摘要：生物接触氧化法作为给水生物预处理工艺，近年来得到了日益广泛的工程实际应用。本文对给水生物接触氧化法预处理工程中常用的两种曝气系统（微孔曝气器曝气和穿孔管曝气），作了充氧性能、系统造价、运行成本及运行管理等方面的比较研究。研究表明，在实际工程应用中，采用微孔曝气器的曝气系统优于采用穿孔管的曝气系统。

关键词： 微孔曝气器 生物接触氧化池 穿孔管 充氧性能 运行成本

近些年来，随着工农业的迅速发展，城市化建设加快，城市人口膨胀，引起了城市工业与生活用水大量增加；同时，相应的污染排放量也在逐年增加，导致了饮用水水源普遍受到污染，饮用水水质恶化。在给水处理领域中引入生物预处理，已成为微污染水源水处理的技术发展方向和有效手段之一。在我国，给水工程实践中常用生物接触氧化法作为生物预处理工艺。在该方法中，曝气系统的选择直接关系着整个生物预处理工艺的充氧性能、处理效果、运行成本和管理操作。本文结合中试试验和工程实践对这两种不同曝气系统作了多方面的比较与分析。

1 生物接触氧化池的两种曝气系统

为提高氧的利用率，生物接触氧化池宜采用气水逆向流设计。一般用鼓风机鼓风曝气，曝气设备分布于池底；气流自下向上流经填料区，水流自上向下流经填料区。曝气系统一般采用微孔曝气系统或穿孔曝气系统。

微孔曝气系统一般采用膜片式微孔曝气器作为曝气设备，池中填料一般采用弹性填料，设计气水比一般取0.7左右。

穿孔曝气系统采用穿孔管作为曝气设备，池中填料可采用颗粒填料或弹性填料，设计气水比一般取1左右。

2 充氧性能比较

通过对中试装置的清水充氧试验，对两种不同曝气方式的标准状态充氧性能作了测试，并对以下几项充氧性能评定指标作了比较与分析。

(1) 标准状态下的氧总转移系数KLas（h-1）——曝气器在标准状态(水温20℃、1atm大气压强)的测试条件下，在单位传质推动力作用时，单位时间向单位体积水中传递氧的数量；

KLas=KLa(T)·1.024(20-T)　　　　　　 (1）

式中 KLa(T)——水温为T℃条件下，氧气的总转移系数（h-1）；

T——测定时的实际水温（℃）。

KLa(T)=2.303lg[(c3-c1)/(c3-c2)]×［60/(t2-t1)] 　　（2）

式中 Cs——液体中的氧气溶解度（mg/L）；

C1、C2——在t1、t2时间（以min计）所测得的氧气浓度（mg/L）。

(2) 氧气转移率dc/dt（mg/L.h）——曝气器在标准状态的测试条件下,单位体积内氧气的转移速率；

dC/dt=KLas·Cs(20) 　　　　　　　　　　（3）

式中 dC/dt ——单位体积内氧气的转移速率，简称氧气转移率（mg/L.h）；

Cs(20)——标准状态下的氧气在清水中的溶解度，Cs(20)=9.17mg/L。

(3) 充氧能力R0(kgO2/h)——曝气器在标准状态的测试条件下，单位时间向溶解氧为零的水中传递的氧量:

R0=KLas·V·Cs(20)·10-3 ,（kgO2/h） 　　　　(4)

式中 V——液体体积（m3）。

(4) 氧利用率EA（％）——曝气器在标准状态的测试条件下，传递到水中的氧量占曝气器供氧量的百分比：

EA=(R0/S)×100%　　　　　　　 （5）

式中 S——供氧量(kgO2/h)；

S=0.21·1.331·GS

其中 0.21——空气中氧所占比例；

1.331——标准状态下氧的容重(kg/m3)；

GS——供给空气量(m3/h)。

(5) 充氧动力效率EP（kgO2/kW.h）——曝气器在标准状态的测试条件下消耗1kW.h有用功所传递到水中的氧量。

Ep=R0/N 　　　（kgO2/KW.h） （6）

式中 N ——消耗功率计算值；

N=HGsγ/102 （kW）

其中　H ——空气压力(kg/cm2)；

γ——标准状态下的空气容重，γ =1.205(kg/m3)。

摘要： 曝气生物滤池（Biological aerated filter：BAF）处理污水是近年来开发出的污水处理工艺，已在欧美和日本广为流行，但在我国研究甚少。曝气生物滤池最大的特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体，节省了后续沉淀池（如二沉池）。此外，该处理工艺容积负荷、水力负荷大，占地面积、基建投资少，氧转移率高，出水水质好等特点。

