曝氣生物濾池的實(shí)踐與應(yīng)用

劉景艷，曹國(guó)憑

（河北理工大學(xué) 建工學(xué)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(jiǎn)稱BAF）工藝是20世紀(jì)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(guó)投產(chǎn)[1]，90年代初國(guó)外BAF工藝已經(jīng)基本成熟，尤其在歐美和日本得到廣泛的推廣；我國(guó)對(duì) BAF研究較晚，大連市馬欄河污水處理廠是我國(guó)第一個(gè)引進(jìn)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(shù)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(zhì)懸浮填料，運(yùn)行時(shí)采用上向流，在濾池頂部設(shè)格網(wǎng)或?yàn)V板阻止濾料溢出。根據(jù)水流流向不同可分為：下部進(jìn)水下部出水的上向流和上部進(jìn)水下部出水的下向流兩種。在污水處理應(yīng)用工程中按進(jìn)出水不同水質(zhì)也可以分為單級(jí)、兩級(jí)以及前、后置反硝化BAF系統(tǒng)，單級(jí)處理以BOD5為主同時(shí)部分硝化，兩級(jí)是同時(shí)包去除括BOD5和硝化作用去氨氮，增加反硝化過程同時(shí)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(xué)氧化作用；3）微生物代謝作用。當(dāng)水流經(jīng)過反應(yīng)器時(shí)，通過這三方面作用達(dá)到對(duì)水體濁度、SS、氨氮、有機(jī)物等等指標(biāo)的去除。

1.3 BAF工藝特點(diǎn)

曝氣生物濾池突出特點(diǎn)是占地少、運(yùn)行費(fèi)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(jī)物、嗅味、氨氮、鐵、錳、細(xì)菌、濁度等方面均有不同程度的降低[3]?，F(xiàn)代曝氣生物濾池是在生物接觸氧化工藝的基礎(chǔ)上引入飲用水處理中過濾的思想，目前已是國(guó)內(nèi)一種處理效率高、可靠性好廣受好評(píng)的處理工藝，現(xiàn)已廣泛應(yīng)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(diǎn)有：1）對(duì)進(jìn)水SS要求較高。為使之在較短的水力停留時(shí)間內(nèi)處理較高的有機(jī)負(fù)荷并具有截留SS功能，BAF填料粒徑一般都比較小。進(jìn)水SS過高，會(huì)使濾池在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)的水頭損失而發(fā)生堵塞，導(dǎo)致頻繁反沖洗而會(huì)增加運(yùn)行費(fèi)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(shí)伴隨著的是水頭損失較大。3）雖節(jié)約了二沉池，但實(shí)際應(yīng)用還是需要增設(shè)污泥緩沖池，以緩解對(duì)初沉池的沖擊負(fù)荷。

2 工藝實(shí)踐與應(yīng)用

曝氣生物濾池在給水處理中的應(yīng)用，對(duì)有機(jī)物和氨氮的去除效果顯著，達(dá)到改善水質(zhì)的目的。

2.1 曝氣生物濾池在水處理中的應(yīng)用

2.1.1 給水處理應(yīng)用現(xiàn)狀

20世紀(jì) 90年代以來，國(guó)內(nèi)開始在給水領(lǐng)域進(jìn)行生物膜法預(yù)處理技術(shù)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(duì)氨氮、有機(jī)物以及鐵、錳等均有一定去除效果，尤其對(duì)氨氮的去除可達(dá)到80%以上。曝氣生物濾池的一些試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 曝氣生物濾池處理效果[11]

2.1.2 污水處理應(yīng)用現(xiàn)狀

單級(jí) BAF系統(tǒng)主要處理可生化性較好的工業(yè)廢水及對(duì)氨氮等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)沒有特別要求的污水。其應(yīng)用典型如遼河油田機(jī)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(chǎn)6萬噸的污水處理工程。其去除對(duì)象主要是污廢水中有機(jī)物、懸浮物及部分氨氮物質(zhì)。兩級(jí) BAF系統(tǒng)適用于有機(jī)物濃度較大且對(duì)出水氨氮要求嚴(yán)格的污水，典型應(yīng)用如廣東新會(huì)市東郊污水處理廠和大連馬欄河污水處理廠。

