生物接触氧化法与生物滤池的异同点

2023年12月31日发(作者：凋零的近义词)

水污染控制工程

生物接触氧化法与曝气生物滤池的异同点以及应用

1.生物接触氧化法特点

生物接触氧化法是一种兼有活性污泥法和生物膜法特点的一种新的废水生化处理法。这种方法的主要设备是生物接触氧化滤地。在不透气的曝气地中装有焦炭、砾石、塑料蜂窝等填料，填料被水浸没，用鼓风机在填料底部曝气充氧；空气能自下而上，夹带待处理的废水，自由通过滤料部分到达地面，空气逸走后，废水则在滤料间格自上向下返回池底。活性污泥附在填料表面，不随水流动，因生物膜直接受到上升气流的强烈搅动，不断更新，从而提高了净化效果。生物接触氧化法具有处理时间短、体积小、净化效果好、出水水质好而稳定、污泥不需回流也不膨胀、耗电小等优点。

1、进水采用进水堰的方式，进水与进气逆向，增加水与生物膜的接触面积。具有活性污泥法的优点，辅以机械设备供氧，生物活性高，泥龄短；

2、载体生物填料采用新式生物浮球，球内能固定和包藏生物膜。不用填料固定支架，可以解决修理更换的困难。采用新式罗茨鼓风机供气，充氧设备采用微孔曝气器。

3、由于填料比表面积大，池内充氧条件良好，池内单位容积的生物固体量较高，因此，生物接触氧化池具有较高的容积负荷,耐冲击负荷能力强；

4、由于生物接触氧化池内生物固体量多，水流完全混合，故对水质水量的骤变有较强的适应能力,能分解其它生物处理难分解的物质；

5、剩余污泥量少，不存在污泥膨胀问题，运行管理简便。

6。生物膜只能自行脱落，剩余污泥不易排走，滞留在滤料之间易引起水质恶化，影响处理效果。

2.曝气生物滤池的特点

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四。其主要工艺特点为：

(1)用比表面积较大粒状滤料作为生物载体．如陶粒、瓷粒、焦炭、石英砂、活性炭、聚苯乙烯滤料等，可在滤料表面保持较高的生物量．易于挂膜且稳定运行，但滤料密度的选择不慎或运行时参数不合适会造成滤料随出水或反冲洗出水流失：

(2)生物相复杂，菌群结构合理，反应器内具有明显的空间梯度特征．能耐受较高的有机和水力冲击负荷．不同的污染物可以在同一反应器被渐次去除．同步发挥生物氧化作用、生物吸附絮凝和物理截留作用，出水水质好。可满足回用要求。由于大量的微生物附着生长在粗糙多孔的粒状滤料内部和表面．可以保持一定的微生物活性．处理设施可间歇启动运行．有利于系统的恢复启动：

(3)区别于一般生物滤池及生物滤塔，在去除BOD、氨氮时需进行曝气．由于粒状滤料层具有

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较高的氧转移效率，曝气量低．运行能耗较低．硝化和反硝化效率高：

(4)高的生物膜活性，具有生物氧化降解和截留悬浮固体的双重功能．生物处理单元之后不需再设二次沉淀池：

(5)预处理要求较高，一般要对原水进行预处理以降低进水的SS，需要如隔栅、沉砂池、初沉池这样的设施。尤其滤池在二级处理的情况下，往往要投加药剂才能达到降低SS的要求．不仅增加了运行费用，而且降低水的碱度，影响反硝化效果；

(6)需定期进行反冲洗，清洗滤池中截留的悬浮固体，同时更新生物膜。

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国内外发展情况

世界上首座曝气生物滤池于1981年在法国投产，随后在欧洲各国得到广泛应用。美国和加拿大等美洲国家在20世纪80年代末引进此工艺，日本、韩国和中国台湾也先后引进了此项技术。目前世界上较大的环保公司如法国得利满公司、德国菲力普穆勒公司、法国VEOLIA公司均把它作为拳头产品在全世界推广。在中国内地，曝气生物滤池正处于推广阶段。大连市马栏河污水处理厂是我国第一个采用曝气生物滤池工艺的城市污水处理厂（由东北市政院设计），广东新会东郊污水处理厂采用了水解——曝气生物滤池污水处理工艺（由中冶马院设计）。 我国一部分工业废水的处理也采用了此项技术。国内许多科研设计单位对曝气生物滤池也进行了试验研究。随着曝气生物滤池在世界范围内不断推广和普及，很多学者在其结构形式、功能、启动和滤料等方面进行了具体的研究，取得了很多成果。

