曝气生物滤池工艺原理及印染废水深度处理中应用
摘要：本文介绍了曝气生物滤池的工艺原理和应用现状，在此基础上，结合印染废水深度处理的特点，给出了应用曝气生物滤池处理印染废水的组合工艺。
关键词：曝气生物滤池；印染废水；深度处理；组合工艺
曝气生物滤池（Biological Aerated Filter 简称BAF） 是20 世纪80 年代末90 年代初在普通生物滤池的基础上，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80 年代在欧洲建成第一座曝气生物滤池污水处理厂后，曝气生物滤池已在欧美和日本等发达国家广为流行，目前世界上已有数百多座大大小小的污水处理厂采用了这种技术。随着研究的深入，曝气生物滤池从单一工艺逐渐发展成综合工艺，具有去除SS、COD、BOD、硝化、脱氮除磷、除去AOX 的作用。
1 关于曝气生物滤池
1.1 曝气生物滤池工艺原理
尽管曝气生物滤池池体类型以及运行方式有多种多样，各有特点，但其基本原理是都是以过滤为主体的生化处理工艺，通常由配水系统、曝气系统、粒状的填料床、出水、反洗水收集系统以及自控系统等组成。曝气生物滤池实质是一种生物膜法，即在曝气池中填充生物填料，利用填料表面附着的生物膜降解水中污染物的处理单元。由于所选填料自身的特点，填料表面容易附着生物膜。生物膜中生长着众多种属和数量的微生物，有好氧菌、兼氧菌、厌氧菌，所以曝气生物滤池对水中的各种有机物都有一个很好的去除作用，同时对氨氮也有很高的去除效率。
1.2 曝气生物滤池研究应用现状
曝气生物滤池可分为上向流和下向流两种，早期曝气生物滤池多采用下向流，如BIOCARBON[1]。现在多采用上向流方式（即采用气水同向流），使布水、布气更加均匀，同时在水气上升过程中可把底部截留的SS 带入滤池中上部，增加了滤池的纳污能力，延长了工作周期。目前，上向流曝气生物滤池有BIOFOPR、BIOSTYR、COLOX、Deepbed、BIOPUR等多种形式[2]，其中BIOFOPR 和BIOSTYR 应用较为广泛。作为在20 世纪80 年代末在欧美发展起来的一种新型污水处理技术，国内外学者在BAF工艺处理方面做了大量的工作，对其滤料选择、硝化反硝化脱氨氮、除磷、动力学机理以及反冲洗等各个方面都作了深入的研究。
滤料的合理选择往往关系到BAF 的处理效果。W.S.Chang 等用天然沸石作滤料对纺织废水进行处理，效果明显好于砂砾，原因归结于天然沸石具有更强的阳离子交换能力和更大的比表面积[3]。田文华等以沸石滤料为例，研究了滤料粒径对曝气生物滤池硝化性能的影响。研究表明，滤料粒径为2~3mm 的比4~5mm 的对氨氮的去除率高。在温度为20℃时，前者的硝化速率常数比后者高63.1%，同一条件下的硝化强度也高39.7%[4]。
在曝气生物滤池降解氨氮方面，R.Pujol 等的实验结果表明，在温度为22℃、氨氮负荷2.5 kg/(m3·d)条件下，BAF 对氨氮的去除率可达90％以上[5]。在此后的实验中，R.Pujol 等比较了前置反硝化和后置反硝化的优劣，指出反硝化过程最佳滤速为10~15m/h[6]。F.Fdz-Polanco 等（2000）研究了硝化曝气生物滤池中异氧菌和硝化菌的空间分布情况，发现硝化细菌、亚硝化细菌在反应器中的空间分布与CODcr 浓度有关，呈现明显的分区分布[7]。马军等（2003） 研究了曝气生物滤池中亚硝酸盐的积累及影响因子，在反应器中发现了明显的亚硝酸盐的积累现象，并表现出显著的短程硝化反硝化特征[8]。在曝气生物滤池除磷方面，P.W.Westermna 等人的研究结果显示，对上流式BAF 对TP 的去除率大致为26%，要进一步提高除磷效果需通过化学沉淀或厌氧好氧交替促进磷的过剩吸收[9]。