濾料在曝氣生物濾池中（BAF）的應(yīng)用進(jìn)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(yīng)用進(jìn)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(nèi)外曝氣生物濾池工程常用工藝及其濾料特點(diǎn)，綜述了國內(nèi)常用的幾種濾料的主要性能及檢測方法，并試驗(yàn)驗(yàn)證了一種簡化的鹽酸可溶率檢驗(yàn)方法，指出今后需探討及研究濾料生產(chǎn)工藝的標(biāo)準(zhǔn)化及規(guī)范化，以期促進(jìn)BAF工藝的推廣應(yīng)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(jì)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(diǎn)，其工藝形式、結(jié)構(gòu)、運(yùn)行啟動(dòng)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(yīng)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(nèi)的應(yīng)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(nèi)進(jìn)一步推廣應(yīng)用的關(guān)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(yīng)用報(bào)道較少。本文將綜述曝氣生物濾池濾料在國內(nèi)外工程的應(yīng)用情況，結(jié)合國內(nèi)濾料選用方法，指出其今后開發(fā)應(yīng)用的重點(diǎn)，促進(jìn)曝氣生物濾池在國內(nèi)水處理工程項(xiàng)目的應(yīng)用。

1 濾料的應(yīng)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(zhì)多樣化，總體可劃分為無機(jī)濾料、有機(jī)高分子濾料。無機(jī)濾料多為礦物濾料，諸如頁巖、沸石、石英砂及蛭石等。有機(jī)高分子濾料材質(zhì)多為聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。

根據(jù)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(nèi)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(nèi)外各水廠沿用，如1991年法國ANTIBES投產(chǎn)的污水廠，污水處理水量為3.0×104m3/d，濾池負(fù)荷為8 kgCOD/（m3/d），由于為下向流進(jìn)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(chǔ)上，OTV公司采用了新型輕質(zhì)懸浮濾料，材質(zhì)主要為聚苯乙烯，粒徑大多為3.6～5.0 mm，進(jìn)水改為上向流式，該項(xiàng)技術(shù)工藝即BIOSTYR工藝系列，截至2009年，OTV在多個(gè)國家已擁有140多個(gè)BIOSTYR工藝應(yīng)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(nèi)的工程應(yīng)用案例有處理規(guī)模為2.0×105m3/d的南京城東污水廠擴(kuò)建工程及1.0×105m3/d的烏魯木齊河?xùn)|污水處理廠等[3]。BIOFOR工藝是法國SUEZ-里昂水務(wù)下屬的DEGREMON T公司的一項(xiàng)專利技術(shù)[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(gè)成功的應(yīng)用實(shí)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(nèi)在2001年大連市馬欄河污水廠將其成功引入應(yīng)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(shù)引進(jìn)至今，我國曝氣生物濾池工程應(yīng)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(shè)計(jì)，由國內(nèi)設(shè)計(jì)并投建具有一定規(guī)模的污水處理工程應(yīng)用中，采用的濾料多為火山巖和陶粒。如華騏環(huán)保設(shè)計(jì)的BAF，采用其自主研發(fā)的輕質(zhì)多孔生物陶粒作為濾料，廣州環(huán)保設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)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(jìn)一步規(guī)范曝氣生物濾池的應(yīng)用，2014年我國發(fā)布《生物濾池法污水處理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ 2014—2012）[6]，該技術(shù)規(guī)范基于BIOFOR工藝，參照了國外先進(jìn)成熟的生物濾池設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合了國內(nèi)曝氣生物濾池應(yīng)用案例制定的集曝氣生物濾池設(shè)計(jì)、施工、安裝、調(diào)試及運(yùn)行為一體的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。這項(xiàng)規(guī)范整理全面，基本涵括了曝氣生物濾池在工程應(yīng)用中的要點(diǎn)及注意事項(xiàng)，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(nèi)容進(jìn)行闡述，為曝氣生物濾池的應(yīng)用提供更清晰、具體的指導(dǎo)。