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BIOSTYR工艺

BIOSTYR是法国OTV公司的注册水处理工艺技术，由于采用新型轻质悬浮填料--BIOSTYRENE（主要成分是聚苯乙烯，且比重小于1g/cm3）而得名。下面以去除BOD、SS并具有硝化脱氮功能的反应器为例说明其工艺结构与基本原理。 BIOSTYR工艺是一种上流生物滤池，是一种运行可靠、自动化程度高、出水水质好、抗冲击能力强和节约能耗的新一代污水处理革新工艺，工艺成熟高效。污水通过滤料层，水体含有的污染物被滤料层截留，并被滤料上附着的生物降解转化，同时，溶解状态的有机物和特定物质也被去除，所产生的污泥保留在过滤层中，而只让净化的水通过，这样可在一个密闭反应器中达到完全的生物处理而不需在下游设置二沉池进行污泥沉降。 滤池底部设有进水和排泥管，中上部是填料层，厚度一般为2.5～3.5m，为防止滤料流失，滤床上方设置装有滤头的混凝土挡板，滤头可从板面拆下，不用排空滤床，方便维修。挡板上部空间用作反冲洗水的储水区，其高度根据反冲洗水头而定。 该区内设有回流泵用于将滤池出水泵至配水廊道，继而回流到滤池底部实现反硝化，在不需要反硝化的工艺中没有该回流系统。填料层底部与滤池底部的空间留作反冲洗再生时填料膨胀之用。 滤池供气系统分两套管路，置于填料层内的工艺空气管用于工艺曝气(主要由曝气风机提供增氧曝气)，并将填料层分为上下两个区：上部为好氧区，下部为缺氧区。根据不同的原水水质、处理目的和要求，填料层的高度不同，好氧区、厌氧区所占比例也相应变化；滤池底部的空气管路是反冲洗空气管。该工艺具有如下特点：上流滤池，底部渠道进配水，顶部出水； 滤料比重小于1；穿孔管曝气，节省设备投资和维护费；滤头在滤池的顶部，与处理后水接触，易于维护；重力反冲洗，无须反冲洗水泵； 工艺空气和反冲洗用气共用鼓风机；曝气管可布置在滤层中部或底部，在同一池中可完成硝化、反硝化功能。

Biofor工艺

Biofor（生物过滤氧化反应池）是得利满水务继滴滤池、Biodrof干式过滤系统之后的专为污水处理厂设计的第三代生物膜反应池。与其它类型的生物过滤工艺相比，Biofor主要具有下列特性： ①向上流生物过滤 进水自滤池底部流向顶部，上流过滤在滤池的整个高度上持续提供正压条件，与下向流过滤相比提供了许多优势。 ②使用特制的过滤及生物膜支持煤介：Biolite生物滤料 确保获得较高的生物膜浓度和较大的截留能力，并加长了运行周期。

③高性能曝气 Biofor采用了特制的曝气头：它不仅能高效的供氧，而且节约能源、使用安全、易于操作和维护。 ④流体完全均匀的分布 空气和水流为同向流。Biofor生物滤池的滤板配有25UB33e滤头，该滤头的防阻塞设计通过均匀的配水使过滤效果优化。

