BAF与MBR组合工艺在城市污水深度处理中的实验研究 毕业论文.doc

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1、 I 摘 要 城市污水处理回用既可替代清洁水源、又减少了污水排放量，降低了城市排污负 荷，有利于实现节能减排。BAF（曝气生物滤池）工艺是适合我国国情的简易、高效、 低耗的污水回用新技术。本文就 A/O 两段式 BAF 与 MBR 组合工艺处理兰州市某污水 厂二级处理出水进行实验研究，通过对低浓度、可生化性差的二级处理出水进行深度 处理，可直接回用于工业。 本文通过实验确定了最佳填料、进行了不同挂膜方式的对比实验、并采用 A/O 两 段式 BAF 及 A/O 两段式 BAF 与 MBR 组合工艺对城市污水的处理进行了研究，实验 结果表明： 1.选择最佳填料实验采用火山岩、沸石和陶粒三种填料进行

2、对比，用复合接种方式 进行挂膜，在进水 CODcr 为 50-60 mg/L，水力负荷为 0.425m3/（hm 2） ，水温 1317，DO 为 46mg/L，气水比为 3:1，HRT 为 2h 的条件下，挂膜稳定后陶粒效 果最好，对 COD 和 NH3-N 的平均去除率高于火山岩和沸石，分别为 35% 、79%。 2.以陶粒为填料进行了不同挂膜方式的对比实验，采用复合进水挂膜与二级处理出 水挂膜进行对比，在进水 CODcr 为 40-55 mg/L，水力负荷为 0.234m3/（hm 2） ，水温 1722，DO 为 36mg/L，HRT 为 23h 的情况下，挂膜后期复合进水挂膜与 二级

3、 处理出水挂膜 COD 和 NH3-N 的平均去除率分别为 18%、35%，95%、95%，直接用二 级处理出水挂膜好于复合进水挂膜。 3.A/O 两段式 BAF 深度处理城市污水实验运行 25d 后， BAF 对 COD 的去除率达 2344% 。系统运行稳定后，A/O 两段式 BAF 总水力停留时间为 2、4、6h 时，氨氮 去除率保持在 95%以上，并且在进水有机物含量低、水力停留时间长的条件下其对氨 氮的去除率取决于进水氨氮的高低，而水力停留时间为 6h 时 CODcr 的去除效果最好， 为 34.26%。 4.A/O 两段式 BAF 与 MBR 组合工艺对二级处理出水进行深度处理的初

4、步结果表 明：该组合工艺对 CODcr、NH 3-N 平均去除率分别为 55.7%、95%，出水 CODcr、氨 氮分别为 20.32、0.28mg/L 达到了国家地表水 类标准 ，同时 A/O 两段式 BAF 作 为超滤的预处理有效减轻了膜污染。 关键词：城市污水深度处理；BAF 与 MBR 组合工艺；厌氧生物滤池；好氧生物滤池； MBR II Abstract Municipal wastewater treatment and reuse can replace clean water, reduc the volume of sewage discharge and reduce ur

5、ban sewage load,it is helpful to achieve energy conservation. BAF (Biological Aerated Filter) technology is suitable for China easy, efficient and low consumption of sewage reuse with new technology. A combined proeess of A/O two-stage biologieal aerated fllter(BAF) and Membrane bioreactor(MBR) is u

6、sed to treat secondary effluent of a Lanzhou City wastewater treatment plant for reuse in this paper, in-advanced wastewater treatment of low concentration and poor biodegradability of the secondary treatment effluent can be directly reused for industrial . Experiment to determine the best packing,

7、different biofilm way of comparative experiment,to use the A/O two-stage biologieal aerated fllter(BAF) and the A/O two-stage biologieal aerated fllter(BAF) and MBR combination processes of urban sewage processing, experimental the results showed that: 1.Select the best packing experiment use volcan

8、ic rocks, zeolite and ceramic fillers were compared which used composite inoculated biofilm in the influent CODcr was 5060mg/L, the hydraulic load was 0.425m3/(h.m2),water temperature was 1317C,DO was 46mg/L,air to liquid ratio was 3:1, hydraulic retention time(HRT) was 2h, after the stability of th