2 常用濾料的選用

關(guān)于濾料對曝氣生物濾池中的影響分析，已有相關(guān)的報(bào)道及綜述進(jìn)行闡述[7-10]，這里不進(jìn)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(yīng)該滿足以下幾點(diǎn)：①相對惰性物質(zhì)，在使用過程中不產(chǎn)生有毒有害物質(zhì)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(zhì)接觸面；③機(jī)械強(qiáng)度好，不易被水流磨損，特別是反沖洗時(shí)強(qiáng)曝氣的磨損；④材料易得，價(jià)格便宜，運(yùn)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(shè)部參考美國標(biāo)準(zhǔn)《粒狀濾料》（ANSI/AWWA B100—2001）的技術(shù)，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(shù)及檢測方法。由于人工陶粒的廣泛使用，建設(shè)部又發(fā)布《水處理用人工陶粒濾料》（CJ/T 299—2008）[12]以進(jìn)一步規(guī)范濾料的使用，檢測性能參數(shù)增加了均勻系數(shù)、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(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法檢驗(yàn)，常見幾種濾料的主要性能參數(shù)如表1所示。根據(jù)表1，綜合比表面積和孔隙率進(jìn)行評價(jià)（標(biāo)準(zhǔn)比表面積指標(biāo)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(zhì)傳遞。

表1 常見幾種濾料的主要性能參數(shù)

濾料項(xiàng)目及測試數(shù)據(jù) 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(yīng)用中，劣質(zhì)陶粒由于其pH可能偏堿性或存在其他有毒物質(zhì)，抑制微生物在其表面的附著及掛膜，導(dǎo)致掛膜周期長，甚至很難掛膜，且容易形成板結(jié)。鹽酸可溶率是比較容易忽視的參數(shù)，但一些摻工業(yè)泥的劣質(zhì)陶?？苫就ㄟ^該參數(shù)評判淘汰。根據(jù)《水處理用人工陶粒濾料》中的鹽酸可溶率試驗(yàn)步驟開展測驗(yàn)，試驗(yàn)至少耗時(shí)7 h，同時(shí)由于樣品孔隙率較大，在洗滌浸泡鹽酸溶液的樣品時(shí)需耗用大量清水，方可讓樣品恢復(fù)中性。為了簡化煩瑣的檢測過程，通過試驗(yàn)驗(yàn)證，一些劣質(zhì)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(biāo)準(zhǔn)步驟測定可溶率低的陶粒作為標(biāo)準(zhǔn)參照物）。

按照上述的簡易方法，采用兩種陶粒做了對比試驗(yàn)，2號填料已按標(biāo)準(zhǔn)測定可溶率為0.27%（標(biāo)準(zhǔn)鹽酸可溶率指標(biāo)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(chǎn)生劇烈的反應(yīng)，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(zhì)。其他填料沒產(chǎn)生這么劇烈反應(yīng)的，跟標(biāo)準(zhǔn)參照物（如2號填料）做對比即可。該方法可初步篩選出反應(yīng)明顯的劣質(zhì)填料，簡單快捷，方便工程應(yīng)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(zhì)物質(zhì)的概率較小，同時(shí)表現(xiàn)出較好的抗板結(jié)能力和孔隙率，火山巖特殊的空隙結(jié)構(gòu)，內(nèi)部可富集的生物量大，且易于傳質(zhì)，保持高生物活性，在反沖洗時(shí)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(jià)格也比陶粒高出20%左右。因此，在選用填料時(shí)，不僅要滿足工藝設(shè)計(jì)的綜合需要，如濾料材質(zhì)、密度、粒徑及填充率等，更需要關(guān)注采購的濾料，特別是陶粒，是否為劣質(zhì)材質(zhì)，可通過簡單的試驗(yàn)進(jìn)行分辨，工程啟動(dòng)前期條件允許的，可開展掛膜小試或中試試驗(yàn)，綜合評判填料的掛膜性能。此外，在滿足設(shè)計(jì)出水要求的前提下，兼顧價(jià)格及運(yùn)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(yàn)

3 展望

從曝氣生物濾池濾料應(yīng)用的發(fā)展來看，目前火山巖濾料和陶粒在國內(nèi)濾料行業(yè)中占據(jù)主導(dǎo)地位，但目前市場上的濾料魚龍混雜，標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；臑V料加工單位較少，生產(chǎn)質(zhì)量無法得到保障。因此，濾料在以后的應(yīng)用研究中需著重探討濾料生產(chǎn)工藝的標(biāo)準(zhǔn)化及規(guī)范化，形成從選材-配比-燒結(jié)等全生產(chǎn)工藝過程的標(biāo)準(zhǔn)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?yàn)樗幚砉に囬_發(fā)及應(yīng)用。

肇慶市2018年省縱向協(xié)同專項(xiàng)資金項(xiàng)目（編號：2018N004）

〔編輯：嚴(yán)麗琴〕