Gnocalves等进行BAF 同步脱氮除磷的研究时发现，进水方式对磷去除效果没有差异性影响[10]。A.Aesey 等发现利用BAF 反硝化脱氮时，如利用水解污泥或水解固体废物作外加碳源，可同时去除比微生物生长需要高3 倍的磷。文献报道有机物和磷的去除是由于生物吸附和生物积累作用的结果[11]。同步生物除磷脱氮效能较低一直是曝气生物滤池的缺点之一，因此在这方面取得突破是研究的重要方向。在BAF 的动力学研究方面在BAF 的动力学研究方面。M.F.Hamoda 等通过对BAF 处理合成碳水化合物废水的研究，提出了一种理论模型，他们认为底物利用速率是底物浓度的双曲线函数，固体停留时间是水力停留时间、有机物负荷及冲洗因子(washout factor)的函数[12]。
2 印染废水深度处理工艺
目前印染废水深度处理可选择的工艺方法主要有：物理化学法、高级氧化法、生物法等。
2.1 物理化学法
吸附法是目前物化法中最常用的去除水中污染物的方法。这种方法是将活性炭、粘土等多孔物质的粉末或颗粒与废水混合，或让废水通过由其颗粒状物组成的滤床，使废水中的污染物质被吸附在多孔物质表面上或被过滤除去。常用的吸附剂主要有活性炭、吸附树脂、硅藻土等，目前在印染废水深度处理方面主要利用活性炭。膜分离的方法是一种新兴的高效分离、浓缩、提纯和净化的技术。随着膜技术的发展，膜在印染废水深度处理中的应用也会越来越多。目前膜工艺应用到实际中主要障碍是：投资和运行费高，易发生堵塞，需要高水平的预处理和定期的化学清洗，还存在浓缩物的处理问题。
2.2 高级氧化法
化学法主要有混凝、高级氧化和电化学等方法。化学氧化法印染废水处理应用的氧化剂很多，常用的是臭氧(O3)和H2O2/Fenton。研究表明，O3 能迅速而广泛地氧化分解水中的大部分有机物。光催化氧化技术利用强氧化剂如Fenton、O3 、H2O2 等在UV 辐射下产生具有强氧化能力的HO·来处理废水，常见的光催化氧化技术有UV/Fenton、UV/O3、Uv/H2O2 等。采用光敏化半导体为催化剂处理有机废水是近年来研究较多的一个分支。光敏化氧化以光敏化半导体为催化剂，大多采用TiO2 为代表的钛系半导体触媒或贵金属催化剂。
2.3 生物法
生物技术不仅应用于印染废水的二级处理中，还可以作为印染废水的深度处理技术。目前，研究热点是针对二级出水中污染物大都是难生物降解的特点，开发出新型反应器，以进一步降低二级出水中的CODCr 浓度和色度色度。
3 曝气生物滤池应用于印染废水深度处理工艺
根据曝气生物滤池的特点，结合印染废水的特性及深度处理要求，组合的处理工艺如下：① 二级处理尾水→气浮→曝气生物滤池→排放。② 二级处理尾水→气浮→曝气生物滤池→过滤→排放（回用）。③ 二级处理尾水→气浮→臭氧氧化→曝气生物滤池→多级过滤→离子交换→回用。
组合工艺①主要适用不能稳定达标或标准要求提高后的深度处理工艺，组合工艺②为标准要求提高或回用标准要求较低的深度处理工艺，组合工艺③为工艺回用水标准要求的深度处理工艺。组合工艺的气浮单元主要是去除废水中的SS，这是应用曝气生物滤池必须注意的环节；曝气生物滤池后的滤单元，也主要是去除SS，其目的则是为后续单元创造条件。
4 结语。在应用以曝气生物滤池为主体的印染废水深度处理工艺中，一定要根据尾水特点和最终要求，选择合适的组合工艺。由于曝气生物滤池的优越性，有理由相信其会在今后的设计工艺中越来越多的被采用。
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