9、e biofilm, ceramsite is best, its average removal of COD and NH3-N is higher than volcanic rocks and zeolite, 35% and 79% respectively. 2. Different biofilm way of contrast experiment which used ceramsite for packing, comparing the effect of the composite water biofilm and the secondary treatment ef

10、fluent biofilm, in the influent CODcr was 4055mg/L, the hydraulic load was 0.234m3/(h.m2), water temperature was 1722, DO was 3-6mg /L, hydraulic retention time(HRT) was 23h, composite water biofilm and secondary treatment effluent biofilm which their average removal of COD and NH3-N are18%、35%, 95%

11、、95%, the direct use the secondary treatment effluent biofilm is better than composite water biofilm. 3.After A/O two-stage BAF advanced treatment of Municipal Wastewater experiment running 25 days, the removal rate of COD was 2344%.After system was stable,when the total hydraulic retention time of

12、A/O two-stage BAF was 2,4,6 h,its ammonia removal rate III remained at more than 95% and its ammonia nitrogen removal rate depends on the level of influent ammonia nitrogen under the influent low organic matter content and long hydraulic retention time.When hydraulic retention time is 6h,the removal

13、 rate of COD is best, the removal rate of COD is 34.26%. 4.A combined proeess of A/O two-stage biologieal aerated fllter(BAF) and Membrane bioreactor(MBR) is used to treat secondary effluent, preliminary results show that: the combination of process on the average removal rate of COD, NH3-N is 55.7%

14、, 95% respectivel, the effluent COD and Ammonia concentration are 20.32,0.28 mg/L respectively,which reached “the surface water standard of three types of water”,while the A/O two-stage BAF as ultrafiltration(UF) pretreatment effectively reduced the membrane fouling. Key words: Municipal wastewater

15、treatment；Combined process of BAF and MBR； Anaerobic biofilter；Aerobic biofilter；MBR； IV 目 录 1. 绪论 .1 1.1 研究背景 1 1.1.1 水资源及水环境现状 .1 1.1.2 城市污水回用的必要性 .1 1.2 城市污水回用现状及回用技术 1 1.2.1 国内外城市污水回用现状 .2 1.2.2 城市污水回用技术 .3 1.3 曝气生物滤池（BAF）用于污水处理综述 4 1.3.1 曝气生物滤池（BAF）的工作原理 4 1.3.2 曝气生物滤池（BAF）的主要类型 5 1.3.3 曝气生物滤池（

16、BAF）的特征 6 1.3.4 曝气生物滤池（BAF）在污水处理中的应用情况 7 1.4 膜生物反应器（MBR）用于污水处理综述 .9 1.4.1 膜生物反应器的工作原理 .9 1.4.2 膜生物反应器（MBR）的类型 .10 1.4.3 膜生物反应器（MBR）的特征 .10 1.4.4 膜生物反应器（MBR）在污水处理中的应用情况 .11 1.5 课题的提出及研究内容 .12 1.5.1 课题的提出 12 1.5.2 研究内容 12 2. 实验概况 13 2.1 实验水质 .13 2.2 填料性能介绍 .13 2.3 实验装置 .15 2.3.1 选择最佳填料的实验装置 15 2.3.2 不

17、同挂膜方式对比实验装置 15 2.3.3 A/O 两段式 BAF 深度处理城市污水实验装置 16 2.4 检测项目与分析方法 .17 V 3. 曝气生物滤池（BAF）填料选择及挂膜方式的研究 .18 3.1 选择最佳填料实验 .18 3.1.1 实验运行概况 18 3.1.2 挂膜启动阶段 CODcr 去除效果对比 18 3.1.3 挂膜启动阶段氨氮去除效果对比 20 3.1.4 实验结论 21 3.2 不同挂膜方式对比实验 .21 3.2.1 实验运行概况 21 3.2.2 挂膜启动阶段 CODcr 去除效果对比 22 3.2.3 挂膜启动阶段氨氮去除效果对比 24 3.2.4 1#、2#B

18、AF 氮的变化 25 3.2.5 生物量与生物活性的测定 27 3.2.6 实验结论 31 3.3 本章小结 .32 4. A/O 两段式 BAF 深度处理城市污水实验研究 .33 4.1 A/O 两段式 BAF 的启动 33 4.1.1 A/O 两段式 BAF 实验装置的设计计算 33 4.1.2 A/O 两段式 BAF 的挂膜方式 36 4.2 挂膜启动阶段 CODCR去除效果 38 4.2.1 厌氧 BAF 挂膜启动阶段 CODcr 去除效果 38 4.2.2 好氧 BAF 挂膜启动阶段 CODcr 去除效果 39 4.3 挂膜启动阶段氨氮去除效果 .40 4.3.1 厌氧 BAF 挂膜

