引言

曝氣生物濾池(BAF)是一種集物理過濾、化學(xué)吸附和生物氧化為一體，環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、高效、節(jié)能的新型生物膜污水處理技術(shù)。它能實(shí)現(xiàn)水資源再生及持續(xù)利用，非常適合于我國污水處理方面所面臨的水資源短缺、資金不足和技術(shù)相對(duì)落后的現(xiàn)狀。在我國現(xiàn)階段建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的社會(huì)大背景下，不失為一種理想的處理工藝，是一種非常適合于我國國情的污水處理技術(shù)。它作為一種新型高效的生物處理技術(shù) ，既可以用于污水的二級(jí)處理，也可用于深度處理，因而在污水除磷脫氮、有機(jī)物、色度和濁度的去除等方面有著非常廣闊的應(yīng)用前景。近年來BAF發(fā)展迅速，工藝形式不斷推陳出新，曾先后出現(xiàn)過BIOCARBONE、BIOFOR、BIOSTYR、BIOSMEDI、BIOPUR、COLOX、DeepBed等形式，其中BIOCARBONE、BIOFOR、BIOSTYR、BIOSMEDI、BIOPUR是現(xiàn)代BAF幾種典型的運(yùn)行工藝，在世界范圍內(nèi)都有應(yīng)用。

1 BAF及組合工藝在污水深度處理的研究進(jìn)展

1.1 BAF中填料的研究進(jìn)展填料是BAF的核心組成部分。

填料粒徑對(duì)BAF的處理效能和運(yùn)行周期都有重要影響，填料粒徑越小，處理效果越好，但填料粒徑較小時(shí)，濾池容易堵塞，運(yùn)行周期相對(duì)較短，需頻繁反沖洗，且不易發(fā)揮填料深層的作用。填料的密度大小關(guān)系到生物濾池反沖洗強(qiáng)度的大小，密度越大，反沖洗強(qiáng)度越大，則需要的能量消耗越大。在國外，Kent和Williams等人依據(jù)BEWA(the British Effluent and Water Association)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)常見的7種可用作BAF的填料進(jìn)行了系統(tǒng)試驗(yàn)分析，認(rèn)為Arlita(膨脹球形粘土)最適合作為BAF的填料。在國內(nèi)，對(duì)BAF填料的研究主要以陶粒為主。曹春艷等通過實(shí)驗(yàn)對(duì)沸石、活性炭、建筑陶粒、工程陶粒四種填料的研究，表明在水力停留時(shí)間為1.5h，進(jìn)水COD為150mg/L，有機(jī)負(fù)荷為0.74kgCOD/(m3·d)時(shí)，工程陶粒是BAF的最佳濾料。其他研究人員對(duì)一些新型的陶粒填料如粘土陶粒、納米改性陶粒、陶土(高嶺土)陶粒、粉煤灰陶粒等進(jìn)行BAF試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，陶粒填料與具有規(guī)則形狀的有機(jī)填料相比，具有強(qiáng)度大、空隙率大、比表面積大、化學(xué)穩(wěn)定性好、生物附著性強(qiáng)、截污能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際工程中，應(yīng)用球形輕質(zhì)多孔生物陶粒取得了良好的效果，目前國內(nèi)有數(shù)10個(gè)BAF采用其作為填料，從實(shí)際運(yùn)行的效果分析，都能滿足設(shè)計(jì)的要求。

