劉景艷，曹國憑

（河北理工大學 建工學院，河北 唐山063009）

1 曝氣生物濾池（BAF）工藝介紹

曝氣生物濾池（Biological Aerated Filter，簡稱BAF）工藝是20世紀80年代末歐美發(fā)展起來的一種新型的生物處理工藝，世界上首座曝氣生物濾池于1981在法國投產[1]，90年代初國外BAF工藝已經基本成熟，尤其在歐美和日本得到廣泛的推廣；我國對 BAF研究較晚，大連市馬欄河污水處理廠是我國第一個引進曝氣生物濾池工藝的城市污水處理廠。

1.1 BAF工藝分類

隨著水處理技術的不斷發(fā)展，BAF主要可分為以下3種工藝形式[2]：1）BIOCARBONE，水流從上部流入，下向流出濾池；2）BIOFOR，一般采用上向流；3）BIOSTYR，主要采用新型輕質懸浮填料，運行時采用上向流，在濾池頂部設格網或濾板阻止濾料溢出。根據水流流向不同可分為：下部進水下部出水的上向流和上部進水下部出水的下向流兩種。在污水處理應用工程中按進出水不同水質也可以分為單級、兩級以及前、后置反硝化BAF系統(tǒng)，單級處理以BOD5為主同時部分硝化，兩級是同時包去除括BOD5和硝化作用去氨氮，增加反硝化過程同時能滿足脫氮要求。

1.2 BAF工藝原理

曝氣生物濾池工藝的工作原理由三部分作用組成：1）物理攔截作用，即過濾概念；2）化學氧化作用；3）微生物代謝作用。當水流經過反應器時，通過這三方面作用達到對水體濁度、SS、氨氮、有機物等等指標的去除。

1.3 BAF工藝特點

曝氣生物濾池突出特點是占地少、運行費用低、處理效果穩(wěn)定、管理方便、污染物去除效率高、受外界環(huán)境變化的影響較小、處理出水在有機物、嗅味、氨氮、鐵、錳、細菌、濁度等方面均有不同程度的降低[3]?，F代曝氣生物濾池是在生物接觸氧化工藝的基礎上引入飲用水處理中過濾的思想，目前已是國內一種處理效率高、可靠性好廣受好評的處理工藝，現已廣泛應用于城市廢水處理、中水回用及微污染源水處理等。

BAF主要缺點有：1）對進水SS要求較高。為使之在較短的水力停留時間內處理較高的有機負荷并具有截留SS功能，BAF填料粒徑一般都比較小。進水SS過高，會使濾池在短時間內達到設計的水頭損失而發(fā)生堵塞，導致頻繁反沖洗而會增加運行費用和帶來管理的不便。2）BAF工藝水頭損失較大，雖然具有截留SS的功能，取代了二沉池，但總提升高度大，同時伴隨著的是水頭損失較大。3）雖節(jié)約了二沉池，但實際應用還是需要增設污泥緩沖池，以緩解對初沉池的沖擊負荷。

2 工藝實踐與應用

曝氣生物濾池在給水處理中的應用，對有機物和氨氮的去除效果顯著，達到改善水質的目的。

2.1 曝氣生物濾池在水處理中的應用

2.1.1 給水處理應用現狀

20世紀 90年代以來，國內開始在給水領域進行生物膜法預處理技術研究，主要采用曝氣生物濾池（BAF）、彈性填料生物接觸氧化法和懸浮填料接觸氧化等工藝，對氨氮、有機物以及鐵、錳等均有一定去除效果，尤其對氨氮的去除可達到80%以上。曝氣生物濾池的一些試驗數據見表1。

表1 曝氣生物濾池處理效果[11]

2.1.2 污水處理應用現狀

單級 BAF系統(tǒng)主要處理可生化性較好的工業(yè)廢水及對氨氮等營養(yǎng)物質沒有特別要求的污水。其應用典型如遼河油田機械修造廠生活污水和部分工業(yè)廢水處理工程及青島啤酒（徐州金波）有限公司年產6萬噸的污水處理工程。其去除對象主要是污廢水中有機物、懸浮物及部分氨氮物質。兩級 BAF系統(tǒng)適用于有機物濃度較大且對出水氨氮要求嚴格的污水，典型應用如廣東新會市東郊污水處理廠和大連馬欄河污水處理廠。