19、启动阶段氨氮去除效果 .40 4.3.2 好氧 BAF 挂膜启动阶段氨氮去除效果 .41 4.3.3 进水 CODCR浓度对好氧 BAF 氨氮去除效果的影响 42 4.3.4 A/O 两段式 BAF 中氮的变化 43 4.4 A/O 两段式 BAF 中的微生物 44 4.5 实验结论 .45 4.6 A/O 两段式 BAF 最佳运行条件的确定 HRT.46 4.6.1 水力停留时间对 CODcr 去除效果 47 4.6.2 水力停留时间对氨氮去除效果 47 VI 4.6.3 水力停留时间对浊度去除效果 48 4.7 本章小结 .49 5. A/O 两段式 BAF 与 MBR 组合工艺深度处理城

20、市污水实验研究 .50 5.1 超滤膜性能参数的确定 .50 5.1.1 超滤膜性能基本参数 50 5.1.2 超滤膜通量的确定 51 5.2 A/O 两段式 BAF-超滤（UF）组合工艺对 COD 的去除效果 .52 5.3 A/O 两段式 BAF-超滤（UF）组合工艺对氨氮的去除效果 .53 5.4 A/O 两段式 BAF-超滤（UF）组合工艺对浊度的去除效果 .54 6. 结论及建议 55 6.1 结论 .55 6.2 建议 .55 致 谢 .57 附录 英文 中文 1 1. 绪论 1.1 研究背景 1.1.1 水资源及水环境现状 水资源是人类生产生活的最关键资源，可是如今，生态环境遭到

21、严重破坏，水体 污染严重，水资源的保护和水污染的治理成为现代社会最关注的问题。根据我国水利 部最新的水资源公报(2008 年中国水资源公报):我国水资源已探明总量为 2.8 万亿 m3， 地表水 2.7 万亿 m3，地下水 0.83 万亿 m3，全国水库年末蓄水总量为 3083 亿 m3。虽然 我国总水量很大，但人均占有量很少，约 2200m3/人，在世界范围内属于很低的水平， 徘徊于中度缺水标准附近，加上我国对水污染的治理力度不是很大，导致了水资源的 短缺 1。 中国是一个干旱缺水严重的国家，我国南北方城市都受到不同的缺水原因困扰， 北方城市大多属于资源性缺水，南方城市则由于处理不力引起的水

22、体污染，逐渐归为 水质型缺水 2。而城市缺水必然会导致城市经济发展的滞后，也会引起社会的不安定。 到 20 世纪末，全国 600 多座城市中，已有 400 多个城市存在供水不足问题，其中比较 严重的缺水城市达 110 个，全国城市缺水总量为 60 亿 m3。而我国每年约排放 365 亿 m废水 3，既浪费了资源，又污染了环境。据预测，我国工业用水总量将从 1999 年的 370 亿 m增长到 2030 年的 660 亿 m。 1.1.2 城市污水回用的必要性 污水的回用即再生水是城市的第二水源。城市污水再生利用是提高水资源综合利 用率，减轻水体污染的有效途径之一。再生水合理回用既能减少水环境污

23、染，又可以 缓解水资源紧缺的矛盾，是贯彻可持续发展的重要措施 水资源短缺和水环境污染已成为制约我国经济和社会发展的重要因素。解决城市 水污染和缺水问题的重要途径是城市污水回用。城市污水由于不受季节、气候等自然 条件的影响，是一个不容忽视的稳妥可靠的水资源。把妥善处理的城市污水合理回用 于工业、农业和居民生活，不仅可以节省大量资金，节约大量清水，保护环境，节约 水资源，而且减少了居民水费的支出，提高了居民的生活质量，对缓和水资源短缺状 态具有重大的战略意义，其社会效益和环境效益更是不言而喻 4。因此，城市污水经过 处理达到国家有关规定的水质标准并可在一定范围内重复使用的非饮用水，其城市污 水回用

