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曝气生物滤池 第一节 曝气生物滤池的特点及结构 一概述 曝气生物滤池(biological aerated filter)简称BAF,是八十年代末九十年代初在普通生物滤池的基础上，并借鉴给水滤池工艺而开发的污水处理新工艺，最初用于污水的三级处理，后发展成直接用于二级处理。自八十年代在欧洲建成第一座曝气生物滤池污水处理厂后，目前世界上已有数千座该工艺的污水处理厂。 该技术的应用范围：水体富营养化、城市污水、小区生活污水、生活杂排水和食品加工废水、酿造和造纸等高浓度废水处理，同时也可进行中水处理。,该技术的基本特点：具有去除SS、COD、BOD5、硝化、脱氮的作用，其最大特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体，节省了后续二次沉淀池，在保证处理效果的前提使处理工艺简化。此外，曝气生物滤池工艺有机物容积负荷高、水力负荷大、水力停留时间短、所需基建投资少、能耗及运行成本低，同时该工艺出水水质高。 结构概述：曝气生物滤池是普通生物滤池的一种变形形式，也可看成是生物接触氧化法的一种特殊形式，即在生物反应器内装填高比表面积的颗粒填料，以提供微生物膜生长的载体，并根据污水流向不同分为下向流或上向流，污水由上向下或由下向上流过滤料层，在滤料层下部鼓风曝气，使空气与污水逆向或同向接触，使污水中的有机物与填料表面生物膜通过生化反应得到降解，填料同时起到物理过滤作用。,二. 曝气生物滤池的构造 BAF可分为上向流和下向流滤池，但除污水在滤池中的流向不同外，其池型结构基本相同。早期曝气生物滤池大多都是下向流态，但随着上向流态比下向流滤池的众多优点被人们所认同，所以近年来绝大多数采用上向流曝气生物滤池结构。 下图即为典型的曝气生物滤池构造图。,从上图可看出，曝气生物滤池的结构形式与普通快滤池类似，其主体由滤池池体、滤料层、承托层、布水系统、布气系统、反冲洗系统、出水系统、管道和自控系统组成。 1滤池池体 滤池池体的作用：容纳被处理水量和围挡滤料，并承托滤料和曝气装置的重量。 池型：生物滤池的形状有圆形、正方形和矩形三种，结构形式有钢制设备和钢筋混凝土结构等。一般当处理水量较小、池体容积较小并为单座池时，采用圆形钢结构为多；当处理水量和池容较大，选用的池体数量较多并考虑池体共壁时，采用矩形和方形钢筋混凝土结构较经济。滤池的平面尺寸以满足所要求的流态，布水布气均匀，填料安装和维护管理方便，尽量同其它处理构筑物尺寸相匹配等为原则。,2 滤料 从生物滤池处理污水的发展状况来看，接触填料的选取较为重要。国内外通常采用的接触填料形状有蜂窝管状、束状、波纹状、圆形辐射状、盾状、网状、筒状、规则粒状与不规则粒状等，所用的材质除粒状滤料外，基本上采用玻璃钢、聚氯乙烯、聚丙烯、维尼纶等。由于制作加工和价格原因，国内目前采用的接触填料主要有玻璃钢或塑料蜂窝填料、立体波状填料、软性纤维填料、半软性填料以及粒状滤料等。BAF工艺采用粒状滤料，性能结构后述。 3承托层 承托层主要是为了支撑滤料，防止滤料流失和堵塞滤头，同时还可以保持反冲洗稳定进行。承托层常用材质为卵石或磁铁矿，为保证承托层的稳定，并对配水的均匀性起充分作用，要求材质具有良好的机械强度和化学稳定性，形状应尽量接近圆形，工程中一般选用鹅卵石作为承托层。