关键词： 曝气生物滤池 填料的研究进展 污水处理技术

曝气生物滤池（Biological aerated filter：BAF）处理污水是近年来开发出的污水处理工艺，已在欧美和日本广为流行，但在我国研究甚少。曝气生物滤池最大的特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体，节省了后续沉淀池（如二沉池）。此外，该处理工艺容积负荷、水力负荷大，占地面积、基建投资少，氧转移率高，出水水质好等特点。

1 曝气生物滤池污水处理技术的发展

在城市污水的治理领域，传统的污水处理工艺，如传统活性污泥工艺及其变形工艺、生物氧化沟工艺、生物脱氮除磷工艺（A/O法、A/A/O法及其改进工艺）。A-B工艺和SBR工艺等，处理的水质能达到排放水的一般要求，但不能达到城市 一般回用水标准，而且投资和占地面积大，难于管理。例如活性污泥法，其研究、应用、改进已有很长的历史，目前在世界上仍占优势地位，但同时也存在一些难以克服的缺点。因此，近十几年来，各种废水处理新技术不断涌现。

在欧洲，为了适应新的标准[1-2]，陆续开发了一系列新的污水处理技术，曝气生物滤池从中脱颖而出。它首先被用作三级处理，后来发展成直接用于二级处理[3]。自第1套建在靠近巴黎的sois-sons污水处理厂的装置投产运行以来[4]，已在欧、美和日本等发达国家广为流行，目前世界上已有几百座污水处理厂应用了这种技术。曝气生物滤池不仅用于水体富营养化处理，而且广泛地用于生活污水、生活杂排水和食品加工、水果蔬菜罐头、鱼肉制品、酿造和造纸等工业废水处理中。

2 填料在曝气生物滤池中的核心地位

曝气生物滤池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。其工作原理主要有过滤、吸附和生物代谢[5]。滤池工作时，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；同时，因污水流经时，滤料呈压实状态，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；此外，填料及附着其上生长的生物膜对溶解性有机物具有一定的吸附作用。运行一定时间后，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，此为反冲洗过程。曝气生物滤池正是通过这样反复的周期性运转来处理污水的。

填料作为曝气生物滤池的核心组成部分，影响着曝气生物滤池的发展。曝气生物滤池发展过程中依次出现过3种不同的形式[1、6-7]：BIOCARBONE，BIOFOR和BIOSTYR，采用的填料各不相同。BIOCARBONE采用的是石英砂粒；BIOFOR采用的是轻质陶粒；BIOSTYR采用的则是密度比水小的聚苯乙烯球形颗粒。石英砂粒由于密度大，比表面积、孔隙率小；当污水流经滤层时阻力很大，生物量少，因此滤池负荷不高、水头损失大。轻质陶粒和聚苯乙烯作填料时，由于密度小，比表面积、孔隙率大，生物量大，因此滤池负荷较大，水头损失较小。国外的实际运行表明，BIOFOR和BIOSTYR明显优于BIOCARBONE。

事实上，BAF性能的优劣很大程度上取决于填料的特性，填料的研究和开发在BAF工艺中至关重要，为此，英国、美国和印度等国已制定了曝气生物滤池所用滤料的相应标准，法国德利满公司对应用于曝气生物滤池的滤料也制定了相应的说明书及测试规范，可见各国对曝气生物滤池的滤料都有严格的要求。

3 填料的研究进展

曝气生物滤池所用填料，根据其采用原料的不同，可分为无机填料、有机高分子填料；根据填料密度的不同，可分为上浮式填料和沉没式填料。无机填料一般为沉没式填料，有机高分子填料一般为上浮式填料。常见的无机填料有陶粒、焦炭、石英砂、活性炭、膨胀硅铝酸盐等，有机高分子填料有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等。

国外，Rebecca Moore等[8]研究了尺寸范围分别为1.5～3.5mm和2.5～4.5mm的填料对曝气生物滤池处理效果的影响，发现小颗粒（1.5～3.5mm）填料虽然有利于脱氮，但不适应高的水力负荷；而大颗粒（2.5～4.5mm）填料虽然改善了滤池操作条件，减少了反冲洗的次数，但不利于脱氮和SS的去除。这为曝气生物滤池填料在尺寸要求上提供了一定的依据。Allant[9]等人研究结果表明：上浮式填料比沉没式填料对SS、有机物的去除率高，更耐有机负荷和水力负荷冲击。Won-Seok Chang[10]等以天然沸石和砂粒为填料研究BAF对纺织废水的处理效果发现：天然沸石对纺织废水的处理效果优于砂粒的处理效果，这是因为天然沸石具有更强的阳离子交换能力和更大的比表面积。这说明轻质填料取代高密度填料是曝气生物滤池污水处理技术发展过程中的必然趋势。