曝气生物滤池反冲洗特性的研究

曝气生物滤池的原理及其特点曝气生物滤池（Biological Aeration Filter，BAF）是一种新型高负荷淹没式反应器，其充分借鉴了污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思路，集曝气、高滤速、截留悬浮物、定期反冲洗等特点于一体。

曝气生物滤池中填装有一定量粒径较小的粒状滤料，滤料表面及滤料内部微孔生长生物膜。

工作过程原理如下∶一是生物氧化降解，滤池内部曝气，污水流经时，利用滤料上高浓度生物量的氧化降解能力对污水进行快速净化;二是截留。

污水流经时。

利用滤料粒径较小的特点及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的大量悬浮物，且保证脱落的生物膜不会随水漂出; 三是反冲洗，当滤池运行一段时间后，因水头损失增大，需对其进行反冲洗，以释放截留的悬浮物并更新生物膜，使滤池的处理性能得到恢复。

曝气生物滤池兼有活性污泥法和生物膜法两者优点，并将生化反应与过滤两种处理过程合并在同一构筑物中完成。

根据处理目标的需要，曝气生物滤池可以是一种单独碳氧化（二级处理、下向流）处理反应池，亦可以是碳氧化/硝化（三级处理、上向流）合并处理的反应器。

曝气生物滤池应用于城市污水处理工程中，可省去二次沉淀池，其工艺流程见图5-6。

曝气生物滤池特征如下∶①气液在滤料间隙充分接触，由于气、液、固三相接触，氧的转移率高，动力消耗低;②具有截留原废水中悬浮物与脱落的生物膜的功能，因此，无需设沉淀池，占地面积少;③以3～5mm 的小颗粒作为滤料，比表面积大，微
生物附着力强;④池内能够保持大量的生物量，再由于截留作用，废水处理效果良好;⑤无需污泥回流，也无污泥膨胀之虑，如反冲洗全部自动化，则维护管理也非常方便。

《曝气生物滤池处理城市污水的效能与微生物特性研究》篇一一、引言随着城市化进程的加快，城市污水处理问题日益凸显。

作为重要的水处理技术之一，曝气生物滤池（BAF）以其独特的优势，在城市污水处理领域得到广泛应用。

本文将深入探讨曝气生物滤池处理城市污水的效能及其微生物特性，以期为相关领域的研究与实践提供参考。

二、曝气生物滤池处理城市污水的效能1. 工艺原理与特点曝气生物滤池是一种结合了生物膜法与活性污泥法的污水处理技术。

其基本原理是通过曝气作用，使污水在滤池中与生物膜接触，利用附着在生物膜上的微生物降解有机物，从而达到净化水质的目的。

该技术具有处理效率高、占地面积小、运行成本低等优点。

2. 效能分析（1）有机物去除：曝气生物滤池对城市污水中的有机物具有较好的去除效果，能够有效地降低污水中的化学需氧量（COD）和生物需氧量（BOD）。

（2）氮、磷去除：通过硝化与反硝化作用，曝气生物滤池能够有效地去除污水中的氮、磷等营养物质，降低水体的富营养化程度。

（3）悬浮物去除：滤池中的生物膜对悬浮物具有较好的吸附与截留作用，能够显著降低出水中的悬浮物含量。

三、微生物特性研究1. 微生物种类与分布曝气生物滤池中的微生物种类繁多，主要包括细菌、真菌、原生动物等。

这些微生物在滤池的不同区域分布不均，形成了一个复杂的生态系统。

其中，细菌是主要的降解有机物的微生物，真菌则参与降解较难降解的有机物。

2. 微生物生长与代谢曝气生物滤池中的微生物通过摄取污水中的有机物进行生长与代谢。

在适宜的温度、pH值和营养条件下，微生物能够快速繁殖，形成生物膜。

生物膜上的微生物通过分泌酶等物质，将有机物分解为简单的无机物，实现污水的净化。

四、影响因素及优化措施1. 影响因素曝气生物滤池的处理效能受多种因素影响，如进水水质、温度、pH值、曝气量等。

其中，进水水质是影响处理效能的主要因素，不同浓度的有机物、氮、磷等营养物质对微生物的生长与代谢具有不同的影响。

《曝气生物滤池处理城市生活污水的特性研究及工艺改良》篇一一、引言随着城市化进程的加速，城市生活污水的处理问题日益突出。

曝气生物滤池（Activated Biological Filter，简称ABF）作为一种新型的污水处理技术，因其高效、节能、环保等优点，在污水处理领域得到了广泛的应用。