,4布水系统 （1）布水系统主要包括：滤池最下部的配水室和滤板上的配水滤头。 （2）配水室的作用： a. 使某一短时段内进入滤池的污水能在配水室内混合均匀，依靠承托滤板和滤头的阻力作用使污水在滤板下均匀、均质分布，并通过滤板上的滤头而均匀流入滤料层； b. 该布水系统除作为滤池正常运行时布水用外，也作为定期对滤池进行反冲洗时布水用。在气、水联合反冲洗时，缓冲配水区还起到均匀配气作用，气垫层也在滤板下的区域中形成。 对于下向流滤池，该布水系统主要用作滤池的反冲洗布水和收集净化水用。配水滤头见图2。,滤池的反冲洗：滤池在运行时生物滤料层截留部分悬浮物、生物絮凝吸附的部分胶体颗粒和微生物膜在新陈代谢过程中增殖老化脱落的微生物膜，这些物质的过多存在显著地增加了曝气生物滤池的过滤阻力，会使处理能力减小和处理出水水质下降，所以运行一定时间必须对滤池进行反冲洗，将这些物质通过反冲洗随冲洗水排出滤池外，保证滤池的正常运行。一般冲洗周期比较长，运行12天左右才冲洗一次， 如果布水系统设计不合理或安装达不到要求，使反冲洗时配水不均匀，将产生下列不良后果： （1）使整个生物滤池冲洗不均匀，部分区域冲洗强度大，部分区域冲洗强度小。运行时滤料层内截留大量悬浮物质，这些物质的存在显著地增加了生物滤池的过滤能力，使处理能力下降；同时也使水溶液主体的溶解氧和生物易降解的有机物与生物膜上微生物之间的传质效率下降，影响生物滤池对有机物的去除效率。反冲洗的目的就是使这些物质随反冲洗水排掉，保证生物滤池正常稳定运行，如果反冲洗布水不均匀，使部分区域反冲洗达不到要求，该区域的生物滤料中杂质冲洗不干净，将影响生物滤池对污染物的去除效果。,（2） 冲洗强度大的区域，由于水流速度过大，会冲动承托层，引起生物滤料与承托层混合，甚至引起生物滤料的流失，有时也会引起布气系统的松动，对曝气生物滤池造成极大危害。 除上述采用滤板和配水滤头的配水方式以外，国内也有小型的曝气生物滤池采用栅型承托板和穿孔布水管（管式大阻力配水方式）的配水形式。曝气生物滤池一般采用的管式大阻力配水方式，其形式如图3 所示。,5布气系统 布气系统包括：工艺曝气系统和进行气-水联合反冲洗时的供气系统。 a. 工艺曝气系统： 是保持曝气生物滤池中足够的溶解氧并维持曝气生物滤池内生物膜高活性、对有机物和氨氮的高去除率的必备条件。一般采用鼓风曝气形式，良好的充氧方式应有高的氧吸收率。 最简单的曝气装置可采用穿孔管。穿孔管属大、中气泡型，但氧利用率较低，仅为3%4%，其优点是不易堵塞，造价低。在实际应用中有充氧曝气与反冲洗曝气共用同一套布气管的形式，但由于充氧曝气需气量比反冲洗时需气量小，因此配气不易均匀。共用同一套布气管虽然能减少投资，但运行时不能同时满足两者的需要，影响曝气生物滤池的稳定运行。在实践中发现此办法利少弊多，最好将两者分开，单独设立一套曝气管，以保持正常运行；同时另设立一套反冲洗布气管，以满足反冲洗布气的要求。,现在国内外曝气生物滤池常用生物滤池专用曝气器作为滤池的空气扩散装置，如德国PHILLIP MüLLER公司的 OXAZUR空气扩散器、华骐环保公司的单孔膜空气扩散器专利产品。单孔膜空气扩散器按一定间隔安装在空气管道上，空气管道又被固定在承托滤板上，单孔膜空气扩散器一般都设计安装在滤料承托层里，距承托板约0.10.15m，使空气通过扩散器并流过滤料层时可达到30%以上的氧利用率。该种扩散器的另一个特点是不容易堵塞，即使堵塞也可用水进行冲洗。