BAF 的產(chǎn)生和發(fā)展

曝氣生物濾池(Biological aerated filter BAF)處 理污水是近年來開發(fā)出的污水處理工藝，已在歐美和日本廣 為流行，但在我國研究甚少。曝氣生物濾池*大的特點(diǎn)是集 生物氧化和截留懸浮固體于一體，節(jié)省了后續(xù)沉淀池(如二 沉池)。此外，該處理工藝容積負(fù)荷、水力負(fù)荷大，占地面 積、基建投資少，氧轉(zhuǎn)移率高，出水水質(zhì)好等特點(diǎn)。該工藝 可以達(dá)到BOD 、懸浮物和NH3-N的去除，既可以用在污水二 級處理，也可以用深度處理中水回用。

 BAF 基本工作原理和工藝特點(diǎn)

曝 氣 生物 濾池 通常由粒狀的填料 床組成，曝氣裝置安 裝在填料床承托層 或靠近它的地方，流

過反應(yīng)器的污水既

可以是上流式也可以下流式，污水中的底物和充足的氧氣使 濾料表面附著生物膜。無論是生活污水處理還是工業(yè)廢水處

理，曝氣生物濾池比傳統(tǒng)的生物處理工藝具有占地小，方便

靈活的優(yōu)點(diǎn)。

2.1 BAF 基本工作原理

BAF 工藝類型和操作方式有多種，各具特點(diǎn)，但其基本 原理是一致的。曝氣生物濾池處理污水的原理是反應(yīng)器內(nèi)填 料上所附生物膜中微生物氧化分解作用，填料及生物膜的吸 附阻留作用和沿水流方向形成的食物鏈分級捕食作用，以及 生物膜內(nèi)部微環(huán)境和厭氧段的反硝化作用。

2.2 BAF 的工藝特點(diǎn)

曝氣生物濾池與活性污泥法相比，具有以下特點(diǎn)：

(1)具有更高的生物濃度和更高的有機(jī)負(fù)荷。BAF 中采用的 粗糙多孔的粒狀填料為微生物提供了更佳的生長環(huán)境，易于 掛膜及穩(wěn)定運(yùn)行，可在填料表面保持較多的生物量，單位體 積內(nèi)微生物量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于活性污泥中的微生物量，高濃度的微 生物量使得BAF 的容積負(fù)荷增大，進(jìn)而減少了池容積和占地 面積，使基建費(fèi)用大大降低。

(2) 占地面積小。由于在BAF 反應(yīng)器中，處理效果與填料 高度成正相關(guān)，因此可以通過增加填料高度來減少占地面 積。曝氣生物濾池的容積負(fù)荷很高，BOD5容積負(fù)荷可達(dá)到5~6kgBOD5/(m3/d)，是常規(guī)活性污泥法或接觸氧化法的6~12 倍。

(3) 工藝簡單，基建費(fèi)用低。由于填料的機(jī)械截留作用以

及濾料表面的微生物和代謝中產(chǎn)生的粘性物質(zhì)形成的吸附 架橋作用，因此，可省去二沉池，進(jìn)而降低基建費(fèi)用。

(4) 受氣溫影響小。由于BAF 為半封閉或全封閉構(gòu)筑物， 其生化反應(yīng)受外界溫度影響較小，因此適合于寒冷地區(qū)進(jìn)行 污水處理。

(5)菌群結(jié)構(gòu)合理。傳統(tǒng)的活性污泥法，微生物的分布相 對均勻，而在 BAF 中從上到下形成了不同的優(yōu)勢生物菌種， 因此使得除C、硝化/反硝化能在同一個(gè)池子中發(fā)生，簡化了工藝流程。

(6)耐沖擊能力強(qiáng)。BAF 濾池對有機(jī)負(fù)荷、水力負(fù)荷、溫度 的變化不像活性污泥法那么敏感。

(7) 易于操作管理。 曝氣生物濾池抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，耐 低溫，無污泥膨脹之虞，可以避免微生物流失，保持較高的 微生物量，因此，日常運(yùn)行管理簡單，處理效果穩(wěn)定。