本文旨在研究曝气生物滤池处理城市生活污水的特性，并探讨其工艺改良的途径。

二、曝气生物滤池的基本原理与特性1. 基本原理曝气生物滤池是一种基于生物膜法的污水处理技术。

其基本原理是通过在滤池中填充生物填料，利用附着在填料上的微生物群落对污水中的有机物进行降解和转化。

在曝气的作用下，为微生物提供充足的氧气，同时将污水中的有机物、氮、磷等污染物去除。

2. 特性（1）高效性：曝气生物滤池具有较高的处理效率，能够同时去除污水中的有机物、氮、磷等污染物。

（2）节能性：相较于传统污水处理工艺，曝气生物滤池能耗较低，具有较好的节能效果。

（3）环保性：曝气生物滤池运行过程中产生的污泥量较少，且污泥的稳定性较好，有利于后续的污泥处理和处置。

（4）灵活性：曝气生物滤池的构造灵活，可根据实际需求进行灵活的设计和调整。

三、曝气生物滤池处理城市生活污水的工艺流程及现状分析1. 工艺流程城市生活污水经过格栅截留大颗粒杂质后，进入调节池进行均质均量。

然后通过提升泵将污水提升至曝气生物滤池进行处理。

经过曝气生物滤池处理的污水，再经过沉淀、过滤等工艺，最终达到排放标准。

2. 现状分析虽然曝气生物滤池在城市生活污水处理中取得了显著的成效，但仍存在一些问题。

如处理效果受温度、pH值等环境因素影响较大，且对于某些特殊污染物的去除效果有待提高。

此外，运行过程中易出现堵塞、结垢等问题，需要定期进行维护和清理。

四、曝气生物滤池的工艺改良途径针对上述问题，本文提出以下工艺改良途径：1. 优化生物填料的选择：选择比表面积大、亲水性强、微生物附着性能好的生物填料，提高生物膜的活性和稳定性。

《曝气生物滤池处理城市生活污水的特性研究及工艺改良》篇一一、引言随着城市化进程的加快，城市生活污水的处理已成为环境保护和可持续发展的关键问题。

传统的污水处理方法往往存在能耗高、处理效果不稳定等问题。

因此，研究新型的、高效的污水处理技术显得尤为重要。

其中，曝气生物滤池（BAF）作为一种新型的污水处理技术，因其处理效率高、能耗低等优点受到了广泛关注。

本文将对曝气生物滤池处理城市生活污水的特性进行研究，并探讨其工艺改良的可能性。

二、曝气生物滤池的基本原理与特性1. 基本原理曝气生物滤池是一种基于生物膜法的污水处理技术。

其基本原理是通过向滤池中通入空气，使空气中的氧气溶解在污水中，为生物膜上的微生物提供充足的氧气，从而促进微生物的生长和繁殖。

同时，污水中的有机物、氮、磷等污染物被生物膜吸附、降解，达到净化水质的目的。

2. 特性（1）处理效率高：曝气生物滤池采用生物膜法处理污水，具有较高的处理效率，能够有效地去除污水中的有机物、氮、磷等污染物。

（2）能耗低：曝气生物滤池的曝气系统采用高效的气体分布装置，使空气在滤池中均匀分布，提高了氧的利用率，降低了能耗。

（3）运行稳定：生物膜具有一定的韧性和稳定性，能够适应水质、水量的变化，保持较好的处理效果。

（4）污泥产量低：相比传统活性污泥法，生物膜法产生的污泥量较少，降低了污泥处理的难度和成本。

三、曝气生物滤池处理城市生活污水的工艺研究1. 工艺流程城市生活污水经过格栅拦截、沉淀等预处理后，进入曝气生物滤池系统。

在系统中，污水经过布水管均匀分布到滤池中，通过曝气系统向滤池中通入空气，使生物膜上的微生物得到充足的氧气。

经过生物膜的吸附、降解作用，污水中的有机物、氮、磷等污染物得到去除，净化后的水通过出水口排出。

2. 工艺参数优化为了进一步提高曝气生物滤池的处理效果，需要对工艺参数进行优化。

主要包括以下几个方面：（1）滤料选择：选择合适的滤料对提高生物膜的性能和处理效果具有重要意义。

--●曝气生物滤池中反冲洗参数的控制朱宏1,孟玉2(1.六安市排水有限公司,安徽六安237009;2.安徽省建设工程勘察设计院,合肥230001)摘要:研究了曝气生物滤池的反冲洗工艺。

结果表明:反冲洗强度是影响曝气生物滤池再生的最重要参数之一。

在确保出水浊度达到回用标准前提下,反冲洗顺序及最佳设计参数为气冲强度13.5L/(m 2·s );气水混冲中气冲强度为11.5L/(m 2·s ),水冲强度为3.5L/(m 2·s );水冲强度为5.5L/(m 2·s )。

