baf滤料的研究进展(1)

BAFBAF 滤料的研究进展滤料的研究进展(1)(1) 摘要：本文对曝气生物滤池滤料的最新研究成果进行 了综述，并指出轻质陶粒滤料的开发是曝气生物滤池工艺 在我国推广的关键。 关键词：曝气生物滤池轻质陶粒滤料 曝气生物滤池（BiologicalAeratedFilter）简称 BAF，是 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。世界上首座 BAF 于 1981 年在法国投产，随后 在美国、加拿大、日本等国得到广泛应用。BAF 在我国作为 一种新工艺，正处于推广阶段。大连市马栏河污水处理厂 是我国第一个采用 BAF 工艺的城市污水处理厂，目前正处 于试运行阶段。许多科研单位也对曝气生物滤池结构形式、 功能、启动和滤料等方面进行了详细的研究，取得了很多 成果12。 1BAF 滤料的重特性 BAF 是一种生物膜法处理工艺，其中废水净化过程是很 复杂的，它包括废水中复杂的传质过程、氧的扩散与吸收、 有机物的分解和微生物的新陈代谢等过程。滤池工作时， 污水流经滤料表面过程中，通过有机营养物质的吸附、氧 向生物膜内部的扩散以及生物膜中所发生的生物氧化等作 用，对污染物质进行氧化分解，使污水得以净化34。 BAF 的生物降解性能的优劣很大程度上取决于滤料的特 性，滤料的研究和开发在 BAF 工艺中至关重要。作为微生 物载体的滤料对水处理效果的影响主要反映在载体的性质， 包括载体的比表面积的大小、粒径的大小、表面亲水性及 表面电荷、表面粗糙度、载体的密度、堆积密度、孔隙率、 强度等。因此滤料的选择不仅决定了可供生物膜生长的比 表面积的大小和生物膜量的多少，而且还影响着反应器中 的水动力学状态。在正常生长环境下，微生物表面带有负 电荷，如果滤料表面带正电荷，这将使微生物在滤料表面 附着、固定过程更易进行。滤料表面的粗糙度有利于细菌 在其表面附着、固定，粗糙的表面增加了细菌与滤料间的 有效接触面积，比表面积形成的孔洞、裂缝等对已附着的 细菌起到屏蔽保护，使其免受水力剪切的冲刷作用。因此 作为生物膜载体滤料的各种特性决定了 BAF 反应器能否 高效运行，能否在水处理中得到更广泛的推广与应用57。 2BAF 滤料的研究进展 目前，用于生物滤池的填料，国内外主要有玻璃钢或 塑料蜂窝填料、立体波纹填料、软性纤维填料、半软性填 料以及不规则状填料等。这些填料往往并不都适合用作 BAF 的滤料， 玻璃钢和塑料填料表面光滑，生物膜附着力差，易老 化，且在实际使用中往往容易产生不同程度填料的堵塞； 软性填料中的水流流态不理想，易被生物膜粘结在一起， 产生结球现象，使其表面积大为减小，进而在结球的内部 产生大庆氧作用，影响处理效果；不规则片状填料水流阻 力大，易于引起氧化池堵塞。滤料是曝气生物滤池的关键 部分，对曝气生物滤池的功效有直接的影响，同时也影响 到曝气生物滤池的结构形式和成本。因此开发出一种适于 BAF 特点的经济高效滤料，将关系到 BAF 这种先进工艺的应 用推广8。 目前，BAF 所用的滤料，根据其采用原料的不同，可分 为无机滤料和有机高分子滤料，常见的无机滤料有陶粒、 焦炭、石英砂、活性炭、膨胀硅铝酸盐等，有机高分子滤 料有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等。有机高分子滤料与 微生物间的相容性较差，所以挂膜时生物量少，易脱落， 处理效果并不总是很理想，且价格昂贵。对天然无机滤料 的开发是国内外滤料研究的重点。石英砂由于密度大，比 表面积小、孔隙率小，当污水流经滤层时阻力很大，生物 量少，因此滤池负荷不高，水头损失大，现要应用的不多。 轻质陶粒滤料比表面积及孔隙率大、生物量大，因此滤池 负荷较大、水头损失较小、取材方便、价格低廉，国内对 其研究较多。 等人对可能作为 BAF 滤料的泡沫柱状粘土、棱状煅烧 粘土、膨胀耐火粘土、粉状燃料灰、老棱状页岩、新棱状 页岩和膨胀球形粘土进行了系统的分析，试验结果见研究 认为单纯从物理参数，如比表面积、最小流化速度和磨损 率上考虑，最适合作 BAF 滤料的是膨胀球形粘土，其次是 页岩9。 Rebecca 等人采用泡沫粘土做为原料研制曝气生物滤池 滤料，在粘土中加入不同量的添加物质如斑脱土溶液、铝 溶液、表面活性剂和锯屑等，根据添加物量的不同烧制成 了七种颗粒滤料，并对其物理性质进行了分析比较，采用 小型 BAF 进行了挂膜效果实验。滤料在小型 BAF 反应器中 的试验结果表明：表面粗糙度的不同对 BAF 启动期间有机 物的去除率没有明显影响。增加表面粗糙度只在最初的微 生物挂膜期间有一些影响。表面粗糙度对微生物挂膜的影 响，并不是通过表面积的增加使微生物附着，而是通过给 微生物提供合适的场所使微生物挂膜，一旦这些场所被微 生物附着后，微生物的进一步挂膜将不再依赖于底层滤料 的粗糙情况。粘土中斑脱土溶液的增加，使滤料颗粒的磨 损率下降，表面粗糙度降低，但这没有明显改变微生物的 附着特性，因此选择滤料应综合考虑微生物附着性和滤料 磨损性10。 Won-SeokChang 等人采用沸石和砂滤料作为 BAF 滤料处 理纺织废水。细胞计数结果表明，沸石滤料上生长的亚硝 化单胞菌和硝化菌的数量分别为108 和109CFU/mL，而 砂滤料上生长的数量分别是108 和108CFU/mL。从硝化 菌的数量上看，沸石滤料上更适宜微生物的硝化作用，另 外从对有机物和 TKN 的去除率上看，以沸石为滤料的 BAF 的效果要好于以砂为滤料的 BAF。采用沸石作为滤料的 BAF 可使纺织废水的 COD 去除率达 8692，BOD 去除率达 99，色度去除率在 7779，这是由于自然沸石滤料 的比表面积大于砂滤料，宜于微生物的附着，且沸石滤料 的离子交换能力强，能够吸附水中的 NH4，而适宜环境的硝 化菌的大量生长，使 NH4 转化为硝酸盐11。 清华大学实验室对不同滤料，如页岩陶粒、粘土陶粒、 砂、褐煤、沸石、炉渣、麦饭石、焦炭等进行了筛选，并 与生物活性炭进行了比较（其中褐煤因其机械强度差而被 淘汰） ，认为陶粒、砂子、大同沸石和麦饭石优于其他几种 滤料。清华大学的田文华等的研究表明，用沸石作为 BAF 滤料可以有效地去除 COD、氨氮和浊度，试验条件下的最佳 水力负荷为