曝气生物滤池的实践与应用

刘景艳，曹国凭

（河北理工大学 建工学院，河北 唐山063009）

1 曝气生物滤池（BAF）工艺介绍

曝气生物滤池（Biological Aerated Filter，简称BAF）工艺是20世纪80年代末欧美发展起来的一种新型的生物处理工艺，世界上首座曝气生物滤池于1981在法国投产[1]，90年代初国外BAF工艺已经基本成熟，尤其在欧美和日本得到广泛的推广；我国对 BAF研究较晚，大连市马栏河污水处理厂是我国第一个引进曝气生物滤池工艺的城市污水处理厂。

1.1 BAF工艺分类

随着水处理技术的不断发展，BAF主要可分为以下3种工艺形式[2]：1）BIOCARBONE，水流从上部流入，下向流出滤池；2）BIOFOR，一般采用上向流；3）BIOSTYR，主要采用新型轻质悬浮填料，运行时采用上向流，在滤池顶部设格网或滤板阻止滤料溢出。根据水流流向不同可分为：下部进水下部出水的上向流和上部进水下部出水的下向流两种。在污水处理应用工程中按进出水不同水质也可以分为单级、两级以及前、后置反硝化BAF系统，单级处理以BOD5为主同时部分硝化，两级是同时包去除括BOD5和硝化作用去氨氮，增加反硝化过程同时能满足脱氮要求。

1.2 BAF工艺原理

曝气生物滤池工艺的工作原理由三部分作用组成：1）物理拦截作用，即过滤概念；2）化学氧化作用；3）微生物代谢作用。当水流经过反应器时，通过这三方面作用达到对水体浊度、SS、氨氮、有机物等等指标的去除。

1.3 BAF工艺特点

曝气生物滤池突出特点是占地少、运行费用低、处理效果稳定、管理方便、污染物去除效率高、受外界环境变化的影响较小、处理出水在有机物、嗅味、氨氮、铁、锰、细菌、浊度等方面均有不同程度的降低[3]。现代曝气生物滤池是在生物接触氧化工艺的基础上引入饮用水处理中过滤的思想，目前已是国内一种处理效率高、可靠性好广受好评的处理工艺，现已广泛应用于城市废水处理、中水回用及微污染源水处理等。

BAF主要缺点有：1）对进水SS要求较高。为使之在较短的水力停留时间内处理较高的有机负荷并具有截留SS功能，BAF填料粒径一般都比较小。进水SS过高，会使滤池在短时间内达到设计的水头损失而发生堵塞，导致频繁反冲洗而会增加运行费用和带来管理的不便。2）BAF工艺水头损失较大，虽然具有截留SS的功能，取代了二沉池，但总提升高度大，同时伴随着的是水头损失较大。3）虽节约了二沉池，但实际应用还是需要增设污泥缓冲池，以缓解对初沉池的冲击负荷。

2 工艺实践与应用

曝气生物滤池在给水处理中的应用，对有机物和氨氮的去除效果显著，达到改善水质的目的。

2.1 曝气生物滤池在水处理中的应用

2.1.1 给水处理应用现状

20世纪 90年代以来，国内开始在给水领域进行生物膜法预处理技术研究，主要采用曝气生物滤池（BAF）、弹性填料生物接触氧化法和悬浮填料接触氧化等工艺，对氨氮、有机物以及铁、锰等均有一定去除效果，尤其对氨氮的去除可达到80%以上。曝气生物滤池的一些试验数据见表1。

表1 曝气生物滤池处理效果[11]

2.1.2 污水处理应用现状

单级 BAF系统主要处理可生化性较好的工业废水及对氨氮等营养物质没有特别要求的污水。其应用典型如辽河油田机械修造厂生活污水和部分工业废水处理工程及青岛啤酒（徐州金波）有限公司年产6万吨的污水处理工程。其去除对象主要是污废水中有机物、悬浮物及部分氨氮物质。两级 BAF系统适用于有机物浓度较大且对出水氨氮要求严格的污水，典型应用如广东新会市东郊污水处理厂和大连马栏河污水处理厂。

