1 概述
   
曝氣生物濾池(簡(jiǎn)稱BAF)是在普通生物濾池的基礎(chǔ)上，引入給水濾池過(guò)濾機(jī)理而形成的污水生物處理新工藝。其突出的特點(diǎn)是將生物氧化、生物絮凝、生物吸附過(guò)濾結(jié)合在一起，再通過(guò)對(duì)濾料的沖洗、再生，實(shí)現(xiàn)濾池的周期性運(yùn)行。
   
BAF污水處理系統(tǒng)中生物濾池是整個(gè)系統(tǒng)發(fā)揮污水處理效果最核心的單元，而生物濾池發(fā)揮凈水作用的的關(guān)鍵則是濾料上生長(zhǎng)的生物菌群，因此合理的選用濾料是曝氣生物濾池設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。

2 生物濾料的基本要求
   
生物濾料是微生物生長(zhǎng)棲息的場(chǎng)所，適宜的生物濾料應(yīng)滿足下述基本要求。

比表面積大：填料一般選用比表面積大、開(kāi)孔空隙率高的多孔惰性濾料，這種濾料有利于微生物的接觸掛膜和生長(zhǎng)，保持較多的微生物量；有利于微生物代謝過(guò)程中所需氧化和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及代謝產(chǎn)生的廢物的傳質(zhì)過(guò)程；

機(jī)械強(qiáng)度好：生物填料必須具有在不同強(qiáng)度的水利剪切作用以及濾料之間摩擦碰撞過(guò)程中破損率低的機(jī)械強(qiáng)度要求。較好的硬度能使濾料即使在過(guò)濾過(guò)程中使用多年仍能保持其原有的大小和形狀；

耐磨損性：濾料必須具有較高的耐腐蝕性，這樣能減少濾料在反沖洗后期或掛膜量少時(shí)的磨損程度；

空隙率及表面粗糙度：要求濾料具有一定的空隙率及粗糙度有利于微生物的附著、生長(zhǎng)，而最重要意義在于：減少濾料在沖洗過(guò)程中由于濾料之間摩擦碰撞而造成固著微生物膜的過(guò)量脫落，保證生物濾池周期工作的初期(沖洗之后)基本生物量的要求，以便出水水質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定。

生物、化學(xué)穩(wěn)定性好：生物膜在新陳代謝過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生多種代謝產(chǎn)物，某些代謝產(chǎn)物可能對(duì)濾料產(chǎn)生腐蝕作用，因此生物濾料必須具有一定的化學(xué)穩(wěn)定性和抗腐蝕性，同時(shí)需不參與生物膜的生物化學(xué)反應(yīng)，且其本身應(yīng)是不可生物降解的。

表面電性和親水性：微生物一般帶有負(fù)電荷，而且親水，因此濾料表面帶有正電荷將有利于微生物固著生長(zhǎng)，濾料表面的親水性同樣有利于微生物的附著。

濕密度：濾料濕密度過(guò)大，造成在反沖洗時(shí)濾料懸浮膨脹困難或使反沖洗時(shí)能耗增加，甚至沖洗不干凈，長(zhǎng)期運(yùn)行導(dǎo)濾料致板結(jié)。密度過(guò)小，又不宜于濾料在反應(yīng)器中的運(yùn)行工況，因此濾料濕密度需在一定范圍之內(nèi)。

3 生物濾料的形狀和材質(zhì)
   
生物濾池的所選用的濾料多種多樣，過(guò)去的生物濾池通常采用蜂窩管狀、波紋狀、輻射狀、絲狀、網(wǎng)狀、盾狀、筒狀、束狀和粒狀等。由于對(duì)于曝氣生物濾池而言，由于沖洗時(shí)強(qiáng)度高，水流阻力大，對(duì)濾料的選擇一般選用水力性能良好的粒狀濾料，粒狀濾料又分為規(guī)則和不規(guī)則兩種。
   
對(duì)于濾料的材質(zhì)，在滿足上文“濾料的基本要求”的前提下，主要有塑料、砂、褐煤、沸石、爐渣、活性炭、焦炭、陶粒和火山巖等。對(duì)于各種濾料用于工程實(shí)踐的研究，國(guó)內(nèi)一直在進(jìn)行，但是到目前為止，在國(guó)內(nèi)已經(jīng)建成的具有一定規(guī)模的污水處理工程(包括污水深度處理、三級(jí)處理)實(shí)例中，用得最多是火山巖和陶粒兩種濾料。我國(guó)首座由法國(guó)人建造的BAF污水處理廠(大連馬欄河污水處理廠)和四川、廣東等地建造的十幾座城市污水處理廠采用的是火山巖濾料，其余采用的陶粒的污水處理廠也多。
   
