曝气生物滤池在污水处理中的研究及应用现状

2010年第8期广东化工第37卷总第208期 · 149 · 曝气生物滤池在污水处理中的研究及应用现状莫卫松1，张金松2，黄文章2(1．广东博意建筑设计院有限公司，广东顺德 528312；2．深圳市水务(集团)有限公司，广东深圳 518030)[摘 要]曝气生物滤池(BAF)是一个浸没式的曝气三相反应器, 该反应器通过生化反应和过滤作用去除污染物。

经过二十几年的发展，BAF 工艺不仅成为滴滤池和活性污泥法等二级处理工艺的革新竞争工艺，同时还是一种优良的深度处理工艺和微污染水源水预处理工艺。

文章通过总结BAF工艺在国内外的研究进展及其各种形式的应用现状，指出了该工艺现存的一些问题，以及需要重点研究的方向。

[关键词]曝气生物滤池；污水深度处理；微污染水源水[中图分类号]X5 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2010)08-0149-02Application Statue of the Biological Aeration Filter in Wastewater TreatmentMo Weisong1, Zhang Jinsong2, Huang Wenzhang2(1. Guangdong Boyi Architecture and Design Institute CO., Shunde 528312；2. Shenzhen Water Group Co. Ltd.,Shenzhen 518030, China)Abstract: The biological aerated filter (BAF) combines both biological treatment and solids removal in one submerged, aerated three phase reactor. Over the past 20 years, biological aerated filters have been developed not only as innovative competitors for other secondary treatment systems such as trickling filters and activated sludge processes but also as advanced treatment systems or pre-purification processes for micro-polluted source water. This work endeavored to summarize both the advance of BAF and the application cases of all kinds of BAF. Furthermore, the problems and difficulties presented were indicated, and the key points needed to be deliberatively studied were discovered.Keywords: biological aerated filter；advanced wastewater treatment；micro-polluted source water treatment随着污水处理工艺向流程简洁，控制灵活，单元操作简单以及节约用地的一体化工艺流程方向发展，城市污水处理中出现了一些集约化程度较高的新工艺，包括MSBR、MUCT和各种形式的曝气生物滤池(BAF)等。

曝气生物滤池是20世纪80年代末发展起来的污水处理新工艺，最初用于三级处理，后来逐渐发展至直接用于二级处理。

曝气生物滤池技术具有处理效率高、占地面积小、基建及运行费用低、管理方便和抗冲击负荷能力强等特点，在污水的有机物去除、脱氮、除磷以及微污染水源水的预处理过程中有着较好的应用前景。

自第一座BAF在法国Sois-sons污水处理厂投产运行以来[1]，BAF技术已受到欧、美和日本等发达国家的广泛重视，目前世界上已有几百个工程实例。

1 BAF工艺原理图1 BIOCARBONE滤池工艺结构Fig.1 Technics BIOCARBONE从最初的BIOCARBNONE生物滤池到BIOSTYR和BIOFOR工艺，BAF发展出多种各具特点的类型和操作方式，但其基本原理是一致的。

BAF处理污水的原理是利用填料上高浓度生物膜的强氧化降解能力，生物膜、填料的吸附和过滤作用及反应器内食物链的分级捕食作用快速地净化污水。

BAF 工艺实现了水力停留时间(HRT)与污泥停留时间(SRT)的分离，长SRT为慢速生长微生物(如硝化菌)的生长提供了有利条件，强化了BAF对TN、PAHs、PPCPs和其他异生质化合物的去除；短HRT使滤池在高负荷、高滤速下运行。

BAF工艺运行一段时间后通过周期性地对滤料进行反冲洗，清除滤料上的截留物和老化的生物膜，可使滤池在短期内恢复工作能力。

图1是BIOCARBONE的工艺简图，采用比重比水大的膨胀板岩为填料，结构类似于普通快滤池，预处理水上进下出，与滤池中下部的曝气气流形成逆流接触，实现有机物、氨氮等污染物去除。

2 BAF在国内外的研究进展与应用现状2.1 滤料研究进展滤料是影响微生物固定、生长、繁殖和脱落的重要因素，选择合适的滤料对于BAF的设计、运行和达到预定的处理效果具有决定作用。

滤料根据比重不同分为悬浮式滤料和浸没式滤料，前者一般为有机滤料，如聚苯乙烯(EPS)等。

后者一般为无机或天然滤料，如膨胀球形粘土、页岩、石英砂、陶粒、沸石等。

目前国内外进行研究和应用的新型填料主要有：进口专利填料BIOLITES、EPS、球形轻质陶粒、天然沸石等。

前三种填料已成功运用在实际生产实践，而天然沸石作为BAF 填料仍在研究过程中。

关于塑料填料的研究，Allan.和Mann等[2]用聚丙乙烯悬浮材料和40 %CaCO3与60 %聚丙烯合成的浸没滤料进行上向流BAF处理污水试验，发现在去除SS、COD和NH4+-N方面，悬浮滤料比浸没滤料性能好。

