目前，上海市自来水均采用常规处理工艺，用黄浦江原水处理的自来水中的氨氮、铁、锰较高，有时甚至超标，耗氧量一般达不到2001年9月1日卫生部新颁布的≤3mg/l的饮用水卫生规范。为使水质全面达标，并逐步达到国际发达国家的水质标准，本研究在周家渡水厂进行了预处理和深度处理的生产性试验研究，BAF就是其中的预处理工艺之一。本文将BAF的运行情况和处理水质效果作一介绍，供国内同行参考。
BAF是Biological Aeratd Filter的缩写，中文名称为曝气生物滤池。它是80年代末至90年代初兴起的污水处理工艺，在欧美和日本都有应用。其最大特点是集生物接触氧化和截留悬浮固体于一体，节省了二沉池。另外，具有负荷高，停留时间短，出水水质好的优点。
清华大学经过试验研究认为，BAF预处理工艺可以用于 改善微污染水源原水水质，周家渡水厂是国内率先采用该项技术的水厂之一。
周家渡水厂的BAF预处理工艺：
周家渡水厂是一家老水厂，1999年起进行了深度处理改造工程，2001年2月完工。改造后的水厂采用黄浦江上游原水，制水能力为1万m3/d，处理工艺分2条处理能力为5千m3/d的平行处理流程，采用BAF预处理工艺的工艺流程为：BAF-常规处理-臭氧-活性炭。活性炭出水加少量氯，进入清水库后由二泵房提升输入管网。
BAF构造和气水反冲快滤池相似，仅增加了曝气系统，滤池分为3格，呈单排布置，单格面积为14m2，设计滤速52m/h，陶粒滤料厚度2m，下面有20cm砾石为承托层，设计空床停留时间22min。滤料底部采用多孔管进行连续曝气，安装1台罗茨鼓风机曝气，风量为5.5m3/min，升压为29kpa。冲洗采用气水反冲洗。气冲洗强度为55m3/m2&；#8226；h，水冲洗强度为60m3/m2&；#8226；h。配气、水系统采用滤板和长柄滤头。BAF结构示意图见图2。BAF工艺中滤料的选择主要考虑易挂膜、不易堵塞、不易破碎等因素。经对比，我们选择了江西省萍乡市佳能环保工程有限公司生产的QT系列陶粒滤料。其主要特点是：①陶粒用江西优质粘土为原料，表面粗糙、多微孔、不结釉，解决了其他片状陶粒表面结釉的问题；②强度高、孔隙率大、比表面积大、化学和物理稳定性好。与聚氯乙烯等规则填料相比，具有生物附着力强，挂膜性能良好等优点；③形状为球形，密度适中，水流流态好，反冲洗容易进行。
周家渡水厂采用的陶粒的具体参数为：粒径3-5mm；形状：球形；有效粒径3.2mm；颜色：棕褐色；密度：1.7kg/l；堆积密度0.85kg/l；比表面积：>1.5×10.4cm2/g；孔隙率50%左右。
3 BAF的运行
3.1 BAF的运行
BAF生产试验于2001年7月开始运行至今，进水流量为170-300m3/h，滤速为4.05-7.14m/h，滤料容积负荷为2-3m3/m3&；#8226；h，空床停留时间为30-17min。进水的同时进行曝气，气量为330m3/h，气水比为1.9∶1-1.1∶1。冲洗周期与原水浊度有关，一般控制为7-10天，当水头损失1.5m-1.8m时进行反冲洗。若运行中反冲洗不及时，就会产生气阻，使水滤不下去，这时只要立即反冲就可解决。开启曝气鼓风机时，池中水面应低于进水槽。运行时各格水面应齐平，使曝气均匀。
3.2 曝气和溶解氧
为了给生物供氧，运行时要采用连续曝气。据测定，出水的溶解氧明显增加，平均比进水增加1.6倍，最高时增加7.5倍。当原水氨氮较低(<1mg/l=时，我们测定得出，当进水：(DO/NH3-N)>5；且DO>5mg/l时，可停止曝气，以节约运行费用的结论。
3.3 生物镜检
我们于8、9、10月取陶粒滤池中的滤料进行了生物镜检，结果如表1： 表1 生物镜检结果汇总表