1.2 BAF及組合工藝在污水深度處理中的研究進(jìn)展

國外對(duì)BAF的研究始于20世紀(jì)80年代末期，比國內(nèi)早十幾年，為BAF技術(shù)的發(fā)展和成熟積累了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)，目前國內(nèi)正處于研究推廣階段。在去除有機(jī)物、SS等方面，孫志國等以升流式曝氣生物濾池(UBAF)深度處理某污水處理廠的二級(jí)生化出水，經(jīng)試驗(yàn)，CODCr、NH3-N、SS的去除率分別為77%、90%和92%左右，出水水質(zhì)達(dá)到生活雜用水標(biāo)準(zhǔn)。王樹濤等研究了O3/BAF聯(lián)合工藝深度處理生活污水二級(jí)出水的效能及其影響因素。在O3投量為10mg/L(0.17～0.25 mgO3/mgCOD、0.77～1.25mgO3/mgTOC)，接觸時(shí)間為4min，BAF水力負(fù)荷為1m3/(m2·h)條件下，考察O3/BAF凈化有機(jī)物的長期運(yùn)行效果，發(fā)現(xiàn)O3預(yù)氧化與BAF具有協(xié)同作用，其對(duì)有機(jī)物的去除效率大于二者之和。O3/BAF聯(lián)合工藝對(duì)TOC、UV254、色度的去除效率分別為20%～27%、65%～75%和85%～95%。水力負(fù)荷為0.4～6m3/(m2·h)時(shí)，有機(jī)物的去除率從59%～65%減小到49%～53%;pH為5.7～8.9 時(shí)，COD的去除率沒有受到明顯影響;隨著溫度的升高，BAF生物降解有機(jī)物的能力也隨之提高，20℃、25℃時(shí)的COD平均去除率分別比 9℃時(shí)高11.5%、12.7%。

整體來說，BAF對(duì)水力負(fù)荷、pH等具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。反沖洗對(duì) BAF 的凈化效能沒有明顯影響。劉轉(zhuǎn)年等采用上流式曝氣生物濾池與超濾(BAF/UF)組合工藝對(duì)西安市鄧家村污水處理廠的二級(jí)出水進(jìn)行深度處理，考察了對(duì)COD、NH3-N、色度、濁度的去除效果。結(jié)果表明，在進(jìn)水流量為1L/h、氣水比為3∶l、溫度為20～25 ℃、pH值為7.83～7.99的條件下，當(dāng)進(jìn)水COD、NH3-N、色度、濁度分別為41.83mg/L、23.12mg/L、12倍、9NTU時(shí)，BAF出水COD、NH3-N、色度和濁度分別為25.67～31.87mg/L、1.41～2.56mg/L、9～11倍和2.01～3.25NTU，平均去除率分別為35%、90%、16%和69%;再經(jīng)UF工藝處理后，分別降至15.31～17.85mg/L、1.38～2.44mg/L、5～7倍和0.03～0.1NTU，平均去除率分別為4l%、4%、40%、98%。BAF/UF組合工藝對(duì)COD、NH3-N、色度和濁度的平均去除率分別為60%、92%、50%和99%，且將BAF作為超濾的預(yù)處理工藝可大大提高超濾膜的性能，有效降低了膜污染。李魁曉等采用BAF工藝對(duì)某城市污水處理廠二級(jí)生化處理出水進(jìn)行深度處理。結(jié)果表明，在進(jìn)水COD為25～35mg/L、色度為15～30、濁度約為8NTU的條件下，當(dāng)O3投加量為5～6mg/L、BAF的水力停留時(shí)間為1～1.5h時(shí)，出水COD<30mg/L、色度<5、濁度<1NTU，出水水質(zhì)可滿足生產(chǎn)工藝對(duì)回用水的水質(zhì)要求。

