曝气生物滤池用于城市污水二级水脱氮的工艺探讨

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　　摘要：介绍了曝气生物滤池的工艺原理及其作为深度处理技术的优势，阐述了曝气生物滤池用作污水深度处理技术时影响脱氮性能的因素以及现存的问题，同时展望了曝气生物滤池今后的发展方向。
　　关键词：曝气生物滤池;深度处理;脱氮
　　中图分类号：X505 文献标识码：A 文章编号：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
　　過去几十年，为了促进可持续、有效、合理的水应用，水资源的再生利用逐渐引起了世界各国的广泛关注，尤其是那些缺水地区[1]。
　　水资源再生工艺的选择是回用设计的核心。常规的再生处理技术对COD、SS等具有一定的去除作用，而对氨氮没有去除效果，氨氮的去除，必须有生物作用。污水的生物处理工艺有活性污泥法和生物膜法，相比于活性污泥法占地面积大、投资高等问题，在污水的深度处理中，生物膜法更为可行。
　　最近几年，曝气生物滤池（Biological Aerated Filter，BAF）在污水的深度处理方面得到了较快的发展。与生物滤池相比，BAF占地面积小、不易堵塞;与生物接触氧化法相比，BAF生物膜薄，活性高;与生物流化床相比，BAF动力消耗低、不需要生物膜与载体颗粒的分离，运转操作简单。因此，BAF在诸多的生物膜技术中脱颖而出[2]。
　　1 曝气生物滤池工艺简介
　　曝气生物滤池是20世纪80年代末在欧美发展起来的一种新型生物膜法污水处理工艺，它借鉴了接触氧化法和快滤池的设计思路，在同一反应器内实现生物降解和吸附过滤两种处理过程。较早的BAF均应用于对原有二级生物处理系统的升级，以降低出水中的氨氮和总氮。最具代表性的实际工程是1992年建成的法国Cergy污水处理厂和1997年建成的土耳其ALanya污水处理厂，均采用了BAF三级硝化反硝化工艺，出水TN≤10mg/L[3]。
　　2 曝气生物滤池作为深度处理技术影响脱氮性能的因素
　　2.1 填料
　　不同的填料种类及粒径对微生物的截留与固定效果差别很大，选择合适的填料对曝气生物滤池的推广和应用是非常重要的。目前，不同种类的填料正在被广泛的应用，如膨胀黏土、陶粒和沸石等 [4]。
　　M. Payraudeau[5，6]分别在Davyhulme和Seine Aval污水处理厂，采用3.5mm聚苯乙烯作为填料，从中试到工程启动运行，全程研究了BAF用于污水深度处理的脱氮性能，结果显示，在水温17℃的情况下，最佳水力负荷为8.5m/h，系统出水氨氮值稳定维持在1mg/L以下;B.Vedry[7]同样采用了粒径为3.5mm的填料（膨胀黏土），研究了BAF工艺在Acheres污水处理厂二级出水深度处理中的应用性能，结果表明，当水温高于14℃，水力负荷值不超过7 m3/m2·h条件下，出水氨氮浓度稳定维持在2mg/L以下。
　　2.2 水力负荷
　　水力负荷的大小直接决定了BAF工艺系统所承受的污染物质负荷，从而影响运行性能。M. Payraudeau[5]从中试试验到工程启动运行，全程研究了BAF在Davyhulme污水处理厂二级出水深度处理中的应用性能，研究发现，最佳的水力负荷值为8.5 m3/m2·h，在水温为17℃条件下，系统出水氨氮浓度稳定维持在1mg/L以下; M.Tschui[8]等在试验曝气生物滤池的深度硝化性能研究中发现，当水力负荷在0.5-10m3/m2·h范围内增大时，硝化速率同水力负荷呈现正的相关性，其将原因归因为较大的水流速度会对填料产生较强的干扰波动，使得生物膜的边界层削弱而流动生物量增加。
　　2.3 气水比
　　气水比的大小直接决定了曝气生物滤池系统中DO的含量，进行影响污染物质的去除效果，其与进水水质、BAF功能和形式、滤料粒径大小和滤层厚度等因素有关[9]。
　　Francisco Osorio[10]采用组合填料BAF，对西班牙格拉纳达污水处理厂二级出水进行了试验研究，结果表明，每消耗掉1kgTBOD5的最佳供氧量为1.0kg;M. Payraudeau [10]等人指出，用于三级硝化的BIOSTYR的最佳供气量为70 m3/kgNH4+-N。
　　2.4 填料床层高度
　　污水在流经曝气生物滤池时，在整体上呈现“推流”式，不同的填料层高度处对污染物质具有不同的去除特征。用作深度处理技术时适宜的BAF填料层高度值，国内外尚未有统一的看法。 　　Francisco Osorio[10]在塑料（聚乙烯）和陶瓷废物组合填料BAF处理城镇污水二级水的试验研究中，采用总的床层高度为1.3m，其中填料床层下层为0.6m的塑料，上层为0.7m的陶瓷材料;M.Tschui[8]针对Zurich污水处理厂二级出水，研究了BAF工艺用于深度处理的性能，采用的填料层高度为2.19m。
　　2.5 原水水质
　　除了上述可人为控制的因素外，还有一些是由具体的城镇污水处理厂二级出水水质决定，这些因素同样会影响曝气生物滤池的工作性能，如水温、pH、有机负荷以及C/N比等。
　　3 存在的问题及发展方向
　　（1）如今，BAF填料的种类繁多，如陶粒、膨胀黏土、塑料（聚苯乙烯）等，且研究表明，均对污染物质具有较好的处理效果，但由于城镇污水处理厂二级出水水质的特殊性，究竟哪一種介质更适合作为BAF用于污水深度处理的填料却没有广泛的研究。而且目前，大多采用的是单一填料BAF，对于组合填料BAF的运行性能研究甚少。（2） 曝气生物滤池的除磷效果较差，当城镇污水处理厂二级出水磷含量较高时，其会成为影响水再生回用的直接限制因素。BAF具有较好的脱氮效果，而脱氮除磷本身就是一对矛盾。如何研究其除磷机理，从而创造良好的厌氧好氧环境有待于进一步探索。
　　4 结语
　　目前，BAF在欧洲、北美、日本等国已得到广泛的应用。作为一种高效、低成本的污水处理工艺，BAF在我国的应用还刚刚起步，然而，我国的节能减排工作已正式提上议程，废水排放要求进一步严格，国内现有许多污水处理设施面临整改。BAF由于其占地小、出水水质好、投资少、抗冲击负荷能力强、流程简单、对环境影响小等优点，决定了其在再生水回用中具有广阔的应用前景。
　　参考文献
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　　收稿日期：2019-04-23
　　作者简介：吴子平（1985-），男，硕士研究生学历，中级工程师，研究方向为水污染控制关键技术研究。
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