曝气生物滤池填料选型与设计方法

曝气生物滤池（Biological Aerated Filter, BAF）是一种集生物降解和物理过滤于一体的污水处理技术，广泛应用于城市污水、工业废水及深度处理领域。其内部的填料多种多样，填料厂商的导向性宣传给设计和运营人员选择填料带来的困难。本文总结各种填料的优缺点及适用范围，并分享基于生物膜增长的反洗周期计算方法，供水处理人士参考。

一、BAF填料分类和选型

在BAF中，填料是核心组件，用于提供微生物附着的载体，同时起到物理过滤的作用。填料的选择直接影响BAF的处理效果、运行稳定性以及维护成本。BAF填料可按材质、形状和功能进行分类，常见的类型包括无机填料、塑料填料、纤维填料、复合填料，各种填料的优缺点及适用范围如表1所示。

表 1 各种填料优缺点及适用范围

不同类型的填料在BAF中的技术性能参数各不相同，主要包括比表面积、空隙率、填充密度、挂膜能力、耐冲击负荷能力、反冲洗性能等。表2是各类填料的主要技术参数对比。

表 2 各类填料的主要技术参数

二、BAF填料设计方法

在BAF中，填料的设计计算涉及填料体积计算、生物膜增长速度、反冲洗周期等。

1.填料体积计算:填料的体积取决于处理水量、污染物浓度和去除率，常用的设计依据包括有机负荷法、氨氮负荷法等。

（1）有机负荷法式中：Q 为BAF进水量，m?/d；Si 为进水BOD5浓度，mg/L；SO 为出水BOD5浓度，mg/L；LB 为填料有机负荷，gBOD5/(m?·d)，不同类型填料可参考表3取值。

（2）氨氮负荷法式中：Q 为BAF进水量，m?/d；Ni 为进水NH3-N浓度，mg/L；NO 为出水NH3-N浓度，mg/L；LN 为填料氨氮负荷，gNH3-N/(m?·d)，不同类型填料可参考表3取值。

表 3 不同类型填料的有机负荷和氨氮负荷

若某市政污水处理厂BAF处理水量为5000 m?/d，进水BOD5为200 mg/L，出水BOD5为30 mg/L，进水NH3-N为40 mg/L，出水NH3-N为5 mg/L，选择陶粒填料，有机负荷取2200 gBOD5/(m?·d)、氨氮负荷取300 gNH3-N/(m?·d)，所需填料体积计算如下。此时，应取两者中的较大值。

2. 生物膜增长速度计算:生物膜在1天内的净增长厚度可按下式计算。式中：Y为微生物生长系数，gVSS/gBOD5，可取0.3~0.6 gVSS/gBOD5；Q 为BAF进水量，m?/d；Si 为进水BOD5浓度，mg/L；SO 为出水BOD5浓度，mg/L；Ni 为进水NH3-N浓度，mg/L；NO 为出水NH3-N浓度，mg/L；A 为生物膜有效面积，㎡/m?。其是填料比表面积与覆盖系数的乘积，可按表4选取；Kd 为微生物内源呼吸系数，d-1，其与水源和水温有关，可按表5取值；ρx 为生物膜密度，g/m?，可按表5取值。

表 4 各种填料的生物膜有效面积

表 5 不同水源时微生物内源呼吸系数和生物膜密度按照上面市政污水处理厂示例，微生物生长系数取Y = 0.45，陶粒填料有效膜面积取500 ㎡/m?，则A = 500×583.33 = 291665 ㎡；内源呼吸系数取Kd = 0.1 d-1，生物膜密度取ρx = 35000 g/m?，则1天内生物膜净增长厚度为0.37 mm

实际运行中，一般在0.1～2.0 mm/d之间，证明设计合理。

3. 反洗周期计算:对于市政污水，生物膜厚度达到2~5 mm时，需要反洗；对于高有机污水，生物膜厚度达到5~10 mm时，需要反洗；对于高氨氮污水，生物膜厚度达到3~6 mm时，需要反洗；对于反硝化，生物膜厚度达到1~3 mm时，需要反洗，用生物膜可以达到的上限除以每天增长厚度，即可得出反洗周期。

总结

BAF填料种类繁多，不同填料的主要性能参数不同、适用范围也不同，合理选择填料类型，准确计算用量、生物膜增长速度、反洗周期等参数，是保证BAF长期稳定运行、节能降耗的根本。