BIOSMEDI工艺

上海市政院邹伟国等开发了一种名为BIOSMEDI的曝气生物滤池，它采用脉冲反冲洗、气水同向流的形式，可用于微污染源水预处理或污水深度处理。 BIOSMEDI生物滤池是上海市政工程设计研究院针对微污染原水开发的一种新型生物滤池，该滤池以轻质颗粒滤料为过滤介质，滤料比重较小，一般约在0.1左右，粒径的大小为4～5mm左右，比重及粒径的大小可根据实际需要选择确定，这种滤料具有来源广泛、滤料比表面积大、表面适宜微生物生长、价格便宜（300～500元/立方米）、化学稳定性好等一系列优点。 BIOSMEDI生物滤池原理： 滤池上部采用钢筋混凝土板（板上采用倒滤头出气和水）抵制滤料的浮力及运行的阻力。在滤层下部，用混凝土板或钢板分隔在滤层下部形成气囊，在反冲洗时下部形成空气室。 原水从进水阀进入气室，通过中空管进入滤层，在滤料阻力的作用下使滤池进水均匀，空气布气管安装在滤层下部，空气通过穿孔布气管进行布气，经过滤层去除水中的有机物、氨氮后，出水经倒滤头进入上部清水区域排出。 滤池反冲洗采用脉冲冲洗的方法，首先关闭进水阀及曝气管，打开滤池下部的反冲洗气管，在滤层下部形成一段气垫层，当气垫层达到一定高度后，此时瞬时把气垫层中的空气通过阀门或虹吸的方法迅速排空，此时滤层中从上到下冲洗的水流量瞬时忽然加大，导致滤料层忽然向下膨胀，脉冲几次后，可以把附着在滤料上的悬浮物质脱落，再打开排泥阀，利用生物滤池的出水进行水漂洗，可有效地达到清洁滤料的目的。 具有以下优点： ①、较小的滤层阻力；采用气水同向流，

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避免了气水逆向流时水流速度和气流速度的相对抵消而造成能量的浪费，另外，滤料粒径较均匀，大大增加滤层的孔隙率，减少滤池运行时的水头损失。②、价格低、性能优的滤料；滤料具有来源广泛、滤料比表面积大、表面适宜微生物生长、价格便宜（一般价格低于500元/立方米）、化学稳定性好；滤料比表面积大，有利于氧气的传质，大大提高了充氧效率，布气可采用穿孔管布气即可，节省工程投资。 ③、独特的脉冲反冲洗形式；传统的水反冲、气水反冲均难以奏效，该滤池采用独特的脉冲反冲洗方式，不需要专门的反冲洗水泵及鼓风机，是一种高效、低能耗的反冲洗形式。

曝气生物滤池的应用范围较为广泛，其在水深度处理、微污染源水处理、难降解有机物处理、低温污水的硝化、低温微污染水处理中都有很好的、甚至不可替代的功能。 在低温污水中，西宁第二污水处理厂由于冬季最低水温约6℃，为了解决硝化问题，在可行性研究报告报告中就推荐了曝气生物滤池+A2/O处理工艺。在广东新会4万立方米/吨污水处理厂（BOT特许权项目）项目中，首次应用于国内生活污水处理工程中并获得成功，其工艺为水解+二级曝气生物滤池（设CN池与N池二级），该项目已经投产运行。在难降解有机物处理中，青岛啤酒（徐州金波）有限公司废水处理工程中，再用了水解酸化+曝气生物滤池处理工艺，从运行上看，选用的工艺是满足要求的。在中水回用中，大连马栏河污水处理厂工程，采用的是法国得利满A3D+BIOFOR工艺技术，出水水质达到三级标准，日处理污水12万吨，其中4万吨出水可回用于城市绿化，建筑施工，工业等。山西临汾中水回用工程中，二级处理的出水作为水源，为了解决其氨氮这一指标，该工程采用曝气生物滤池作为预处理单元。

