隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，一方面工業(yè)、生活等用水量日益增大，另一方面水體污染問題日益突出，這兩方面問題嚴(yán)重制約著我國社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。解決這一問題，需要在治污及污水再生回用上同時(shí)加大力度。目前，我國政府已要求污水處理行業(yè)提標(biāo)改造，同時(shí)鼓勵(lì)和要求一些重污染行業(yè)加大廢水再生回用量。在這種形勢下，尋找高效、經(jīng)濟(jì)的污水深度處理技術(shù)已非常緊迫。

曝氣生物濾池(BAF)集微生物處理與固液分離于一體，占地面積小、處理效率高、出水水質(zhì)好，已在歐美等國的污水處理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，在國內(nèi)也受到廣泛重視，具有很好的發(fā)展應(yīng)用前景。目前，該技術(shù)已被列入2012年國家鼓勵(lì)發(fā)展的環(huán)保技術(shù)目錄。總結(jié)了BAF在市政以及印染、石化、焦化等工業(yè)廢水深度處理中的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，以供參考。

1BAF的工藝特點(diǎn)

BAF主要依靠微生物降解與填料的過濾、吸附功能去除污染物。其填料表面的微生物量可達(dá)10～15g/L，容積負(fù)荷及水力負(fù)荷高，池容積和池體占地面積小，特別適用于占地面積受限的場合。

BAF的菌群具有明顯的空間梯度特征，可在反應(yīng)器內(nèi)依次實(shí)現(xiàn)脫碳、硝化功能，去除有機(jī)污染物和氨氮。同時(shí)，填料能夠起到固液分離的作用，出水SS一般小于10mg/L[1]，無需二沉池，可作為廢水提標(biāo)改造及深度處理的末端水質(zhì)保障設(shè)備。

BAF的粒狀填料能夠不斷切割氣泡，最終形成小氣泡，大大增加了氣液接觸面積，提高了氧的傳質(zhì)效率，氧利用效率可達(dá)25%[1]，故同等條件下曝氣量小，運(yùn)行成本低。BAF不存在污泥膨脹的問題，異味少，運(yùn)行管理方便。BAF多為封閉、半封閉結(jié)構(gòu)，生化反應(yīng)受外界溫度影響小，適用于寒冷地區(qū)。

2影響B(tài)AF工藝運(yùn)行效果的主要因素

2.1填料類型

BAF中的填料分為無機(jī)填料和有機(jī)填料。常見的無機(jī)填料有石英砂、陶粒、活性炭、沸石、焦炭、膨脹硅鋁酸鹽，有機(jī)填料主要有聚氯乙烯、聚苯乙烯小球。填料粒徑的大小、粗糙度等均影響掛膜和過濾效果。近年來，有學(xué)者致力于研究利用高爐灰等廢棄物制備填料這種“以廢治廢”的研究十分有價(jià)值。

2.2容積負(fù)荷

容積負(fù)荷對(duì)BAF實(shí)現(xiàn)脫碳、硝化有重要的影響，進(jìn)水基質(zhì)濃度關(guān)系到BAF中生物的空間分布、[4]。有機(jī)物濃度升高，生物量也生物量、生物活性隨之增加，但異養(yǎng)菌比硝化菌在競爭中占有優(yōu)勢，因此容積負(fù)荷對(duì)COD的去除影響較小、對(duì)氨氮的去除影響較大。通常，BAF中BOD5、NH3-N、NO3--N的容積負(fù)荷分別為4.1、1.27、5kg/(m3˙d)左右。

2.3水力負(fù)荷

水力負(fù)荷的增加一方面能促進(jìn)污染物與生物膜間的傳質(zhì)，另一方面水力停留時(shí)間縮短、不利于世代時(shí)間長的硝化菌屬生長，不利于氨氮的去除。《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》要求城市生活污水二級(jí)處理系統(tǒng)中BAF水力負(fù)荷為2～10m3/(m2˙h)。對(duì)于難降解工業(yè)廢水處理，水力負(fù)荷需根據(jù)試驗(yàn)情況、類似工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來確定。

