濾料在曝氣生物濾池中（BAF）的應用進展＊

陳翠群王國彬謝潔云

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濾料在曝氣生物濾池中（BAF）的應用進展＊

陳翠群1，王國彬1，2，謝潔云1

（1.廣州鵬凱環(huán)境科技股份有限公司，廣東 廣州 511493；2.肇慶市鵬凱環(huán)保裝備有限公司，廣東 肇慶 526238）

介紹了國內外曝氣生物濾池工程常用工藝及其濾料特點，綜述了國內常用的幾種濾料的主要性能及檢測方法，并試驗驗證了一種簡化的鹽酸可溶率檢驗方法，指出今后需探討及研究濾料生產工藝的標準化及規(guī)范化，以期促進BAF工藝的推廣應用。

曝氣生物濾池；濾料；鹽酸可溶率；可溶率

曝氣生物濾池（Biological Aerated Filter，BAF）是20世紀70年代末在西歐興起的一種新型生物膜法處理工藝，具有高生物量、良好處理性能、占地面積小等特點，其工藝形式、結構、運行啟動等多方面都得到日趨深入的研究，繼而發(fā)展成熟，目前已在歐美國家得到大范圍應用，如德國Koln污水廠、英國Liverpool污水處理廠及美國Ronoke污水處理廠等[1]。但曝氣生物濾池在國內的應用尚處于起步階段，其中，濾料的性能及成本是限制其在國內進一步推廣應用的關鍵因素。以往綜述多著重闡述分析濾料的性能，而其在工程應用報道較少。本文將綜述曝氣生物濾池濾料在國內外工程的應用情況，結合國內濾料選用方法，指出其今后開發(fā)應用的重點，促進曝氣生物濾池在國內水處理工程項目的應用。

1 濾料的應用現(xiàn)狀

曝氣生物濾池發(fā)展至今，開發(fā)研制的濾料形式及材質多樣化，總體可劃分為無機濾料、有機高分子濾料。無機濾料多為礦物濾料，諸如頁巖、沸石、石英砂及蛭石等。有機高分子濾料材質多為聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。

根據濾料及水流向的不同，目前國外已開發(fā)出多種成熟工藝，如ASTRASAND工藝、BIOCARBONE工藝、BIOSTYR工藝、BIOFOR工藝等，其中國內主要引用BIOFOR工藝[2]。ASTRASAND工藝是由Paques研制的砂濾系列，濾料為粒徑1～1.6 mm砂，主要去除污水中的TSS，對水中的氨氮、硝酸鹽及磷酸鹽也有一定的去除效果，典型案例為Rigdaling WTW水處理廠1.2×105m3/d規(guī)模的污水治理工程。在BAF開發(fā)早期，法國OTV（威立雅）已將其研制的BIOCARBONE工藝系列商業(yè)化，采用的濾料主要為頁巖，粒徑多為2～6 mm，至今仍被國內外各水廠沿用，如1991年法國ANTIBES投產的污水廠，污水處理水量為3.0×104m3/d，濾池負荷為8 kgCOD/（m3/d），由于為下向流進水，易截留大量SS于濾池上端，造成較大的水頭損失，反沖洗頻繁。在此工藝基礎上，OTV公司采用了新型輕質懸浮濾料，材質主要為聚苯乙烯，粒徑大多為3.6～5.0 mm，進水改為上向流式，該項技術工藝即BIOSTYR工藝系列，截至2009年，OTV在多個國家已擁有140多個BIOSTYR工藝應用的成功案例，其中國外較為典型的如處理規(guī)模為2.0×106m3/d的法國巴黎Achres污水廠，國內的工程應用案例有處理規(guī)模為2.0×105m3/d的南京城東污水廠擴建工程及1.0×105m3/d的烏魯木齊河東污水處理廠等[3]。BIOFOR工藝是法國SUEZ-里昂水務下屬的DEGREMON T公司的一項專利技術[4]，選用濾料多為3～4.5 mm粒徑的膨脹黏土，相對密度為1.5左右。BIOFOR工藝在國外已有50多個成功的應用實例，如法國巴黎的Colom BES污水處理廠，處理規(guī)模為2.4×105m3/d，國內在2001年大連市馬欄河污水廠將其成功引入應用[5]，2006年廈門市第二污水處理廠投入使用，處理水量規(guī)模為2.4×105m3/d。

BAF技術引進至今，我國曝氣生物濾池工程應用較多的濾料主要有塑料、活性炭、砂、沸石、焦炭、陶粒和火山巖等。其中，除了國外的工程設計，由國內設計并投建具有一定規(guī)模的污水處理工程應用中，采用的濾料多為火山巖和陶粒。如華騏環(huán)保設計的BAF，采用其自主研發(fā)的輕質多孔生物陶粒作為濾料，廣州環(huán)保設計院設計的杭州市第二垃圾填埋場BAF污水處理工程采用的濾料主要也是陶粒；淮安第二污水處理廠BAF工藝段則采用了火山巖濾料，處理規(guī)模1.0×105m3/d。

為進一步規(guī)范曝氣生物濾池的應用，2014年我國發(fā)布《生物濾池法污水處理工程技術規(guī)范》（HJ 2014—2012）[6]，該技術規(guī)范基于BIOFOR工藝，參照了國外先進成熟的生物濾池設計標準，結合了國內曝氣生物濾池應用案例制定的集曝氣生物濾池設計、施工、安裝、調試及運行為一體的規(guī)范標準。這項規(guī)范整理全面，基本涵括了曝氣生物濾池在工程應用中的要點及注意事項，但濾料方面，只明確其粒徑及填充高度，沒有明確性能要求及選購信息。下文對這方面內容進行闡述，為曝氣生物濾池的應用提供更清晰、具體的指導。