单孔膜空气扩散器见图4,滤板、滤头、单孔膜空气扩散器总成见图5。,6. 反冲洗系统 曝气生物滤池反冲洗系统与给水处理中的V型滤池类似，采用气水联合反冲洗，其目的是：去除生物滤池运行过程中截留的各种颗粒及胶体污染物以及老化脱落的微生物膜。曝气生物滤池气水联合反冲洗通过滤板及固定其上的配水长柄滤头实现。 反冲洗过程程序：先降低滤池内的水位并单独气洗，而后采用气水联合反冲洗，最后再单独采用水洗。在反冲洗过程中必须掌握好冲洗强度和冲洗时间，既要达到使截留物质冲洗出滤池，又要避免对滤料过分冲刷，使生长在滤料表面的微生物膜脱落而影响处理效果。 反冲洗时刻的测定：可通过运行时间、滤料层阻力损失、水质参数等来完成，一般是由在线检测仪表将检测数据反馈给PLC，并由PLC系统来自动控制和操作。,7. 出水系统 出水系统有采用周边出水和采用单侧堰出水等。在大、中型污水处理工程中，为了工艺布置方便，一般采用单侧堰出水较多，并将出水堰口处设计为60。斜坡，以降低出水口处的水流流速；在出水堰口处设置栅形稳流板以将反冲洗时有可能被带至出水口处的陶粒与稳流板碰撞，导致流速降低而在该处沉降，并沿斜坡下滑回滤池中。,8. 管道和自控系统 曝气生物滤池既要完成有机污染物的降解功能，也要完成对污水中各种颗粒及胶体污染物以及老化脱落的微生物膜的截留功能，同时还要完成实现滤池本身的反冲洗，这几种方式交替运行。对于小型工业废水处理中，滤池的控制可以简单些，甚至可以采用手动控制；而对于城镇污水处理厂，由于污水处理模较大，一般有若干组滤池模块拼装而成，而且在运行中还要根据需要进行若干组滤池之间的切换，若采用手动控制则工作量较大且较难完成。为提高滤池的处理能力和对污染物的去除效果，所以必须有PLC控制系统来自动完成对滤池的运行控制，需要设计必要的自控系统。,三曝气生物滤池与普通生物滤池的工艺性能比较 1. 普通生物滤池的缺陷: 它采用污水下向流过滤，通过滤池下部通风孔自然通风供氧，气、水逆向而行，并且不具备反冲洗系统。 由于上述结构形式, 普通生物滤池在运行中会产生以下缺陷: (1) 采用污水下向流过滤和自然通风供氧，在运行中整个滤池高度上供气气压分布不均，容易形成沟流或短流，同时在滤料中容易形成气泡，造成局部气堵现象，从而影响处理效果； (2) 采用污水下向流过滤和自然通风供氧，气、水为逆向流，空气在一定程度上阻止水流将污水中的固体物质带入滤床深处，从而使固体物质聚积在滤池的表层，使滤池容易堵塞； (3) 由于采用自然通风供氧，通风供氧状况的好坏受制于池内温度与气温之差、滤池高度、滤料孔隙率及风力，不能给滤池提供较稳定、均匀的通风量；滤池堵塞会影响自然通风，使滤池供氧不足导致微生物缺氧现象，严重影响处理效果； (4) 普通生物滤池不具备反冲洗系统，在滤池堵塞时不能及时将引起堵塞的脱落微生物膜和其它杂物清理出滤池。,2. 上向流曝气生物滤池的特点 (1) 上向流曝气生物滤池在结构上采用气水平行上向流态，同时采用强制鼓风曝气技术，使得气、水进行极好的均分，防止了气泡在滤料中的凝结，氧气利用率高，能耗低；与普通生物滤池污水下向流态相反，气、水平行上向流态持续在整个滤池高度上提供正压条件，可以更好地避免形成沟流或短流； (2) 采用气水平行上向流，使空间过滤能被更好地运用，空气能将污水中的固体物质带入滤床深处，在滤池中能得到高负荷、均匀的固体物质，延长反冲洗周期，减少清洗时间和清洗时的水、气量。,（3）采用强制鼓风曝气代替普通生物滤池的自然通风供氧。 