在国内，猪场粪便污水处理工程，印染废水处理工程，肠衣加工废水处理工程，淀粉废水处理工程等中都有应用。

问题与前景

作为一种崭新的水处理工艺——曝气生物滤池正处在推广之中。根据目前的研究和应用情况，今后仍有很多问题有待研究： 生物膜的特点及其快速启动的方式；生物氧化功能和过滤功能之间的相互关系；反冲洗过程中生物膜的脱落规律；进一步拓宽曝气生物滤池的应用范围，研究其在水深度处理、微污染源水处理、难降解有机物处理、低温污水的硝化、低温微污染水处理问题中如何与其他工艺相结合。 曝气生物滤池中核心介质――滤料的研究也会促进该工艺在中国的应用的范围，BIOSTYR、Biofor两种工艺功能比较强大，但在中国大范围的应用仍存在问题，如专利问题，再有它们从投资上都比较大，这也阻碍了这两种工艺在中国的大范围的应用。 所以特种滤料的的研究与生产的国产化将是曝气生物滤池在国内大范围的应用的关键。

生物接触氧化法

加压生物接触氧化法通过简单的“加压”方式有效提高了污染物去除率。处理生活污水的试验表明，当压力为0.2Mpa，停留时间为0.8小时，气水比为3-4：1时，处理出水的COD、BOD5、SS等污染物浓度可达到一级排放标准。与常压法相比，污染物去除率提高了10%-18%，停留时间仅为常规生物处理法的1/3-1/4。因此，该法具有处理效果好、处理时间短、占地少、适用性强、耐冲击负荷的特点，特别适合城镇小区生活污水处理成套设施的建设

(1)加压生物接触氧化法通过简单的“加压”方式提高了污水中污染物去除率,缩短了生化反应时间。其高效高速的关键原因在于有效提高了污水中的溶解氧浓度，增大了氧向生物膜内转移的推动力和向生物膜内渗透深度，使生物膜活性提高，活性微生物量增多，有机物降解速率得以提高。而且可通过调节压力和气水比使加压生物接触氧化装置内保持较高的溶解氧浓度来适应水质、水量的变化，耐冲击负荷。

（2）研究表明，加压生物接触氧化法处理生活污水，采用压力为0.2Mpa（表压），停留时间为0.8小时，气水比为3-4：1时，可使处理出水的COD、BOD5、SS等污染物浓度达到一级排放标准。与常压法相比，在相同的停留时间内污染物去除率可提高10%-18%，获得相同的处理效果（达到一级排放标准）停留时间仅为常规生物处理法的1/3-1/4。因此，该法具有处理效

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果好、占地少、适用性强、耐冲击负荷的特点，特别适合城镇小区小型生活污水处理成套设施的建设，对高浓度有机废水的处理也有较好的应用前景。

（3）与常压法相比，加压接触氧化法的不同点是使用了压缩空气，在压力条件下操作，由此增加了进水和进气的能耗，但这部分多的能量在处理过程中可得到回收利用。生化柱顶部尾气可引入前面的沉砂池或调节池进行预曝气，生化柱出水溶有气体，可采用气浮进行固液分离，做到对空气一次加压多次使用。

目前我国城市污水的处理量仅为排放总量的10%左右[1]，大量的污水进入自然水体导致了严重的水环境污染，使已十分严重的水资源短缺状况更加严峻，尤其是含有病原菌、传染病菌的污水进入自然水体，更是给病菌的传播创造了条件。采用生物接触氧化法处理生活污水等有机污水的技术已相当成熟，本文介绍的生物接触氧化法系甘肃经纬环境工程技术有限公司多年的研究成果。该生物接触氧化法的实质之一是在池内充填经特殊加工后充满微孔、比表面积极大的JW-Ⅰ填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定流速流经填料；在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触，在微生物的新陈代谢功能的作用下，污水中有机污染物得到去除，污水得到净化。另一项技术实质是采用与曝气池相同的曝气方法，向微生物提供其所需氧的同时气浮除去水中的油污，并起到搅拌与混合作用。

由甘肃经纬公司设计、加工的生物接触氧化设备为GJW-ⅡS型，整套设备包括生物接触氧化池和生物过滤沉淀池两部分，在兰州某生物制品研究所的生产、生活污水处理站都成功的应用了该项高效生物接触氧化处理技术与设备，并取得了良好的处理效果。

