曝氣生物濾池簡(jiǎn)稱BAF，是80年代末在歐美發(fā)展起來(lái)的一種新型生物膜法污水處理工藝。世界上首座BAF于1981年在法國(guó)投產(chǎn)，隨后在美國(guó)、日本等國(guó)得到廣泛應(yīng)用。BAF在我國(guó)作為一種新工藝，正處于推廣階段。許多科研單位也對(duì)曝氣生物濾池結(jié)構(gòu)形式、功能、啟動(dòng)和濾料等方面進(jìn)行了詳細(xì)的研究，取得了很多成果。 

        曝氣生物濾池（Biological Aerated Filter）簡(jiǎn)稱BAF，是80年代末在歐美發(fā)展起來(lái)的一種新型生物膜法污水處理工藝。界上首座BAF于1981年在法國(guó)投產(chǎn)，隨后在美國(guó)、加拿大、日本等國(guó)得到廣泛應(yīng)用。BAF在我國(guó)作為一種新工藝，正處于推廣階段。大連市馬欄河污水處理廠是我國(guó)第一個(gè)采用BAF工藝的城市污水處理廠，目前正處于試運(yùn)行階段。許多科研單位也對(duì)曝氣生物濾結(jié)構(gòu)形式、功能、啟動(dòng)和濾料等方面進(jìn)行了詳細(xì)的研究，取得了很多成果。

1 BAF濾料的重特性

        BAF是一種生物膜法處理工藝， 其中廢水凈化過(guò)程是很復(fù)雜的，它包括廢水中復(fù)雜的傳質(zhì)過(guò)程、氧的擴(kuò)散與吸收、有機(jī)物的分解和微生物的新陳代謝等過(guò)程。濾池工作時(shí)，污水流經(jīng)濾料表面過(guò)程中，通過(guò)有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸附、氧向生物膜內(nèi)部的擴(kuò)散以及生物膜中所發(fā)生的生物氧化等作用，對(duì)污染物質(zhì)進(jìn)行氧化分解，使污水得以凈化。

        BAF 的生物降解性能的優(yōu)劣很大程度上取決于濾料的特性，濾料的研究和開(kāi)發(fā)在BAF工藝中至關(guān)重要。作為微生物載體的濾料對(duì)水處理效果的影響主要反映在載體的性質(zhì)，包括載體的比表面積的大小、粒徑的大小、表面親水性及表面電荷、表面粗糙度、載體的密度、堆積密度、孔隙率、強(qiáng)度等。因此濾料的選擇不僅決定了可供生物膜生長(zhǎng)的比表面積的大小和生物膜量的多少，而且還影響著反應(yīng)器中的水動(dòng)力學(xué)狀態(tài)。在正常生長(zhǎng)環(huán)境下，微生物表面帶有負(fù)電荷，如果濾料表面帶正電荷，這將使微生物在濾料表面附著、固定過(guò)程更易進(jìn)行。濾料表面的粗糙度有利于細(xì)菌在其表面附著、固定，粗糙的表面增加了細(xì)菌與濾料間的有效接觸面積，比表面積形成的孔洞、裂縫等對(duì)已附著的細(xì)菌起到屏蔽保護(hù)，使其免受水力剪切的沖刷作用。因此作為生物膜載體―濾料的各種特性決定了BAF反應(yīng)器能否高效運(yùn)行，能否在水處理中得到更廣泛的推廣與應(yīng)用[5~7]。

2 BAF 濾料的研究進(jìn)展

        目前，用于生物濾池的填料，國(guó)內(nèi)外主要有玻璃鋼或塑料蜂窩填料、立體波紋填料、軟性纖維填料、半軟性填料以及不規(guī)則狀填料等。這些填料往往并不都適合用作BAF的濾料，