(8) 高質(zhì)量的出水水質(zhì)。

BAF 的應(yīng)用及研究現(xiàn)狀

3.1 BAF 曝氣生物濾池在微污染水源中的應(yīng)用

清華大學(xué)研究表明，利用BAF 工藝對微污染源水進(jìn)行生

物預(yù)處理可以取得良好的除污染效果。BAF 對有機(jī)物的去除 受源水水質(zhì)的影響較大，其對CODMn 的去除率為5%~45%， 對COD 的去除率在20%~60%之間；BAF 對水中氨氮的去除則 受源水水質(zhì)影響較小，除個(gè)別情況外其去除率普遍達(dá)80%以 上。另外，BAF 工藝對濁度、色度、鐵、錳等也有較好的去 除效果。

BAF 預(yù)處理工藝除可以直接去除源水中的污染物外，對后繼的常規(guī)給水處理工藝也產(chǎn)生非常有利的影響。BAF 預(yù)處理 消耗了源水中大部分可生物降解的有機(jī)物，必然減少給水管 網(wǎng)中細(xì)菌滋生的可能性，提高了飲用水的生物穩(wěn)定性；BAF預(yù)處理工藝降低了源水中的有機(jī)物和氨氮的含量，可以減少 消毒過程中氯氣的投量，降低了消毒過程中消毒副產(chǎn)物的產(chǎn) 生量，提高飲用水的安全性。

3.2 BAF 曝氣生物濾池處理污水中的應(yīng)用

在中國內(nèi)地，曝氣生物濾池正處于推廣階段，大連市馬 欄河污水處理廠是我國第一個(gè)采用曝氣生物濾池工藝的城 市污水處理廠，目前正處于試運(yùn)行階段。大連馬欄河污水處理廠工程通過國際招標(biāo)確定了SEDIPAC 3D+BIOFOR 工藝，設(shè) 計(jì)處理能力為12×104m3/d，其中 4×104m3/d回用，服務(wù)面 積為32km2，服務(wù)人口為 35 萬人， 占地為4.3hm2，工程直 接投資約1.6 億元。工程于 1998 年 11 月開工，2000 年 9 月

進(jìn)入調(diào)試運(yùn)行，2001 年 7月通過性能測試并正式投產(chǎn)運(yùn)行。 針對南方特有的低濃度生活污水，研究了在低曝氣條件

下，氣水比、水力負(fù)荷、進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷、碳氮比、填料層高 度等因素對曝氣生物濾池容積負(fù)荷的影響。結(jié)果表明，在氣 水比為3：1，碳氮比為 3~4，水力負(fù)荷為1.1m3/(m2/h)條 件下，CODCr和氨氮的去除率分別為 97.37%和82.28%，出水 有機(jī)物和氨氮質(zhì)量濃度分別為3.4mg/L 和6.94mg/L。碳氮比 對反應(yīng)器CODCr 容積負(fù)荷的影響較對氨氮容積負(fù)荷的影響更 為明顯；氨氮的去除率受水力負(fù)荷的變化影響較小。

曝氣生物濾池處理啤酒廢水效果較好，當(dāng)COD 容積負(fù) 荷為10kg/(m3?d)時(shí)，在 0.8m/h、1.4m/h 和 2.5m/h3種不同 水力負(fù)荷下COD 的出水濃度分別在 59mg/L、82mg/L 和51mg/L 以下；當(dāng) BOD 容積負(fù)荷為6kg/(m3/d)時(shí)，3種水力負(fù)荷下的 BOD5 出水濃度分別在21mg/L，38mg/L，24mg/L 以下；分析 結(jié)果表明，出水濃度隨容積負(fù)荷的增高而增高，受水力負(fù)荷 的影響較小。

BAF 的影響因素

4.1 運(yùn)行方式對曝氣生物濾池的影響

運(yùn)行方式對曝氣生物濾池的處理效能有著深刻的影響， 針對曝氣生物濾池的兩種不同運(yùn)行方式進(jìn)行研究，得出如下 結(jié)論：

(1)上流式曝氣生物濾池和下流式曝氣生物濾池的掛膜 時(shí)間分別9 天和 10天，上流式曝氣生物濾池的掛膜時(shí)間略 低于下流式曝氣生物濾池，而且兩種運(yùn)行方式均呈現(xiàn)豐富的 生物相。

(2) 上流式與下流式曝氣生物濾池沿水流方向的COD 去 除率趨于穩(wěn)定。上流式的曝氣生物濾池的填料高度略低于下 流式曝氣生物濾池。

(3) 上流式和下流式曝氣生物濾池在填料高度對SS 的去 除表現(xiàn)出較高的去除率，而上流式曝氣生物濾池出水的SS 的去除率高于下流式曝氣生物濾池。

(4)進(jìn)水的SS 是影響上流式和下流式曝氣生物濾池運(yùn)行 周期的關(guān)鍵因素，建議對SS 進(jìn)行預(yù)處理，以延長運(yùn)行周期。