强制鼓风曝气是由罗茨鼓风机提供压缩空气并由空气管道输送至BAF，然后由设置于滤料层中的布气管使空气均匀通过滤料层。两者的作用均是使空气中的氧转移到污水与微生物的混合液中，以供给微生物氧源。但是，采用自然通风供氧受制于多种外部条件，使通风量或供氧量不稳定且不均匀，不能给微生物提供稳定可靠并足够的氧源，从而不能满足其在代谢过程中所需的氧量，使得滤池的有机负荷较低，一般BOD5负荷为0.20.5kg BOD5/m3·d。采用自然通风供氧时，当污水COD浓度大于400500mg/l时，由于供氧量不足可能导致产生滤池厌氧现象，影响处理效果，同时也限制了浓度较高的废水采用生物滤池工艺的可能性。而强制曝气供氧量可根据污水的进水浓度进行大小调节，使微生物在任何时候都能有足够的氧源，且受外部条件的制约较少。同时，采用强制曝气供氧可提高滤池的有机负荷，使得BOD5负荷可高达56kg BOD5/m3·d，进水COD浓度允许达到10001500mg/l而不会产生滤池厌氧现象。,(4) 普通生物滤池不具备滤床反冲洗系统，不能使截留的SS和脱落生物膜及时排出池外。 曝气生物滤池设置的反冲洗系统可以在需要时通过人工或自动利用适量的水、气量来对滤料进行清洗，使滤料上多余的增厚微生物膜和截留在滤层中的已脱落的微生物膜和固体物质被冲洗出滤池外，使滤池保持通畅、不堵塞，以保证污水处理时滤层中水、气的正常流通。反冲洗所用水一般为滤池正常运行时的出水，被储存在清水池中备用。,四. 曝气生物滤池与其它处理工艺的比较 除了曝气生物滤池自身的优点之外，曝气生物滤池与其它生物处理方法相比还具有以下几个优点： 1） 较小的池容和占地面积 曝气生物滤池的BOD5容积负荷可达到56kgBOD5/m3.d，是常规活性污泥法或接触氧化法的612倍，所以它的池容和占地面积只有活性污泥法或接触氧化法的1/10左右，大大节省了占地面积和大量的土建费用。 2） 高质量的处理出水 在BOD5容积负荷为6kgBOD5/m3.d时，其出水SS和BOD5可保持在8mg/l以下，CODcr可保持在40mg/l以下，远远低于国家污水综合排放标准之一级标准。 3） 简化处理流程 由于曝气生物滤池对SS的生物截流作用，使出水中的活性污泥很少，故不需设置二沉池和污泥回流泵房，处理流程简化，使占地面积进一步减少。,4） 基建费用、运转费用节省 由于该技术流程短、池容积小和占地省，使基建费用大大低于常规二级生物处理。同时，粒状填料使得充氧效率提高，可节省能源消耗。 5) 管理简单 曝气生物滤池抗冲击负荷能力很强，没有污泥膨胀问题，微生物也不会流失，能保持池内较高的微生物浓度，因此日常运行管理简单，处理效果稳定。 6）设施可间断运行 由于大量的微生物生长在粒状填料粗糙多孔的内部和表面，微生物不会流失，即使长时间不运转也能保持其菌种，如长时间停止不用后再使用，其设施可在几天内恢复正常运行。,第二节 微生物膜在滤料载体表面的固定 微生物膜的形成首先须在载体表面附着，然后才能在适宜的生存条件下进行新陈代谢并增殖，最后形成具有一定厚度和密度的微生物膜。因此，微生物在载体表面附着过程是生物膜形成的关键步骤，它将直接影响生物膜的生物及生理功效以及生物滤池的启动运行周期。 一 微生物膜固定的过程 微生物在载体表面附着固定过程可以看作为载体表面与微生物表面间的相互作用，微生物在载体表面附着固定一方面取决于微生物表面的特性，另一方面依赖于所用载体的表面物理化学特性。 