隨著現代經濟的發(fā)展，城市污水的排放量正在逐年增加，目前對污水的有效處理不僅是保護環(huán)境的需要，同時也是解決我國水資源短缺的措施之一。
曝氣生物濾池（Biological aerated filter，BAF）工藝是污水處理生物膜法中的一種，凈化原理是利用微生物附著在載體表面生長而形成的高活性生物膜，通過濾池內部曝氣，污水流經時利用濾料的高比表面積，帶來的高濃度生物膜的氧化降解能力從而對污水進行快速凈化。曝氣生物濾池與傳統的其它污水處理工藝相比具有有機負荷高、占地面積小、投資小、處理效率高、管理方便和出水水質好等優(yōu)點，非常適合我國的國情。
BAF濾料的選擇是影響其處理效果的關鍵因素之一，同時也是影響水處理成本的主要因素之一。目前在BAF中應用比較廣泛的是陶粒濾料，它具有掛膜性能良好、生物附著性強、水流流態(tài)好、截污能力強和反沖洗容易進行等優(yōu)點；火山巖濾料的材質本身決定它具有惰性，不會被生物降解，不參與生物膜的任何生物化學反應，長期浸泡也不會向水體釋放有毒有害物質，無二次污染。波濤凈水采用了陶粒濾料和火山巖濾料進行了對比試驗，在相同的工藝條件下，主要從技術參數、經濟成本和運行效果等方面來綜合考察兩種濾料對濾池處理效能的影響。采用兩種濾料的濾池出水，主要水質指標均達到國家二級排放標準。
1、陶粒濾料及火山巖濾料性能參數對比
1.1 工藝流程圖如下：
1.2 性能參數
以下是兩種濾料技術參數對比，見表1。
表1 兩種濾料主要性能
| 項目 | 粒徑 | 密度/g·cm3 | 堆積密度/g·cm3 | 比表面積/m2·cm3 | 孔隙率/% |
| 陶粒濾料 | 3-5 | 2.15 | 0.92 | 2.58 | 41.95 |
| 火山巖濾料 | 3-5 | 2.26 | 0.77 | 14.5 | 56.74 |
| 陶粒濾料 | 4-6 | 2.13 | 0.92 | 2.67 | 43 |
| 火山巖濾料 | 4-6 | 2.22 | 0.75 | 15.65 | 57.62 |
在實際運行中我們發(fā)現，火山巖濾料更易與污水分離；而陶粒濾料容易形成板結，從而造成布水布氣不均勻。但火山巖濾料的機械強度明顯低于陶粒濾料，相對易于破損，其后形成小的輕質碎濾料容易隨出水流走，增加濾料的流失。而陶粒濾料在反沖洗過程中耐水、氣沖刷能力相對更強，摩擦碰撞的破損系數低，能有效的保證濾料的使用壽命。
2、處理效果分析
表2是在相同的處理條件下陶粒濾料BAF與火山巖濾料BAF的處理效果。從表2可以看出，兩種濾料的BAF在一定的條件下均表現出良好的處理性能。
表2 兩種濾料BAF對污染污的平均去除效果
| 一次進水（mg/l） | 一次出水（mg/l） | 出水率/% | 二級出水（mg/l） | 去水率/% | 水溫（℃） | |
| 陶粒COD | 155 | 70 | 54.61 | 35 | 48.24 | 20.5-25 |
| 陶粒SS | 65 | 37 | 42.54 | 19 | 48.52 | 20.5-25 |
| 陶粒NH3-N | 19.45 | 16.21 | 16.37 | 9.41 | 41.9 | 20.5-25 |
| 火山巖COD | 161 | 77 | 52.14 | 39 | 46.15 | 20.5-25 |
| 火山巖SS | 68 | 41 | 39.8 | 21 | 46.8 | 20.5-25 |
| 火山巖NH3-N | 18.32 | 15.59 | 13.38 | 4.09 | 39.57 | 20.5-25 |
水廠選取同側進水兩座相鄰濾池分別裝填兩種濾料進行對比試驗，在試驗濾池安裝流量計并及時調控進水流量，確保兩座濾池的進水水質、單池流量等在相同的參數條件下進行試驗。測定的主要水質指標為：COD、NH3-N、SS，均采用《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第4版）中規(guī)定的方法進行測定。經過一段時間的運行分析，對數據收集整理，從結果可以看出兩種濾料BAF均可以有效的去除有機物、SS及NH3-N。在溫度為20.5-25℃的情況下，兩種濾料BAF在同樣的進水條件下出水均達到良好的處理效果，并保持較好的抗沖擊負荷能力。另外我們在運行中發(fā)現，無論是陶粒濾料還是火山巖濾料，正常的二級出水NH3-N值均不能達到一次A出水標準，為了為水廠的升級改造做前期準備，在此期間我們針對增加堿度對去除NH3-N的影響開展研究，通過定時向生物濾池分別投加氫氧化鈣、氫氧化鈉及碳酸鈉來觀察堿度對氨氮去除效果的影響，我們發(fā)現投加碳酸鈉對改善氨氮去除率有良好的效果。（圖1-3）
3、濾料的經濟成本分析
生物濾料的選擇在整個曝氣生物濾池的造價中占有較大的比例，價格的高低必然影響著初期的工程投資和后期的運行費用。所以在對生物濾料進行選擇時，除了要重視濾料本身的物理、化學特性，其價格因素也應在考慮范圍之內。目前采用陶粒濾料作為BAF填料的應用在我國已有多家企業(yè)，從運行的實際效果來看，均能滿足設計要求。從工藝上來看，火山巖和陶粒濾料作為BAF的填料都可以達到良好的處理效果。以某水廠為例，水廠共80座曝氣生物濾池，所需填料約30317m3。如果選擇陶粒濾料，價格按1000元/m3，火山巖濾料價格按1200元/m3計算的話，水廠在初期購料成本上，陶粒濾料要比火山巖濾料節(jié)省600余萬元。另外在運行中發(fā)現，火山巖濾料的耐磨性相對較差，易隨出水流走，增加了濾料的流失。從這兩方面綜合考慮，在實際運行中兩種濾料均能滿足設計要求，出水均達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）的二級排放標準。但相對而言，選擇陶粒濾料在成本方面更加經濟、合理。
4、結論
4.1 從兩種濾料的性能分析，火山巖濾料的布水、布氣均勻，反沖洗能夠呈現較好的流態(tài)化，但摩擦破損強度明顯低于陶粒濾料，破損后形成輕質碎濾料易隨反沖洗出水流走，從而增加濾料流失。而陶粒濾料耐水、氣沖刷能力強，能有效保證使用壽命，但對反沖洗強度的要求相對較高，反沖洗能耗高，易發(fā)生板結現象，需密切控制濾池反沖洗壓力。
4.2 對城市污水處理廠進行陶粒濾料BAF和火山巖濾料BAF性能對比分析試驗，結果表明，實際運行中，在相同的進水及工藝操作條件下，兩種濾料BAF均能滿足設計要求，能夠有效地去除有機物、SS及NH3-N。出水均可以達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）的二級排放標準，并且耐沖擊負荷性能較強，運行效果較穩(wěn)定。陶粒濾料BAF略好一點，但差別不大。
4.3 從濾料的經濟成本考慮，陶粒濾料無論從初期投入或者后期破損、流失方面都更節(jié)省投資、降低成本。