(5)綜合各種污染物質(zhì)的去除效果，上流式曝氣生物濾 池優(yōu)于下流式曝氣生物濾池。

將上流式曝氣生物濾池用于城市污水的深度處理有著 良好的處理效果，采用上流式曝氣生物濾池處理城市生活污 水，即使在秋冬季節(jié)水溫較低時(shí)也能有效處理生活污水，使 其達(dá)標(biāo)排放。對于上流式兩段曝氣生物濾池工藝而言，原理

是對兩個(gè)處理單元分別曝氣，分別強(qiáng)化反應(yīng)器填料所附生物 膜中微生物的氧化作用，在上升水流過程中填料和生物膜的 吸附阻留作用及生物膜內(nèi)部反硝化作用，達(dá)到了高效處理污 水的目的。

4.2 溫度對曝氣生物濾池作用的影響

生物膜是整個(gè)曝氣生物濾池水處理構(gòu)筑物的核心，良好 生物膜是生物膜反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。

在曝氣生物濾池中以養(yǎng)微生物能有效地形成生物膜，但 受到低溫的限制。經(jīng)過一段時(shí)間的饑餓后，重新獲得營養(yǎng)物 質(zhì)時(shí)生物濾池內(nèi)的硝化細(xì)菌活性和生長能得到一些恢復(fù)，但 低溫或異養(yǎng)菌的生長對其有抑制作用。低溫下生物可利用有 機(jī)基質(zhì)濃度不受限制時(shí)異養(yǎng)細(xì)菌生物量增加仍然很快，而生 物可利用有機(jī)基質(zhì)濃度成為限制因子時(shí)，異養(yǎng)細(xì)菌生物量增 加雖然仍能有所增加，但增加緩慢；當(dāng)NH+4-N 濃度不是硝 化細(xì)菌生物量增加的限制因子，硝化細(xì)菌生物量增加仍受低 溫的嚴(yán)重限制，硝化細(xì)菌生物量雖然有所增加，但增加很緩 慢；相應(yīng)基質(zhì)濃度不受限制時(shí)，低溫對硝化細(xì)菌生物量增加 的限制作用更顯著。

BAF 中溫度對硝化作用的影響，尤其對短程硝化反硝化 作用的影響不同與懸浮生長反應(yīng)器。這是由于在BAF 反應(yīng)器

中溶質(zhì)的擴(kuò)散傳遞而不是動力學(xué)特性是硝化作用的控制因 素。在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)20℃是臨界溫度，當(dāng)溫度低于20℃時(shí)， 反應(yīng)器的氨氮去除率較低(僅為進(jìn)水氨氮的 25%)，而溫度為 20℃時(shí)，氨氮去除率上升到68%左右，但隨溫度的進(jìn)一步提 高氨氮去除率增長緩慢。采用兩級曝氣生物濾池在低溫下處 理水庫入庫水的探索性試驗(yàn)，表明有機(jī)物和氨氮的去除受到 了低溫的嚴(yán)重抑制，亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化成硝酸鹽不再是完全硝化 反應(yīng)的限制步驟。

4.3 反沖洗對曝氣生物濾池作用的影響

曝氣生物濾池集生物膜的強(qiáng)氧化降解能力和濾層截留 效能于一體，是一種適合大規(guī)?；赜?、高效、低耗的污水再 生工藝，而運(yùn)行一定時(shí)間后，濾層需要通過反沖洗進(jìn)行再生，反沖過程要求達(dá)到釋放截留的懸浮物，不損害并更新生物膜 的多重目的，因此，反沖洗是保證曝氣生物濾池運(yùn)行效能的 關(guān)鍵步驟?？陀^的講，反沖過程沒有太多的理論依據(jù)，基本 是從再生效果考慮的，既要恢復(fù)過濾能力，又要保證填料表 面仍附著有足夠的生物體，使濾池能滿足下一周期凈化處理 要求。此外，曝氣生物濾池的反沖洗污泥具有較好的生物絮 凝活性，利用該反沖洗污泥混合液作為生物絮凝劑對生活污 水進(jìn)行強(qiáng)化混凝預(yù)處理。

