滤料在曝气生物滤池中（BAF）的应用进展＊

2019-03-22陈翠群王国彬谢洁云

科技与创新 2019年5期

关键词：滤料陶粒滤池

陈翠群王国彬谢洁云

陈翠群1，王国彬1，2，谢洁云1

（1.广州鹏凯环境科技股份有限公司，广东广州 511493；2.肇庆市鹏凯环保装备有限公司，广东肇庆 526238）

介绍了国内外曝气生物滤池工程常用工艺及其滤料特点，综述了国内常用的几种滤料的主要性能及检测方法，并试验验证了一种简化的盐酸可溶率检验方法，指出今后需探讨及研究滤料生产工艺的标准化及规范化，以期促进BAF工艺的推广应用。

曝气生物滤池；滤料；盐酸可溶率；可溶率

曝气生物滤池（Biological Aerated Filter，BAF）是20世纪70年代末在西欧兴起的一种新型生物膜法处理工艺，具有高生物量、良好处理性能、占地面积小等特点，其工艺形式、结构、运行启动等多方面都得到日趋深入的研究，继而发展成熟，目前已在欧美国家得到大范围应用，如德国Koln污水厂、英国Liverpool污水处理厂及美国Ronoke污水处理厂等[1]。但曝气生物滤池在国内的应用尚处于起步阶段，其中，滤料的性能及成本是限制其在国内进一步推广应用的关键因素。以往综述多着重阐述分析滤料的性能，而其在工程应用报道较少。本文将综述曝气生物滤池滤料在国内外工程的应用情况，结合国内滤料选用方法，指出其今后开发应用的重点，促进曝气生物滤池在国内水处理工程项目的应用。

1 滤料的应用现状

曝气生物滤池发展至今，开发研制的滤料形式及材质多样化，总体可划分为无机滤料、有机高分子滤料。无机滤料多为矿物滤料，诸如页岩、沸石、石英砂及蛭石等。有机高分子滤料材质多为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。

根据滤料及水流向的不同，目前国外已开发出多种成熟工艺，如ASTRASAND工艺、BIOCARBONE工艺、BIOSTYR工艺、BIOFOR工艺等，其中国内主要引用BIOFOR工艺[2]。ASTRASAND工艺是由Paques研制的砂滤系列，滤料为粒径1～1.6 mm砂，主要去除污水中的TSS，对水中的氨氮、硝酸盐及磷酸盐也有一定的去除效果，典型案例为Rigdaling WTW水处理厂1.2×105m3/d规模的污水治理工程。在BAF开发早期，法国OTV（威立雅）已将其研制的BIOCARBONE工艺系列商业化，采用的滤料主要为页岩，粒径多为2～6 mm，至今仍被国内外各水厂沿用，如1991年法国ANTIBES投产的污水厂，污水处理水量为3.0×104m3/d，滤池负荷为8 kgCOD/（m3/d），由于为下向流进水，易截留大量SS于滤池上端，造成较大的水头损失，反冲洗频繁。在此工艺基础上，OTV公司采用了新型轻质悬浮滤料，材质主要为聚苯乙烯，粒径大多为3.6～5.0 mm，进水改为上向流式，该项技术工艺即BIOSTYR工艺系列，截至2009年，OTV在多个国家已拥有140多个BIOSTYR工艺应用的成功案例，其中国外较为典型的如处理规模为2.0×106m3/d的法国巴黎Achres污水厂，国内的工程应用案例有处理规模为2.0×105m3/d的南京城东污水厂扩建工程及1.0×105m3/d的乌鲁木齐河东污水处理厂等[3]。BIOFOR工艺是法国SUEZ-里昂水务下属的DEGREMON T公司的一项专利技术[4]，选用滤料多为3～4.5 mm粒径的膨胀黏土，相对密度为1.5左右。BIOFOR工艺在国外已有50多个成功的应用实例，如法国巴黎的Colom BES污水处理厂，处理规模为2.4×105m3/d，国内在2001年大连市马栏河污水厂将其成功引入应用[5]，2006年厦门市第二污水处理厂投入使用，处理水量规模为2.4×105m3/d。