微生物在载体表面附着、固定过程包括以下步骤：液相中的悬浮微生物向载体表面运送可逆附着不可逆附着固定微生物增长并形成生物膜。,1悬浮微生物向载体表面运送 微生物从液相向载体表面的运送主要是通过以下两种方式完成的： 1） 主动运送： 微生物借助于水力动力学及各种扩散力向载体表面迁移； 2） 被动运送： 它是由布朗运动、微生物自身运动、重力或沉降作用完成。 一般来说，主动运送是微生物从液相转移到载体表面的主导力量，特别是在动态环境中，它是微生物长距离移动的主导力量。另一方面，微生物个体一般都非常小，通常在1m左右，所以微生物个体可按胶体粒子处理，微生物自身的布朗运动增加了微生物与载体表面的接触机会。,2可逆附着过程 微生物被运送到载体表面后，二者间将直接发生接触，通过各种物理或化学力作用使微生物附着固定于载体表面。在微生物与载体表面接触的最初阶段，微生物与载体间首先形成的是可逆附着，微生物在载体表面的可逆附着实际上反映的是一个附着与脱析的双向动态过程，因为环境中存在的水力学力或是简单的布朗运动或是微生物自身的运动都可能使已附着在载体表面的微生物重新返回悬浮液相中去。一般来讲，造成这种可逆附着过程的力主要是物理及化学相互作用，在这一阶段微生物的增长不起主要作用。在可逆附着过程中可能起作用的各种物理及化学力主要为：范德华力、异电引力、热力学力、表面张力、表面自由能、表面临界张力。,3 不可逆附着过程 不可逆附着过程是可逆附着过程的延续，这种不可逆附着过程通常是由于微生物分泌一些粘性代谢物质所造成的，如多聚糖等。这些体外多聚糖类物质起到了生物粘结作用，因此这阶段附着的微生物不易被中等水力剪切力所冲刷掉。在实际运行中，若能够保证微生物与载体间的接触时间充分，即微生物有时间进行生理代谢活动，那么不可逆附着固定过程就可发生。事实上，可逆和不可逆附着的区别就在于是否有生物聚合物参与微生物与载体表面间的相互作用，不可逆附着是形成生物膜群落的基础。 4固定微生物的增长 经过不可逆附着过程后，微生物在载体表面获得一个相对稳定的生存环境，它将利用周围环境所提供的其生存所需营养物质不断进行新陈代谢，不断繁殖，逐渐形成成熟的微生物膜。,三 微生物膜分析技术 （一）生物膜的剥落 与活性污泥法中微生物的存在形式不同，生物膜是固定在载体的表面，很难测定其重量。一般常用的方法是在分析以前，首先将生物膜从载体表面剥落下来。生物膜的剥落技术在多项分析中起着关键作用，剥落回收率的高低直接影响其他分析的精确度，目前比较有效的剥落方法包括机械剥落、超声波剥落、超声波+化学剥落。 1 机械剥落 对于形状规则、表面光滑的载体可靠虑用简单的剥落法使生物膜脱离载体表面，这种方法简单又易于操作，但不适用表面具有孔隙或粗糙度较大的载体。 2超声波剥落 对于形状不规则载体，可先将生物载体置于水中然后利用超声波冲击剥落生物膜。,3超声波+化学剥落 生物膜与载体之间通常是由体外多聚物所胶联，在这种情况下，若使用单纯的超声波进行生物膜脱落，一般需要超声波的功率较高，作用时间较长。考虑到生物膜体外多聚物的特性，有人提出可将生物载体首先置于1M的碱液中，并在6080保持30min的水溶。经过这样的处理后生物膜与载体表面的胶联程度大大降低，这时再经超声波处理，可在较低的功率和较短的时间下得到非常好的剥落效果。 (二）生物膜干重 生物膜干重的测量方法如下：首先从生物膜反应器中取出一定量的生物膜载体，用蒸馏水轻轻冲洗，以便去除表层未固定的生物量。