24、己经成为开辟城市新水源，解决城市水资源不足，实现社会可持续发展的一个 2 重要途径。 1.2 城市污水回用现状及回用技术 1.2.1 国内外城市污水回用现状 世界各国对污水的回用十分重视，美国、加拿大、以色列等国已将污水广泛应用 于中水回用、工农业灌溉、养殖业、市政绿化、生活洗涤、景观用水等方面。 美国十分重视污水回用，早在 1949 年加利福尼亚州地区水污染控制机构颁布了允 许使用中水作为农业灌溉用水，并在 1967 年、1978 年进行了两次修订，进一步完善了 中水的使用规范 5。1977 年美国水法规定，凡申请联邦城市污水治理项目补助者， 必须同时提出结合进行污水回用的可行性研究报告，否

25、则不予审批。弗罗里达州根据 其城市用水几种特点，大规模地施行双管供水系统，以自来水 40%左右的价格将中水 供给高尔夫球场、城市绿化、住宅区的中水道用水。 以色列是世界上最干旱的国家之一，相对于其他中东和北非国家正面临着水资源 缺乏的环境问题。城市污水回用作为解决这一问题的策略之一以被广泛用于农业和城 市灌溉。目前在以色列每年大概产生大约 5 亿 m3 的废水，包括农业、工业和其他废水， 其中 4.5 亿 m3 的废水通过不同的污水处理技术被处理， 3 亿 m3 的经处理过的废水被作 为中水回用于农田灌溉。据统计 2004 年以色列污水回用率已达到 84%，目前，以色列 100的生活污水和 7

26、2的城市污水得到了回用。以色列之所以取得如此惊人的成绩， 除大力发展高科技外，推行城市污水回用政策是一个非常重要的因素 6。 科威特也是一个干旱的国家，每年降雨量仅约 100mm。随着经济的发展与人口的 增加，科威特愈来愈面临着水资源短缺的危机。在这种环境下，城市污水作为重要的 水资源经处理后被广泛应用在中水回用、农业灌溉、景观浇灌、地下水回灌、城市非 饮用水等方面 7。 我国对城市污水处理与利用研究，早在 1958 年就开始列入国家科研课题，上世纪 60 年代关于污水灌溉的研究已达到一定水平，上世纪 70 年代中期，进行了城市污水以 回用为目的的污水深度处理小试，上世纪 80 年代初我国青岛

27、、大连、太原、北京、天 津、西安等缺水的大城市相继开展了污水回用于工业和民用的实验工程，并取得积极 成果，不少公用建筑亦建设了中水回用装置 8。目前，我国城市污水回用已经形成一定 规模，在北方一些严重缺水城市，如北京、天津等城市，城市污水回用工程已经相当 普遍。 北京在污水回用方面走在了全国的前列。北 京 高 碑 店 污 水 处 理 厂 的 二 级 处 理 出 水 3 给 华 能 热 厂 提 供 冷 却 水 的 水 源 ， 供 应 量 为 4 万 吨 /d。 同 时 该 污 水 处 理 厂 还 为 三 河 热 电 厂 等 工 业 企 业 供 水 。 城 市 污 水 回 用 目 前 已 经 成

28、为 北 京 的 第 二 大 水 源 。 统 计 数 字 显 示 ， 2010 年回用水年用量已达 6.8 亿 m3， 回 用 水 已 经 广 泛 应 用 于 工 业 制 造 、 农 业 灌 溉 、 城 市 绿 化 、 河 湖 环 境 等 领 域 。 北京市目前中水主要回用在电厂冷却水、城市公园 绿化、湖泊和河流补充水、道路冲洗用水、建筑内冲厕用水、洗车用水等 9。 天津开发区污水回用目前在全国处于领先水平，主要是敢于创新和利用最先进的 技术 10。针对用户对水质的不同需要和污水处理厂出水水质的特点，进行有针对性工 艺设计，这样的中水回用系统运行稳定可靠，经济效益明显。天津开发区城市污水回 用主

