BAF在废水提标改造及深度处理中的研究与应用
随着我国经济的快速发展，一方面工业、生活等用水量日益增大，另一方面水体污染问题日益突出，这两方面问题严重制约着我国社会的可持续发展。解决这一问题，需要在治污及污水再生回用上同时加大力度。目前，我国政府已要求污水处理行业提标改造，同时鼓励和要求一些重污染行业加大废水再生回用量。在这种形势下，寻找高效、经济的污水深度处理技术已非常紧迫。
曝气生物滤池(BAF)集微生物处理与固液分离于一体，占地面积小、处理效率高、出水水质好，已在欧美等国的污水处理领域得到广泛应用，在国内也受到广泛重视，具有很好的发展应用前景。目前，该技术已被列入2012年国家鼓励发展的环保技术目录。总结了BAF在市政以及印染、石化、焦化等工业废水深度处理中的研究与应用现状，以供参考。
1BAF的工艺特点
BAF主要依靠微生物降解与填料的过滤、吸附功能去除污染物。其填料表面的微生物量可达10～15g/L，容积负荷及水力负荷高，池容积和池体占地面积小，特别适用于占地面积受限的场合。
BAF的菌群具有明显的空间梯度特征，可在反应器内依次实现脱碳、硝化功能，去除有机污染物和氨氮。同时，填料能够起到固液分离的作用，出水SS一般小于10mg/L[1]，无需二沉池，可作为废水提标改造及深度处理的末端水质保障设备。
BAF的粒状填料能够不断切割气泡，最终形成小气泡，大大增加了气液接触面积，提高了氧的传质效率，氧利用效率可达25%[1]，故同等条件下曝气量小，运行成本低。BAF不存在污泥膨胀的问题，异味少，运行管理方便。BAF多为封闭、半封闭结构，生化反应受外界温度影响小，适用于寒冷地区。
2影响BAF工艺运行效果的主要因素
2.1填料类型
BAF中的填料分为无机填料和有机填料。常见的无机填料有石英砂、陶粒、活性炭、沸石、焦炭、膨胀硅铝酸盐，有机填料主要有聚氯乙烯、聚苯乙烯小球。填料粒径的大小、粗糙度等均影响挂膜和过滤效果。近年来，有学者致力于研究利用高炉灰等废弃物制备填料这种“以废治废”的研究十分有价值。
2.2容积负荷
容积负荷对BAF实现脱碳、硝化有重要的影响，进水基质浓度关系到BAF中生物的空间分布、[4]。有机物浓度升高，生物量也生物量、生物活性随之增加，但异养菌比硝化菌在竞争中占有优势，因此容积负荷对COD的去除影响较小、对氨氮的去除影响较大。通常，BAF中BOD5、NH3-N、NO3--N的容积负荷分别为4.1、1.27、5kg/(m3˙d)左右。
2.3水力负荷
水力负荷的增加一方面能促进污染物与生物膜间的传质，另一方面水力停留时间缩短、不利于世代时间长的硝化菌属生长，不利于氨氮的去除。《室外排水设计规范》要求城市生活污水二级处理系统中BAF水力负荷为2～10m3/(m2˙h)。对于难降解工业废水处理，水力负荷需根据试验情况、类似工程运行经验来确定。
2.4气水比
BAF通过曝气系统供给微生物生长、代谢所需溶解氧，气水比值是调节曝气量的重要参数。气水比值升高，BAF中DO浓度、生物膜表面氧的浓度梯度相应升高，因而氧在生物膜内的传递速率增加，能够促进微生物氧化有机物和氨氮。一般控制气水比通常为(1～3)∶1。
2.5反洗方式和强度
通常采用两种方法判断BAF是否需要进行反洗，一是出水水质变差、SS浓度升高，二是池内水头损失增大(水位升高0.3～0.5m)。反洗方式一般为气-水联合反冲，反冲洗水速、气速一般为15～25、20～70m/h反冲洗周期约为24～48h。当BAF用于生物量增长较快的二级处理工艺时，反洗周期短;用于微生物增长缓慢的三级处理时，反洗周期长。
3BAF在提改造及深度处理中的应用
3.1用于市政污水提标改造及深度处理Wang等研究了“O3+BAF”工艺深度处理哈尔滨某污水厂A/O工艺出水，通过臭氧氧化，分子质量<1ku的有机物从52.86%上升到72.73%，再经BAF处理后对COD、NH3-N的去除率分别达到58%、90%。大连马栏河污水处理厂采用Biofor工艺，其出水COD、NH3-N均值分别为33、2mg/L
某污水处理厂采用“陶粒BAF+微絮凝过滤”的深度处理工艺，在水力负荷为5.2m3/(m2˙h)、气水比为2.5∶1的条件下，出水各项指标均符合《再生水用作冷却用水的水质控制标准》(GB/T19923—2005)及《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T18920—2002)[9]。