2 生物接触氧化设备

2.1 生物接触氧化池

接触氧化池由池体、填料、支架、曝气装置、布水装置及排泥管道等部件所组成。池体为矩形钢结构，JW-Ⅰ填料均匀分层装填，下部中心进水、PPR穿孔管布气，水、气同向流动。污水处理设备运行15~20d后，填料微孔发生堵塞造成接触氧化池涌水，加大曝气量，定期进行反冲洗。接触氧化池构造示意见图1。

图1 接触氧化池构造示意图

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2.2 生物过滤沉淀池

该过滤沉淀池的结构下部为沉淀区，为减小设备整体占地面积并增加沉淀体积，沉淀区设计为矩形结构，下部设置排泥管，将沉淀区污泥排出。在滤池上部装填一定量粒径较小的JW-Ⅰ滤料，滤料表面生长着高活性的生物膜，使滤池系统具有较好的抗冲击负荷能力，污水流经时，利用滤料的高比表面积带来的高浓度生物膜的氧化降解能力对污水进行快速净化。最上部装填一定量的石英砂，截留污水中的悬浮物，且保证脱落的生物膜不会随水流漂出。运行一定时间后，随着生物膜的新陈代谢，脱落的生物膜及滤料上截留的杂质不断增加，滤料水头损失增大，需对滤池进行反冲洗，以释放截留的悬浮物以及更新生物膜，此为反冲洗过程。生物过滤沉淀池特点为需定量曝气、高过滤速度、截留悬浮物、定期反冲洗。过滤沉淀池构造示意见图2。

图2 过滤沉淀池构造示意图

制浆造纸废水含有大量的纤维素及其分解产物（低分子量的半纤维素，甲醛、乙酸、糖类等易生物降解的有机物）、多量的腐植酸、木素、蜡质、无机盐等有机污染物，这些有机污染物占化纤行业总污水CODcr的50～60％，是制浆造纸废水治理的关键。由于这类废水有机物污染负荷高, CODcr高达10000-20000mg/l，应首先通过物化方法将CODcr降到3000以下，再通过兼、好氧的方法将废水处理达到国家排放标准。

1 工艺流程

根据制浆造纸废水具有CODcr浓度高、色度大的水质特点，确定的处理工艺流程如下：车间废水首先进入调节池进行均质均量，经调节后的废水由泵提升至兼氧池。由于废水中含有诸多难生物降解的物质，而废水色度的去除首先应破坏有机物的带色基团，本工艺采用兼氧、好氧生物处理工艺，就是利用兼氧菌将废水中的大分子有机物分解为低分子有机物，同时利用兼氧菌的水解作用破坏大分子有机物的有色基团，提高废水的可生化性，然后在好氧池中利用好氧菌的同化和异化作用将兼氧菌所分解的产物进行降解，从而达到脱色、去除COD的目的。由于生化处理出水中夹带诸如脱落的生物膜等难以沉降的悬浮物，故采用二次沉淀的方法以进一步提高处理效果。

2 构筑物及设备

处理构筑物及其主要设备有调节池、兼氧池、好氧池和二沉池。

2.1 兼氧、好氧池 兼氧、好氧生物处理工艺采用生物膜法，中心处理构筑物是接触氧化池，该池由池体、填料、布水和布气装置等组成。

2.1.1 池体形式 本处理系统采用直流式接触氧化池，这是一种底部同时进水与进气的接触氧化池，在填料上产生液流，生物膜受上升的水流、气流的强烈搅拌而加速更新，使其保持较高生

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物活性，同时又能克服填料的堵塞现象。另外上升气流撞击填料使气泡破裂，增加了接触面积，提高了氧的转移效率。

2.1.2 填料 填料是生物膜生长的载体，是接触氧化的核心部位，它直接影响生物接触氧化处理的效能。本系统的接触氧化池采用的是新型纤维组合填料。

2.1.3 布水 生物接触氧化池的进水必须均布填料层，使废水、空气、生物膜三者之间相互接触。布水管采用穿孔管，孔径为5 mm，间距为20cm。

2.1.4 布气 生物接触氧化池的布气主要有三个作用，即充氧、搅拌，防止填料层的堵塞和促进生物膜更新。本处理系统供气选用新型三叶罗茨风机，曝气设备采用微孔曝气软管以保证并提高氧的转移率。