29、要用户是森林公园、工业企业以及景观湖泊。 1.2.2 城市污水回用技术 结合中水水源，根据水处理的分类，污水回用处理工艺按处理机理不同可分为物 理化学处理法、生物处理法、膜处理法、生物与物化法四大类 11。 (l)物理化学处理法 物理化学处理法是以混凝沉淀(气浮)技术和活性炭吸附技术相结合的基本方式，主 要用于处理优质杂排水。其中混凝/沉淀(澄清)/过滤/ 消毒是这类工艺中最具代表性工艺。 其工艺成熟、出水水质稳定，能有效去除二级出水中尚存的胶体物质、部分重金属、 有机污染物和细菌 12。 (2)生物处理法 污水中含有大量的有机物质和无机物质，污水的常规生物处理主要是去除污水中 的可降解的有机

30、物质，利用好氧微生物的吸附、氧化作用，降解污水中有机物。生物 处理法包括好氧微生物、厌氧微生物和兼性微生物处理。中水处理中多采用好氧生物 膜微生物处理技术。如生物接触氧化法 13、活性污泥法 14等。近年来逐渐发展起来一 些新型的生物处理技术如曝气生物滤池等。 (3)膜处理法 膜处理法属于物理处理或物理化学处理方法，是指利用膜技术来处理水，污水经 过粗滤后，再经膜过滤分离，使之符合一定的水质标准。膜按孔径大小可分为微滤(MF)、 超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透膜(RO)。超滤(UF)作为近年来发展完善的一种新工艺， 具有传统深度处理工艺不可比拟的技术优势，目前在中水回用中应用较为广泛 15

31、。 (4)生物与物化法 生物与物化法是将生物处理法与物化法组合起来应用的一种处理方法，目前膜生 4 物反应器是此方法中比较新的一种污水处理技术。可以同时去除水中胶体类杂质和溶 解性杂质，是一种经济、高效的小范围污水处理新工艺。 结合以上几种中水回用技术，目前常用的中水处理工艺归纳起来，主要包括以下 几种类型: 二级处理尾水消毒中水 二级处理尾水过滤消毒中水 A/O 处理出水微絮凝过滤氯消毒回用 二级处理出水化学混凝沉淀或气浮过滤氯消毒回用 二级处理出水生物接触氯化接触过滤氯消毒回用 二级处理出水生物曝气滤池精密过滤氯消毒回用 二级处理出水过滤超滤膜生化反应器回用 二级处理出水粗滤超滤膜回用 二

32、级处理出水预过滤超滤膜过滤反渗透回用 1.3 曝气生物滤池（BAF）用于污水处理综述 1.3.1 曝气生物滤池（BAF）的工作原理 图 1.1 BIOCARBONE 示意图 曝气生物滤池（Biological Aerated Filter，简称 BAF）属生物膜处理法中的一种， 它是一种集生物降解、固液分离于一体的污水处理生物膜三相反应器。其处理污水的 原理是反应器内填料上生长的生物膜中微生物氧化分解作用、填料及生物膜的吸附截 留作用 16，沿水流方向形成的食物链分级捕食作用，以及生物膜内部微环境和厌氧段 的反硝化作用 17。20 世纪 80 年代末期，法国 OTV 公司在废水处理领域首次开发

33、出了 5 BIOCARBONE 工艺，如图 1.1 所示，它属于曝气生物滤池的最早形式。 被处理的原污水从池上部进入池体，并通过由填料组成的滤层，在填料表面形成 有微生物栖息形成的生物膜。在污水滤过滤层的同时，由池下部通过空气管向滤层进 行曝气，空气由填料的间隙上升，与下流的污水相向接触，空气中的氧转移到污水中， 向生物膜上的微生物提供充足的溶解氧和丰富的有机物。在微生物的新陈代谢作用下， 有机污染物被降解，污水得到处理 18。随着过滤的进行，填料表面新产生的生物量逐 渐增多，截留的悬浮物(SS)和脱落的生物膜也不断增加，水头损失开始缓慢增加。当固 体物质积累达到一定程度时，滤层上部将形成表面

34、堵塞层，导致水头损失迅速增加并 达到极限水头损失。此时应立即进行反冲洗以去除滤床内过量的、尤其是老化脱落的 生物膜及 SS，恢复滤池的处理能力。 反冲洗通常采用气水联合反冲洗。反冲洗水多为处理储存的达标排放水，反冲空 气来自底部单独的反冲气管。反冲时关闭底部进水和工艺空气，水气交替单独反冲， 最后用水漂洗。反冲洗水通常自下而上，滤层受向上的水流作用而轻微膨胀并达到流 化状态。在气水对填料的流体冲刷和填料间相互摩擦的双重作用下，老化的生物膜及 被截留的 SS 与填料分离，被冲洗水冲出滤池。再生后的滤池进入下一周期的运行。 1.3.2 曝气生物滤池（BAF）的主要类型 根据水流方向，曝气生物滤池可