为配合国家现行城市生活污水GB18918-2002一级A排放标准值（简称一级A标）的实行，工程上曝气生物滤池通常有前置反硝化和后置反硝化两种脱氮工艺，如东莞市松山湖北部污水处理厂，四川省仁寿县污水处理厂、山西运城污水处理厂等等都是采用改造后的前置反硝化工艺流程。目前大量关于后置反硝化BAF试验研究已经进行，主要考虑是在处理前置反硝化没有碳源优势的低C/N生活污水。

2.2 影响因素

2.2.1 填料

填料也称滤料是曝气生物滤池的核心所在，从材质上可分为无机填料和有机填料，从相对比重上可分为悬浮填料和沉没填料。在微污染源水处理中常用的悬浮填料主要为有机高分子材料，如聚苯乙烯、聚乙烯及聚丙烯等，对应的一般采用上向流操作方式；而沉没填料一般为无机材料，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。

从填料选择的角度而言，填料应具有较好的生物膜附着性能，同时具有较大的比表面积，孔隙率大，截污能力强。一般填料为球形，不规则填料的水流阻力大，易堵塞，布气布水不易均匀，装填高度也受到限制。

2.2.2 滤速与停留时间

滤速和空床停留时间（EBCT）是BAF的重要工艺参数，直接影响滤池的水力负荷和污染物负荷，从而影响滤池处理效能。处理微污染源水时，一般采用的滤速为2～6m/h，空床停留时间为20～60min。在此范围内降低滤速或延长空床停留时间可在一定程度上提高对有机物的去除效率，但提高幅度不大。研究表明（如下图1），滤速为6m/h时，当滤池深度达到1.2m后，CODMn基本不再降低，达到一个稳定阶段，表明可生物降解有机物可接近完全降解，进一步提高停留时间也不能显著增加有机物去除率。

图1 空床停留时间对有机物去除效率的影响

2.2.3 进水水质

BAF对进水SS要求较高，一般要求进水SS小于10NTU。进水SS过高，会使滤池在短时间内达到设计的水头损失发生堵塞，导致频繁反冲洗，从而增加运行费用，给运行管理带来不便。

BAF在处理污水时，需要控制适当的 C/N比以保证良好的硝化效果。Fdz-polanco等研究发现，C/N比大于4时，BAF滤柱进水端的NH3-N去除率明显低于出水端。这主要是由于异养菌的繁殖速率远大于硝化菌，靠近水流的生物膜外层和进水端，异养菌占绝对优势。而当采用 BAF处理微污染水时，水源水中有机物浓度对氨氮的去除没有影响，与污水处理中的情况不同，不会导致异养菌和自养菌间的竞争。主要原因是，微污染水中有机物浓度较低，相应形成的异养菌微生物量较少，有些载体表面甚至未被生物膜完全覆盖；同时在贫营养条件下，适应生长的异养微生物均世代周期较长，繁殖速度慢。因而在 BAF滤池不同深度取样可发现，氨氮与有机物是同步降解的，甚至高于有机物的降解速率。

2.2.4 溶解氧浓度

溶解氧对氨氮的去除有较大的影响。当水中溶解氧低于4mg/L时，就会因缺乏溶解氧而造成去除率下降。由于硝化菌和亚硝化菌都是专性好氧菌，对溶解氧表现敏感。

一般通过调节气水比来控制溶解氧浓度，气水比可采用（1～2）∶1，以保证出水溶解氧浓度不低于4mg/L。过高的气水比也是不合适的，有可能导致生物膜变薄，增加床层气阻，影响处理效果。

3 结 语

曝气生物滤池工艺在水处理过程中应在挑选填料、调试工况以及不同水质的分析等问题上不断完善和发展，力求最大限度的发挥其处理优势，因而将得到更广泛的应用和推广。

[1] Won-Seok Chang,Seok-WonHong,JoonkyuPark.Effect of zeo-lite media for the treatment of textile wastewater in a biological aerated filter[J].Process Biochem istry,2002,37:693-698.

[2] 郑俊，吴浩汀，曝气生物滤池工艺的理论与工程应用[M].北京：化学工业出版社，2005.

[3] 王占生, 刘文君. 微污染水源饮用水处理[M]. 北京: 中国建筑工业出版社, 1999.

[4] 岳舜琳。生物氧化在给水处理中的应用[J]。中国给水排水，1996，12（4）：17-20.

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