经洗涤后的生物膜载体便可用上述生物膜剥落方法中的一种进行生物膜剥落。剥落后，含有生物膜的溶液经事先称重的0.45m滤膜过滤，然后将滤膜置于温控在105的烘箱内烘至恒重,过滤前后滤膜的重量之差即为剥落的生物膜重。最后可把生物膜绝对干重折算成单位载体表面或单位载体体积所有的生物膜量。,（三） 生物膜TOC 细胞的结构骨架主要是由有机碳组成，通过测定生物膜总有机碳含量，即TOC，可间接了解生物膜膜重的变化。特别是对于硝化生物膜等增长缓慢的微生物，其生物膜量一般较少，不便用直接干重法测定，在此情况下生物膜TOC的分析更具有准确性。 目前TOC的分析已经仪器化，可方便、快捷地分析可溶性TOC含量。经过剥落后含有生物膜的样品经过酸化后，可直接注入TOC分析仪进行热解，有机物全部转化成为二氧化碳，最终得到样品的总有机碳含量。 （四）生物膜COD 与TOC一样，生物膜的化学需氧量（COD）同样可间接描述生物膜，这种方法在生物膜反应器动力学研究中应用较广。生物膜COD的分析，关键在于生物膜的剥落，经验表明在生物膜COD分析中，超声波加碱液剥落法效果好。,第三节 曝气生物滤池中生物滤料的选择 一生物滤料的种类及性能 生物滤料主要可分为无机类滤料和有机类滤料两大类。而由于选用了不同的滤料，所以在曝气生物滤池的发展过程中，由于滤料的种类不同而产生了如BIOCARBONE、BIOFOR、BIOSTYR三种具有代表性的工艺。 （一）无机类滤料 无机类滤料主要由无机材料组成，在生物滤池的最初阶段，人们用得最多的生物滤料是砂石，而到近年的曝气生物滤池发展过程中，无机类滤料逐渐从砂石发展到活性火山岩、沸石类、矿渣以及陶瓷材料等，如BIOCARBONE工艺中采用的滤料主要为砂石，而BIOFOR工艺中采用的滤料主要为活性火山岩，而目前国内在曝气生物滤池中使用最广泛的滤料是性能与活性火山岩类似的轻质生物陶粒。,球型轻质多孔生物陶粒的成分：是以粉煤灰为主要原料，粘土为粘接剂和添加少量造孔剂，经高温烧结而成的。首先需将粘土烘干，并粉碎到粒度小于100目。然后按配方取粉煤灰55%、粘土粉30%、炼钢赤泥10%、造孔剂5%进行干粉混合，然后加入20%的水混合均匀，并造粒成型，粒度一般为36mm左右。湿颗粒需先在干燥室内烘干，然后放入炉内在9501100的高温下熔烧而成。 球型轻质多孔生物陶粒的外表特征：外表呈灰黄色，表皮坚硬，内部为铅灰色，多孔质轻。陶粒表面较粗糙，不规则，有很多孔径较大的孔洞，相互之间不相通，由于这种陶粒表面主要是一些开孔大于0.5以上的孔洞，而细菌直径为0.51.0，这对于微生物附着生长是有利的，其表面孔洞电镜照片见图3-1。,（二） 有机类滤料 曝气生物滤池中使用最多的有机类滤料是比重小于水的粒状或短管状聚合物滤料，而选用的工艺主要是滤料层为悬浮状的BIOSTYR和悬浮滤料接触氧化生物滤池专利技术。 随着聚合物加工技术的不断进步，具有不同功能的聚合物滤料不断出现，这些滤料在强度、比重等方面具有较为明显的特点。但由于这些聚合物滤料比重一般均比水轻，为了使滤料在运行过程中既起到生物降解的作用又能截留悬浮物质，所以与采用无机滤料的固定床曝气生物滤池相比，其滤料层均为悬浮状，而采用的水流流态也为单一的上向流态。目前国内选用较多的有机类滤料主要为以聚苯乙烯为材料的泡末类球型滤珠，粒径一般为38mm，堆积容重为100200kg/m3，外表光滑无孔，而内部富含闭孔，不吸水，悬浮于水中。