～30cm时，去除效果最为明显，平均去除率为总去除率的56.26%，随着离进水端越来越远，滤料高度对色度的去除率越来越小；在滤料高度为70～90cm时，去除率接近平缓。究其原因为在进水端开始阶段，由于物理截留作用，对不易降解的有色物质进行拦截，并且进水端有机物物质含量高，好氧异样菌通过水中的氧对有机物进行很好的降解，表现为色度迅速减少。随着滤料高度的增加，有机物降解缓慢，相应色度去除率变缓。

3 结语

滤料高度过低处理效果不佳，而滤料高度过高不但没有很好的处理效果，而且还会导致投资过多。由于去除有机物的异养菌与去除氨氮的硝化细菌会在生物膜上进行空间竞争，因此研究不同滤料高度上出水氨氮及有机物的变化规律，可以间接反应两种细菌的空间分布情况，起到确定最佳滤料高度和节省基建投资的作用。

本实验在水力负荷为5m/h、气水比为1～2的条件下，曝气生物滤池对浊度的去除主要发生在滤料层高度为0～50cm，平均去除率占总去除率的90.2%；CODMn的去除率主要发生在0～50cm处，并在0～30cm处最为明显，在0～50cm范围内CODMn的平均去除率占总去除率的87.7%；与CODMn不同，NH4+-N的去除主要集中在滤料层高度的后半段50～90cm处，占总去除率的58.3%；色度的去除主要在滤料高度的0～50cm处，尤其在滤料高度0～30cm时，去除效果最为明显，平均去除率占总去除率的56.26%。

［1］P．Pujol，M．hamon，X．Kandel Biofilters：Flexible，reliable biological reactors Wat Sci Tech，1994，29（10）：33－38.

［2］李文捷．BAF与混凝沉淀组合工艺处理污染河水的实验研究［D］．北京：中国地质大学，2006.

［3］李圭白，张杰．水质工程学［M］.北京：中国建筑工业出版社，2005．

［4］乔晓时，许云阂，全燮．曝气生物滤池用于城市污水处理［J］．中国给水排水，2004，20（7）：83-85.

［5］时真男，唐锋兵，李思敏，等．UBAF沿滤料层高度的除污性能研究［J］．中国给水排水，2009，25（13）：64-67.

［6］任南琪，周大石，马放．水污染控制微生物学［M］．哈尔滨：黑龙江科学技术出版社，1993.

［7］王振宇．膜技术在水处理中的应用前景［J］．环境保护科学，2005，31（128）：21．

［8］江曙光．中国水污染现状及防治对策［J］．资源与环境科学，2010（7）：313-315.

［9］边朝辉．不同填料曝气生物滤池处理城市污水效［D］．武汉：华中科技大学，2008．

［10］LEDAKOWICZ Stanislaw，GEONERA Monika．Optimisation of Oxidants Dose for Combined Chemical and Biological Treatment of Textile Waste Water［J］．Water Research，1999，33（11）：2511－2516．

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

李传龙（1986-），男（汉族），黑龙江鹤岗人，硕士，主要从事河道治理与防洪评价研究，（Tel）15081631068。