曝氣生物濾池在污水處理中的應用

趙慶山

摘 要：隨著我國科學技術的發展，人們的環保意識不斷增強，對污水的治理愈發重視。曝氣生物濾池是一種常見的污水處理技術，由于其具有經濟環保、高效節能等諸多優勢，被廣泛應用于生活污水與工業廢水的處理。該文介紹了曝氣生物濾池的原理、濾料的選擇以及對氮磷的去除工藝，并探討了溫度、pH、水力停留時間、反沖洗等因素對曝氣生物濾池處理效果的影響。

關鍵詞：污水處理；曝氣生物濾池；脫氮除磷

中圖分類號：U664 文獻標志碼：A

隨著科學技術的飛速發展，生活用水、工業用水量不斷提高，人們開始愈發重視污水的治理。如何高效地處理污水，控制污染，已成為目前水處理領域研究的熱點。曝氣生物濾池由于具有占地小、成本低、效率高且抗沖擊負荷等優點，已在城鎮污水、工業廢水及農村污水處理方面得到廣泛應用。

1 曝氣生物濾池的原理

曝氣生物濾池本質是一種固、液、氣三相共存的生物膜處理工藝。裝置頂部具有布水系統，用以將污水均勻地分布到濾料的表面，液滴狀的污水得以與氧氣充分接觸，污水由上至下流經濾料，最后從裝置底部排出，或在系統中循環利用。在此過程中，微生物在濾料表面歷經附著-脫附-再附著的過程，直至形成一層不再脫附的穩定生物膜。同時由于膜內存在好氧區和缺氧區，會不斷更新，保持較高活性。當污水流經生物膜時，污染物得以去除。

2 曝氣生物濾池的運行

2.1 濾料的選擇

濾料是曝氣生物濾池的重要組成部分，其作用可以分為以下3個方面：（1）微生物生長、附著的場所，讓微生物在處理污水過程中得以增殖和更新；（2）提供污水流動的通道，創造良好的水利條件，提高傳質速度；（3）通過截留作用，將進水中部分懸浮物截留在濾料表面或空隙內，降低出水中的懸浮物濃度。選擇濾料時，應充分考慮比表面積、孔隙率、材質及形狀、成本等因素。一般來說，較為優質的濾料應具備以下特點：（1）比表面積大，便于微生物掛膜生長；（2）有較大的孔隙率，污水流經濾料時水頭損失較小，以便節約能耗；（3）質輕，且滿足一定的機械強度；（4）材料便于獲得，成本及運輸費用較低。然而，很難有濾料可同時滿足上述優點，因此通常要根據進水水質與水廠的實際情況，選擇相對適合的濾料。

目前較為常用的濾料大體分為以下幾種：（1）粒狀濾料，較為常用的濾料之一，最早出現并一直沿用至今 。當前較為流行的有錳砂、無煙煤、石英砂等。（2）不規則多孔濾料，孔隙率大，理化性質好，可以在多種場合使用，應用范圍廣泛。其中鮑爾環和拉西環為目前最為常用。（3）蜂窩或波紋板濾料，一種較為新型的濾料，一般采用玻璃鋼或塑料。

2.2 脫氮工藝

我們已經知道，若要完成脫氮過程，需要歷經硝化和反硝化階段。污水中的無機氮經過氨化作用變為氨氮，再經過亞硝化及硝化作用變為硝態氮，最后經由反硝化作用被還原為氮氣。由于曝氣生物濾池中存在好氧區和缺氧區，可以實現脫氮。但當污水總氮濃度較高時，出水中的總氮含量有時難以達到GB18918—2002中的一級A標準。為了進一步降低總氮含量，可以使用曝氣生物濾池與后置反硝化濾池的組合工藝。李東通過實驗發現，后置組合工藝對總氮及氨氮的處理效果良好。二者的去除率可分別達到87.32 %和97.07 %。雖然該組合工藝對含氮量較高的污水處理效果良好，但在處理含氮量較低的污水時則需要額外補加堿度。因此可根據所要處理污水的含氮量，決定是否選用組合工藝。