,二 生物滤料的选择原则 （一）生物滤料的物理特性 生物滤料的物理特性主要指滤料的外观形状和强度要求。 1）外观形状：为了提高滤料的水力学特性，一般要求生物滤料具有较规则的形状，以球型为佳。过去国内生物滤池所用的滤料均为不规则状，如碎石、矿渣、焦碳、无烟煤等，不规则滤料的水流阻力大，易堵塞，布水布气不易均匀，因而限制了生物滤池在国内污水处理中的应用。同时，生物滤料表面必须粗糙，以利于挂膜。因为表面粗糙度一方面是能否很快形成初期生物膜的主要原因，另一方面在反冲洗时又可减少生物膜的脱落程度。表面粗糙度大，初期挂膜快；表面粗糙度小，初期挂膜慢，同时反冲洗时微生物膜容易脱落。 2）多孔性：滤料表面的多孔性为菌胶团提供最佳的生长条件。,3）机械强度：在曝气生物滤池的运行过程中，存在着不同强度的水力剪切作用以及滤料之间的滚动磨擦过程，所以生物滤料必须具有可以满足在不同强度的水力剪切作用以及滤料之间摩擦碰撞过程中破损率低的机械强度要求。如果生物滤料本身不具有一定的机械强度，那么在运行过程中势必引起不同程度的破损而丧失其功能，使滤池内的生物量呈现不规律变化，其直接后果会导致出水水质扰动，布水布气短路。 4） 比重：滤料比重过大，造成在反冲洗时滤料悬浮困难或使反冲洗时能耗增加；比重过小，又不易于滤料在反应器中的运行工况，且易引起跑料，因此滤料比重需在一定范围之内。,（二）生物滤料的物理化学特性 1） 生物稳定性：生物膜在新陈代谢过程中会产生各种各样的代谢产物，这些产物有些会对滤料产生腐蚀作用，所以滤料必须具有较好的生物化学稳定性。滤料必须具备抗腐蚀性强；具有惰性，不参与生物膜的生物化学反应；本身是不可生物降解的。 2）化学稳定性：微生物生存的介质是由各种化学成分组成的，所以滤料置于这样的介质中时，必须对环境中所发生的化学反应表现为最大的惰性，并具有抗环境的化学腐蚀能力。 3）表面电性和亲水性：根据物理化学中体系自由能最小原则，亲水性微生物易于在亲水性滤料表面附着、固定，而疏水性滤料有利于疏水性微生物在其表面固定。微生物一般带有负电荷，而且亲水，因此滤料表面应带有正电荷将有利于微生物固着生长，载体表面的亲水性同样有利于微生物的附着，使附着的生物膜数量尽可能地多。 4）对生物膜活性的影响：作为生物膜载体，其本身必须对所固定的微生物无害、无抑制性作用，不能影响微生物的活性。,（三）水力学特性 滤料的水力学特性包括空隙率、比表面积、外观形状等。 1）空隙率：空隙率影响污水在生物滤池中的实际停留时间和生物膜量。空隙率越高，生物滤池阻力越小，同时需用滤料也少，降低造价。但空隙率高时滤料的比表面积较小，粒径较大，影响单位体积滤料的生物膜量。 2）比表面积：滤料一般应选用比表面积大、开孔孔隙率高的多孔惰性载体，这种载体有利于微生物的接触挂膜和生长，保持较多的微生物量；有利于微生物代谢过程中所需氧气和营养物质以及代谢产生的废物的传质过程。 3）滤料形状与水的流态： 影响滤料层中的水流阻力的因素主要是滤料的空隙率、比表面积和形状尺寸。 （四）滤料的经济性,第四节 曝气生物滤池工艺流程 一 曝气生物滤池的基本类型 曝气生物滤池主要有以下三种基本形式： 1 BIOCARBONE生物滤池 该滤池的滤料为比重比水大的膨胀板岩或球形陶粒，结构类似于普通快滤池。经预处理的污水从滤池顶部流入，向下流出滤池，在滤池中下部进行曝气，气水处于逆流。