同时他们还发现悬浮滤料更能抵抗低温的影响。

国外有些专家认为滤料对BAF的一次性投资、运行成本和正常操作影响很大，提出塑料滤料不适合用作BAF的滤料，并对几种可能应用于BAF的滤料进行了系统的试验分析。

研究者认为最适合作曝气生物滤池滤料的是Arlita，即膨胀球形粘土(expanded spherical clay)，其次是老的页岩[3]。

近年来许多研究人员[1,4]使用天然沸石作为BAF的填料进行一系列的研究，实验结果表明：天然沸石具有缓冲进水NH3-N冲击负荷的能力和优良的吸附性能；COD浓度不影响天然沸石的离子交换过程。

国内对曝气生物滤池滤料的研究主要以陶粒为主。

王占生等[5]在对微污染水源水进行预处理研究时，通过对不同惰性滤[收稿日期] 2010-04-14[作者简介] 莫卫松(1982-)，男，湖南人，硕士研究生，主要研究方向为水污染控制。

料的处理性能进行比较，认为页岩陶粒也是较理想的滤料。

其他研究人员对一些新型的陶粒滤料如粘土陶粒、纳米改性陶粒、陶土(高岭土)陶粒、粉煤灰陶粒等进行BAF试验发现，陶粒滤料与具有规则形状的有机滤料相比，具有强度大、空隙率大、比表面积大、化学稳定性好、生物附着性强、截污能力强等优点。

2.2 BAF在污水处理和微污染水源水预处理中的研究进展国外对BAF的研究始于20世纪80年代末期，比国内早十几年，为BAF技术的发展和成熟积累许多宝贵的经验，目前国内正处于研究推广阶段。

在去除有机物、SS及氧转移特性方面，英国Packington 污水厂[6]用BAF处理含工业废水的生活污水，在进水COD=562 mg/L、BOD=286 mg/L和SS=139 mg/L的条件下，COD、BOD和SS的去除率分别达到80 %、91.3 %和78 %。

胡勇有，王立立[7]进行了下向流曝气生物滤池去除碳和硝化除氨的最佳填料厚度的试验研究，发现去除SS、BOD和NH3-N 最佳填料厚度分别为40、60和80 cm，此厚度下SS、BOD和NH3-N的去除率分别为79.1 %、63.9 %和96.4 %。

孙漓青，甘一萍等[8]进行的BIOSTYR中试系统对有机物和颗粒物表现出很好的去除性能，总悬浮颗粒物去除率平均值大于90 %，COD Cr出水可保持在60 mg/L以下，平均达到86 %的去除率。

Leung Susanna等[9]对BAF中气水界面的氧气扩散特性进行了研究，发现曝气生物滤池中的氧转移系数与运动气体停留时间成正比，静止气体停留时间不影响氧转移速率。

在硝化性能及其影响因素方面，研究者发现硝化菌生长速度慢，对环境条件敏感，主要研究的影响因素有：盐度、氨容积负荷和水力负荷。

Morsyleide F.Rosa等[10]研究了NaCl盐度对BAF硝化作用的影响，并发现高浓度自由氨对硝化菌也有抑制作用。

G. Dillon等[11]以BAF处理二级出水的试验结果表明，当氨容积负荷为0.63 kgN·m-3·d-1时，可达到90 %以上的氨氮去除率，出水平均氨氮浓度保持在0～4 mg/L，出水SS 和BOD分别在4～15 mg/L和3～7 mg/L之间变化，氨氮去除率和容积负荷呈线性相关关系，当容积负荷增大时，氨氮去除率急剧降低。

R. Pujol等[12]对法国Acheres污水厂的BIOFOR 滤池进行长期试验，发现在一定的范围内，硝化速度与水力负荷有直接的线性关系，而且最高的硝化速率出现在滤池最高水力负荷下。

在反硝化方面，反硝化效果对TN的去除其决定性作用。

北美许多地方要求将污水厂出水的TN控制在10 mg/L以下，当前国内对污水厂出水总氮的控制比较宽松，只有少数几个工艺的TN去除率达到65 %以上。

R. Lacasse等[13]研究了泥煤生物滤池Ecoflo，在高滤速下运行，硝化效率达95 %以上，反硝化效率在65 %～90 %之间变化。

国内对BIOSTYR工艺的反硝化性能研究较多，集中在曝气位置、COD负荷、回流比以及温度等因素对反硝化效果的影响上，认为在温度较低的情况下启动BAF并定期反冲洗，亚硝酸菌生长较快，硝酸菌的生长受到抑制，因而在系统中表现出明显的亚硝酸盐积累现象，为短程反硝化创造条件。

孙漓青，甘一萍等[8]在试验中发现提高回流比和降低反应池内的溶解氧并不能有效地改善反硝化效率。

在反硝化的研究中，一般认为在进水TN浓度较高的情况下，通常要投加一定的碳源，以强化反硝化效果。