摘要：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，該處理工藝容積負荷、水力負荷大，占地面積、基建投資少，氧轉(zhuǎn)移率高，出水水質(zhì)好等特點。
關(guān)鍵字：曝氣生物濾池 填料的研究進展 污水處理技術(shù) 曝氣生物濾池（Biological aeratedfilter：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，該處理工藝容積負荷、水力負荷大，占地面積、基建投資少，氧轉(zhuǎn)移率高，出水水質(zhì)好等特點。 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A/O法、A/A/O法及其改進工藝）。A-B工藝和SBR工藝等，處理的水質(zhì)能達到排放水的一般要求，但不能達到城市一般回用水標準，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、改進已有很長的歷史，目前在世界上仍占優(yōu)勢地位，但同時也存在一些難以克服的缺點。因此，近十幾年來，各種廢水處理新技術(shù)不斷涌現(xiàn)。工藝、生物脫氮除磷工藝（
在歐洲，為了適應(yīng)新的標準[1-2]，陸續(xù)開發(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。它首先被用作三級處理，后來發(fā)展成直接用于二級處理[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)運行以來[4]，已在歐、美和日本等發(fā)達國家廣為流行，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、魚肉制品、釀造和造紙等工業(yè)廢水處理中。 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)計思路，集曝氣、高濾速、截留懸浮物、定期反沖洗等特點于一體。其工作原理主要有過濾、吸附和生物代謝[5]。濾池工作時，在濾池中裝填一定量粒徑較小的粒狀濾料，濾料表面生長著生物膜，濾池內(nèi)部曝氣，污水流經(jīng)時，利用濾料上高濃度生物膜的強氧化降解能力對污水進行快速凈化；同時，因污水流經(jīng)時，濾料呈壓實狀態(tài)，利用濾料粒徑較小的特點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隨水漂出；此外，填料及附著其上生長的生物膜對溶解性有機物具有一定的吸附作用。運行一定時間后，因水頭損失的增加，需對濾池進行反沖洗，以釋放截留的懸浮物并更新生物膜，此為反沖洗過程。曝氣生物濾池正是通過這樣反復(fù)的周期性運轉(zhuǎn)來處理污水的。 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)展過程中依次出現(xiàn)過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?。划?dāng)污水流經(jīng)濾層時阻力很大，生物量少，因此濾池負荷不高、水頭損失大。輕質(zhì)陶粒和聚苯乙烯作填料時，由于密度小，比表面積、孔隙率大，生物量大，因此濾池負荷較大，水頭損失較小。國外的實際運行表明，BIOFOR和BIOSTYR明顯優(yōu)于BIOCARBONE。 事實上，BAF性能的優(yōu)劣很大程度上取決于填料的特性，填料的研究和開發(fā)在BAF工藝中至關(guān)重要，為此，英國、美國和印度等國已制定了曝氣生物濾池所用濾料的相應(yīng)標準，法國德利滿公司對應(yīng)用于曝氣生物濾池的濾料也制定了相應(yīng)的說明書及測試規(guī)范，可見各國對曝氣生物濾池的濾料都有嚴格的要求。 曝氣生物濾池所用填料，根據(jù)其采用原料的不同，可分為無機填料、有機高分子填料；根據(jù)填料密度的不同，可分為上浮式填料和沉沒式填料。無機填料一般為沉沒式填料，有機高分子填料一般為上浮式填料。常見的無機填料有陶粒、焦炭、石英砂、活性炭、膨脹硅鋁酸鹽等，有機高分子填料有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等。 國外，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：上浮式填料比沉沒式填料對SS、有機物的去除率高，更耐有機負荷和水力負荷沖擊。Won-Seok Chang[10]等以天然沸石和砂粒為填料研究BAF對紡織廢水的處理效果發(fā)現(xiàn)：天然沸石對紡織廢水的處理效果優(yōu)于砂粒的處理效果，這是因為天然沸石具有更強的陽離子交換能力和更大的比表面積。這說明輕質(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)展過程中的必然趨勢。 我國對曝氣生物濾池填料的研究以陶粒為*多，這是因為陶粒作為填料的一種，不僅材料低廉易得，而且顯示出的優(yōu)良特性，特別適合我國的國情。早期的陶粒大多采用頁巖直接燒制、破碎、篩分而成，為不規(guī)則狀（片狀居多）。*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鞓份x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、掛膜性能良好、水流流態(tài)好、反沖洗容易進行。截污能力強等優(yōu)點；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，反沖洗強度大，易沖刷破碎的缺點；③加工過程完全不同于傳統(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)呐淞虾蜔乒に嚕筛淖兲樟５拿芏?，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，開創(chuàng)了污泥資源化的又一途徑。齊兵強、王占生等人[6]以球形輕質(zhì)陶粒（主要性能見表1）作為曝氣生物濾池填料處理生活污水時發(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，節(jié)約了能源和操作費用。
表1 球形輕質(zhì)陶粒的主要性能參數(shù)
項目 | 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)展來看，在以后的研究中，主要的方向?qū)⒃谝韵聨讉€方面：①研究填料對污染物去除的影響及污染物去除機制。目前，對BAF運行的工藝條件研究很多，但是對于污染物的轉(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；另外，填料如何影響污染物去除機制不明。②開發(fā)以天然材料為主要成分的無機填料，如輕質(zhì)陶粒的研究開發(fā)。合成的高分子填料與微生物之間相容性較差，所以在掛膜時生物量少，易脫落，而以天然材料為原料的無機填料可以克服以上不足，但是需要重點解決的問題是如何增加強度、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。填料加工過程中的工藝非常重要，為了獲得上等填料，生產(chǎn)工藝和方法需要不斷改進。④制定適于曝氣生物濾池的填料標準。歐美國家對曝氣生物濾池用填料均有較為嚴格的標準，但在我國目前還沒有，在系統(tǒng)掌握填料的尺寸、性狀、密度等因素對污染物去除的影響后，制定適于我國曝氣生物濾池的填料標準意義深遠。這不僅使得填料的生產(chǎn)規(guī)范化，而且極大促進BAF污水處理技術(shù)在我國的應(yīng)用和推廣。 參考文獻：
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[10]周彩樓，尚琦，尹洪江．凈水廠沉淀池淤泥超輕陶粒的研究[J]．熱固性樹脂，1999，(4)：83～86．
[11]李汝琪，孫長虹，錢易．曝氣生物濾他處理啤酒廢水的研究[J]環(huán)境科學(xué)，1999，20(7)：79～82．
[12]齊兵強，王占生．曝氣生物濾池在污水處理中的應(yīng)用[J]．給水排水，2000，26(10)：4～6． 作者簡介：王勁松（1972～），男，湖南衡陽人，講師，華南理工大學(xué)造紙與環(huán)境工程學(xué)院環(huán)境工程系2000級研究生；胡勇有（1964～），男，湖南郴州人，博導(dǎo)，華南理二大學(xué)造紙與環(huán)境工程學(xué)院。
