淺談好氧生物濾池(BAF)的應(yīng)用

摘 要:好氧生物濾池(BAF)具有處理高濃度、不同種類(lèi)有機(jī)負(fù)荷的能力，并且擁有運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、耐水流沖擊、耐有毒物質(zhì)、啟動(dòng)較快、維護(hù)容易、臭味少等優(yōu)點(diǎn)。好氧生物濾池(BAF)處理污水過(guò)程中，重要的部分是在介質(zhì)空隙中以獨(dú)立的、分散生長(zhǎng)的形式存在的微生物，而不是吸附在介質(zhì)上的生物膜。在固定床式反應(yīng)器中，有機(jī)物和微生物間均勻的和有效的接觸是非常重要的。在好氧生物濾池(BAF)中，一個(gè)有效的、高效的反沖洗運(yùn)行設(shè)計(jì)是非常有必要的。

關(guān)鍵詞:好氧生物濾池(BAF) 耗氧量(OUR) 揮發(fā)性懸浮固體(VSS)

中圖分類(lèi)號(hào):X799文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1674-098X(2011)04(a)-0132-01

許多污水處理廠正在被要求滿足嚴(yán)格的出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，特別是在氮排放上。在一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)，對(duì)于污水處理設(shè)施的要求也越來(lái)越接近城市，有時(shí)甚至達(dá)到了城市污水處理規(guī)模。一些污水因?yàn)楹瑤Я舜罅康目山到庥袡C(jī)物的原因，比傳統(tǒng)的污水處理系統(tǒng)要求的規(guī)模更大。這些因素以及越來(lái)越嚴(yán)格的排放標(biāo)準(zhǔn)影響著污水處理的工藝。

盡管傳統(tǒng)的生物處理工藝非?？煽浚軌蚝芎玫乇辉O(shè)計(jì)、測(cè)試，但是這些工藝在處理能力、效率、穩(wěn)定性以及空間需求上仍然展現(xiàn)出了一些缺點(diǎn)。因此，迫切需要出現(xiàn)能夠克服這些缺陷的、更加先進(jìn)的生物處理工藝。根據(jù)微生物存在形式，處理工藝可分為懸浮式、混合式、固定式?；旌鲜较到y(tǒng)由懸浮活性污泥和附著生長(zhǎng)生物膜系統(tǒng)組成，這種工藝逐漸引起了人們的注意。好氧生物濾池就是混合式系統(tǒng)中的一種，這種工藝很有前景。過(guò)硬的技術(shù)和相當(dāng)?shù)偷脑靸r(jià)，使好氧生物濾池(BAF)工藝不僅僅是在工業(yè)國(guó)家，如加拿大、歐洲、北美以及日本顯得十分重要，在發(fā)展中國(guó)家如馬來(lái)西亞、泰國(guó)和中國(guó)也是非常重要的。

好氧生物濾池(BAF)反應(yīng)器有一個(gè)很小的足跡，因?yàn)樗哂刑幚砀邼舛取⒉煌N類(lèi)有機(jī)負(fù)荷的能力，并且擁有很多其它優(yōu)點(diǎn)如:運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、耐水流沖擊、耐有毒物質(zhì)、啟動(dòng)較快、維護(hù)容易、臭味少等優(yōu)點(diǎn)。在許多好氧生物濾池(BAF)設(shè)計(jì)中，可以采用不同水流方向和不同介質(zhì)類(lèi)型。根據(jù)以前的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，決定好氧生物濾池(BAF)工藝選擇的主要因素是初始投資和運(yùn)行費(fèi)用。運(yùn)行費(fèi)用依賴于三個(gè)主要的因數(shù):氧氣使用效率、反沖洗系統(tǒng)、產(chǎn)生固體和污泥的數(shù)量。

在過(guò)去，很多研究的焦點(diǎn)是放在好氧生物濾池(BAF)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行優(yōu)化上，然而，這就在對(duì)附著生物膜法和懸浮活性污泥法的理解上留下了一個(gè)空隙。對(duì)于這種相關(guān)物質(zhì)的洞察也許能夠減少造價(jià)，從而給好氧生物濾池(BAF)工藝提供了更加廣闊的適用性。

作為提供生物膜生長(zhǎng)的介質(zhì)仍然是爭(zhēng)論的課題。在固定床反應(yīng)器中，一個(gè)單位表面積大的介質(zhì)是非常必要的，從而最大化以生物膜形式存在的活性微生物的數(shù)量。因?yàn)?，在反?yīng)器中存在越多的微生物，單位體積去除高濃度有機(jī)負(fù)荷的能力越強(qiáng)。然而，一些研究發(fā)現(xiàn)，生物膜數(shù)量的增加并不是固定床式反應(yīng)器提高運(yùn)行效率的必要條件。一些專家指出COD的去除并不直接和介質(zhì)表面積有關(guān)系。活性污泥重要的部分是在介質(zhì)空隙中以獨(dú)立的、分散生長(zhǎng)的形式存在的微生物，而不是吸附在介質(zhì)上的生物膜。在歐洲的一項(xiàng)研究表明，在厭氧生物濾池中，增加一倍介質(zhì)的表面積，COD的去除效率提高了僅僅5%。越大濃度的微生物并不能非常有效地降解可溶性污染物。另外，專家指出，在三相好氧生化床反應(yīng)器中，占少于1%總微生物的懸浮微生物起到了很大的作用。