该反冲洗工艺不仅具有良好反冲效果,而且可以节省能耗。

关键词:曝气生物滤池;反冲洗强度;最佳设计参数中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1008-9500(2010)05-0048-021曝气生物滤池工艺的特点生物滤池是在膜法反应器中常用的生物处理方法,有淹没式生物滤池(曝气和不曝气)、煤/砂生物过滤及慢滤池等。

其中曝气生物滤池(Biological Aerated Filter,BAF)是20世纪80年代发展起来的新工艺设备[1]。

其工艺原理为:在滤池中装填一定量粒径较小的粒状滤料,滤料表面生长着生物膜,滤池内部曝气,污水流经时,利用滤料上高浓度生物膜的强氧化降解能力对污水进行快速净化,此为生物氧化降解过程;同时,由于污水流经时滤料成压实状态,利用滤料粒径较小的特点及生物膜的絮凝作用,能截留污水中的大量悬浮物,利用沿水流方向形成的食物链分级捕食作用及食物膜内部微环境和厌氧段的反硝化作用,使废水中有机物得到降解;运行一定的时间后,因水头损失的增加,需对滤池进行反冲洗,以释放截留的悬浮物并更新生物膜,即反冲过程[2]。

BAF 与普通活性污泥法相比,具有有机负荷高、占地面积小(是普通活性污泥法的1/3)、投资少(节约30%)、不会产生污泥膨胀、氧传输率高、出水水质好等优点,但它对进水SS 要求较严,一般要求SS≤100m/L,最好SS≤60m/L,因此要对进水进行预处理。

0引言太湖发生大规模蓝藻爆发事件后，江苏省颁布了《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染新的排放限值》标准，许多污水处理厂将面临升级改造的要求，尤为突出的是印染行业的污水处理厂，但其改造受到已有工艺设施的约束和厂地限制，因此，节约占地和基建投资较低的曝气生物滤池处理工艺将是很好的选择。

曝气生物滤池集生物膜的强氧化降解能力和滤层截留效能于一体，是一种适合大规模回用、高效、低耗的污水再生工艺[1]。

曝气生物滤池随着运行时间的延长,由于滤料的机械截留、接触及生物凝聚作用,使悬浮无机胶体颗粒不断地截留在填料的孔隙中间。

另外,生物膜厚度的增加,导致填料空隙减少,水头损失增加[2]；膜的厚度超过这一范围时,氧的传递速率减小,影响微生物的繁殖,对处理效果影响也很大[3]。

因此必须定期对曝气生物滤池进行反冲洗,其反冲洗过程也是维持曝气生物滤池功能的关键。

在此研究的内容是处理印染废水曝气生物滤池反冲洗的相关问题。

1试验装置及方法1．1工艺流程及装置试验装置如图1所示。

1.空压机2.空气流量计3.承托层4.陶粒层5.活性炭层6.无烟煤层7.其他取样口8.反冲洗出水口9.恒流泵10.二级出水储水箱11.液体转子流量计12.反冲洗入水(接自来水管)图1曝气生物滤池装置曝气生物滤池反冲洗特性的研究孙芮，陈玲，陈季华(东华大学环境科学与工程学院，上海200051)摘要：曝气生物滤池集生物膜的强氧化降解能力和滤料截留效能于一体，是一种适合大规模回用、高效、低耗的污水再生工艺，也是升级改造的良好选择。

反冲洗是曝气生物滤池运行中的一个关键步骤,合理优化反冲洗过程有助于改善其整体运行性能。

根据反冲洗废水浊度变化确立了合理的反冲洗方式,并给出相关的反冲洗强度和反冲洗历时参数,以期为曝气生物滤池处理印染废水的设计和运行提供参考。

关键词：曝气生物滤池；反冲洗；印染废水中图分类号:X 5文献标识码:B文章编号:1004－8642（2008）06－0020－04收稿日期：2008－06－27基金项目：上海市科委创新基金项目(07dz12011).作者简介：孙芮（1984－），女，湖北黄冈人，硕士，专业研究方向水污染控制技术.Study on Backwash Properties of Biological Aerated FilterSUNRui ，CHENLing ，CHENJi －huaAbstract ：Biological aerated filter set of biofilm -degradability and media interception performance in one,is a sewage reclamation technology which is suitable for large -scale reuse,efficient,low consumption and easy to upgrading.Backwashing process is a critical step in the operation of biological aerated filter.Optimization of backwashing process is favorable to the improvement of operation perform.Based on the turbidity variation in backwash effluent,the proper backwash method was determined and the related parameters such as backwash strength and period were recommended,so as to offer reference for the design and operation of biological activated filter to treat dyeing and printing wastewater.Key words ：Biological aerated filter ；Backwash ；Dyeing and printingwastewater第21卷第6期2008年12月环境科技Environmental Science and TechnologyVol．21No．6Dec ．2008第21卷第6期曝气生物滤池反应器采用内径为11c m的透明有机玻璃柱制作，截面积为0.0095m2，总高度为2.7 m，其中承托层高20c m，填料层高200c m，下层装陶粒50c m，中层装活性炭50c m，上层装无烟煤100c m。