2.3 除磷工藝

曝氣生物濾池中總磷的去除率較低，一般為40 %～45 %。要想達到一級A排放標準，后續還需進行化學除磷。化學除磷法通過投加藥劑 ，絮凝、沉淀剩余的磷，并可利用生物的過濾效應，去除50 %的剩余磷。通過化學除磷，可將除磷率提升至85 %。研究表明化學除磷后，出水中的總磷含量可降至0.8 mg/L。

3 曝氣生物濾池的影響因素

3.1 溫度

溫度會影響水處理微生物的活性與增值速率，故曝氣生物濾池的處理效果亦與溫度有關。以脫氮過程為例，硝化菌與反硝化菌的適宜溫度分別為20 ℃～30 ℃和20 ℃～40 ℃。當2種微生物處在適宜溫度范圍內，脫氮效率隨溫度的上升而提高。胡婷等人通過試驗發現，在27.3 ℃時的脫氮效率最高，為91.1 %。而在溫度過低時，硝化菌和反硝化菌的活性與增殖速率均下降，脫氮效果較差，水質難以滿足要求。

3.2 pH

與溫度類似，pH值的變化也會影響曝氣生物濾池的處理效果。由于水中微生物對pH的變化很敏感，因此要保證總氮、總磷、COD等的去除率，就要讓水中微生物在適宜的pH下工作。一般來說，當pH在7 h～8 h的范圍內時，處理效果最好。工業廢水的pH很大程度上取決于生產工藝，生產工藝不同，pH也會有較大差別。當工業廢水的比例較大，進水pH值難以達到最優pH值時，應在曝氣生物濾池前加設調節池。進廠污水先進入調節池，因稀釋、中和等作用使pH趨近中性后再流入曝氣生物濾池，不但可提高污染物去除率，還可保證系統的穩定性。

3.3 水力停留時間

水力停留時間是影響曝氣生物濾池處理效果的重要因素，而其對氨氮的影響效果尤為顯著。處理氨氮的硝化菌是一種自養菌，使用無機碳來合成碳源。水力停留時間較低時使污水中有機負荷較高，水中有機碳含量較高，抑制了硝化菌的繁殖。在這種條件下，脫氮效果很難得到保證。曝氣生物濾池的水力停留時間一般取4 h～6 h。

3.4 反沖洗

曝氣生物濾池本質上是一種生物膜工藝。當負荷較大且處理時間較長時，懸浮物和脫落的生物膜會阻塞濾料的孔隙，使水頭損失增大、過水不暢，進而影響出水水質。因此為了維持曝氣生物濾池良好的處理效果，需要定期進行反沖洗。在此過程中，若反沖洗強度過低，阻塞在濾料孔隙中的雜質不能被去除；若反沖洗強度過高，本應附著在濾料上的新鮮微生物也會隨水流沖出，導致反沖洗結束初期水質較差。曝氣生物濾池的反沖洗強度一般在試運行時期確定，并根據實際運行時的水量、水質進行微調。

4 結語

曝氣生物濾池兼具占地小、成本低、效率高及抗沖擊負荷等優勢，在污水處理方面具有廣闊的應用前景。然而，盡管其技術發展迅猛，仍存在部分問題需要解決。曝氣生物濾池的濾料，需要根據實際水質和水廠的實際情況，做出合適的選擇，以達到最佳處理效果；曝氣生物濾池的脫氮除磷能力有待進一步加強，在進水中氮、磷含量較高時需加設后續處理裝置；同時，是否選擇適宜的運行參數也是決定曝氣生物池處理效率的關鍵。將曝氣生物濾池的各方面性能加以完善，對于增強其處理性能、擴大其應用領域，具有重要意義。

參考文獻

[1]王強，吳悅穎，文宇立，等.中國污水處理設施建設現狀與存在問題研究[J].環境污染與防治，2015，37（3）：94-97.

[2] 高廷耀，顧國維，周琪.水污染控制工程（下冊）[M].高等教育出版社，2007.

[3]李東.前置與后置反硝化生物濾池深度脫氮工藝對比研究[D]. 北京林業大學，2016.

[4]楊鑫，陶建.污水處理中曝氣生物濾池的使用研究[J].大科技， 2016（20）：314-315.

[5]胡婷，黃少斌，鄧康.碳源類型和溫度對BAF脫氮性能影響研究[J].工業用水與廢水，2009，40（6）：22-27.