反沖濾層的運(yùn)動狀態(tài)可分解為 3個(gè)階段：反沖開始的濾 層變速膨脹階段、濾層懸浮平衡階段和后期的懸浮濾層沉降 階段，由于第一階段的特征是濾層變速膨脹，顆粒擁擠上升，碰撞摩擦劇烈，再加上反沖氣/水的剪切、摩擦作用使濾料 凈化效率*高；而第 2和第 3階段顆粒碰撞摩擦的機(jī)會極少 使碰撞摩擦作用減弱，而且反沖氣/水對濾料的剪切和摩擦 強(qiáng)度也會由于濾層處于平衡狀態(tài)而有所降低，因此沖洗效果 主要取決于第1 階段。

BAF 的注意事項(xiàng)

5.1 曝氣生物濾池的進(jìn)水 SS 不能過高。

如果進(jìn)水SS 較高，會使濾池在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)計(jì)的水頭 損失，發(fā)生堵塞，這樣就必然導(dǎo)致頻繁的反沖洗，增加了運(yùn) 行費(fèi)用與管理的不便。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 的功能，曝氣生物濾池采用 的填料粒徑一般都比較小。根據(jù)國外的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)水的 SS一般不超過100mg/L，**控制在 60mg/L以下。

5.2 污水提升泵機(jī)的揚(yáng)程高。

采用曝氣生物濾池，其過濾水頭損失大，故污水提升所

需泵機(jī)的揚(yáng)程高。曝氣生物濾池雖具有截留SS，代替二沉池 的功能，但同時(shí)伴隨著的是其水頭損失較大。一般來說，水 頭損失根據(jù)具體情況，每一級為1~2m，這樣就在整體上加 大了水的總提升高度。

5.3 設(shè)置污泥緩沖池

采用曝氣生物濾池工藝，在反沖洗操作過程中短時(shí)間內(nèi) 水力負(fù)荷較大，反沖洗出水直接回流到初沉池，初沉池會受 到較大水力沖擊負(fù)荷的影響。 因此，從保證穩(wěn)定運(yùn)行角度 來看，有必要設(shè)置污泥緩沖池。

BAF 的工藝特點(diǎn)

BAF 屬第三代生物膜反應(yīng)器，不僅具有生物膜工藝技術(shù) 的優(yōu)勢，同時(shí)也起著有效的空間過濾作用，通過使用特殊的 濾料和正確的配氣設(shè)計(jì)，BAF 具有以下工藝特點(diǎn)：

· 采用氣水平行上向流，使得氣水進(jìn)行極好均分，防 止了氣泡在濾料層中凝結(jié)和氣堵現(xiàn)象，氧的利用率高，能耗 低。

· 與下向流過濾相反，上向流過濾維持在整個(gè)濾池高度 上提供正壓條件，可以更好的避免形成溝流或短流，從而避

免通過形成溝流來影響過濾工藝而形成的氣阱。

· 上向流形成了對工藝有好處的半柱推條件，即使采用 高過濾速度和負(fù)荷，仍能保證BAF 工藝的持久穩(wěn)定性和有效 性。

·采用氣水平行上向流，使空間過濾能被更好的運(yùn)用，空氣 能將固態(tài)物質(zhì)帶人濾床深處，在濾池中能得到高負(fù)荷、均勻 的固體物質(zhì)，從而延長了反沖洗周期，減少清洗時(shí)間和清洗 時(shí)用的氣水量。

· 濾料層對氣泡的切割作用使氣泡在濾池中的停留時(shí) 間延長，提高了氧的利用率。

· 由于濾池極好的截污能力，使得BAF 后面不需要再 設(shè)二次沉淀池。

· 整套系統(tǒng)可采用PLC 控制，自動化程度高。

BAF 的適用范圍

系統(tǒng)配套高效反應(yīng)器，可有效將類生活污水及易降解廢 水處理至回用標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)由布水系統(tǒng)，布?xì)庀到y(tǒng)，濾板、濾 頭、空氣擴(kuò)散器、生物陶粒以及附件構(gòu)成。整套系統(tǒng)占地面 積僅為常規(guī)工藝的1/3~1/4，特別適用于用地緊張的小區(qū)、 酒店、大樓、旅游區(qū)、城市景觀水補(bǔ)給，黑臭河道凈化等地 方使用。

BAF 可廣泛用于水體富營養(yǎng)化、生活污水、市政污水、 生活雜排水、食品加工、釀造、化工、制藥、印染等可生化 的污水和廢水處理。