曝气生物滤池反冲洗污泥生物絮凝特性研究郭树河1,唐朝春2，陈平1，林芳1（1.广州市城市规划勘测设计研究院广东广州510060; 2.华东交通大学江西南昌330013）摘要：曝气生物滤池反冲洗污泥的合理处置是其在推广应用中遇到的难题。

反冲洗污泥对有机物和浊度有良好的去除效果，但对TP 的去除效果甚微；将其与化学混凝剂复配可满足曝气生物滤池进水水质要求，且TP 能维持在较低水平。

关键词：曝气生物滤池；反冲洗污泥；生物絮凝中图分类号：Q5文献标识码：A文章编号：1008-3537（2011）01-0076-03曝气生物滤池集生物氧化与固液分离于一体，具有占地小、运行稳定和出水水质好的优点，但是也存在着反冲洗污泥处理难度大、对进水水质要求较高和除磷效果不佳的缺点。

曝气生物滤池反冲洗污泥由滤料上的生物膜和滤料间的污泥组成，具有较高的生物活性[1]。

笔者重点研究了反冲洗污泥的絮凝效能及其与化学混凝剂联合应用于污水的一级强化预处理效能，以期解决曝气生物滤池在推广应用中遇到的难题。

1试验材料及方法1.1试验用水试验用水为生活污水，污水经过筛网把大颗粒污染物去除，水质指标见表1。

1.2污泥来源及投加浓度的表征试验所用污泥为BAF 反冲洗污泥。

待系统运行稳定后，采用气-水联合的方式对滤柱进行反冲洗，为避免污泥的高含水率给试验带来的稀释问题，每次使用反冲洗污泥前，在1000rpm 下对污泥离心2min ，将上清液撇去，取下层浓缩污泥使用。

在工程应用上，COD/MLSS 通常表示F/M ，即活性污泥的能含量。

本试验中，同组试验原水COD 相同，故采用COD/MLSS 表示投加的污泥浓度，从而减小由于进水COD 的浮动变化而导致污泥投加量的差别。

1.3试验方法采用静态烧杯试验，将一定量离心后的反冲洗污泥和化学混凝剂在烧杯中进行曝气搅拌，静置20min ，取上清液进行检测分析，分别考察单独反冲洗污泥和化学－反冲洗污泥联合絮凝对污水的一级强化预处理效果。