BAF技术引进至今，我国曝气生物滤池工程应用较多的滤料主要有塑料、活性炭、砂、沸石、焦炭、陶粒和火山岩等。其中，除了国外的工程设计，由国内设计并投建具有一定规模的污水处理工程应用中，采用的滤料多为火山岩和陶粒。如华骐环保设计的BAF，采用其自主研发的轻质多孔生物陶粒作为滤料，广州环保设计院设计的杭州市第二垃圾填埋场BAF污水处理工程采用的滤料主要也是陶粒；淮安第二污水处理厂BAF工艺段则采用了火山岩滤料，处理规模1.0×105m3/d。

为进一步规范曝气生物滤池的应用，2014年我国发布《生物滤池法污水处理工程技术规范》（HJ 2014—2012）[6]，该技术规范基于BIOFOR工艺，参照了国外先进成熟的生物滤池设计标准，结合了国内曝气生物滤池应用案例制定的集曝气生物滤池设计、施工、安装、调试及运行为一体的规范标准。这项规范整理全面，基本涵括了曝气生物滤池在工程应用中的要点及注意事项，但滤料方面，只明确其粒径及填充高度，没有明确性能要求及选购信息。下文对这方面内容进行阐述，为曝气生物滤池的应用提供更清晰、具体的指导。

2 常用滤料的选用

关于滤料对曝气生物滤池中的影响分析，已有相关的报道及综述进行阐述[7-10]，这里不进行赘述。总的来说，曝气生物滤池采用的优选滤料，其性能应该满足以下几点：①相对惰性物质，在使用过程中不产生有毒有害物质及其他二次污染物；②具有较大的比表面（孔隙率大），可有效增加生物量及物质接触面；③机械强度好，不易被水流磨损，特别是反冲洗时强曝气的磨损；④材料易得，价格便宜，运输方便，一般说来，这些往往是限制滤料在水处理市场广泛流通的重要因素。

为了规范滤料的选用，建设部参考美国标准《粒状滤料》（ANSI/AWWA B100—2001）的技术，发布了《水处理用滤料》（CJ/T 43—2005）[11]，规定了无烟煤滤料、石英砂滤料及高密度矿石滤料的性能参数及检测方法。由于人工陶粒的广泛使用，建设部又发布《水处理用人工陶粒滤料》（CJ/T 299—2008）[12]以进一步规范滤料的使用，检测性能参数增加了均匀系数、表观密度、堆积密度空隙率及比表面积等，基本涵盖了滤料性能要求。根据标准方法检验，常见几种滤料的主要性能参数如表1所示。根据表1，综合比表面积和孔隙率进行评价（标准比表面积指标为大于等于0.5×104cm2/g，孔隙率大于等于40%），火山岩和陶粒较好，利于生物膜的形成以及物质传递。

表1 常见几种滤料的主要性能参数

滤料项目及测试数据密度/（g/cm3）磨损率破碎率之和/（%）盐酸可溶率/（%）比表面积/（cm2/g）粒度/mm孔隙率/（%）堆积密度/（g/cm3）无烟煤1.6≤1.15≤1.2820.6～6248～53— 石英砂2.660.680.02—0.5～1.243— 火山岩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—

但在工程应用中，劣质陶粒由于其pH可能偏碱性或存在其他有毒物质，抑制微生物在其表面的附着及挂膜，导致挂膜周期长，甚至很难挂膜，且容易形成板结。盐酸可溶率是比较容易忽视的参数，但一些掺工业泥的劣质陶粒可基本通过该参数评判淘汰。根据《水处理用人工陶粒滤料》中的盐酸可溶率试验步骤开展测验，试验至少耗时7 h，同时由于样品孔隙率较大，在洗涤浸泡盐酸溶液的样品时需耗用大量清水，方可让样品恢复中性。为了简化烦琐的检测过程，通过试验验证，一些劣质陶粒通过简单的方式即可判别，方法如下：称取50 g样品，加入盐酸溶液（/=1∶1）160 mL，观察现象（建议按标准步骤测定可溶率低的陶粒作为标准参照物）。