火山巖濾料為天然濾料，經(jīng)過(guò)人工燒結(jié)破碎、篩選而成。陶粒濾料一般又分頁(yè)巖陶粒和粘土陶粒，是以煤粉和粘土加少量造孔劑經(jīng)過(guò)高溫?zé)�結(jié)而成。

4 BAF濾料的使用體會(huì)
   
作為BAF的生物載體，濾料的選擇關(guān)系到生物濾池能否高效運(yùn)行和甚至成功運(yùn)行的關(guān)鍵。就火山巖濾料和陶粒濾料而言，在我們?cè)O(shè)計(jì)的工程中都有采用，就其比較，通過(guò)目前已經(jīng)運(yùn)行的十余座污水處理廠的綜合情況來(lái)看，以火山巖濾料為好，其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在抗板結(jié)能力和孔隙率大兩個(gè)方面：

濾料的板結(jié)少
   
由于BAF濾料板結(jié)帶來(lái)諸多的嚴(yán)重問(wèn)題，在運(yùn)行過(guò)程的濾料板結(jié)現(xiàn)象已經(jīng)成為部分污水廠運(yùn)營(yíng)者最感最為頭痛的問(wèn)題，也是BAF設(shè)計(jì)過(guò)程中要注意的主要問(wèn)題之一。
   
根據(jù)現(xiàn)在的使用經(jīng)驗(yàn)看來(lái)，火山巖濾料和陶粒濾料在使用過(guò)程中抗板結(jié)的能力方面是有差異的。在采用火山巖濾料的的污水處理廠中，如四川西昌市瓊海污水處理廠、四川攀枝花市人和污水處理廠、四川自貢貢井污水和大連馬欄河污水處理廠運(yùn)行一直正常，沒(méi)有板結(jié)現(xiàn)象發(fā)生，而采用陶粒濾料的四川眉山市污水處理廠，廣東新會(huì)污水處理廠、廣東江門污水處理廠則時(shí)有濾料板結(jié)現(xiàn)象發(fā)生，到現(xiàn)在為止，四川某4萬(wàn)m3/天的污水處理廠還在被濾料板結(jié)的問(wèn)題所困繞。
   
在如何防止濾料板結(jié)的問(wèn)題上，在開(kāi)始的工程設(shè)計(jì)中我們也傾向于采用規(guī)則的陶粒(主要考慮的是火山巖不規(guī)則，處于堆積狀態(tài)的濾料由于外表面突起更多咬合面積增加，更容易導(dǎo)致濾料板結(jié)，相反，相對(duì)于規(guī)則(圓形)的陶粒板結(jié)的可能應(yīng)該小些)但是，由于大連馬欄河污水處理廠采用的火山巖濾料運(yùn)行一直正常，在有些工程中我們也采用了火山巖濾料。在工程陸續(xù)投產(chǎn)后才發(fā)現(xiàn)兩種濾料抗板結(jié)的能力與我們預(yù)計(jì)的恰好相反，經(jīng)過(guò)反復(fù)對(duì)兩種濾料的研究、對(duì)比，最后發(fā)現(xiàn)應(yīng)該是陶粒顆粒之間重量差異大，造成長(zhǎng)期沖洗不徹底后形成板結(jié)。
   
按一般要求，陶粒濾料要達(dá)到BAF的要求的比重和孔隙率，在生產(chǎn)過(guò)程中要大量加粉煤灰和造孔劑(根據(jù)資料，一般是粉煤灰50%左右，粘土45% 左右，造孔劑5%)，但是在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中受技術(shù)條件的影響，大多數(shù)廠家按照上述要求生產(chǎn)出來(lái)的濾料強(qiáng)度可能不夠，于是少加粉煤灰和造孔劑，最終造成陶粒比重大和孔隙率低，再加上粒徑差異(BAF一般要求為3-6mm)，顆粒之間的重量差異進(jìn)一步加大。在濾池沖洗時(shí)，在同樣的沖洗強(qiáng)度下，濾料(特別是下層顆粒直徑大的濾料)由于重量大，流化速度小，相互摩擦的程度不夠，長(zhǎng)期沖洗不干凈，最終導(dǎo)致板結(jié)，這可以從濾池板結(jié)后清掏濾池時(shí)觀察的情況得到證實(shí)。
   
火山巖濾料基本無(wú)板結(jié)現(xiàn)象產(chǎn)生，是由于其孔隙率大，比重輕、同樣的粒徑分布濾料顆粒之間重量差異小，沖洗時(shí)相對(duì)均勻，板結(jié)的可能性也就大大降低。

