淺談好氧生物濾池(BAF)的應用

摘 要:好氧生物濾池(BAF)具有處理高濃度、不同種類有機負荷的能力，并且擁有運行經濟、耐水流沖擊、耐有毒物質、啟動較快、維護容易、臭味少等優點。好氧生物濾池(BAF)處理污水過程中，重要的部分是在介質空隙中以獨立的、分散生長的形式存在的微生物，而不是吸附在介質上的生物膜。在固定床式反應器中，有機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，一個有效的、高效的反沖洗運行設計是非常有必要的。

關鍵詞:好氧生物濾池(BAF) 耗氧量(OUR) 揮發性懸浮固體(VSS)

中圖分類號:X799文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)04(a)-0132-01

許多污水處理廠正在被要求滿足嚴格的出水水質標準，特別是在氮排放上。在一些鄉鎮，對于污水處理設施的要求也越來越接近城市，有時甚至達到了城市污水處理規模。一些污水因為含帶了大量的可降解有機物的原因，比傳統的污水處理系統要求的規模更大。這些因素以及越來越嚴格的排放標準影響著污水處理的工藝。

盡管傳統的生物處理工藝非常可靠，能夠很好地被設計、測試，但是這些工藝在處理能力、效率、穩定性以及空間需求上仍然展現出了一些缺點。因此，迫切需要出現能夠克服這些缺陷的、更加先進的生物處理工藝。根據微生物存在形式，處理工藝可分為懸浮式、混合式、固定式。混合式系統由懸浮活性污泥和附著生長生物膜系統組成，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中的一種，這種工藝很有前景。過硬的技術和相當低的造價，使好氧生物濾池(BAF)工藝不僅僅是在工業國家，如加拿大、歐洲、北美以及日本顯得十分重要，在發展中國家如馬來西亞、泰國和中國也是非常重要的。

好氧生物濾池(BAF)反應器有一個很小的足跡，因為它具有處理高濃度、不同種類有機負荷的能力，并且擁有很多其它優點如:運行經濟、耐水流沖擊、耐有毒物質、啟動較快、維護容易、臭味少等優點。在許多好氧生物濾池(BAF)設計中，可以采用不同水流方向和不同介質類型。根據以前的應用經驗，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行費用。運行費用依賴于三個主要的因數:氧氣使用效率、反沖洗系統、產生固體和污泥的數量。

在過去，很多研究的焦點是放在好氧生物濾池(BAF)的設計和運行優化上，然而，這就在對附著生物膜法和懸浮活性污泥法的理解上留下了一個空隙。對于這種相關物質的洞察也許能夠減少造價，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的介質仍然是爭論的課題。在固定床反應器中，一個單位表面積大的介質是非常必要的，從而最大化以生物膜形式存在的活性微生物的數量。因為，在反應器中存在越多的微生物，單位體積去除高濃度有機負荷的能力越強。然而，一些研究發現，生物膜數量的增加并不是固定床式反應器提高運行效率的必要條件。一些專家指出COD的去除并不直接和介質表面積有關系。活性污泥重要的部分是在介質空隙中以獨立的、分散生長的形式存在的微生物，而不是吸附在介質上的生物膜。在歐洲的一項研究表明，在厭氧生物濾池中，增加一倍介質的表面積，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。

上面的發現導致了一種觀念的出現，就是減少好氧生物濾池(BAF)中固定介質的數量，從而創造一種混合型的好氧生物濾池(BAF)。一種帶有少量介質的新的反應器類型脫穎而出，從而減少造價和運行成本。不僅僅是因為介質的費用占了初始投資中很大的一部分，而且大表面積的介質導致了更高的生物膜的聚集，這樣需要更多的曝氣量來滿足微生物內源呼吸的需要。介質越多也以意味著更多的能量損失在摩擦力上:反過來，能夠減少反應器的混合強度。另外，需要更高的反沖洗頻率，以提供剪切力來驅逐生物膜的堵塞。這就要求更大的提升設施，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系統每天能源的消耗的15%～20%。隨著生物膜數量的增加，反沖洗是必不可少的，但是同時也增加了固體管理的花銷。

在固定床式反應器中，有機物和微生物間均勻的和有效的接觸是非常重要的。有機物和變化的微生物菌群間的接觸程度也被認為是影響大型反應器運行的一個主要因素。很多學者也注意到在完成一個有效率的有機物轉化過程中混合的重要性。換而言之，對于反應器中混合程度和水流方式的認知，在評估反應器運行情況前，是至關重要的。

在好氧生物濾池內部，混合程度的量化是相當復雜的。流水的影響、空氣的供給、介質的形狀和形態學特征、濾池空隙率等參數都隨著有機負荷的增加而變化。流體水力學特征用一些變化的參數表示。相當重要的是流相的流動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其有影響。摩擦力和漩流的自由移動在界面處被阻礙。為了說明在全床和偏床反應器中所有的慣性力和粘性力，一個無量綱參數-雷諾系數被選擇。

對于成功運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上的微生物來進行有機物降解。有機化合物和非有機化合物的降解依靠微生物的新陳代謝來完成，它是由多種酶的反應來實現的。通常用幾個參數來反應微生物的行動和生存能力，如耗氧量(OUR)等。當和揮發性懸浮固體(VSS)結合時，耗氧量(OUR)是最有價值的參數，因此出現一個值稱作“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量。

全面衡量一個設計的成功與否，主要是通過監測污水處理廠出水水質和去除率。對于幾乎所有的污水處理廠來說，主要是把碳去除效率作為污水處理的主要目標。測量的微生物干重或者揮發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、以及吸收的有機物質。

過剩微生物的產生，由于堵塞的原因，可能導致反應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行的反應器反沖洗成為了一個重要的設計、運行考慮因素。生物膜結構的控制和理解，對于生物膜反應器的運行和穩定是一個非常重要的方面。產生污泥的數量毋庸置疑地影響著反沖洗強度。反沖洗是一種復雜的操作，它需要被嚴格控制以確保健康的生物膜被保留在濾料上。如果這種清洗是無效的，它將導致反應器的堵塞、泥球的形成，惡劣的出水水質、以及持續增加的水頭損失的產生。因此，對于反沖洗工藝機械裝備的理解是一個有效的、高效的反沖洗運行設計的基礎。