BAF濾料的研究進展

時間：2007-06-05 來源： 作者：

1 BAF濾料的重特性

BAF是一種生物膜法處理工藝， 其中廢水凈化過程是很復雜的，它包括廢水中復雜的傳質過程、氧的擴散與吸收、有機物的分解和微生物的新陳代謝等過程。濾池工作時，污水流經濾料表面過程中，通過有機營養物質的吸附、氧向生物膜內部的擴散以及生物膜中所發生的生物氧化等作用，對污染物質進行氧化分解，使污水得以凈化^[3~4]。

BAF 的生物降解性能的優劣很大程度上取決于濾料的特性，濾料的研究和開發在BAF工藝中至關重要。作為微生物載體的濾料對水處理效果的影響主要反映在載體的性質，包括載體的比表面積的大小、粒徑的大小、表面親水性及表面電荷、表面粗糙度、載體的密度、堆積密度、孔隙率、強度等。因此濾料的選擇不僅決定了可供生物膜生長的比表面積的大小和生物膜量的多少，而且還影響著反應器中的水動力學狀態。在正常生長環境下，微生物表面帶有負電荷，如果濾料表面帶正電荷，這將使微生物在濾料表面附著、固定過程更易進行。濾料表面的粗糙度有利于細菌在其表面附著、固定，粗糙的表面增加了細菌與濾料間的有效接觸面積，比表面積形成的孔洞、裂縫等對已附著的細菌起到屏蔽保護，使其免受水力剪切的沖刷作用。因此作為生物膜載體―濾料的各種特性決定了BAF反應器能否高效運行，能否在水處理中得到更廣泛的推廣與應用^[5~7]。

2 BAF 濾料的研究進展

目前，用于生物濾池的填料，國內外主要有玻璃鋼或塑料蜂窩填料、立體波紋填料、軟性纖維填料、半軟性填料以及不規則狀填料等。這些填料往往并不都適合用作BAF的濾料，玻璃鋼和塑料填料表面光滑，生物膜附著力差，易老化，且在實際使用中往往容易產生不同程度填料的堵塞；軟性填料中的水流流態不理想，易被生物膜粘結在一起，產生結球現象，使其表面積大為減小，進而在結球的內部產生大慶氧作用，影響處理效果；不規則片狀填料水流阻力大，易于引起氧化池堵塞。濾料是曝氣生物濾池的關鍵部分，對曝氣生物濾池的功效有直接的影響，同時也影響到曝氣生物濾池的結構形式和成本。因此開發出一種適于BAF特點的經濟高效濾料，將關系到BAF這種先進工藝的應用推廣^[8]。

目前，BAF所用的濾料，根據其采用原料的不同，可分為無機濾料和有機高分子濾料，常見的無機濾料有陶粒、焦炭、石英砂、活性炭、膨脹硅鋁酸鹽等，有機高分子濾料有聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等。有機高分子濾料與微生物間的相容性較差，所以掛膜時生物量少，易脫落，處理效果并不總是很理想，且價格昂貴。對天然無機濾料的開發是國內外濾料研究的重點。石英砂由于密度大，比表面積小、孔隙率小，當污水流經濾層時阻力很大，生物量少，因此濾池負荷不高，水頭損失大，現要應用的不多。輕質陶粒濾料比表面積及孔隙率大、生物量大，因此濾池負荷較大、水頭損失較小、取材方便、價格低廉，國內對其研究較多。

T.D.Kent 等人對可能作為BAF濾料的泡沫柱狀粘土、棱狀煅燒粘土、膨脹耐火粘土、粉狀燃料灰、老棱狀頁巖、新棱狀頁巖和膨脹球形粘土進行了系統的分析，試驗結果見研究認為單純從物理參數，如比表面積、最小流化速度和磨損率上考慮，最適合作BAF濾料的是膨脹球形粘土，其次是頁巖^[9]。