曝气生物滤池反冲洗的特性张杰,陈秀荣(哈尔滨工业大学市政环境工程学院,哈尔滨150090)摘要:试验根据曝气生物滤池区别于普通给水滤池的特点,从反冲洗方式、反冲滤床形状等方面进行深入地对照研究.结果发现在相同的反冲条件下,在反冲方式的对照中,脉冲反冲洗具有远大于气水连续反冲洗的效能;在滤池池型的选择中,扩展流池型曝气生物滤池较均匀流池型曝气生物滤池易于洗净和生物滤层的恢复.最后优化组合了反冲方式和滤池池型,即脉冲反冲方式与扩展流曝气生物滤池组合后,对应既定的运行工况,确定了最佳的反冲运行参数为:气冲强度8~10L/(s #m 2)、水冲强度2~4L /(s #m 2)、反冲时间5min.关键词:扩展流曝气生物滤池;均匀流曝气生物滤池;脉冲反冲洗;气水连续反冲洗中图分类号:X70311 文献标识码:A 文章编号:0250-3301(2003)05-05-0086基金项目:黑龙江省科技攻关项目GOOC1808201作者简介:张杰(1938~),男,中国工程院院士,喻尔滨工业大学教授、博士导师.收稿日期:2002-08-21;修订日期:2002-10-19Characteristics of Aerobic Biofilter BackwashZhang Jie,Chen Xiurong (School of M unicipal and Environment Engineer ing ,Harbin Institute of T echnology ,Harbin 150090,China)Abstract:Periodic backwash is the vital stage to keep up the aer obic biofilter .s performance.U nder the same backwash conditions,a thorough study was done to r ev iew the influences on the performances of backwash in such aspects as back -w ash regimes,biofilter shapes.T he ex perimental results show that the impulse backwash r eg ime was superior to contin -uous backw ash in the backw ash performance and t hat the expansive flow aerobic biofilter was superior to the uniform flo w aerobic biofilter in the performances o f both backwash process and filter bed r ecovery.T hen the optimal co mbina -tion of the tw o facto rs i.e.the co mbinat ion of impulse backw ash mode and ex pansive flow filter w as determined.U nder t he fixed filtration co nditions,the appropriate impulse backw ash parameters of expansive aerobic biofilter were deter -mined as fo llows:the backwash air -flow intensity was 8~10L/(s #m 2),the backwash w ater -flow intensity w as 2~4L /(s #m 2),and the backw ash duration was 5min.Keywords:ex pansive flo w aerobic biofilter;uniform flow aerobic biofilt er;impulse backwash;continuous backwash;fi-lter bed recovery曝气生物滤池集生物膜的强氧化降解能力和滤层截留效能于一体,是一种适合大规模回用、高效、低耗的污水再生工艺.而运行一定时间后,滤层需要通过反冲洗进行再生.反冲过程要求达到释放截留的悬浮物,不损害并更新生物膜的多重目的.因此,反冲洗是保证曝气生物滤池运行效能的关键步骤.本研究就反冲方式、池型对照和确定反冲参数3方面分别探讨曝气生物滤池反冲洗的相关问题.1 曝气生物滤池反冲洗方式111 气水连续反冲洗与脉冲反冲洗的机理气水反冲洗过程中综合了空气剪切、摩擦和水流剪切、摩擦以及滤料颗粒间碰撞摩擦的多重作用[1].反冲水使滤料略有流化以减小滤料间的摩擦阻力,使滤层底部进入的小气泡合成不易分散的大气泡穿越滤层.由于气泡较大,对滤层扰动范围也较大,增强了滤料间的碰撞摩擦;同时气流还强化了水流的剪切和碰撞作用[2].