35、分为上向流和下向流两种，早期的曝气生物滤池 多采用下向流，但由于下向流曝气生物滤池存在截污效率不高、易堵塞、运行周期短。 因此现在多采用气水同向的上向流曝气生物滤池。气水同向使得布水布气更加均匀， 在气水上升过程中把底部截流物带入曝气生物滤池的中上部，增加了滤池的截污能力， 延长了工作周期。而且避免了下向流曝气生物滤池将截流的污染物主要集中在填料的 上部，运行一段时间以后，会造成负水头现象，进而引起沟流现象。目前上向流曝气 生物滤池主要有 Biofor、Biostyr、eolox、Deepbed 、Biopur 等多种形式 19，目前世界范 围内普遍采用的两种 BAF 系统是 Biostyr

36、工艺和 Biofor 工艺。 （1）Biostyr 工艺 Biostyr 工艺也是法国 OTV 公司的注册工艺，是对其原有 BIOCARBONE 的一个改 进，由于采用了新型轻质悬浮填料BIO-STYRENE TM(主要成分是聚苯乙烯，且比重 小于 1)而得名。图 1.2 为 Biostyr 工艺的示意图。 在 Biostyr 工艺中，污水从滤池底部进入，与空气同向上流经滤料，滤料顶端安装 有一定数量滤头的滤板以防止滤料流失，滤板以上为反冲水储存区，靠重力流向下清 6 洗滤料，曝气管依然位于滤料层中下部，将滤料层分为好氧区和缺氧区，可设回流泵 以进行反硝化 20。 图 1.2 Biostry

37、示意图 图 1.3 Biofor 示意图 （2）Biofor 工艺 Biofor 工艺是 20 世纪 90 年代初，由德国 PHILLIP MULLER 公司开发的另一种曝 气生物滤池。它应用的滤料为比重大于 1 的沉没式轻质陶粒。Biofor 工艺中主体反应 池的结构和处理流程如图 1.3 所示。底部为气水混合室，之上为滤板和专用长柄滤头、 承托层、滤料，曝气器位于承托层内，污水自下而上通过滤层，提供微生物新陈代谢 所需的养分 21。 Biofor 工艺与 Biostyr 工艺有一些共同性，它们均为周期性运行，从开始过滤至反 冲洗完毕为一完整周期；水流方向相同，所处理水均为上向流，从滤池底部

38、进入，经 滤料层从上部流出。所不同的是 Biofor 工艺因为采用了比重大于 1 的滤料，滤料层以 上不需设滤板；曝气管安装在滤层以下的承托层中，从而避免了曝气孔的堵塞；反冲 洗水流也是从滤池底部进入，与反冲洗空气一起通过滤头进入滤层。 1.3.3 曝气生物滤池（BAF）的特征 (l) 占地面积小，基建投资省。 曝气生物滤池之后不设二沉池，可省去二沉池的占地和投资。曝气生物滤池水力 负荷、容积负荷大大高于传统污水处理工艺，停留时间短，因此所需生物处理面积和 体积都很小，节约了占地和投资，这对于寸土寸金的城市建设污水处理厂具有重要意 义。 (2) 出水水质高。 过滤、生物吸附与生物氧化作用净化废

39、水，滤料表面为好氧环境，内部为厌氧、 7 缺氧的微环境。存在好氧、厌氧和缺氧微生物，使得硝化、反硝化作用同时进行。因 周期性的反冲洗，生物膜得以有效更新，表现为生物膜较薄，活性很高。高活性的生 物膜可以有效去除 BOD、COD、氨氮等，并吸附截留一些难降解的物质。 (3) 氧的传输效率高，曝气量小，供氧动力消耗低。 氧的利用效率可达 20%30%，曝气量明显低于一般生物处理法。其主要机理是： 因滤料粒径很小，气泡在上升过程中，不断被切割成小气泡，加大了气液接触面积， 提高了氧气的利用率；气泡在上升过程中，受到了滤料的阻力，延长了停留时间， 同样有利氧气的传质。 (4) 易挂膜，启动快。 曝气生

