曝氣生物濾池（Biological aerated filter：BAF）處理污水是近年來(lái)開(kāi)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(guó)研究甚少。曝氣生物濾池最大的特點(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)。

1 曝氣生物濾池污水處理技術(shù)的發(fā)展

在城市污水的治理領(lǐng)域，傳統(tǒng)的污水處理工藝，如傳統(tǒng)活性污泥工藝及其變形工藝、生物氧化溝工藝、生物脫氮除磷工藝（A/O法、A/A/O法及其改進(jìn)工藝）。A-B工藝和SBR工藝等，處理的水質(zhì)能達(dá)到排放水的一般要求，但不能達(dá)到城市 一般回用水標(biāo)準(zhǔn)，而且投資和占地面積大，難于管理。例如活性污泥法，其研究、應(yīng)用、改進(jìn)已有很長(zhǎng)的歷史，目前在世界上仍占優(yōu)勢(shì)地位，但同時(shí)也存在一些難以克服的缺點(diǎn)。因此，近十幾年來(lái)，各種廢水處理新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。

在歐洲，為了適應(yīng)新的標(biāo)準(zhǔn)[1-2]，陸續(xù)開(kāi)發(fā)了一系列新的污水處理技術(shù)，曝氣生物濾池從中脫穎而出。它首先被用作三級(jí)處理，后來(lái)發(fā)展成直接用于二級(jí)處理[3]。自第1套建在靠近巴黎的sois-sons污水處理廠的裝置投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)[4]，已在歐、美和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家廣為流行，目前世界上已有幾百座污水處理廠應(yīng)用了這種技術(shù)。曝氣生物濾池不僅用于水體富營(yíng)養(yǎng)化處理，而且廣泛地用于生活污水、生活雜排水和食品加工、水果蔬菜罐頭、魚(yú)肉制品、釀造和造紙等工業(yè)廢水處理中。
2 填料在曝氣生物濾池中的核心地位

曝氣生物濾池充分借鑒了污水處理接觸氧化法和給水快濾池的設(shè)計(jì)思路，集曝氣、高濾速、截留懸浮物、定期反沖洗等特點(diǎn)于一體。其工作原理主要有過(guò)濾、吸附和生物代謝[5]。濾池工作時(shí)，在濾池中裝填一定量粒徑較小的粒狀濾料，濾料表面生長(zhǎng)著生物膜，濾池內(nèi)部曝氣，污水流經(jīng)時(shí)，利用濾料上高濃度生物膜的強(qiáng)氧化降解能力對(duì)污水進(jìn)行快速凈化；同時(shí)，因污水流經(jīng)時(shí)，濾料呈壓實(shí)狀態(tài)，利用濾料粒徑較小的特點(diǎn)及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的大量懸浮物，且保證脫落的生物膜不會(huì)隨水漂出；此外，填料及附著其上生長(zhǎng)的生物膜對(duì)溶解性有機(jī)物具有一定的吸附作用。運(yùn)行一定時(shí)間后，因水頭損失的增加，需對(duì)濾池進(jìn)行反沖洗，以釋放截留的懸浮物并更新生物膜，此為反沖洗過(guò)程。曝氣生物濾池正是通過(guò)這樣反復(fù)的周期性運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)處理污水的。

填料作為曝氣生物濾池的核心組成部分，影響著曝氣生物濾池的發(fā)展。曝氣生物濾池發(fā)展過(guò)程中依次出現(xiàn)過(guò)3種不同的形式[1、6-7]：BIOCARBONE，BIOFOR和BIOSTYR，采用的填料各不相同。BIOCARBONE采用的是石英砂粒；BIOFOR采用的是輕質(zhì)陶粒；BIOSTYR采用的則是密度比水小的聚苯乙烯球形顆粒。石英砂粒由于密度大，比表面積、孔隙率??；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。輕質(zhì)陶粒和聚苯乙烯作填料時(shí)，由于密度小，比表面積、孔隙率大，生物量大，因此濾池負(fù)荷較大，水頭損失較小。國(guó)外的實(shí)際運(yùn)行表明，BIOFOR和BIOSTYR明顯優(yōu)于BIOCARBONE。

事實(shí)上，BAF性能的優(yōu)劣很大程度上取決于填料的特性，填料的研究和開(kāi)發(fā)在BAF工藝中至關(guān)重要，為此，英國(guó)、美國(guó)和印度等國(guó)已制定了曝氣生物濾池所用濾料的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，法國(guó)德利滿公司對(duì)應(yīng)用于曝氣生物濾池的濾料也制定了相應(yīng)的說(shuō)明書(shū)及測(cè)試規(guī)范，可見(jiàn)各國(guó)對(duì)曝氣生物濾池的濾料都有嚴(yán)格的要求。
3 填料的研究進(jìn)展

曝氣生物濾池所用填料，根據(jù)其采用原料的不同，可分為無(wú)機(jī)填料、有機(jī)高分子填料；根據(jù)填料密度的不同，可分為上浮式填料和沉沒(méi)式填料。無(wú)機(jī)填料一般為沉沒(méi)式填料，有機(jī)高分子填料一般為上浮式填料。常見(jiàn)的無(wú)機(jī)填料有陶粒、焦炭、石英砂、活性炭、膨脹硅鋁酸鹽等，有機(jī)高分子填料有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等。