為配合國家現行城市生活污水GB18918-2002一級A排放標準值（簡稱一級A標）的實行，工程上曝氣生物濾池通常有前置反硝化和后置反硝化兩種脫氮工藝，如東莞市松山湖北部污水處理廠，四川省仁壽縣污水處理廠、山西運城污水處理廠等等都是采用改造后的前置反硝化工藝流程。目前大量關于后置反硝化BAF試驗研究已經進行，主要考慮是在處理前置反硝化沒有碳源優(yōu)勢的低C/N生活污水。

2.2 影響因素

2.2.1 填料

填料也稱濾料是曝氣生物濾池的核心所在，從材質上可分為無機填料和有機填料，從相對比重上可分為懸浮填料和沉沒填料。在微污染源水處理中常用的懸浮填料主要為有機高分子材料，如聚苯乙烯、聚乙烯及聚丙烯等，對應的一般采用上向流操作方式；而沉沒填料一般為無機材料，如生物陶粒、沸石、磁珠、石英砂等，可采用下向流或上向流操作方式。

從填料選擇的角度而言，填料應具有較好的生物膜附著性能，同時具有較大的比表面積，孔隙率大，截污能力強。一般填料為球形，不規(guī)則填料的水流阻力大，易堵塞，布氣布水不易均勻，裝填高度也受到限制。

2.2.2 濾速與停留時間

濾速和空床停留時間（EBCT）是BAF的重要工藝參數，直接影響濾池的水力負荷和污染物負荷，從而影響濾池處理效能。處理微污染源水時，一般采用的濾速為2～6m/h，空床停留時間為20～60min。在此范圍內降低濾速或延長空床停留時間可在一定程度上提高對有機物的去除效率，但提高幅度不大。研究表明（如下圖1），濾速為6m/h時，當濾池深度達到1.2m后，CODMn基本不再降低，達到一個穩(wěn)定階段，表明可生物降解有機物可接近完全降解，進一步提高停留時間也不能顯著增加有機物去除率。

圖1 空床停留時間對有機物去除效率的影響

2.2.3 進水水質

BAF對進水SS要求較高，一般要求進水SS小于10NTU。進水SS過高，會使濾池在短時間內達到設計的水頭損失發(fā)生堵塞，導致頻繁反沖洗，從而增加運行費用，給運行管理帶來不便。

BAF在處理污水時，需要控制適當的 C/N比以保證良好的硝化效果。Fdz-polanco等研究發(fā)現，C/N比大于4時，BAF濾柱進水端的NH3-N去除率明顯低于出水端。這主要是由于異養(yǎng)菌的繁殖速率遠大于硝化菌，靠近水流的生物膜外層和進水端，異養(yǎng)菌占絕對優(yōu)勢。而當采用 BAF處理微污染水時，水源水中有機物濃度對氨氮的去除沒有影響，與污水處理中的情況不同，不會導致異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌間的競爭。主要原因是，微污染水中有機物濃度較低，相應形成的異養(yǎng)菌微生物量較少，有些載體表面甚至未被生物膜完全覆蓋；同時在貧營養(yǎng)條件下，適應生長的異養(yǎng)微生物均世代周期較長，繁殖速度慢。因而在 BAF濾池不同深度取樣可發(fā)現，氨氮與有機物是同步降解的，甚至高于有機物的降解速率。

2.2.4 溶解氧濃度

溶解氧對氨氮的去除有較大的影響。當水中溶解氧低于4mg/L時，就會因缺乏溶解氧而造成去除率下降。由于硝化菌和亞硝化菌都是專性好氧菌，對溶解氧表現敏感。

一般通過調節(jié)氣水比來控制溶解氧濃度，氣水比可采用（1～2）∶1，以保證出水溶解氧濃度不低于4mg/L。過高的氣水比也是不合適的，有可能導致生物膜變薄，增加床層氣阻，影響處理效果。

3 結 語

曝氣生物濾池工藝在水處理過程中應在挑選填料、調試工況以及不同水質的分析等問題上不斷完善和發(fā)展，力求最大限度的發(fā)揮其處理優(yōu)勢，因而將得到更廣泛的應用和推廣。

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