孔隙率大，富集的生物量大，有機(jī)負(fù)荷高
   
火山巖孔隙率大不但可以減輕其比重，還可以使其固定更多的生物量，提高單位濾料有機(jī)負(fù)荷。
   
從目前市場(chǎng)上供應(yīng)的火山巖濾料情況來(lái)看，火山巖的大孔和小孔都較為豐富，孔隙率一般可以達(dá)到50%左右(在保證筒壓強(qiáng)度的前提下，經(jīng)過(guò)燒結(jié)改性后的火山巖濾料可以達(dá)到60%或更高)，這樣大的孔隙率提供的生物生長(zhǎng)繁殖空間更大，相應(yīng)單位體積生物量更大，單位體積濾料有機(jī)負(fù)荷更高，污水處理效果更容易保證。而陶粒濾料空隙濾估計(jì)只有30%左右，況且主要為微孔，孔隙內(nèi)部生物富集量相對(duì)要小得多。
孔隙率大，同步脫氮效果好
   
火山巖內(nèi)部貫通性的孔隙發(fā)達(dá)，濾料內(nèi)部更容易形成厭(缺)氧環(huán)境，具有同步脫氮效果。根據(jù)資料，反硝化效率可達(dá)50%以上，根據(jù)我們實(shí)測(cè)到的資料，采用火山巖的污水處理廠在原水碳氮比失調(diào)的情況下，反硝化濾也接近30%。
孔隙率大，沖洗殘留的生物量有保證
   
火山巖內(nèi)部貫通性的孔隙發(fā)達(dá)，濾料內(nèi)部富集的生物量大，沖洗時(shí)這部分生物更容易保留下來(lái)，使沖洗后的濾料可保持較強(qiáng)的生物活性，可有效解決沖洗后BOD降解效果差、SS容易穿透的問(wèn)題，使得處理系統(tǒng)整體出水效果更佳。
另外提及一下火山巖的強(qiáng)度問(wèn)題。
   
生物濾料的強(qiáng)度主要通過(guò)筒壓強(qiáng)度和磨損率來(lái)描述。我們?cè)��?jīng)認(rèn)為火山巖的強(qiáng)度低，磨損率大，不能適應(yīng)BAF沖洗條件，使用壽命低，濾料消耗大，增加污水處理成本。但是從大連馬欄河污水廠運(yùn)行6年的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，火山巖濾料還沒(méi)有因濾料的強(qiáng)度問(wèn)題補(bǔ)充過(guò)濾料，從四川部分已經(jīng)運(yùn)行的污水處理廠的情況也是如此，因此我們已經(jīng)改變了看法。
   
火山巖強(qiáng)度之所以能夠滿足BAF的運(yùn)行要求，經(jīng)過(guò)分析研究，我們認(rèn)為：在實(shí)驗(yàn)條件下的“磨損率”是通過(guò)機(jī)械的方法使濾料在自然條件下相互直接摩擦實(shí)現(xiàn)的，其磨損率自然要高。而在BAF運(yùn)行過(guò)程中，濾料浸泡在水中處于分散狀態(tài)并且在有生物膜的包裹，濾料相互之間直接磨損幾率小，磨損率自然也低。
   
在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們一般要求的火山巖濾料強(qiáng)度為：
    筒壓強(qiáng)度：  ≥1MP；
    磨損率：    小于3%；

5 采用火山巖的一些設(shè)計(jì)控制參數(shù)

濾料綜合特性要求
外形：球形或不定形
干容重：0.5～0.9噸/m3；
濕容重：0.8～1.0噸/m3；
孔隙率：35～50%；
筒壓強(qiáng)度：≥1MP；
磨損率：≤3%；
濾料粒徑：d＝4～6mm；

濾料承托層(墊層)
承托層一般選用卵石作為承托層分3層，級(jí)配為：
第一層(最底)d＝30～45mm，h＝150mm；
第二層(中間)d＝20～30mm，h＝100mm；
第三層(上層)d＝ 8～15mm，h＝100mm；

濾池反沖洗要求
濾層厚度一般為4m
氣沖洗強(qiáng)度為0.35m3空氣/ m3濾料.min
水沖洗強(qiáng)度為0.13m3水/ m3濾料.min
BOD5負(fù)荷為1.8-2.2kg.BOD5/m3濾料/d
NH3-N負(fù)荷為0.3-0.4kg.NH3-N/m3濾料/d.

6 采用火山巖濾料工程實(shí)際檢測(cè)水質(zhì)數(shù)據(jù)參考
   
大連馬欄河污水處理廠和和四川省西昌市瓊海污水處理廠的運(yùn)行過(guò)程中水質(zhì)部分實(shí)測(cè)資料如下：

BAF工藝處理城市污水的部分實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)