BAF对浊度有良好的去除效果，试验期间浊度平均去除率为40.9%，最大值为69.3%，其中曝气时去除率较低，不曝气时较高，这是因为曝气时对滤层有搅动，降低了去除率。BAF的除浊作用有两方面，一是滤层截留，和砂滤池的原理类似。二是生物吸附和生物凝降解作用，称为生物除浊。生物吸附和和絮凝是由微生物代谢时分泌出荚膜、细胞外粘液和多糖类物质，悬浮颗粒由此粘附在生物膜表面，成为生物膜的一部分，或者粘结细小颗料成为较大的絮体，被滤层截留。根据试验，生物滤池中，由于无机颗粒表面粘附的有机物被生物降解，可降低颗粒表面的ζ电位14.4-37.2%，有利于絮凝沉降，并能减少后面混凝剂的加注量。周家渡水厂砂滤池出水控制在0.5NTU以下时，硫酸铝加注量为25mg/l，比相邻的其他水厂节约混凝剂10-20%左右。另外，陶粒进水未加混凝剂使浊质脱稳，颗粒间孔隙又大于砂滤池，所以浊度去除率仍低于一般砂滤池。据分析，BAF去除浊度不宜过高，过高时，泥沙会包裹生物膜，影响生物膜的正常生长。
4.2 铁、锰的去除
BAF运行1周后，对铁的去除率明显增加，可认为除物理～化学作用外，有了生物除铁作用，滤层中生成铁细菌，能通过酶的生物催化作用，在较低的氧化还原电位下快速氧化铁，被氧化的铁以γ羟基铁的形式沉积在细胞的鞘膜中，反冲洗时和污水一起排出池外。试验中铁的平均去除率为53.1%。
运行2周后，BAF对锰的去除效果明显，生物除锰理论要求pH>7.4-7.5，氧化还原电位Eh>400-500mV，溶解氧约为5mg/l。试验中锰的平均去除率为36.6%。
4.3 耗氧量CODMn和紫外吸光度E254的去除
有机物作为异养菌的电子供体和碳源，为异养菌提供能量和参与细胞合成。BAF对CODMn的平均去除率为15.4%。
紫外吸光度E254代表了水中含不饱和键的有机物含量，这些有机物多是生物难降解有机物及致突变物质，所以BAF的去除率很低。
4.4 氨氮的去除和转化
氨氮(NH3-N)是水中蛋白质一类含氮有机物分解后的产物，是反映水体受到污染程度的重要指标之一。出厂水中的氨氮会造成管网中的硝化细菌和亚硝化细菌的繁殖，影响水质稳定性。建设部2000年1类水司标准中规定为不超过0.5mg/l，欧共体水质标准中，氨氮的指导值为0.05mg/l，最大值为0.5mg/l。陶粒滤池运行1个月后有明显去除效果，平均去除率39.9%。因试验期间原水氨氮低，平均值为0.2mg/l，所以去除率比期望值低。
4.5 亚硝酸盐
原水中的氨氮会因硝化作用不完全而产生亚硝酸盐，亚硝酸盐是“三致"物质，建设部2000年1类水司标准中作出严格规定，为不超过0.1mg/l。陶粒滤池由于曝气充分，对亚硝酸盐平均去除率为40.1%，平均出水浓度为0.008mg/l，最大浓度为0.08mg/l。
4.6可同化有机碳(AOC)
AOC为反映微生物极易利用的基质指标，其浓度与细菌的再生繁殖潜力有关，目前国际上用AOC来判断管网水的生物稳定性。根据取样测定结果，周家度原水AOC为619μg/l，陶粒出水为284μg/l，降低了54%，说明BAF对AOC有明显去除效果。
另外，根据测定，BAF进、出水的电导率基本不变，pH基本不变。试验期间的水温在32-13℃之间。
5 结果与讨论
(1)BAF作为预处理工艺已成功运行于上海市周家渡水厂，它具有接触时间短，占地面积小，操作和砂滤池基本相同，排泥方便等优点。
(2)QT系列陶粒滤料具有易挂膜、不易板结，强度高，不易破碎，水流阻力小，易冲洗等优点。
(3)周家渡试验数据表明，BAF预处理可去除浊度40.9%、铁53.1%、锰36.6%、氨氮39.9%、亚硝酸盐40.1%，耗氧量15.4%，AOC54%，提高出水水质和生物稳定性。
(4)试验证明，BAF预处理可节约混凝剂10-20%左右。
(5)通过生产试验认为，生物预处理工艺适用于原水氨氮较高情况，采用生物预处理工艺时，要考虑在预处理后加氧化消毒剂来控制沉淀池和砂滤池中藻类和其他浮游生物过量生长而影响运行和水质的问题。