上面的發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致了一種觀念的出現(xiàn)，就是減少好氧生物濾池(BAF)中固定介質(zhì)的數(shù)量，從而創(chuàng)造一種混合型的好氧生物濾池(BAF)。一種帶有少量介質(zhì)的新的反應(yīng)器類(lèi)型脫穎而出，從而減少造價(jià)和運(yùn)行成本。不僅僅是因?yàn)榻橘|(zhì)的費(fèi)用占了初始投資中很大的一部分，而且大表面積的介質(zhì)導(dǎo)致了更高的生物膜的聚集，這樣需要更多的曝氣量來(lái)滿足微生物內(nèi)源呼吸的需要。介質(zhì)越多也以意味著更多的能量損失在摩擦力上:反過(guò)來(lái)，能夠減少反應(yīng)器的混合強(qiáng)度。另外，需要更高的反沖洗頻率，以提供剪切力來(lái)驅(qū)逐生物膜的堵塞。這就要求更大的提升設(shè)施，從而增加了能量損耗。一些專家注意到，反沖洗電量的消耗能夠占整個(gè)系統(tǒng)每天能源的消耗的15%～20%。隨著生物膜數(shù)量的增加，反沖洗是必不可少的，但是同時(shí)也增加了固體管理的花銷(xiāo)。

在固定床式反應(yīng)器中，有機(jī)物和微生物間均勻的和有效的接觸是非常重要的。有機(jī)物和變化的微生物菌群間的接觸程度也被認(rèn)為是影響大型反應(yīng)器運(yùn)行的一個(gè)主要因素。很多學(xué)者也注意到在完成一個(gè)有效率的有機(jī)物轉(zhuǎn)化過(guò)程中混合的重要性。換而言之，對(duì)于反應(yīng)器中混合程度和水流方式的認(rèn)知，在評(píng)估反應(yīng)器運(yùn)行情況前，是至關(guān)重要的。

在好氧生物濾池內(nèi)部，混合程度的量化是相當(dāng)復(fù)雜的。流水的影響、空氣的供給、介質(zhì)的形狀和形態(tài)學(xué)特征、濾池空隙率等參數(shù)都隨著有機(jī)負(fù)荷的增加而變化。流體水力學(xué)特征用一些變化的參數(shù)表示。相當(dāng)重要的是流相的流動(dòng)速度和壓力分配的變化。在液流中，流相的特性，如粘性和密度影響著流速和漩流方式，還有液固和液氣交界面也對(duì)其有影響。摩擦力和漩流的自由移動(dòng)在界面處被阻礙。為了說(shuō)明在全床和偏床反應(yīng)器中所有的慣性力和粘性力，一個(gè)無(wú)量綱參數(shù)-雷諾系數(shù)被選擇。

對(duì)于成功運(yùn)行的減少濾料體積的好氧生物濾池，很大程度依靠懸浮的和附著在介質(zhì)上的微生物來(lái)進(jìn)行有機(jī)物降解。有機(jī)化合物和非有機(jī)化合物的降解依靠微生物的新陳代謝來(lái)完成，它是由多種酶的反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。通常用幾個(gè)參數(shù)來(lái)反應(yīng)微生物的行動(dòng)和生存能力，如耗氧量(OUR)等。當(dāng)和揮發(fā)性懸浮固體(VSS)結(jié)合時(shí)，耗氧量(OUR)是最有價(jià)值的參數(shù)，因此出現(xiàn)一個(gè)值稱作“活性污泥比耗氧速率(SOUR)”或者稱“呼吸率”。活性污泥比耗氧速率(SOUR)表示微生物氧氣使用的數(shù)量。

全面衡量一個(gè)設(shè)計(jì)的成功與否，主要是通過(guò)監(jiān)測(cè)污水處理廠出水水質(zhì)和去除率。對(duì)于幾乎所有的污水處理廠來(lái)說(shuō)，主要是把碳去除效率作為污水處理的主要目標(biāo)。測(cè)量的微生物干重或者揮發(fā)性固體不僅僅包括活性微生物，也包括惰性微生物、外用假體、以及吸收的有機(jī)物質(zhì)。

過(guò)剩微生物的產(chǎn)生，由于堵塞的原因，可能導(dǎo)致反應(yīng)器容積不能充分地使用，從而引起污泥處理、處置成本的增加。為了控制微生物堆積進(jìn)行的反應(yīng)器反沖洗成為了一個(gè)重要的設(shè)計(jì)、運(yùn)行考慮因素。生物膜結(jié)構(gòu)的控制和理解，對(duì)于生物膜反應(yīng)器的運(yùn)行和穩(wěn)定是一個(gè)非常重要的方面。產(chǎn)生污泥的數(shù)量毋庸置疑地影響著反沖洗強(qiáng)度。反沖洗是一種復(fù)雜的操作，它需要被嚴(yán)格控制以確保健康的生物膜被保留在濾料上。如果這種清洗是無(wú)效的，它將導(dǎo)致反應(yīng)器的堵塞、泥球的形成，惡劣的出水水質(zhì)、以及持續(xù)增加的水頭損失的產(chǎn)生。因此，對(duì)于反沖洗工藝機(jī)械裝備的理解是一個(gè)有效的、高效的反沖洗運(yùn)行設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。