國(guó)外，Rebecca Moore等[8]研究了尺寸范圍分別為1.5～3.5mm和2.5～4.5mm的填料對(duì)曝氣生物濾池處理效果的影響，發(fā)現(xiàn)小顆粒（1.5～3.5mm）填料雖然有利于脫氮，但不適應(yīng)高的水力負(fù)荷；而大顆粒（2.5～4.5mm）填料雖然改善了濾池操作條件，減少了反沖洗的次數(shù)，但不利于脫氮和SS的去除。這為曝氣生物濾池填料在尺寸要求上提供了一定的依據(jù)。Allant[9]等人研究結(jié)果表明：上浮式填料比沉沒(méi)式填料對(duì)SS、有機(jī)物的去除率高，更耐有機(jī)負(fù)荷和水力負(fù)荷沖擊。Won-Seok Chang[10]等以天然沸石和砂粒為填料研究BAF對(duì)紡織廢水的處理效果發(fā)現(xiàn)：天然沸石對(duì)紡織廢水的處理效果優(yōu)于砂粒的處理效果，這是因?yàn)樘烊环惺哂懈鼜?qiáng)的陽(yáng)離子交換能力和更大的比表面積。這說(shuō)明輕質(zhì)填料取代高密度填料是曝氣生物濾池污水處理技術(shù)發(fā)展過(guò)程中的必然趨勢(shì)。

我國(guó)對(duì)曝氣生物濾池填料的研究以陶粒為最多，這是因?yàn)樘樟Ｗ鳛樘盍系囊环N，不僅材料低廉易得，而且顯示出的優(yōu)良特性，特別適合我國(guó)的國(guó)情。早期的陶粒大多采用頁(yè)巖直接燒制、破碎、篩分而成，為不規(guī)則狀（片狀居多）。最近出現(xiàn)的球形輕質(zhì)陶粒，采用粘土（主要成分為偏鋁硅酸鹽）為原材料，加入適當(dāng)化工原料作為膨脹劑，經(jīng)高溫?zé)贫伞Ｖ鞓?lè)輝等人[11]以粘土為主要原料，結(jié)合其它化工原料在溫度為1180℃時(shí)燒制的輕質(zhì)陶粒用作曝氣生物濾池污水處理的研究表明：①球形輕質(zhì)陶粒強(qiáng)度大、孔隙率大。比表面積大、化學(xué)穩(wěn)定性好，與玻璃鋼、聚氯乙烯、聚丙烯、維綸等濾料相比，具有生物附著性強(qiáng)、掛膜性能良好、水流流態(tài)好、反沖洗容易進(jìn)行。截污能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；②形狀規(guī)則，粒徑可大可小，密度適宜，克服了不規(guī)則粒狀濾料水流阻力大，易引起氧化池堵塞，反沖洗強(qiáng)度大，易沖刷破碎的缺點(diǎn)；③加工過(guò)程完全不同于傳統(tǒng)的片狀陶粒濾料。表面結(jié)釉一直是傳統(tǒng)片狀陶粒濾料沒(méi)有解決的難題；而球形輕質(zhì)陶粒主要以粘土為原料，控制適當(dāng)?shù)呐淞虾蜔乒に?，可改變陶粒的密度，且使其表面粗糙、多微孔、不結(jié)釉。④以球形輕質(zhì)陶粒作接觸填料，采用淹沒(méi)式曝氣生物濾池處理污水，可以起到深度處理的作用，處理后的水能重新利用并節(jié)約用地。周彩樓等[12]以凈水廠淤泥為原料研制超輕陶粒取得了滿意的結(jié)果，開(kāi)創(chuàng)了污泥資源化的又一途徑。齊兵強(qiáng)、王占生等人[6]以球形輕質(zhì)陶粒（主要性能見(jiàn)表1）作為曝氣生物濾池填料處理生活污水時(shí)發(fā)現(xiàn)：盡管在很高的濾速（6.5～8m/h）下，其處理水質(zhì)仍然很高，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)約了能源和操作費(fèi)用。
表1 球形輕質(zhì)陶粒的主要性能參數(shù)

項(xiàng)目 粒徑/

mm 堆積密度/

(g·cm-3) 密度/

(g·cm-3) 比表面積/

(m2·g-1) 內(nèi)部孔隙率 外部孔隙率
數(shù)值 3～6 0.89 1.56 4.11 0.09 0.339

從曝氣生物濾池填料的發(fā)展來(lái)看，在以后的研究中，主要的方向?qū)⒃谝韵聨讉€(gè)方面：①研究填料對(duì)污染物去除的影響及污染物去除機(jī)制。目前，對(duì)BAF運(yùn)行的工藝條件研究很多，但是對(duì)于污染物的轉(zhuǎn)移和代謝途徑?jīng)]有深人的研究；填料上生物相分布、生態(tài)結(jié)構(gòu)缺乏系統(tǒng)的分析和解釋?zhuān)涣硗?，填料如何影響污染物去除機(jī)制不明。②開(kāi)發(fā)以天然材料為主要成分的無(wú)機(jī)填料，如輕質(zhì)陶粒的研究開(kāi)發(fā)。合成的高分子填料與微生物之間相容性較差，所以在掛膜時(shí)生物量少，易脫落，而以天然材料為原料的無(wú)機(jī)填料可以克服以上不足，但是需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題是如何增加強(qiáng)度、增大空隙率和減小密度。③尋求改善填料性能的工藝和方法。填料加工過(guò)程中的工藝非常重要，為了獲得優(yōu)質(zhì)填料，生產(chǎn)工藝和方法需要不斷改進(jìn)。④制定適于曝氣生物濾池的填料標(biāo)準(zhǔn)。歐美國(guó)家對(duì)曝氣生物濾池用填料均有較為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，但在我國(guó)目前還沒(méi)有，在系統(tǒng)掌握填料的尺寸、性狀、密度等因素對(duì)污染物去除的影響后，制定適于我國(guó)曝氣生物濾池的填料標(biāo)準(zhǔn)意義深遠(yuǎn)。這不僅使得填料的生產(chǎn)規(guī)范化，而且極大促進(jìn)BAF污水處理技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用和推廣。
 

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