Rebecca E.Moore等人采用泡沫粘土做為原料研制曝氣生物濾池濾料，在粘土中加入不同量的添加物質如斑脫土溶液、鋁溶液、表面活性劑和鋸屑等，根據添加物量的不同燒制成了七種顆粒濾料，并對其物理性質進行了分析比較，采用小型BAF進行了掛膜效果實驗。濾料在小型BAF反應器中的試驗結果表明：表面粗糙度的不同對BAF啟動期間有機物的去除率沒有明顯影響。增加表面粗糙度只在最初的微生物掛膜期間有一些影響。表面粗糙度對微生物掛膜的影響，并不是通過表面積的增加使微生物附著，而是通過給微生物提供合適的場所使微生物掛膜，一旦這些場所被微生物附著后，微生物的進一步掛膜將不再依賴于底層濾料的粗糙情況。粘土中斑脫土溶液的增加，使濾料顆粒的磨損率下降，表面粗糙度降低，但這沒有明顯改變微生物的附著特性，因此選擇濾料應綜合考慮微生物附著性和濾料磨損性^[10]。

Won-Seok Chang等人采用沸石和砂濾料作為BAF濾料處理紡織廢水。細胞計數結果表明，沸石濾料上生長的亞硝化單胞菌和硝化菌的數量分別為3.0×10⁸和2.2×10⁹ CFU/mL，而砂濾料上生長的數量分別是4.5×10⁸和6.5×10⁸ CFU/mL。從硝化菌的數量上看，沸石濾料上更適宜微生物的硝化作用，另外從對有機物和TKN的去除率上看，以沸石為濾料的BAF的效果要好于以砂為濾料的BAF。采用沸石作為濾料的BAF可使紡織廢水的COD去除率達86％～92％，BOD去除率達99％，色度去除率在77％～79％，這是由于自然沸石濾料的比表面積大于砂濾料，宜于微生物的附著，且沸石濾料的離子交換能力強，能夠吸附水中的NH₄⁺，而適宜環境的硝化菌的大量生長，使NH₄⁺轉化為硝酸鹽^[11]。

 清華大學實驗室對不同濾料，如頁巖陶粒、粘土陶粒、砂、褐煤、沸石、爐渣、麥飯石、焦炭等進行了篩選，并與生物活性炭進行了比較（其中褐煤因其機械強度差而被淘汰），認為陶粒、砂子、大同沸石和麥飯石優于其他幾種濾料。清華大學的田文華等的研究表明，用沸石作為BAF濾料可以有效地去除COD、氨氮和濁度，試驗條件下的最佳水力負荷為2.2m/h(水力停留時間為1.4h)，此時對COD、氨氮和濁度的去除率分別為73.9%、88.4%和96.2%，相應的出水平均濃度分別為43.4mg/L、3.5mg/L和3.7NTU，可以達到國家環�？偩�、天津大學提出的冷卻回用水水質建議值(Ⅲ)中相關指標的要求^[12]。

 齊兵強，王占生等人以球形輕質陶粒作為曝氣生物濾池的濾料處理生活污水時發現：

盡管在很高的濾速下（6.5～5m/h）下，其處理水質仍很高，而且曝氣量小、氧利用率高；

此外，該曝氣生物濾池系統水頭損失增加緩慢、反沖洗周期長、節約能源和操作費用^[13]。

從國內外對于BAF的濾料研究來看，綜合我國的國情，以天然材料為主要成分的多孔輕質陶粒濾料不僅材料低廉易得，而且具有以下優點：①陶粒以優質粘土為原料、加入少量輔料后加工而成，其表面粗糙、多微孔、不結釉，解決了其他片狀陶粒表面結釉的問題；②強度高、孔隙率大、比表面積大、化學和物理穩定性好，與聚氯乙烯等形狀規則的填料相比，具有生物附著力強、掛膜性能良好等優點；③陶粒為球形，體積質量適中，流態好，容易進行反沖洗；④粒徑可根據需要制作，水流流態好、過濾周期長、反沖洗容易進行、截污能力強。

3 BAF濾料今后的研究重點

從曝氣生物濾池濾料的發展來看，以后對濾料的研究應圍繞以下幾個方面：

① 系統地研究濾料性質對污染物去除的影響及污染物去除機制。

② 開發以天然材料為主要成分的高效價廉的無機濾料，如輕質球形陶粒濾料在我國的的研究與開發。

③ 尋求改善濾料性能的工藝和方法，優化濾料的各項理化指標與性能參數。

④ 制定曝氣生物濾池的濾料標準，使得濾料的生產規范化，促進BAF污水處理技術在我國的應用和推廣。