2 常用濾料的選用

關于濾料對曝氣生物濾池中的影響分析，已有相關的報道及綜述進行闡述[7-10]，這里不進行贅述。總的來說，曝氣生物濾池采用的優(yōu)選濾料，其性能應該滿足以下幾點：①相對惰性物質，在使用過程中不產生有毒有害物質及其他二次污染物；②具有較大的比表面（孔隙率大），可有效增加生物量及物質接觸面；③機械強度好，不易被水流磨損，特別是反沖洗時強曝氣的磨損；④材料易得，價格便宜，運輸方便，一般說來，這些往往是限制濾料在水處理市場廣泛流通的重要因素。

為了規(guī)范濾料的選用，建設部參考美國標準《粒狀濾料》（ANSI/AWWA B100—2001）的技術，發(fā)布了《水處理用濾料》（CJ/T 43—2005）[11]，規(guī)定了無煙煤濾料、石英砂濾料及高密度礦石濾料的性能參數及檢測方法。由于人工陶粒的廣泛使用，建設部又發(fā)布《水處理用人工陶粒濾料》（CJ/T 299—2008）[12]以進一步規(guī)范濾料的使用，檢測性能參數增加了均勻系數、表觀密度、堆積密度空隙率及比表面積等，基本涵蓋了濾料性能要求。根據標準方法檢驗，常見幾種濾料的主要性能參數如表1所示。根據表1，綜合比表面積和孔隙率進行評價（標準比表面積指標為大于等于0.5×104cm2/g，孔隙率大于等于40%），火山巖和陶粒較好，利于生物膜的形成以及物質傳遞。

表1 常見幾種濾料的主要性能參數

濾料項目及測試數據 密度/（g/cm3）磨損率破碎率之和/（%）鹽酸可溶率/（%）比表面積/（cm2/g）粒度/mm孔隙率/（%）堆積密度/（g/cm3） 無煙煤1.6≤1.15≤1.2820.6～6248～53— 石英砂2.660.680.02—0.5～1.243— 火山巖1.66＜2.0＜1.5≥2×1043～540～54.80.75 黏土陶粒＜1.0＜2.2＜2.0≥4×1043～5≥430.9～1.1 沸石1.80.35———30～50—

但在工程應用中，劣質陶粒由于其pH可能偏堿性或存在其他有毒物質，抑制微生物在其表面的附著及掛膜，導致掛膜周期長，甚至很難掛膜，且容易形成板結。鹽酸可溶率是比較容易忽視的參數，但一些摻工業(yè)泥的劣質陶粒可基本通過該參數評判淘汰。根據《水處理用人工陶粒濾料》中的鹽酸可溶率試驗步驟開展測驗，試驗至少耗時7 h，同時由于樣品孔隙率較大，在洗滌浸泡鹽酸溶液的樣品時需耗用大量清水，方可讓樣品恢復中性。為了簡化煩瑣的檢測過程，通過試驗驗證，一些劣質陶粒通過簡單的方式即可判別，方法如下：稱取50 g樣品，加入鹽酸溶液（/=1∶1）160 mL，觀察現(xiàn)象（建議按標準步驟測定可溶率低的陶粒作為標準參照物）。

按照上述的簡易方法，采用兩種陶粒做了對比試驗，2號填料已按標準測定可溶率為0.27%（標準鹽酸可溶率指標為小于等于2.0%）。

從圖1可明顯看出，1號陶粒顏色比較發(fā)白，且在鹽酸溶液中產生劇烈的反應，大量冒氣泡，液體顏色瞬間變?yōu)辄S綠色，且由于泥沙大量溶出，液體渾濁，該種陶粒由于摻入工業(yè)泥或其他加了藥劑的泥，可能存在大量的鐵鹽或鈣鹽等物質。其他填料沒產生這么劇烈反應的，跟標準參照物（如2號填料）做對比即可。該方法可初步篩選出反應明顯的劣質填料，簡單快捷，方便工程應用。

相對陶粒而言，市場上的火山巖整體上摻入工業(yè)泥或其他劣質物質的概率較小，同時表現(xiàn)出較好的抗板結能力和孔隙率，火山巖特殊的空隙結構，內部可富集的生物量大，且易于傳質，保持高生物活性，在反沖洗時能夠呈現(xiàn)較好的流態(tài)化，但摩擦破損流失率高于陶粒，且價格也比陶粒高出20%左右。因此，在選用填料時，不僅要滿足工藝設計的綜合需要，如濾料材質、密度、粒徑及填充率等，更需要關注采購的濾料，特別是陶粒，是否為劣質材質，可通過簡單的試驗進行分辨，工程啟動前期條件允許的，可開展掛膜小試或中試試驗，綜合評判填料的掛膜性能。此外，在滿足設計出水要求的前提下，兼顧價格及運行成本，評判濾料在該工程上的適用程度。

圖1 陶粒鹽酸可溶率簡易試驗

3 展望

從曝氣生物濾池濾料應用的發(fā)展來看，目前火山巖濾料和陶粒在國內濾料行業(yè)中占據主導地位，但目前市場上的濾料魚龍混雜，標準化、規(guī)模化的濾料加工單位較少，生產質量無法得到保障。因此，濾料在以后的應用研究中需著重探討濾料生產工藝的標準化及規(guī)范化，形成從選材-配比-燒結等全生產工藝過程的標準控制。

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2095－6835（2019）05－0153－03

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10.15913/j.cnki.kjycx.2019.05.153

陳翠群（1989—），女，廣東陽西人，碩士研究生，研發(fā)工程師，主要研究方向為水處理工藝開發(fā)及應用。

肇慶市2018年省縱向協(xié)同專項資金項目（編號：2018N004）

〔編輯：嚴麗琴〕