BAF曝气生物滤池在污水处理中的研究及应用

BAF曝气生物滤池在污水处理中的研究及应用
        根据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2O世纪8O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。
一、BAF工艺原理
        从最初的BIOCARBNONE生物滤池到BIO rYR和BIO—FOR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(HRD与污泥停留时间(sR町的分离，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。
二、BAF在国内外的研究进展与应用现状
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等【1】用聚丙乙烯悬浮材料和40％CaCO3与6o％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NH 4+一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(expandedsphericalclay)，其次是老的页岩。近年来许多研究人员使用天然拂石作为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NH 3-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。王占生等在对微污染水源水进行预处理研究时，通过对不同惰性滤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士陶粒、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、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8O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I用BAF处理含工业废水的生活污水，在进水COD=562mg／L、BOD=286mg／L和SS=139mg／L的条件下，COD、BOD和ss的去除率分别达到80％、91．3％和78％。孙漓青，甘一萍等进行的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60mg／L以下，平均达到86％的去除率。LeungSusanna等对于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10mg／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。由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。
在工业污水处理方面，工业废水中难降解性COD浓度高，未经处理直接排入水体或进入污水厂，将造成接纳水体有机物浓度升高，高浓度的有毒物和难降解物质抑制微生物和水生动植物的生长，最终危及水环境自净能力和污水厂的正常运行。
        BAF中高浓度的微生物、复杂的生物种类与结构以及良好的截污过滤能力，使其被广泛地应用于工业有机废水处理中。XinZhao等使用两种微生物菌落A350M和A350作为BAF的接种生物，研究了BAF对含油废水的处理效果，在发现两个BAF中的TOG、油和PAHS去除率分别为78％、94％和90％(A350M)，60％、86％和84％(A350)。
        BAF在微污染水源水的预处理和受污染水源修复中也具有很好的应用前景。刘建广，张晓健等I利用上向流生物曝气滤池(UBAF)对微污染水源水去除氨氮及有机物进行了中试研究。研究表明，UBAF对COD Mn、AOC和氨氮的去除率可达10％、58％和84％～88％；经UBAF预处理后，混凝剂投加量可节省30％左右；不过，UBAF对水中的三氯甲烷前体物去除率稍低。采用沸石一陶粒曝气生物滤池对以有机物和氨氮为主要污染物的微污染水源水进行了处理试验，结果表明：沸石一陶粒曝气生物滤池对微污染水的处理效果较好，COD Mn、NH 3-N和uv 254的平均去除率分别为32．25％、92．57％和9．73％，气水比、进水有机物负荷对沸石一陶粒曝气生物滤池的运行效果有一定的影响。
三、总结与建议
        近几年来，国内外许多的研究单位和环保企业对BAF的滤料、去除机理、处理效果、运行控制和影响因素等方面进行了大量的探索研究，积累了许多关于BAF在污水处理和微污染水源水预处理的宝贵经验，为BAF的发展和推广应用奠定了坚实的基础，同时也充分肯定了BAF技术的一些重要优势，如投资省、占地小、流程简单、臭气产生少、模块化布置、微机自动化控制等。然而，对于任何一种处理系统，总会存在一些局限性，BAF也不例外，如对高进水负荷敏感、进水浊度要求较高、反冲洗用水量较大、水面容易起泡沫、生物除磷效果差等，进一步的研究是必要的。作者认为，BAF今后应重点研究以下相关问题：1)生物膜的生长规律、影响因素及其快速启动的方式；2)BAF中复杂的微生物层次结构及其对难降解物质的去除机理；3)反冲洗过程中生物膜的脱落规律和反冲洗强度控制，进一步减少反冲洗用水量。