為配合國(guó)家現(xiàn)行城市生活污水GB18918-2002一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)值（簡(jiǎn)稱一級(jí)A標(biāo)）的實(shí)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(yùn)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(guān)于后置反硝化BAF試驗(yàn)研究已經(jīng)進(jìn)行，主要考慮是在處理前置反硝化沒有碳源優(yōu)勢(shì)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(zhì)上可分為無機(jī)填料和有機(jī)填料，從相對(duì)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(jī)高分子材料，如聚苯乙烯、聚乙烯及聚丙烯等，對(duì)應(yīng)的一般采用上向流操作方式；而沉沒填料一般為無機(jī)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(yīng)具有較好的生物膜附著性能，同時(shí)具有較大的比表面積，孔隙率大，截污能力強(qiáng)。一般填料為球形，不規(guī)則填料的水流阻力大，易堵塞，布?xì)獠妓灰拙鶆?，裝填高度也受到限制。

2.2.2 濾速與停留時(shí)間

濾速和空床停留時(shí)間（EBCT）是BAF的重要工藝參數(shù)，直接影響濾池的水力負(fù)荷和污染物負(fù)荷，從而影響濾池處理效能。處理微污染源水時(shí)，一般采用的濾速為2～6m/h，空床停留時(shí)間為20～60min。在此范圍內(nèi)降低濾速或延長(zhǎng)空床停留時(shí)間可在一定程度上提高對(duì)有機(jī)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(shí)，當(dāng)濾池深度達(dá)到1.2m后，CODMn基本不再降低，達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定階段，表明可生物降解有機(jī)物可接近完全降解，進(jìn)一步提高停留時(shí)間也不能顯著增加有機(jī)物去除率。

圖1 空床停留時(shí)間對(duì)有機(jī)物去除效率的影響

2.2.3 進(jìn)水水質(zhì)

BAF對(duì)進(jìn)水SS要求較高，一般要求進(jìn)水SS小于10NTU。進(jìn)水SS過高，會(huì)使濾池在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)的水頭損失發(fā)生堵塞，導(dǎo)致頻繁反沖洗，從而增加運(yùn)行費(fèi)用，給運(yùn)行管理帶來不便。

BAF在處理污水時(shí)，需要控制適當(dāng)?shù)?C/N比以保證良好的硝化效果。Fdz-polanco等研究發(fā)現(xiàn)，C/N比大于4時(shí)，BAF濾柱進(jìn)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(yuǎn)大于硝化菌，靠近水流的生物膜外層和進(jìn)水端，異養(yǎng)菌占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。而當(dāng)采用 BAF處理微污染水時(shí)，水源水中有機(jī)物濃度對(duì)氨氮的去除沒有影響，與污水處理中的情況不同，不會(huì)導(dǎo)致異養(yǎng)菌和自養(yǎng)菌間的競(jìng)爭(zhēng)。主要原因是，微污染水中有機(jī)物濃度較低，相應(yīng)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(shí)在貧營(yíng)養(yǎng)條件下，適應(yīng)生長(zhǎng)的異養(yǎng)微生物均世代周期較長(zhǎng)，繁殖速度慢。因而在 BAF濾池不同深度取樣可發(fā)現(xiàn)，氨氮與有機(jī)物是同步降解的，甚至高于有機(jī)物的降解速率。

2.2.4 溶解氧濃度

溶解氧對(duì)氨氮的去除有較大的影響。當(dāng)水中溶解氧低于4mg/L時(shí)，就會(huì)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(duì)溶解氧表現(xiàn)敏感。

一般通過調(diào)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(dǎo)致生物膜變薄，增加床層氣阻，影響處理效果。

3 結(jié) 語

曝氣生物濾池工藝在水處理過程中應(yīng)在挑選填料、調(diào)試工況以及不同水質(zhì)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(shì)，因而將得到更廣泛的應(yīng)用和推廣。

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