        玻璃鋼和塑料填料表面光滑，生物膜附著力差，易老化，且在實(shí)際使用中往往容易產(chǎn)生不同程度填料的堵塞；軟性填料中的水流流態(tài)不理想，易被生物膜粘結(jié)在一起，產(chǎn)生結(jié)球現(xiàn)象，使其表面積大為減小，進(jìn)而在結(jié)球的內(nèi)部產(chǎn)生大慶氧作用，影響處理效果；不規(guī)則片狀填料水流阻力大，易于引起氧化池堵塞。濾料是曝氣生物濾池的關(guān)鍵部分，對(duì)曝氣生物濾池的功效有直接的影響，同時(shí)也影響到曝氣生物濾池的結(jié)構(gòu)形式和成本。因此開(kāi)發(fā)出一種適于BAF特點(diǎn)的經(jīng)濟(jì)高效濾料，將關(guān)系到BAF這種先進(jìn)工藝的應(yīng)用推廣。

        目前，BAF所用的濾料，根據(jù)其采用原料的不同，可分為無(wú)機(jī)濾料和有機(jī)高分子濾料，常見(jiàn)的無(wú)機(jī)濾料有陶粒、焦炭、石英砂、活性炭、膨脹硅鋁酸鹽等，有機(jī)高分子濾料有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等。有機(jī)高分子濾料與微生物間的相容性較差，所以掛膜時(shí)生物量少，易脫落，處理效果并不總是很理想，且價(jià)格昂貴。對(duì)天然無(wú)機(jī)濾料的開(kāi)發(fā)是國(guó)內(nèi)外濾料研究的重點(diǎn)。石英砂由于密度大，比表面積小、孔隙率小，當(dāng)污水流經(jīng)濾層時(shí)阻力很大，生物量少，因此濾池負(fù)荷不高，水頭損失大，現(xiàn)要應(yīng)用的不多。輕質(zhì)陶粒濾料比表面積及孔隙率大、生物量大，因此濾池負(fù)荷較大、水頭損失較小、取材方便、價(jià)格低廉，國(guó)內(nèi)對(duì)其研究較多。

        T.D.Kent 等人對(duì)可能作為BAF濾料的泡沫柱狀粘土、棱狀煅燒粘土、膨脹耐火粘土、粉狀燃料灰、老棱狀頁(yè)巖、新棱狀頁(yè)巖和膨脹球形粘土進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)研究認(rèn)為單純從物理參數(shù)，如比表面積、最小流化速度和磨損率上考慮，最適合作BAF濾料的是膨脹球形粘土，其次是頁(yè)巖。

        Rebecca E.Moore等人采用泡沫粘土做為原料研制曝氣生物濾池濾料，在粘土中加入不同量的添加物質(zhì)如斑脫土溶液、鋁溶液、表面活性劑和鋸屑等，根據(jù)添加物量的不同燒制成了七種顆粒濾料，并對(duì)其物理性質(zhì)進(jìn)行了分析比較，采用小型BAF進(jìn)行了掛膜效果實(shí)驗(yàn)。濾料在小型BAF反應(yīng)器中的試驗(yàn)結(jié)果表明：表面粗糙度的不同對(duì)BAF啟動(dòng)期間有機(jī)物的去除率沒(méi)有明顯影響。增加表面粗糙度只在最初的微生物掛膜期間有一些影響。表面粗糙度對(duì)微生物掛膜的影響，并不是通過(guò)表面積的增加使微生物附著，而是通過(guò)給微生物提供合適的場(chǎng)所使微生物掛膜，一旦這些場(chǎng)所被微生物附著后，微生物的進(jìn)一步掛膜將不再依賴于底層濾料的粗糙情況。粘土中斑脫土溶液的增加，使濾料顆粒的磨損率下降，表面粗糙度降低，但這沒(méi)有明顯改變微生物的附著特性，因此選擇濾料應(yīng)綜合考慮微生物附著性和濾料磨損性。
 
        Won-Seok Chang等人采用沸石和砂濾料作為BAF濾料處理紡織廢水。細(xì)胞計(jì)數(shù)結(jié)果表明，沸石濾料上生長(zhǎng)的亞硝化單胞菌和硝化菌的數(shù)量分別為3.0×108和2.2×109 CFU/mL，而砂濾料上生長(zhǎng)的數(shù)量分別是4.5×108和6.5×108 CFU/mL。從硝化菌的數(shù)量上看，沸石濾料上更適宜微生物的硝化作用，另外從對(duì)有機(jī)物和TKN的去除率上看，以沸石為濾料的BAF的效果要好于以砂為濾料的BAF。采用沸石作為濾料的BAF可使紡織廢水的COD去除率達(dá)86％～92％，BOD去除率達(dá)99％，色度去除率在77％～79％，這是由于自然沸石濾料的比表面積大于砂濾料，宜于微生物的附著，且沸石濾料的離子交換能力強(qiáng)，能夠吸附水中的NH4+，而適宜環(huán)境的硝化菌的大量生長(zhǎng)，使NH4+轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。