在硝化性能及其影響因素方面，研究者發(fā)現(xiàn)硝化菌生長速度要比異養(yǎng)菌慢，對(duì)環(huán)境條件敏感，主要研究的影響因素有：鹽度、NH3-N容積負(fù)荷和水力負(fù)荷。Morsyleide F.Rosa等研究了NaCl鹽度對(duì)BAF硝化作用的影響，并發(fā)現(xiàn)高濃度自由氨對(duì)硝化菌也有抑制作用。G.Dillon等用BAF處理二級(jí)出水的試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)NH3-N容積負(fù)荷為0.63kgN/(m3•d)時(shí)，可達(dá)到90%以上的NH3-N去除率，出水平均NH3-N濃度保持在0～4mg/L，出水SS和BOD分別在4～15mg/L和3～7mg/L，NH3-N去除率和容積負(fù)荷呈線性相關(guān)關(guān)系，當(dāng)容積負(fù)荷增大時(shí)，NH3-N去除率急劇降低。張守彬等采用3種填料探討水力負(fù)荷及pH值對(duì)BAF硝化效率的影響，結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)水pH>6.5時(shí)，沸石BAF的NH3-N去除能力優(yōu)于石灰?guī)rBAF和陶粒BAF，提高進(jìn)水有機(jī)物負(fù)荷、NH3-N負(fù)荷到一定程度將抑制BAF的硝化效率，增加進(jìn)水pH值可有效提高3種填料BAF的NH3-N去除率，沸石、陶粒和石灰?guī)rBAF均具有較好的有機(jī)物和懸浮物去除能力，沸石BAF和石灰?guī)rBAF的硝化除氨效率優(yōu)于陶粒BAF，石灰?guī)rBAF能夠很好地適應(yīng)進(jìn)水pH的變化，具有穩(wěn)定的硝化效率，比較適于處理低pH和高NH3-N負(fù)荷的污水。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

在工業(yè)廢水深度處理方面，BAF中高濃度的微生物、復(fù)雜的生物種類與結(jié)構(gòu)以及良好的截污過濾能力，使其被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)有機(jī)廢水深度處理中。工業(yè)廢水中COD濃度高，經(jīng)二級(jí)處理后直接排入水體或進(jìn)入污水處理廠，將造成接納水體有機(jī)物濃度升高，高濃度的有毒物和難降解物質(zhì)抑制微生物和水生動(dòng)植物的生長，最終危及水環(huán)境自凈能力和污水處理廠的正常運(yùn)行。張安龍等以升流式曝氣生物濾池(UBAF)深度處理堿法草漿中段廢水，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在HRT為1.5h，氣水比為3∶1的條件下，CODCr、SS的平均去除率分別為31%、85%;進(jìn)水的水力負(fù)荷對(duì)UBAF的處理效率有一定的影響;反應(yīng)器運(yùn)行一段時(shí)間以后要進(jìn)行反沖洗以恢復(fù)其處理能力，反沖洗周期為6～7d。朱樂輝等采用混凝+BAF+納米材料復(fù)合膜工藝處理印染廢水，采用混凝和BAF作為預(yù)處理去除廢水中大部分的COD、懸浮物，其中BAF采用輕質(zhì)陶粒作為填料，直接采用穿孔管曝氣，該工藝可有效去除印染廢水中的濁度、色度、COD和SS，系統(tǒng)出水COD<10mg/L，濁度<1NTU，色度<5倍，達(dá)到中水回用標(biāo)準(zhǔn)。

Wang等采用O3/BAF聯(lián)合處理含酸性玫瑰紅染料的印染廢水，試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)O3氧化處理后，一方面達(dá)到了廢水脫色效果，另一方面，氧化一部分 COD的同時(shí)，還提高了廢水的可生化性，為后續(xù)BAF創(chuàng)造可生物處理的條件，在溫度18～25℃，水力停留時(shí)間為3h，氣水比為4∶1 的條件下，經(jīng) BAF處理后最終出水COD、SS、色度分別小于40、50mg/L和20度，達(dá)到了工業(yè)冷卻水回用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。Zhu等采用 UBF+BAF組合工藝處理煉焦廢水，結(jié)果表明，在總停留時(shí)間為46.7h(UBF為15.4h，BAF為31.3h)條件下，系統(tǒng)對(duì) COD、NH3-N總?cè)コ�效率分別達(dá)81.5%、96.4%。Su等采用了厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)和BAF聯(lián)合處理石油采出廢水，組合工藝對(duì)油、COD、BOD、SS總?cè)コ�率分別為84.5%～96.7%、58.2%～75.1%、80.0%～93.1%、80.7%～87.1%。Lu等采用O3+UBAF處理偶氮染料廢水。在O3濃度為34.08mg/L，反應(yīng)120min 后，廢水幾乎完全被脫色。