按照上述的简易方法，采用两种陶粒做了对比试验，2号填料已按标准测定可溶率为0.27%（标准盐酸可溶率指标为小于等于2.0%）。

从图1可明显看出，1号陶粒颜色比较发白，且在盐酸溶液中产生剧烈的反应，大量冒气泡，液体颜色瞬间变为黄绿色，且由于泥沙大量溶出，液体浑浊，该种陶粒由于掺入工业泥或其他加了药剂的泥，可能存在大量的铁盐或钙盐等物质。其他填料没产生这么剧烈反应的，跟标准参照物（如2号填料）做对比即可。该方法可初步筛选出反应明显的劣质填料，简单快捷，方便工程应用。

相对陶粒而言，市场上的火山岩整体上掺入工业泥或其他劣质物质的概率较小，同时表现出较好的抗板结能力和孔隙率，火山岩特殊的空隙结构，内部可富集的生物量大，且易于传质，保持高生物活性，在反冲洗时能够呈现较好的流态化，但摩擦破损流失率高于陶粒，且价格也比陶粒高出20%左右。因此，在选用填料时，不仅要满足工艺设计的综合需要，如滤料材质、密度、粒径及填充率等，更需要关注采购的滤料，特别是陶粒，是否为劣质材质，可通过简单的试验进行分辨，工程启动前期条件允许的，可开展挂膜小试或中试试验，综合评判填料的挂膜性能。此外，在满足设计出水要求的前提下，兼顾价格及运行成本，评判滤料在该工程上的适用程度。

图1 陶粒盐酸可溶率简易试验

3 展望

从曝气生物滤池滤料应用的发展来看，目前火山岩滤料和陶粒在国内滤料行业中占据主导地位，但目前市场上的滤料鱼龙混杂，标准化、规模化的滤料加工单位较少，生产质量无法得到保障。因此，滤料在以后的应用研究中需着重探讨滤料生产工艺的标准化及规范化，形成从选材-配比-烧结等全生产工艺过程的标准控制。

［1］金兆丰，余志荣，徐竟成，等.污水处理组合工艺及工程实例［M］.北京：化学工业出版社，2003.

［2］美国水环境联合会.生物膜反应器设计与运行手册［M］.北京：中国建筑工业出版社，2013.

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［4］Pierre C.Mouchet，Joan-Yves Bergel.Method，Device and use of Said Method for Biological Elimination of Metal Element s Present in an Ionized State in Water：US，16569336［P］.2003-5-27.

［5］张薇，史开武，孔惠.曝气生物滤池（BAF）的发展与现状［J］.北京石油化工学院学报，2005，13（3）：24-30.

［6］中国环境保护产业协会，清华大学，安乐工程有限公司，等.HJ 2014—2012 生物滤池法污水处理工程技术规范［S］.北京：中国环境科学出版社，2012.

［7］张启磊，孙毅，赵群.曝气生物滤池滤料的研究进展［J］.中国环境管理干部学院学报，2008，18（4）：72-74.

［8］李辉，陈金辉，方正.曝气生物滤池滤料的研究进展［J］.现代化工，2013，33（12）：24-27.

［9］王劲松，胡勇有.曝气生物滤池滤料的研究进展［J］.工业用水与废水，2002，33（5）：7-9.

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［11］张小平，杨文进，乐丽孙，等.CJ/T 43—2005 水处理用滤料［S］.北京：中国标准出版社，2005.

［12］李树苑，陈才高，苏新，等.CJ/T 299—2008 水处理用人工陶粒滤料［S］.北京：中国标准出版社，2008.

［13］刘俊良，王琴，李君敬.水处理填料与滤料［M］.北京：化学工业出版社，2015.

［14］邹伟国，孙群，王国华，等.新型BIOSMEDI滤池的开发研究［J］.中国给水排水，2002，11（1）：1-4.

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