总之,气泡高速浮升产生的泡振作用和气泡尾迹的混掺作用以及气泡在浮升过程中出现的尾迹效应是气水反冲效果较佳的主要原因[3].反冲滤层的运动状态可分解为3个阶段:反冲开始的滤层变速膨胀阶段、滤层悬浮平衡阶段和后期的悬浮滤层沉降阶段.由于第一阶段的特征是滤层变速膨胀,颗粒拥挤上升,碰撞摩擦剧烈,再加上反冲气/水的剪切、摩擦作用第24卷第5期2003年9月环 境 科 学ENVIRONM ENTAL SCIENCEV ol.24,N o.5Sep.,2003使滤料净化效率最高;而第2和第3阶段颗粒碰撞摩擦的机会极少使碰撞摩擦作用减弱,而且反冲气/水对滤料的剪切和摩擦强度也会由于滤层处于平衡状态而有所降低,因此冲洗效果主要取决于第1阶段.本文所讨论的脉冲反冲是脉冲气冲和连续水冲的组合.一定强度的反冲气流瞬间进入滤层,与连续水流共同使滤层处于变速膨胀状态,生物膜及杂质在强烈的剪切、碰撞作用下快速脱落.瞬间气流脉冲过后,当膨胀滤层逐渐稳定并沉降,尚未达密实状态时再次开气,于是滤层又开始另一周期剧烈的状态变化,其中水流始终起到均匀反冲并漂洗滤层的作用.频繁操作的结果是使滤层始终处于气水反冲过程的第一阶段,强化了反冲过程,从而在耗水、耗气量小的情况下,保证了较高的反冲效率[4].112不同池型曝气生物滤池中2种反冲方式对照试验选取2种池型即扩展流与均匀流曝气生物滤池进行气水连续反冲与脉冲反冲的对照试验.其中扩展流好气滤床为进水端<150mm,出水端<400mm,高度1700mm的倒置圆台体,均匀流滤床为<200mm,高度1700m m的圆柱体. 2柱均采用升流式过滤方式,均充填多孔陶粒滤料,陶粒平均粒径4171mm,形状系数0163,真实密度1151g/cm3,堆积密度0186g/cm3.2种反冲方式都采用连续进水,区别仅在于脉冲反冲为瞬时、间歇进气,连续反冲为连续进气.采用相同的反冲气、水强度分别为10 L/(s#m2)和2121L/(s#m2).以反冲液总固体含量逐时变化指示膜脱落情况.图1、2为2滤柱在不同反冲过程中反冲液固体含量的逐时变化曲线,其趋势基本一致,即开始3m in内2种方式差异较小,以后反冲液浓度逐渐拉大.因为最先脱离滤床的是松散地弥合于滤料缝隙间、老化且已脱落的生物膜和携带杂质,由于2种方式皆可迅速冲脱这部分物质,因而差距较小;随后在曲线峰值前的过渡段显示了滤料表面生物膜的剥落过程,2种反冲方式对膜剥落机制和效率的不同,关系到脱落生物膜量的变化和剥离膜脱离滤层的速度,两者共同作用的结果就反映为各曲线的过渡段长度不同,峰值大小和位置的不同.此过程反映为图中气水连续反冲曲线的过渡段较脉冲方式历时长,曲线峰值不突出并相对滞后,说明相同时段内杂质及膜脱落量低,即反冲时间长、反冲效果差.从观察试验对比,气水连续反冲只能使滤层下段700~800mm滤层剧烈窜动,间断出现缝隙并跌落,上部滤层几乎不动;脉冲反冲使整体滤层似蛇形窜动并频繁地脉动,滤层翻卷剧烈,此差异在扩展流滤层尤为明显.图1扩展流滤柱2种方式反冲液总固体含量逐时变化曲线Fig.1Relation betw een total solids of backw ash liquor and backwash duration for tw o backwash regimesin emanative flow aerobic bi ofi lter图2均匀流滤柱2种方式反冲液总固体含量逐时变化曲线Fig.2Relation betw een total solids of backw ash liquor and backwash duration for tw o backwash regimesin uniform flow aerobic biofilter上述现象可从反冲机理得到解释,反冲洗过程可概括为在限定条件下最大程度地破坏反冲气、水和滤层组成的三相流体相对平衡状态的过程,只有打破平衡造成相间最大程度的紊乱,才能最大效能地发挥摩擦碰撞和循环混合作用,使滤料颗粒净化.而脉冲反冲正是通过造成滤床频繁地变速膨胀-跌落,加剧了颗粒间的碰撞摩擦,并且强化了水流的剪切和碰撞作用使生物膜快速脱落,同时脉冲气流促使滤床急剧膨胀、流化的过程也加强了对脱落生物膜及杂质的携带作用.2种作用联合使脉冲反冲效率得到了提高.2不同型式曝气生物滤池脉冲反冲效果及滤层对COD C r去除效率的恢复如前所述,曝气生物滤池通过反冲洗不仅要求释放截留的悬浮物还要求对生物膜进行更新和恢复,因此衡量池型对反冲的影响应采用反冲效率和滤层恢复速度的双重尺度.对照试验以相同的反冲气水强度[气冲强度10L/(s# m2),水冲强度2121L/(s#m2)]为基准,以相同工况的扩展流和均匀流曝气生物滤池为考察对象.由于两滤床均采用升流式过滤,致使运行周期末生物膜量的空间分布为:下段由于底物负荷高而生物膜量多、菌群含量丰富且活性较高,而上段由于底物负荷降低、营养贫瘠,造成生物膜量少、菌群含量少且活性较差.因此在反冲过程中,当下段脱落膜大量排入反冲液时,就会达到反冲液总固体含量的峰值.