曝氣生物濾池用于城市污水二級水脫氮的工藝探討

吳子平 李貴軍 柴續斌

摘要：介紹了曝氣生物濾池的工藝原理及其作為深度處理技術的優勢，闡述了曝氣生物濾池用作污水深度處理技術時影響脫氮性能的因素以及現存的問題，同時展望了曝氣生物濾池今后的發展方向。

關鍵詞：曝氣生物濾池;深度處理;脫氮

中圖分類號：X505 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）06-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.06.018

Abstract： In this paper， the mechanics and advantages of biological aerated filter（BAF） are discussed. simultaneously， the influencing factors on ammonia nitrogen removal efficiency of BAF as advanced treatment technology are presented from the following six aspects： packing， waterpower load， operating pattern， the ratio of gas to water， packing height and the quality of water， finally， the current problems are summarized and the future research directions of BAF are proposed.

Keywords：Biological Aerated Filter（BAF）;Tertiary treatment;ammonia nitrogen removal efficiency

過去幾十年，為了促進可持續、有效、合理的水應用，水資源的再生利用逐漸引起了世界各國的廣泛關注，尤其是那些缺水地區[1]。

水資源再生工藝的選擇是回用設計的核心。常規的再生處理技術對COD、SS等具有一定的去除作用，而對氨氮沒有去除效果，氨氮的去除，必須有生物作用。污水的生物處理工藝有活性污泥法和生物膜法，相比于活性污泥法占地面積大、投資高等問題，在污水的深度處理中，生物膜法更為可行。

最近幾年，曝氣生物濾池（Biological Aerated Filter，BAF）在污水的深度處理方面得到了較快的發展。與生物濾池相比，BAF占地面積小、不易堵塞;與生物接觸氧化法相比，BAF生物膜薄，活性高;與生物流化床相比，BAF動力消耗低、不需要生物膜與載體顆粒的分離，運轉操作簡單。因此，BAF在諸多的生物膜技術中脫穎而出[2]。

1 曝氣生物濾池工藝簡介

曝氣生物濾池是20世紀80年代末在歐美發展起來的一種新型生物膜法污水處理工藝，它借鑒了接觸氧化法和快濾池的設計思路，在同一反應器內實現生物降解和吸附過濾兩種處理過程。較早的BAF均應用于對原有二級生物處理系統的升級，以降低出水中的氨氮和總氮。最具代表性的實際工程是1992年建成的法國Cergy污水處理廠和1997年建成的土耳其ALanya污水處理廠，均采用了BAF三級硝化反硝化工藝，出水TN≤10mg/L[3]。

2 曝氣生物濾池作為深度處理技術影響脫氮性能的因素

2.1 填料

不同的填料種類及粒徑對微生物的截留與固定效果差別很大，選擇合適的填料對曝氣生物濾池的推廣和應用是非常重要的。目前，不同種類的填料正在被廣泛的應用，如膨脹黏土、陶粒和沸石等 [4]。

M. Payraudeau[5，6]分別在Davyhulme和Seine Aval污水處理廠，采用3.5mm聚苯乙烯作為填料，從中試到工程啟動運行，全程研究了BAF用于污水深度處理的脫氮性能，結果顯示，在水溫17℃的情況下，最佳水力負荷為8.5m/h，系統出水氨氮值穩定維持在1mg/L以下;B.Vedry[7]同樣采用了粒徑為3.5mm的填料（膨脹黏土），研究了BAF工藝在Acheres污水處理廠二級出水深度處理中的應用性能，結果表明，當水溫高于14℃，水力負荷值不超過7 m3/m2·h條件下，出水氨氮濃度穩定維持在2mg/L以下。

2.2 水力負荷

水力負荷的大小直接決定了BAF工藝系統所承受的污染物質負荷，從而影響運行性能。M. Payraudeau[5]從中試試驗到工程啟動運行，全程研究了BAF在Davyhulme污水處理廠二級出水深度處理中的應用性能，研究發現，最佳的水力負荷值為8.5 m3/m2·h，在水溫為17℃條件下，系統出水氨氮濃度穩定維持在1mg/L以下; M.Tschui[8]等在試驗曝氣生物濾池的深度硝化性能研究中發現，當水力負荷在0.5-10m3/m2·h范圍內增大時，硝化速率同水力負荷呈現正的相關性，其將原因歸因為較大的水流速度會對填料產生較強的干擾波動，使得生物膜的邊界層削弱而流動生物量增加。

2.3 氣水比

氣水比的大小直接決定了曝氣生物濾池系統中DO的含量，進行影響污染物質的去除效果，其與進水水質、BAF功能和形式、濾料粒徑大小和濾層厚度等因素有關[9]。

Francisco Osorio[10]采用組合填料BAF，對西班牙格拉納達污水處理廠二級出水進行了試驗研究，結果表明，每消耗掉1kgTBOD5的最佳供氧量為1.0kg;M. Payraudeau [10]等人指出，用于三級硝化的BIOSTYR的最佳供氣量為70 m3/kgNH4+-N。

2.4 填料床層高度

污水在流經曝氣生物濾池時，在整體上呈現“推流”式，不同的填料層高度處對污染物質具有不同的去除特征。用作深度處理技術時適宜的BAF填料層高度值，國內外尚未有統一的看法。

Francisco Osorio[10]在塑料（聚乙烯）和陶瓷廢物組合填料BAF處理城鎮污水二級水的試驗研究中，采用總的床層高度為1.3m，其中填料床層下層為0.6m的塑料，上層為0.7m的陶瓷材料;M.Tschui[8]針對Zurich污水處理廠二級出水，研究了BAF工藝用于深度處理的性能，采用的填料層高度為2.19m。

2.5 原水水質

除了上述可人為控制的因素外，還有一些是由具體的城鎮污水處理廠二級出水水質決定，這些因素同樣會影響曝氣生物濾池的工作性能，如水溫、pH、有機負荷以及C/N比等。

3 存在的問題及發展方向

（1）如今，BAF填料的種類繁多，如陶粒、膨脹黏土、塑料（聚苯乙烯）等，且研究表明，均對污染物質具有較好的處理效果，但由于城鎮污水處理廠二級出水水質的特殊性，究竟哪一種介質更適合作為BAF用于污水深度處理的填料卻沒有廣泛的研究。而且目前，大多采用的是單一填料BAF，對于組合填料BAF的運行性能研究甚少。（2） 曝氣生物濾池的除磷效果較差，當城鎮污水處理廠二級出水磷含量較高時，其會成為影響水再生回用的直接限制因素。BAF具有較好的脫氮效果，而脫氮除磷本身就是一對矛盾。如何研究其除磷機理，從而創造良好的厭氧好氧環境有待于進一步探索。

4 結語

目前，BAF在歐洲、北美、日本等國已得到廣泛的應用。作為一種高效、低成本的污水處理工藝，BAF在我國的應用還剛剛起步，然而，我國的節能減排工作已正式提上議程，廢水排放要求進一步嚴格，國內現有許多污水處理設施面臨整改。BAF由于其占地小、出水水質好、投資少、抗沖擊負荷能力強、流程簡單、對環境影響小等優點，決定了其在再生水回用中具有廣闊的應用前景。

參考文獻

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收稿日期：2019-04-23

作者簡介：吳子平（1985-），男，碩士研究生學歷，中級工程師，研究方向為水污染控制關鍵技術研究。