        清華大學(xué)實(shí)驗(yàn)室對(duì)不同濾料，如頁(yè)巖陶粒、粘土陶粒、砂、褐煤、沸石、爐渣、麥飯石、焦炭等進(jìn)行了篩選，并與生物活性炭進(jìn)行了比較（其中褐煤因其機(jī)械強(qiáng)度差而被淘汰），認(rèn)為陶粒、砂子、大同沸石和麥飯石優(yōu)于其他幾種濾料。清華大學(xué)的田文華等的研究表明，用沸石作為BAF濾料可以有效地去除COD、氨氮和濁度，試驗(yàn)條件下的最佳水力負(fù)荷為2.2m/h(水力停留時(shí)間為1.4h)，此時(shí)對(duì)COD、氨氮和濁度的去除率分別為73.9%、88.4%和96.2%，相應(yīng)的出水平均濃度分別為43.4mg/L、3.5mg/L和3.7NTU，可以達(dá)到國(guó)家環(huán)�？偩�、天津大學(xué)提出的冷卻回用水水質(zhì)建議值(Ⅲ)中相關(guān)指標(biāo)的要求。

        齊兵強(qiáng)，王占生等人以球形輕質(zhì)陶粒作為曝氣生物濾池的濾料處理生活污水時(shí)發(fā)現(xiàn)：

        盡管在很高的濾速下（6.5～5m/h）下，其處理水質(zhì)仍很高，而且曝氣量小、氧利用率高；

        此外，該曝氣生物濾池系統(tǒng)水頭損失增加緩慢、反沖洗周期長(zhǎng)、節(jié)約能源和操作費(fèi)用；

        從國(guó)內(nèi)外對(duì)于BAF的濾料研究來(lái)看，綜合我國(guó)的國(guó)情，以天然材料為主要成分的多孔輕質(zhì)陶粒濾料不僅材料低廉易得，而且具有以下優(yōu)點(diǎn)：①陶粒以優(yōu)質(zhì)粘土為原料、加入少量輔料后加工而成，其表面粗糙、多微孔、不結(jié)釉，解決了其他片狀陶粒表面結(jié)釉的問(wèn)題；②強(qiáng)度高、孔隙率大、比表面積大、化學(xué)和物理穩(wěn)定性好，與聚氯乙烯等形狀規(guī)則的填料相比，具有生物附著力強(qiáng)、掛膜性能良好等優(yōu)點(diǎn)；③陶粒為球形，體積質(zhì)量適中，流態(tài)好，容易進(jìn)行反沖洗；④粒徑可根據(jù)需要制作，水流流態(tài)好、過(guò)濾周期長(zhǎng)、反沖洗容易進(jìn)行、截污能力強(qiáng)。

        3 BAF濾料今后的研究重點(diǎn)

        從曝氣生物濾池濾料的發(fā)展來(lái)看，以后對(duì)濾料的研究應(yīng)圍繞以下幾個(gè)方面：

        ① 系統(tǒng)地研究濾料性質(zhì)對(duì)污染物去除的影響及污染物去除機(jī)制。

        ② 開(kāi)發(fā)以天然材料為主要成分的高效價(jià)廉的無(wú)機(jī)濾料，如輕質(zhì)球形陶粒濾料在我國(guó)的的研究與開(kāi)發(fā)。

        ③ 尋求改善濾料性能的工藝和方法，優(yōu)化濾料的各項(xiàng)理化指標(biāo)與性能參數(shù)。

        ④ 制定曝氣生物濾池的濾料標(biāo)準(zhǔn)，使得濾料的生產(chǎn)規(guī)范化，促進(jìn)BAF污水處理技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用和推廣。

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