在反应器中，有机物被微生物氧化分解，NH3-N被氧化成硝态氮，另外由于在生物膜内部存在厌氧/兼氧环境，在硝化的同时能实现部分反硝化。在系统无脱N要求的情况下，经处理后从滤池底部的出水可直接排出系统，其中一部分可留作反冲洗之用。如果有脱N要求，出水需进入下一级后置反硝化滤池，或回流至前端的前置反硝化滤池，同时需外加碳源供反硝化菌用。一般情况下，在单个BIOCARBONE滤池中不能同时取得理想的硝化/反硝化效果。,2 BIOSTYR生物滤池 BIOSTYR工艺是法国OTV公司对其原有BIOCARBONE的一个改进，其结构示意如图4-4所示，流程图如图4-5。其滤料为比重小于1的球形有机颗粒，漂浮在水中。经预处理的污水与经硝化的滤池出水按一定回流比混合后进入滤池底部。曝气在滤池中间进行，根据反硝化程度的不同将滤池分为不同体积的好氧和缺氧部分。在缺氧区，一方面反硝化菌利用进水中的有机物作为碳源，将滤池中的NO3-N转化为N2,实现反硝化；另一方面，滤料上的微生物利用进水中的溶解氧和反硝化产生的氧降解BOD。与此同时，一部分SS被截留在滤床内，这样便减轻了好氧段的固体负荷。经过缺氧段处理的污水进入好氧段，在好氧段微生物利用从气泡转移到水中的溶解氧进一步降解BOD，硝化菌将NH3-N氧化为NO3-N，滤床继续截留在缺氧段没有被去除的SS。流出滤层的水经上部滤头排出，滤池出水除按回流比与原水混合进行反硝化及用作反冲洗外，其余均排出处理系统。 如果在BIOSTYR中，只需进行单独硝化或反硝化，只需将曝气管的位置设置在滤池底部即可。,3 BIOFOR BIOFOR工艺是由法国Degremont公司开发出来的。 BIOFOR与BIOSTYR相比不同的是采用密度大于水的滤料，自然堆积，滤板和专用长柄滤头在滤料层下部，以支撑滤料的重量；而BIOSTYR中的滤板和滤头在滤料层顶部，以抵抗滤料层的浮力。BIOFOR其余的结构、运行方式、功能等方面与BIOSTYR基本相同。 以上为曝气生物滤池主要的三种形式，在世界范围内都有应用，其中BIOCARBONE为早期形式，目前大多采用BIOSTYR和BIOFOR。在国内，BIOSTYR和BIOFOR工艺均有应用，而以BIOFOR工艺为主，另外还有与BIOFOR工艺类似的UBAF工艺。,1除碳工艺 对于除碳工艺，其主要目的是去除污水中的碳化有机污染物。 2除碳/硝化工艺 具有除碳/硝化功能的BAF，通过BAF滤池实现去除污水中有机物和将氨氮进行硝化处理。在该工艺中，由于生物膜内层及滤料间的空隙中厌氧内环境的存在，对TN有一定的去除率。 3除碳/硝化/反硝化工艺 原水经过水解预处理去除SS等固体杂质后进入BAF滤池,在BAF滤池中去除有机污染物，同时将NH3-N氧化为NO3-N，BAF滤池出水的一部分回流进入水解池，利用进水中的碳源，在水解池中的反硝化菌作用下实现反硝化。回流比R一般为100-300%，该工艺是基于活性污泥法的A/O思想而产生的，属于前置反硝化工艺范畴，脱氮为泥法反硝化。 4除C/除P/脱N工艺,5国外流行的完整BIOFOR工艺流程 以上为BIOFOR全套处理工艺。根据要达到的不同出水标准 ,也可对BIOFOR的级数进行取舍 ,如仅需达到二级处理排放水标准 ,则只需单一级除碳BIOFOR或者除碳BIOFOR +硝化BIOFOR；如需进行反硝化处理,也可根据对出水总氮的不同要求 ,采用反硝化BIOFOR +除碳BIOFOR或除碳BIOFOR +反硝化BIOFOR。,