由图3、4可见,扩展流滤柱的反冲时间较均匀流大大缩短,反冲后扩展流比均匀流恢复速度快且稳定后滤层除污效率高.此结果可解释为:扩展流滤床反冲时流速分布在滤床上下不同截面和同一截面内是变化的.在不同截面内,上部流速小,下部流速大;在同一截面内,中间流速大,周边流速小.流速分布不同使滤层形成了从中间向边壁的整体循环置位运动[5].整体滤层的循环置位不仅促进反冲滤床的流化-脉动,加剧滤料颗粒的碰撞摩擦,达到最佳的反冲状态[6],而且气/水扫洗和滤料运动携带作用联合可使脱落生物膜加速脱离滤床,改善反冲效果;适当强度下,滤层的循环运动还使下段附着丰富、活性菌群的滤料与上段菌群含量少且活性差的滤料发生置换,使剧烈冲脱的活性生物膜在上段适当蓄积,从而反冲后只需短暂的稳定,上段滤床的去除能力便立即发挥出来,维持着下段生物膜未成熟前滤床效率的稳定,体现为恢复较快.图3反冲液总固体含量逐时变化Fig.3Relation betw een total solids of backwashliquor and backw ash duration图4CO DCr去除率逐时恢复曲线Fig.4Relation betw een COD Cr removal andfilter bed recoverv time而均匀流滤床反冲时整个滤层上下和每个横截面上流速分布大致均匀,反冲时滤床随气、水压力急剧升高整体瞬间膨胀,并随压力渐趋均衡出现局部滤层跌落,在膨胀、跌落过程中相邻滤层间摩擦碰撞,虽然也有脉冲气流的尾迹效应导致周边滤料的循环混合,但相应的滤料颗粒摩擦碰撞的范围和强度远小于扩展流滤层整体的循环运动,因而膜脱落较慢且不均匀,而且脱落的生物膜及杂质仅由气/水扫洗、卷带出滤床,由于没有滤料大范围循环运动的携带作用,使其脱离滤床的速度较慢,反映为图3中均匀流曲线变化平缓.由于反冲时滤床各点受力相同,使各点膜脱落情况一致,则反冲后滤床的恢复仅靠生物膜的重新附着、生长,所以恢复较慢.3扩展流曝气生物滤池脉冲反冲强度和反冲时间的确定反冲强度和反冲时间是衡量曝气生物滤池反冲效果的重要参数.试验针对运行周期为10d的扩展流曝气生物滤池,进行了强度和历时的研究.311反冲气、水强度的确定试验首先固定水冲强度2.21L/(s#m2),对比6~8、8~10和10~12L/(s#m2)3个强度的气冲效率;再固定气冲强度为10L/(s#m2),对比1~2、2~4和4~6L/(s#m2)3个强度的水冲效率,由对比分别选择控制范围.由图5、6可见,气冲强度变化对反冲效率的影响明显大于水冲强度变化的影响.这是因为反冲气流可使滤层产生远大于水流的速度梯度[7],脉冲气流-连续水流的反冲方式使气流的这一特性得到强化,所以反冲气流是决定性因素,其中反冲水流只能起到减小滤料间摩擦阻力和对滤层漂洗的辅助作用.当气冲强度6~8L/(s#m2)时,反冲气流在滤层底部分散的小气泡不能合成大气泡而是沿滤料空隙迅速上升,此时滤床无搅动、膨胀现象,只是滤层中下段发生蠕动.生物膜及杂质的剥落仅通过低强度水流的剪力和分散气泡引起的小范围滤料的碰撞摩擦作用,并仅由水流的漂洗脱离滤床,因而反冲液中总固体含量较低且逐时变化不明显;当气冲强度增加到8~ 10L/(s#m2)时,在滤层底部即可形成大气泡,并以不连续的方式跳跃上升,引起整个滤层剧烈的碰撞摩擦,同时滤层具有流化-脉动和循环置位现象,提高了反冲效率;当气冲强度增大到10~12L/(s#m2)时,伴随着反冲滤层更加剧烈的流化-脉动,滤床轴心区由于气流速度较高易发生/短流0现象,即滤料在气流急速的携带下未经与周边滤层的循环混合而直接进入反冲液,造成滤料大量流失.经对比选择气冲强度控制范围为8~10L/(s#m2).图5不同气冲强度下反冲液总固体逐时变化Fi g.5Relation between total solids and backw ashliquor and time for different backwash air-flow图6不同水冲强度下反冲液总固体逐时变化Fig.6Relation betw een total solids of backw ash liquorand time for di fferent backwash w ater-flow固定气冲强度为10L/(s#m2),当水冲强度低至1~2L/(s#m2)时,不仅削弱了水流的剪力降低反冲效率,而且反冲水输泥能力低,不能及时漂洗滤层,更不能快速排放滤层循环携带至反冲液中的膜及杂质,致使反冲液总固体浓度峰值迟到并且平缓,影响反冲效果;当水冲强度调至2~4L/(s#m2)时,不仅增强了反冲水的输泥能力而且降低了滤料的摩擦阻力使气冲效能得到加强,明显提高反冲效率;水冲强度继续增大至4~6L/(s #m 2)时,高速的冲洗水不仅会携带滤料至反冲液中而且易使床层发生明显膨胀,而气水冲洗滤床最佳的运动状态应是产生搅动但又无较大膨胀[8],因此水冲强度不宜过高.