3.2用于印染废水提标改造及深度处理
印染废水色度主要是由偶氮基、乙烯基等发色基团引起。汪晓军等研究了“O3—BAF”工艺深度处理印染废水的中试效果，发现在臭氧投加量为30mg/L时出水各项指标均达到回用水水质要求。[11]采用上流式活性炭BAF深度处理碱减量杨波等印染废水，在气水比为3∶1、HRT为8.9h的条件下，出水水质满足《生活杂用水水质标准》(CJ/T48—1999)的要求，且110cm滤柱高度范围内对COD、色度、UV254的去除率分别占总去除率的86%、98%、98%，110cm滤柱范围内微生物数量、脱氢酶活性沿水流方向均降低。
3.3用于石化废水提标改造及深度处理
某石化企业采用“水解酸化+纯氧曝气活性污泥+接触氧化”工艺处理高含盐石化废水，出水水[12]研究了“AF+BAF”作为质难以达标。王基成等该废水达标升级改造措施的可行性，废水经“AF+BAF”工艺，出水COD、氨氮平均值分别为42.9、2.2mg/L，满足《山东省小清河流域水污染物综合排放标准》(DB37/656—2006)要求。陕西某炼油厂采用“预处理—活性污泥—斜板沉淀”工艺处理含油废水，出水COD、油类、挥发酚经常超标，后增加BAF深度处理单元，在COD容积负荷为1.43kg/(m3˙d)、气水比为6∶1的条件下，出水水质达到GB8978—1996的一级排放标准。中海油新建500m3/h的石化污水处理厂，采用A/O+BAF工艺处理甲醇、DNCC废水，出水水质满足GB8978—1996的一级排放标准
3.4用于焦化废水深度处理
焦化废水中含有酚、氰、多环芳烃等有机物，同时氨氮含量高，属于典型难降解废水。经过常规二级生化处理后往往难以达到我国最新发布的《炼焦化学工业污染物排放标准》(GB16171—2012)，并且A2/O生化处理出水中64.6%的有机物为难降解的羧基喹啉、丁烷等这给深度处理增加了难度。多级BAF联用、AOP与BAF耦合等深度处理工艺成为研究热点。
孙丰英等采用“H2O2+缺氧BAF+好氧BAF”工艺深度处理焦化废水，在H2O2与COD质量比为3∶1、气水比为3∶1、回流比为0.5～1的条件下，对COD、NH3-N的去除率分别为53.1%、96.1%，出水水质分别达到GB8978—1996的二级和一级排放标准。李豪等[17]采用“Fenton+BAF”组合工艺深度处理焦化废水，在n(H2O2)∶n(Fe2+)=0.68、HRT为12h的条件下，出水COD<100mg/L、色度<50倍，达到国家一级排放标准。
山西某焦化厂焦油分离水和酚盐分解水经A2/O工艺处理后，出水水质不能达到GB8978—1996新建项目一级排放标准，故增加深度处理单元“BAF(C)+BAF(N)+砂滤+O3氧化”，BAF系统出水COD、NH3-N均值分别为37.30、8.13mg/L，出水满足GB8978—1996的一级排放标准[18]。邯钢新区焦化厂酚氰污水水量为320m3/h，A/O/O生化出水采用“混凝沉淀+BAF”工艺进行深度处理，出水水质达到GB8978—1996的一级标准
3.5其他
Wang等[20]采用Fenton-BAF工艺深度处理柠檬酸废水，在n(H2O2)∶n(Fe2+)为8的条件下，废水的B/C值由0.1以下升至0.42，Fenton出水再经BAF处理，在负荷为0.70kgCOD/(m3˙d)、气水比为1∶1的条件下，出水COD降至13mg/L。
广东某垃圾焚烧发电厂产生的渗滤液COD、NH3-N分别为26340、1362mg/L，采用“A/O—生物流化床”作为二级生化改造工艺，并增加深度处理单元“两级Fenton—BAF”。二级生化出水COD、氨氮分别为1100、50mg/L，再经“两级Fenton—BAF”深度处理后，出水COD<90mg/L、氨氮<3mg/L，达到广东省地方标准《水污染物排放限值》(DB44/26—2001)第二时段一级标准。BAF及其组合工艺处理屠宰、养殖等废水的效果见表1。
4结语
BAF操作简单、有机负荷高、出水水质好，在市政污水及工业废水的提标改造和深度处理中已崭露头角，具有很好的应用前景。今后的研究方向包括进一步开发质轻、高效的填料，将计算机模拟与现场实验相结合优化BAF工艺参数，将BAF与AOP进行耦合应用以拓宽BAF应用范围等。随着研究和应用的不断深入，BAF在废水提标改造和深度处理方面的应用一定会越来越广。