40、物滤池在水温 1015时，23 周即可完成挂膜过程。曝气生物滤池在暂 时不使用的情况下可关闭运行，此时滤料表面的生物膜并未死亡，而是以孢子的形式 存在，一旦通水曝气，可在很短的时间内恢复正常。 (5) 菌群结构合理。 传统的活性污泥法，微生物的分布相对均匀，而在 BAF 中从上到下形成了不同的 优势生物菌种，因此使得除 C、硝化、反硝化能在同一个池子中发生，简化了工艺流 程。 (6) 可间断运行。 由于大量的微生物生长在粒状滤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，可在几天内恢复正常 运行。 曝气生物滤池也存在不足的地方 22 23

41、24： (1) 虽然曝气生物滤池技术发展较快，但其反应机理与反应动力学的研究尚待深入，有 关反应机理的理论体系还有待完善； (2) 曝气生物滤池生物法除磷效果较差，从目前的 BAF 运行工艺看，完全用生物除磷 是很难达到排放标准的，同时脱氮除磷会使系统变得更为复杂。如何深入研究其除磷 机理，从而创造良好的厌氧好氧环境将有待进一步探索； (3) 曝气生物滤池要求进水 SS 低。由于 BAF 滤料粒径小，若进水 SS 高，滤料纳污会 较快地达到饱和，从而会频繁地反冲，导致反冲费用高。 BAF 工艺作为在我国刚刚起步的污水处理工艺，人们对它的研究很少，应用就更 少了。由于没有成熟的运行参数，工程设计

42、难以进行，这恐怕是 BAF 工艺向前迈进的 8 最大障碍 25。 1.3.4 曝气生物滤池（BAF）在污水处理中的应用情况 (1) 曝气生物滤池在国外污水处理中的研究应用 曝气生物滤池作为生物膜法的一种新型工艺，思路始于 20 世纪初。经过不断的发 展，直至 20 世纪 80 年代中期才形成一种较为成熟的污水处理新工艺，并得到应用和 推广 26。曝气生物滤池的前身是淹没式生物滤池。1913 年该技术开始在美国 Lawrence 应用，初称淹没式接触曝气池（Submerged ContactAeratot，SCA） ，利用焦炭及灌木枝 做填料，其后设置沉淀池。随后 SCA 随着采用填料及运行方式

43、的不同而不断发展。直 到 20 世纪 70 年代末、80 年代初，一种新型的生物滤池引入了反冲洗，通过反冲洗的 方式更新生物膜和清除截留的悬浮物。同时，滤料粒径的减少具有了截留悬浮物的功 能，使得系统出水不需要再利用沉淀池进行固液分离，节约了二沉池。可以说，具有 截留悬浮物和利用反冲洗的方式更新生物膜，解决堵塞问题是曝气生物滤池工艺成熟 的标志 27。 随后，曝气生物滤池工艺在欧洲开始广泛应用，美国和加拿大等美洲国家在 1980 年代引进此技术，日本，韩国和中国台湾也先后引进此技术 28。比如英国利物浦北部 的 Water Sandon Dock 污水处理厂，法国塞纳中心 Cofombes 半

44、地埋式污水处理厂，美 国宾夕法尼亚州的 Monessen 焦化废水处理厂 29。日本荏原公司对 BAF 设备的下部结 构作了相应的改进，使得 BAF 工艺应用于工业废水处理时能够适应不同的水质，防止 设备堵塞。其改进获得了良好效果，且具备了一定的推广价值 30。目前国外对曝气生 物滤池的研究基本处于由中试向生产性转变的阶段，颇多注意实际生产中的经济成本、 效益因素等。另外对曝气生物滤池工艺本身的特性及影响因素例如滤池内生物菌群 分布特征，曝气量控制，滤料粒径尺寸等等也多有关注。曝气生物滤池在城市污水深 度处理用于回用方面的研究国内外已有相关报道。在国外，S.Kbavashi 31在 1992