2.4氣水比

BAF通過曝氣系統(tǒng)供給微生物生長、代謝所需溶解氧，氣水比值是調(diào)節(jié)曝氣量的重要參數(shù)。氣水比值升高，BAF中DO濃度、生物膜表面氧的濃度梯度相應(yīng)升高，因而氧在生物膜內(nèi)的傳遞速率增加，能夠促進(jìn)微生物氧化有機(jī)物和氨氮。一般控制氣水比通常為(1～3)∶1。

2.5反洗方式和強(qiáng)度

通常采用兩種方法判斷BAF是否需要進(jìn)行反洗，一是出水水質(zhì)變差、SS濃度升高，二是池內(nèi)水頭損失增大(水位升高0.3～0.5m)。反洗方式一般為氣-水聯(lián)合反沖，反沖洗水速、氣速一般為15～25、20～70m/h反沖洗周期約為24～48h。當(dāng)BAF用于生物量增長較快的二級(jí)處理工藝時(shí)，反洗周期短;用于微生物增長緩慢的三級(jí)處理時(shí)，反洗周期長。

3BAF在提改造及深度處理中的應(yīng)用

3.1用于市政污水提標(biāo)改造及深度處理Wang等研究了“O3+BAF”工藝深度處理哈爾濱某污水廠A/O工藝出水，通過臭氧氧化，分子質(zhì)量<1ku的有機(jī)物從52.86%上升到72.73%，再經(jīng)BAF處理后對(duì)COD、NH3-N的去除率分別達(dá)到58%、90%。大連馬欄河污水處理廠采用Biofor工藝，其出水COD、NH3-N均值分別為33、2mg/L

某污水處理廠采用“陶粒BAF+微絮凝過濾”的深度處理工藝，在水力負(fù)荷為5.2m3/(m2˙h)、氣水比為2.5∶1的條件下，出水各項(xiàng)指標(biāo)均符合《再生水用作冷卻用水的水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T19923—2005)及《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T18920—2002)[9]。

3.2用于印染廢水提標(biāo)改造及深度處理

印染廢水色度主要是由偶氮基、乙烯基等發(fā)色基團(tuán)引起。汪曉軍等研究了“O3—BAF”工藝深度處理印染廢水的中試效果，發(fā)現(xiàn)在臭氧投加量為30mg/L時(shí)出水各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到回用水水質(zhì)要求。[11]采用上流式活性炭BAF深度處理堿減量楊波等印染廢水，在氣水比為3∶1、HRT為8.9h的條件下，出水水質(zhì)滿足《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ/T48—1999)的要求，且110cm濾柱高度范圍內(nèi)對(duì)COD、色度、UV254的去除率分別占總?cè)コ实?6%、98%、98%，110cm濾柱范圍內(nèi)微生物數(shù)量、脫氫酶活性沿水流方向均降低。

3.3用于石化廢水提標(biāo)改造及深度處理

某石化企業(yè)采用“水解酸化+純氧曝氣活性污泥+接觸氧化”工藝處理高含鹽石化廢水，出水水[12]研究了“AF+BAF”作為質(zhì)難以達(dá)標(biāo)。王基成等該廢水達(dá)標(biāo)升級(jí)改造措施的可行性，廢水經(jīng)“AF+BAF”工藝，出水COD、氨氮平均值分別為42.9、2.2mg/L，滿足《山東省小清河流域水污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB37/656—2006)要求。陜西某煉油廠采用“預(yù)處理—活性污泥—斜板沉淀”工藝處理含油廢水，出水COD、油類、揮發(fā)酚經(jīng)常超標(biāo)，后增加BAF深度處理單元，在COD容積負(fù)荷為1.43kg/(m3˙d)、氣水比為6∶1的條件下，出水水質(zhì)達(dá)到GB8978—1996的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。中海油新建500m3/h的石化污水處理廠，采用A/O+BAF工藝處理甲醇、DNCC廢水，出水水質(zhì)滿足GB8978—1996的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)