2.2 二沉池 对于生化处理后出水中难以沉降等脱落生物膜，采用二次沉淀的处理方法加以去除，可以进一步提高出水水质。

3 细菌的培养与驯化

3.1 接种污泥 接种污泥取用某污水处理厂二沉池后经脱水的剩余污泥，兼氧和好氧两池所接种的活性污泥量共计8 吨。

3.2 温度和pH值 对于生化处理过程，一般认为水温在23 ℃～30 ℃时最好。考虑到企业所排放污水的实际水温，调试过程中尽量使得污泥菌种在实际水温下生长。排放的废水PH值在6.5左右，调试中发现生化系统出水pH值在7以上，说明生化系统对废水的pH值调节性能良好。

3.3 微生物的营养 微生物的新陈代谢需要一定比例的营养物质，除了BOD5表示的碳源外，还需要氮、磷和其他微量元素。制浆废水则往往缺乏某些关键的元素如氮和磷。在调试过程中，可补充尿素和磷酸二氢钾来补充细菌需要的氮和磷。一般对氮、磷的需要量可根据BOD5:N:P=100：5：1加以控制。

3.4 溶解氧 生化系统采用兼氧和好氧两个系统。所谓兼氧系统采用间歇曝气方法，一般每日曝气8h以维持兼氧池DO为0.5mg/L，曝气的同时起到水力搅拌和兼氧生物膜的强制剥落更新作用。好氧系统则采用连续曝气方式，溶解氧浓度控制在2mg/L左右。

3.5 进料方式 调试初期，生化系统所承受的有机负荷应低一些，采用间歇闷曝和连续进水两种方式交替进行调试。进入兼氧池和好氧池的污水按比例逐步增加，同时启动好氧池的回流泵进行回流处理，直至整个系统CODcr去除率基本稳定。

3.6 水力负荷和冲击负荷 启动时水力负荷宜低，否则可能造成污泥流失，影响填料生物膜的生长。调试过程中既不宜突然提高负荷，也不宜长期稳定在低负荷下进行，应在出水污泥浓度及去除率都较高的条件下逐渐提高负荷。当兼氧池填料CODcr负荷达到1.6 kg/m3*d；好氧池填料CODcr负荷达到1.18 kg/m3* d时，系统处理效果较好，运行稳定。

3.7 微生物的组成 在调试运行稳定后，在好氧池内可以明显看到水中存在大量的固着型纤毛类原生动物，如钟虫、盖纤虫等枝虫和菌胶团。在一般情况下，这几种原生动物多，说明游离细菌少，出水中有机物浓度较低。菌胶团较多，还可以说明污泥吸附、氧化有机物的能力大，填料挂膜已经达到预期效果。一旦填料挂膜成功，微生物培养驯化完成，系统处于连续实运转。

4 工艺运行

本工艺系统主要为生化处理部分，调试的难点是兼氧池、好氧池中填料的生物挂膜及微生物的培养驯化。结合当地气候特点，每天同步监测调节池、兼氧池、好氧池、气浮池出水中的pH值、色度、SS、CODcr等水质指标，每四小时取样化验，取一天6个水样化验的平均值。调试工作为期4月余，处理出水水质稳定。

在微生物挂膜及培养、驯化期间，随着微生物的增长和逐渐适应，处理出水中CODcr及色度的去除率逐渐提高，第四个月基本调试正常。稳定运行后经过兼氧、好氧工艺处理，pH值从调节池出水的5.2达到二沉池出水的7.3；色度从252倍降到62倍，去除率在75%；SS从180mg/L降到38mg/L，去除率在79%；CODcr从3834mg/L降到106mg/L，去除率在97%。

兼氧、好氧生物接触氧化法处理制浆造纸废水COD、SS、色度去除效果良好，各项主要出水水质指标达到国家的排放标准，