罗周铨 教授级高工
ABF（活性生物过滤）工艺是上世纪80年代从国外引进的，经吸收开发后形成今天国产化的派生工艺——“活性生物滤塔过滤——射流曝气活性污泥法”（即ABF—J法）。经多年实践证明ABF—J法，不但保留了原ABF工艺的优点，亦具备了自己的新本色。较原ABF工艺的处理时间更短，还扩大了处理的潜在功能。尤其在中高浓度、水温偏高和需要生物脱氮的有机污水处理中更具优越性。本文由于本人水平和篇幅有限，不准备作全面的论述，仅就其很少发生丝状菌性污泥膨胀和处理停留时间短两个方面，据本人多年的实践体会作重点的讨论。
ABF—丁法是在ABF工艺的基础上、将其后段的鼓风曝气活性污泥法改为鼓风射流曝气活性污泥法，并在曝气池中增加了一个缺氧井，改造的工艺流程如下图:
由示意图可知，原污水经进水计量箱控制进淋水井，该井同时汇集由活性生物滤塔的回流液和二沉池的回流活性污泥，三液混合后由淋水泵提升进入布满木栅填料的活性生物滤塔，该塔内同时存在固定的生物膜和随水淋酒的悬浮微生物，塔中微生物迅速吸附和降解污水中的有机污染物。流出滤塔的部分塔滤液分流进入射流曝气池中的缺氧井，其余的塔滤液回流入淋水井内。缺氧井中的混合液在射流加压泵的抽吸加压后，作为射流工质经射流喷咀高速喷射进入曝气器的气室，射流束将由鼓风机压入气室的空气吸入曝气器的喉管打散成直径细小的气泡鼓入曝气池，向曝气池内的微生物供氧，污水中的有机污染物在好氧微生物的作用下得到最终的降鲜，曝气池的混合液最后进入二沉池进行固液分离，澄清的净化水达到排放标准排放。分离沉淀下来的活性污泥部份回流至淋水井，增殖的剩余活性污泥进入浓缩脱水的过程。
目前在好氧生物化学反应的范畴内，基本上分为生物模法和活性污泥法两大类，以往两种方法大体上都各自独立应用。从上述ABF—J法处理流程不难看出本工艺实质是两种方法有机的结合，各取所长又各互补所短。滤塔的出水质较稳定，但污染物的去除率不高，而活性污泥法的去除率高，但出水的水质受进水水质水量的变化干扰十分敏感。缓冲容量大而出水水质稳定的滤塔在前，正好解除了在后的活性污泥法的干扰。
活性污泥法最麻烦要算是污泥膨胀的问题，控制不好甚至使处理失败。但目前对付污泥膨胀尚无普遍通用的办法。ABF—J法层多次应用于容易引起丝状菌性污泥膨胀碳水化合物丰富的有机污水处理工程中，却很少遇到污泥膨胀的麻烦。为此就本法实践的体会提出一些看法以供共同探讨。
本法最后一个生化单元是活性污泥完全混合法的曝气池，而完全混合法是最容易发生丝状菌性污泥膨胀的，但实践中本法却很少发生。问题是不应孤立地看最后一个单元，而应该从整个流程串起来分析。处理流程的第一个容器是淋水井，这里汇集了新注入的高浓度原污水、由二沉池回流而来的活性污泥和滤塔的回流混合液。从整个处理流程而言此井的有机物浓度最高，并且是一个没有曝气供氧的缺氧环境，这种条件下不利于丝状菌对菌胶团微生物的竞争，这种功能和目前流行的前置生物选择池是一至的，有利于抑制和淘汰丝状茵。
从处理流程各单元的先后来看（淋水井—活性生物滤塔—缺氧井—射流曝气池），各单元中污水的有机物浓度由于微生物的吸附降鲜而逐级下降，其底物浓度是淋水井＞活性生物滤塔＞缺氧井＞射流曝气池。微生物从二沉池回流入淋水井开始至射流曝气池的过程是经历了底物浓度由高至低的过程，故此ABF—J法是有底物浓度差的，它近以不易发生丝状菌性污泥膨胀的推流式活性污泥法。而并非是二沉池回流的饥饿状态的微生物一下就进入完全混合态的底物完全扩散的稀薄状态，在稀底物的条件下有利于表面积大的丝状菌对有机物和氧的争夺，从而使丝状菌取得竞争的优势。ABF—J法中的活性污泥法孤立看最后一个单元是完全混合法，但纵贯全流程却是推流法。而最后单元的完全混合射流曝气池，仅是组成推流过程的最后一个单元而已。作为最后的完全混合法不但没有污泥膨胀，反而发挥了其耐冲击的作用，使出水水质优良稳定。本法的后段采用了鼓风式射流曝气的技术。污水、微生物和空气的三相混合液在射流曝气器内以12～15m/s的高速射流进入曝气池，形成较高能位的瞬间冲击。气、液、固三相流在流经射流气器的喉管时，管中心的流速最大，接近12～15m/s。靠管壁部份由于添滞和磨擦的作用流速最小，理论上接近于零流速。因此在喉管的同一断面上形成流速梯度，速度差形成的剪力将丝状菌切断打碎。上述的情况符合减少发生丝状菌性污泥膨胀的瞬间震动说和剪切说，这也是本法少见污泥膨胀干扰的另一方原因。