45、年就 发表了曝气生物滤池(BAF)用于污水深度处理的研究结果，并将其和砂滤进行了对比， 结果表明曝气生物滤池(BAF)和砂滤在去除 SS 上没有明显区别，但在去除 BOD5、 CODcr 方面曝气生物滤池(BAF) 处理效果明显高于砂滤。 (2)曝气生物滤池在国内污水处理中的研究应用 我国对曝气生物滤池的研究处于起步阶段，现有的曝气生物滤池工艺一般用在城 市污水二级深化处理，污水深度处理与回用，微污染水治理以及工业污水处理及设备 成套化应用中水处理工程 32。2001 年 7 月，我国第一座以 BAF 为主体工艺的污水处 9 理厂大连马栏河污水处理厂正式投入运行。该厂采用二级 BIOFOR 处

46、理生活污水， 运行效果良好，出水水质达到我国新颁布的城市污水再生利用城市杂用水水质 标准 37。 代晋国，宋乾武，张晓丹 33等人研究了韩国产 EPP 填料应用于曝气生物滤池(BAF)处 理二级出水的效果。其所采用原水为中国环境科学研究院家属楼生活污水经 A2/O 二级 处理后的出水，从气水比和不同水力负荷两方面做了考察。研究表明，在相同的气水 比 4:1 的情况下，水力负荷的加大，系统 CODCr、 NH+4-N 去除率均下降，SS 的去除率 变化不大。 周媛媛等人 34做了曝气生物滤池-微絮凝过滤处理污染水源水的中试研究，着重考 察 BAF 和微絮凝过滤对污染物的综合处理效果。结果表明，当

47、进水氨氮、COD、浊度 和 TP 分别为 1525 mg/L、3040 mg/L、715NTU 和 0.91.5 mg/L 时，工艺对氨 氮、COD 、浊度和 TP 的去除率分别为 89.0%、62.2%、90.1%和 64.8%，出水远优于直 接的混凝沉淀过滤工艺，可用于印染工业生产。BAF-微絮凝过滤组合工艺较企业现有 处理工艺来说，运行费用大体相当，但各项出水指标远优于现有工艺，具有显著的优 势。 1.4 膜生物反应器（MBR）用于污水处理综述 1.4.1 膜生物反应器的工作原理 膜生物反应器是利用膜组件进行固液分离，将截流的污泥回流至生物反应器中， 透过水外排。膜组件是 MBR 中最主

48、要的部分，它是把膜以某种形式组装成一个基本单 元，相当于传统生物处理系统中的二沉池 35。在膜组件中，活性微生物与污水充分接 触，不断氧化污水中的那部分能被其降解的有机物，而不能被微生物降解的有机物和 无机物及活性污泥、悬浮物、各类胶体、大部分细菌则被截留，从而实现对污水处理 净化的目的。目前，常见的膜组件有中空纤维式、管式、螺旋式和平板式几种。其特 性如表 1.1 所示。 表 1.1 各种膜组件特性 中空纤维式 毛细管式 圆管式 螺旋卷式 平板式 价格/(元m -3) 40-50 150-800 400-1500 250-800 800-2500 填充密度 高 中 低 中 低 清洗 难 易

49、易 中 易 压力降 高 中 低 中 中 可否高压操作 可 否 较难 可 较难 10 模形式限制 有 有 无 无 无 图 1.4 不同膜的分离范围 膜是具有选择性分离的功能材料。膜的孔径一般为微米级，依据其孔径的不同(或 称为截留分子量) ，可将膜分为微滤膜、超滤膜、纳滤膜和反渗透膜，常用于 MBR 工 艺的膜有微滤膜(MF)和超滤膜(UF)。根据材料的不同，可分为无机膜和有机膜，无机 膜只有微滤级别的膜，主要是陶瓷膜和金属膜。有机膜是由高分子材料做成的，如醋 酸纤维素、芳香族聚酰胺、聚醚砜、聚氟聚合物等。不同膜的分离范围如图 1.4 所示。 1.4.2 膜生物反应器（MBR）的类型 （1）分置式膜生物反应器，是指膜组件与生物反应器分开设置，在反应器中设有循环 管路，靠加压泵加压出水，加压泵从生物反应器抽水，压入膜组件中，膜的滤过水排 出系统，浓缩液回流至生物反应器，也称交叉流式膜生物反应器 36。其特点是：运行 稳定可靠，操作管理容易，易于膜的