3.4用于焦化廢水深度處理

焦化廢水中含有酚、氰、多環(huán)芳烴等有機(jī)物，同時(shí)氨氮含量高，屬于典型難降解廢水。經(jīng)過常規(guī)二級(jí)生化處理后往往難以達(dá)到我國最新發(fā)布的《煉焦化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16171—2012)，并且A2/O生化處理出水中64.6%的有機(jī)物為難降解的羧基喹啉、丁烷等這給深度處理增加了難度。多級(jí)BAF聯(lián)用、AOP與BAF耦合等深度處理工藝成為研究熱點(diǎn)。

孫豐英等采用“H2O2+缺氧BAF+好氧BAF”工藝深度處理焦化廢水，在H2O2與COD質(zhì)量比為3∶1、氣水比為3∶1、回流比為0.5～1的條件下，對(duì)COD、NH3-N的去除率分別為53.1%、96.1%，出水水質(zhì)分別達(dá)到GB8978—1996的二級(jí)和一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。李豪等[17]采用“Fenton+BAF”組合工藝深度處理焦化廢水，在n(H2O2)∶n(Fe2+)=0.68、HRT為12h的條件下，出水COD<100mg/L、色度<50倍，達(dá)到國家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。

山西某焦化廠焦油分離水和酚鹽分解水經(jīng)A2/O工藝處理后，出水水質(zhì)不能達(dá)到GB8978—1996新建項(xiàng)目一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，故增加深度處理單元“BAF(C)+BAF(N)+砂濾+O3氧化”，BAF系統(tǒng)出水COD、NH3-N均值分別為37.30、8.13mg/L，出水滿足GB8978—1996的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)[18]。邯鋼新區(qū)焦化廠酚氰污水水量為320m3/h，A/O/O生化出水采用“混凝沉淀+BAF”工藝進(jìn)行深度處理，出水水質(zhì)達(dá)到GB8978—1996的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

3.5其他

Wang等[20]采用Fenton-BAF工藝深度處理檸檬酸廢水，在n(H2O2)∶n(Fe2+)為8的條件下，廢水的B/C值由0.1以下升至0.42，F(xiàn)enton出水再經(jīng)BAF處理，在負(fù)荷為0.70kgCOD/(m3˙d)、氣水比為1∶1的條件下，出水COD降至13mg/L。

廣東某垃圾焚燒發(fā)電廠產(chǎn)生的滲濾液COD、NH3-N分別為26340、1362mg/L，采用“A/O—生物流化床”作為二級(jí)生化改造工藝，并增加深度處理單元“兩級(jí)Fenton—BAF”。二級(jí)生化出水COD、氨氮分別為1100、50mg/L，再經(jīng)“兩級(jí)Fenton—BAF”深度處理后，出水COD<90mg/L、氨氮<3mg/L，達(dá)到廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《水污染物排放限值》(DB44/26—2001)第二時(shí)段一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。BAF及其組合工藝處理屠宰、養(yǎng)殖等廢水的效果見表1。

4結(jié)語

BAF操作簡單、有機(jī)負(fù)荷高、出水水質(zhì)好，在市政污水及工業(yè)廢水的提標(biāo)改造和深度處理中已嶄露頭角，具有很好的應(yīng)用前景。今后的研究方向包括進(jìn)一步開發(fā)質(zhì)輕、高效的填料，將計(jì)算機(jī)模擬與現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)相結(jié)合優(yōu)化BAF工藝參數(shù)，將BAF與AOP進(jìn)行耦合應(yīng)用以拓寬BAF應(yīng)用范圍等。隨著研究和應(yīng)用的不斷深入，BAF在廢水提標(biāo)改造和深度處理方面的應(yīng)用一定會(huì)越來越廣。