此外从流程的先后来说活性生物滤塔是在射流曝气池的前面，滤塔的缓冲容量大，可缓减射流曝气池的活性污泥受水质和水量骤变的影响，使处理状态稳定，减少因骤变的波动而引发的污泥膨胀。同时由于丝状菌有附着其它固体的特性，而滤塔填料的表面生长着大量的固体微生物膜，它吸附着混合液中的丝状菌，把丝状菌截留积聚在滤塔内，大大减少了后续射流曝气池内丝状菌的数量，对控制丝状菌在曝气池内疯长起着举足轻重的作用。滤塔内存在着大量的丝状菌正好发挥它善于降解碳水化合物的长处，减少容易引起活性污泥膨胀的碳水化合物进入射流曝气池，滤塔在ABF—J工艺中成了防止丝菌性污泥的膨胀的卫士。
由上述种种原因在ABF—J法工艺中丝状菌对活性污泥的不良影响甚小。虽然后段为最易发生污泥膨胀的完合混合法，但仍然维持了菌胶团微生物的优势；却发挥了完全混合法耐冲击出水水质稳定的优点，故本处理水质波动较小。在洒啤厂和淀粉制糖厂的污水处理中，进水CODCY高达2000～3000mg/e经本法净化后出水的CODCY可以难持在40～50mg/e之间。
本法另一个特点是快！（生化反应的停留时间短）在处理淀粉制糖工业废水中，从进水浓度BOD5=1500～1800mg/e、CODCY=2500～3000mg/e降解到出水CODCY=40～50mg/e时，生化的停留时间仅为12.7小时。若用传统的活性污泥法则生化处理的停留时间要60～120小时。可见本法的生化速率几乎是传统法的5～10倍。其主要原因是本法的活性生物滤塔和射流曝气活性污泥法都具备快的特性。
污水在活性生物滤塔中的水力停留时间仅5分钟，而有机污染物的却除率却高达50%以上。主要是：
〈一〉塔内有大量的生物膜和活性污泥的悬浮微生物的复合，
使其较普通生物滤池具有更高的生物量。
〈二〉滤塔的淋水率高于普通的生物滤池好几倍，混合液在初始的喷洒速度和重力的作用下，在塔内水平栅状填料之间水流形成滴浅和扰动，有利污水中的底物向微生物的传递。塔内填料一般高达4～6米，污水从进塔到出塔滞留时间仅5分钟，但污水中的溶解氧却从零坛加到3mg/e，滤塔本身象一个高速的充氧器。为此微生物在塔内得到充足的营养和氧的供给，为快速的生化反应提供了基本条件。
〈三〉由于淋水率大，塔内的生物膜受到较强的冲刷，使丧老的生物膜的更新速度加快，有利于提高生物膜的活性。
〈四〉塔内水平栅状填料的空隙率高和具有层与层之间纵横再次布水的特性，从而保证了塔内布水均匀。在大淋水率的冲刷下，本法的塔内不发生污泥淤塞、无死容积和死角等滤池的通病。使整个滤塔保持着高的有效容积。
活性生物滤塔在生物量、生物活性、底物和氧的传质效率、有效容积率等方面都较普通传统的生物滤池优越得多，都有利于提高生化速率。
射流曝气活性污泥较传统的活性污泥法的生化反应速率高，这已是上个世纪70年代众所周知的事实，相同时间的单位反应容积有机物的去除量，前者为后者的四倍以上。
射流曝气的基本特性在于有高的传质效率。传质多方面影响着生化率，其中一方面氧气和营养物质传质速率的高低直接影响生微生物的活性。另一方面一般微生物细胞中生化反应速度快于底质从废水中向细胞表面的传质速度。因此底质的传递速度对整个净化速度是控制性因素。
在曝气池混合液中底物向微生物团传质的快慢，主要取决于两个方面。其一要求单位数量的微生物团与废水之间有尽量大的接触面积。其二微生物团与废水的接触表面不断更新，使得接触面的两边的废水与微生物团绒粒之间始终保持足够大的有机物质浓度差，即△C=C*-C保持最大值，以保持最大的传质推动力。正如本文前面所述的污水、空气、活性污泥三者同时在射流曝气器喉管内高速湍流，气、液、固三相混合液在喉管的同一断面的流速是不相等的，管中心的高流速与贴近管壁的零流速，造成巨大的流速差，使管内形成一个激裂紊流的剪力场。将微生物的菌胶团破碎成粒径很小的呈多孔状结构的活性污泥绒粒；使微生物与废水的接触面积迅速增大。同时激烈的湍流亦给微生物团绒与废水之间的接触表面加快更新提供了动力。射流曝气在上述两个方面是一举两得。
ABF—J法采用射流曝气活性污泥法来搭配ABF法的活性生物滤塔可谓是快马加鞭。至此ABF—J法在净化速度上较传统活性污泥法快5～10倍是不难理解的。目下某些曝气活性污泥法的曝气方式片面追求氧的转移率而忽视搅拌传质的功能，看来值得商榷。
ABF工艺已是成熟的老工艺，ABF—J法工艺给前者注入了新的因素，使工艺的潜在功能更多，例如可以进一步开发成更完善的除磷脱氮的有机污水处理工艺和可以用在厌氧处理之后作予脱硫化氢的好氧深处理工艺等。本法的滤塔是向高空伸展的，即是向高空要处理容积，更有处理停留时间很短，故占地面积甚小，滤塔兼具降温的性能等特性。对于污水水温偏高、用地紧张的企业的有机污水处理而言，ABF—J法则不失为较好的选择。