经分析选择水冲强度控制范围为2~4L/(s #m 2).312 反冲时间的确定生物膜的形成首先是单体或聚集的细胞在滤料表面附着,形成薄层的活性生物膜,在对底物的代谢过程中,膜内菌群增生并生成大量的胞外聚合物,使膜厚增加;厚生物膜多孔的缠结结构[9]使其具有很强的吸附能力[10],因此膜外层多聚物的孔隙内常吸附大量的无机杂质.此时生物膜量的继续增长主要为非活性物质的积累,形成活性降低的生物膜层;当生物膜厚度增到使底物和DO 的传输不能到达底层时,生物膜深处会形成厌氧区,此时生物膜容易脱落[9].根据生物膜增长阶段不同可分为2种膜结构:一种为新生结构,包括基层活性膜层和外层非活性膜层(多由胞外多聚物及吸附于内的无机物构成);另一种为老化结构,分为底层厌氧区和外层好氧区.在运行周期末,老化生物膜常自行脱落并夹杂于滤料缝隙.由于不同的膜层内有机与无机物质相对含量不同,因此以反冲液中有机与无机固体的相对含量表示生物膜的剥落程度.图7中反冲液有机固体与无机固体含量比值的变化曲线以5min 处为谷值,经过平稳下降段、急速下降段、并由渐缓下降段过渡到谷值后的渐进升高段.此间相应的反洗液中固体含量变化为:最初3min 内为有机、无机和总固体含量的平行稳定上升;然后在有机/无机含量的谷值之前发生有机与无机含量的加速上升,而以无机含量的上升更快,此时两者叠加的总固体含量也为急速上升;在有机/无机含量的谷值之后,有机含量仍以恒定速度快速上升,而无机含量则保持低速上升,两者叠加的总固体含量上升趋势渐缓.此现象可解释为:反冲初期最快脱离滤床的是滤料空隙弥合的、比较轻的、老化生物膜体.相对于滤料上牢固附着的生物膜量,其含量较少,但总的有机体含量远远大于吸附截留的无机杂质,且两者相对含量较为恒定,反映为有图7 反冲液分析指标逐时变化Fig.7 Rel ation betw een the backw ash ti m e andthe properties of backwash liquor机与无机含量比值较高且图中各曲线变化平稳;随着滤层内易脱落的老化膜量减少,滤料上牢固附着的生物膜在剧烈的剪切和碰撞摩擦作用下大量进入反冲液,首先剥落的为外部膜层,主要为大量的胞外多聚物及长期吸附于内的无机杂质.脱落生物量的急剧增加使各曲线上升幅度较大.由于外层多聚物的多孔性使截留并镶嵌于内的无机成分含量在所有生物膜层为最高,此时无机含量上升幅度最大,显示为有机与无机含量比值下降速度逐时加快;当内层生物膜进一步脱落时,由于内层生物膜致密且空隙率大大降低[11],加上无机颗粒的渗透力减弱使内层无机成分减少,由于有机成分在各层的含量较为恒定[12],使有机含量继续均匀上升并具有绝对优势,此时有机与无机含量的比值出现逐渐升高的趋势.由上述分析知,反冲5min 为内层有机膜层脱落的起点.试验对比了不同反冲时间滤层的恢复速度.图8中曲线表明,滤层反冲5min 恢复比反冲10min 快近9h.结合上述分析可知,反冲5min 时滤料表层的有机活性生物膜层仍有适当保存,反冲后滤层只需短暂的稳定即可达到较高的COD Cr 去除效率,而反冲10min 则使生物膜几乎全部冲脱,滤层的恢复仅依赖于生物膜的重新形成,因而速度较慢.图8 不同反冲时间滤层去除COD C r 的效率恢复曲线Fig.8 Relation betw een COD Cr removal and filterbed recovery time4 结论(1)由于脉冲气冲-连续水冲的反冲方式使反冲过程的第一阶段得到强化,提高了反冲效率,不同池型的试验结果皆证明脉冲反冲好于气水连续反冲.(2)扩展流曝气生物滤池的池型优化了反冲过程,使反冲效率和滤层恢复速度都超过均匀流曝气生物滤池.(3)反冲方式对反冲效率的影响大于滤池池型的影响.(4)试验确定扩展流曝气生物滤池脉冲气流强度为8~10L/(s #m 2),连续水冲强度为2~4L/(s #m 2).(5)曝气生物滤池反冲后的恢复速度决定于滤料上活性生物膜层的存在与否,因此反冲时间的确定应以避免基层有机生物膜层的脱落为准.试验确定扩展流脉冲反冲时间为5m in.参考文献:1 刘荣光,罗辉荣,汪义强等.滤池气水反冲洗机理综述与初探.重庆建筑大学学报,1998,20(6):7~11.2 吴光春,唐传祥.快滤池气水反冲洗技术的研究与设计.化工给排水设计,1995,4:1~6.3 袁志宇,陈晓如,李传志等.悬移式气水连续反冲洗机理探讨.给水排水,1999,25(5):21~24.4 邹伟国,孙群,王国华等.新型BIOSM EDI 滤池的开发研究.中国给水排水,2001,17(1):1~4.5 王祥权.正向变截面滤床.给水排水,1993,19(1):20~24.6 Davi d Hall,Caroline S,B Fitz patrick.Research note )))spec -tral analysis of pressure variations during combined air and w ater backwash of rapid gravity 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