廢水的可生化性(BOD/COD值)由原來的0.102到0.406，之后采用BAF 處理殘余COD，在溫度為20～25℃，水力負(fù)荷為4.8m3/(m2·d)，氣水比為3︰1條件下，最終出水COD<40mg/L ，色度<20度，去除效率分別達(dá)90%、97%。胡天媛等先將皮革廢水中含Cr廢水、含S廢水進(jìn)行單獨(dú)處理后，再與部分鍋爐排污水和廠區(qū)生活污水等綜合廢水混合，隨后采用了水解酸化+氧化溝+BAF+氣浮+活性炭濾池聯(lián)合工藝進(jìn)行處理經(jīng)二沉池出水后的COD為227mg/L，經(jīng)BAF處理后出水濃度為102mg/L，去除效率達(dá)50%以上。系統(tǒng)經(jīng)調(diào)試后正常運(yùn)行，出水穩(wěn)定可靠，并優(yōu)于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)排放。

2 結(jié)束語

通過以上論述，可以看出當(dāng)所處理的出水中COD、NH3-N濃度、色度、濁度等都不是很高時(shí)，單用BAF就可以達(dá)到很好的處理效果;當(dāng)處理水成分比較復(fù)雜，污染物濃度較高時(shí)，BAF與其他工藝組合，可達(dá)到令人滿意的處理效果。因此，加大開發(fā)規(guī)模化BAF及拓寬BAF組合工藝應(yīng)用范圍將是解決我國水資源短缺的一條有效途徑。這將對(duì)處理用水量大的造紙、印染、制革等行業(yè)的廢水，實(shí)現(xiàn)企業(yè)污水的閉路循環(huán)和零排放創(chuàng)造良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。同時(shí)，它也可廣泛應(yīng)用于城市污水的深度處理，使之達(dá)到城市雜用水、景觀回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)水資源的可再生及持續(xù)利用的目的。通過研發(fā)具有高效性能的生物填料，加強(qiáng)預(yù)處理及高級(jí)氧化等組合工藝，可以強(qiáng)化BAF的處理性能以及對(duì)某些難降解污染物的去除能力，從而使BAF在污水深度處理上發(fā)揮更大的作用。

近幾年來，國內(nèi)外許多研究單位和環(huán)保企業(yè)對(duì)BAF的填料、去除機(jī)理、處理效果、運(yùn)行控制和影響因素等方面進(jìn)行了大量地探索研究，積累了許多關(guān)于BAF在污水深度處理方面的寶貴經(jīng)驗(yàn)，為BAF的發(fā)展和推廣應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)也充分肯定了BAF技術(shù)的一些重要優(yōu)勢(shì)，如基建投資省、占地面積小、流程簡單、臭氣產(chǎn)生少、模塊化布置、自動(dòng)化控制等。然而，對(duì)于任何一種處理工藝，總會(huì)存在一些缺陷，BAF也不例外，如對(duì)進(jìn)水負(fù)荷敏感、對(duì)進(jìn)水濁度要求較高、反沖洗能耗較大、水面容易起泡沫、生物除P效果差等。因此，對(duì)BAF開展進(jìn)一步的研究是必要的。

筆者認(rèn)為，BAF今后應(yīng)重點(diǎn)研究以下相關(guān)問題：(1)BAF的生物膜生長規(guī)律、影響因素、反應(yīng)機(jī)理與反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的理論研究還有待完善;(2)BAF啟動(dòng)周期長，如何快速啟動(dòng)成為今后的研究重點(diǎn);(3)BAF并不能有效地去除污水中的P，應(yīng)研究合適的工藝技術(shù)與BAF組成新型一體化反應(yīng)器，能同時(shí)去除污水中的N和P;(4)研究BAF反沖洗過程中生物膜的脫落規(guī)律，實(shí)現(xiàn)更高效的反沖洗控制方式，進(jìn)一步減少反沖洗能耗;(5)為了更好地發(fā)揮BAF的除污效能，需研究開發(fā)高性能、低價(jià)位、截污能力強(qiáng)的填料。（北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院）