Im aktuellen Wasseraufbereitungstechnologiesystem sind biologische belüftete Filter (BAF) aufgrund ihrer Integration von biologischem Abbau und physikalischer Filterung zu einer der gängigen Optionen für die fortschrittliche Behandlung von kommunalem Abwasser und einigen Industrieabwässern geworden. Im Vergleich zum herkömmlichen Belebtschlammverfahren weist das BAF-Verfahren eine kompakte Grundfläche, eine hohe Behandlungseffizienz und eine stabile Abwasserqualität auf. Die wissenschaftliche Kontrolle seiner Betriebsbedingungen bestimmt jedoch direkt den Behandlungseffekt und die Betriebskosten. Dieser Artikel, der technische Anwendungen und experimentelle Daten kombiniert, analysiert eingehend die wichtigsten Punkte des BAF-Prozessbetriebs und der BAF-Prozesssteuerung, insbesondere die Schlüsselparameter in Bezug auf Last, Wasser-{3}}Luftverhältnis, Rückspülung und Betriebsmanagement, und bietet datengesteuerte Referenzen, um Wasseraufbereitungsfachleuten zu helfen, diesen Prozess besser zu verstehen und anzuwenden.
I. Kernparameter des BAF-Prozessbetriebs – Last
Bei der Konstruktion und dem Betrieb von BAF ist die Last der kritischste Steuerungsfaktor. Zwei gängige Lastindizes sind die hydraulische Last und die volumetrische Last. Die volumetrische Belastung ist oft BSB₅, NH₃-N oder NO₃-N, und unterschiedliche Betriebsziele erfordern unterschiedliche Belastungen.
Karbonisierte BAFs ermöglichen die höchste volumetrische Beladungsrate und können höheren Konzentrationen organischer Stoffe standhalten; nitrifizierende BAFs haben relativ geringere Beladungsraten und die Entfernung von Ammoniakstickstoff beruht auf längeren Verweilzeiten und einer stabileren Versorgung mit gelöstem Sauerstoff; Denitrifizierende BAFs erfordern höhere hydraulische Belastungsraten, um die Effizienz der Stickstoffentfernung aufrechtzuerhalten. Die Prozessoptimierung sollte auf der Grundlage tatsächlicher Abwasserziele in technischen Projekten durchgeführt werden. Beispielsweise kann der Karbonisierungsbetrieb mit hoher -Belastung für industrielles Abwasser hauptsächlich zur Entfernung organischer Stoffe eingesetzt werden, während die Ammoniak-Stickstoff-Entfernung aus kommunalem Abwasser eine verringerte volumetrische Beladungsrate erfordert. Darüber hinaus nutzen Downflow-BAFs im Allgemeinen niedrigere Laderaten, während Upflow-BAFs höhere Laderaten nutzen können.
II. Luft-zu-Verhältnis – ein Schlüsselfaktor, der die Effizienz der Stickstoffentfernung beeinflusst
Im Vergleich zu herkömmlichen Belebtschlammverfahren weisen BAFs bessere Stoffübergangsbedingungen und höhere Sauerstoffnutzungsraten auf und ermöglichen so ein relativ niedrigeres Luft{0}}zu-Verhältnis. Studien zeigen, dass die Entfernung von 1 kg BSB₅ eine Sauerstoffzufuhr von 0,42–0,8 kg O₂ erfordert. Die durchschnittliche Sauerstoffversorgung von BAF beträgt etwa 0,51 kg O₂/kg BSB und liegt damit weit unter den 1,0–1,2 kg O₂/kg BSB herkömmlicher Belebtschlammverfahren.
Für den Betrieb mit karbonisiertem BAF beträgt das herkömmliche Luft-zu-Verhältnis (3–7):1. Wenn die Entfernung von Ammoniakstickstoff das primäre Ziel ist, beträgt die erforderliche Luftzufuhr zur Entfernung von 1 kg NH₃-N etwa 70 m³. Dies bedeutet, dass BAF den Energieverbrauch bei der Belüftung effektiv reduzieren und gleichzeitig ausreichend gelösten Sauerstoff gewährleisten kann, was ein großer Vorteil ist. In der Technik ist es jedoch wichtig zu beachten, dass ein zu niedriges Luft-{10}}zu--Verhältnis zu Sauerstoffmangel im Filterbett und einer Verringerung der Nitrifikationseffizienz führen kann; Ein zu hohes Luft-zu-Verhältnis erhöht den Energieverbrauch und kann die Stabilität des Filtermediums und des Biofilms beeinträchtigen.
III. Intensität und Häufigkeit der Rückspülung - Sicherstellung der Filterbettaktivität
Nach einer gewissen Betriebszeit kann es zu einer Verstopfung des Filterbetts aufgrund der Einbindung suspendierter Feststoffe und der Verdickung des Biofilms kommen. Daher ist die Rückspülung ein wesentlicher Arbeitsschritt. Die derzeit am häufigsten verwendete Methode ist die kombinierte Luft-{2}}Wasser-Rückspülung.
IV. Weitere beim Betrieb zu berücksichtigende Aspekte
1. SS-Kontrolle
Um zu verhindern, dass suspendierte Feststoffe das Filterbett verstopfen, sollte der SS-Wert des Zuflusses unter 60–100 mg/L gehalten werden. Zu den üblichen Vorbehandlungsmaßnahmen gehören Sedimentation oder Flotation. Andernfalls kommt es nicht nur zu einem erhöhten Druckabfall im Filterbett, sondern auch zu einem erhöhten Rückspülaufwand.
2. Stoßbelastung der Rückspülabwasserrückführung
Aufgrund des kurzen Zyklus und der hohen Intensität der Rückspülung kann es leicht zu Stoßbelastungen kommen, wenn das Rücklaufwasser direkt in die vordere Aufbereitungseinheit gelangt. Zu den Lösungen gehören: Einrichtung eines Ausgleichsbehälters (Zwischenpufferbehälter), um Wasservolumen- und Wasserqualitätsschwankungen auszugleichen; und eine sinnvolle Planung der Rückspülzeit, um Überschneidungen mit dem Spitzenzufluss zu vermeiden.
3. Synergistische Aspekte der Phosphorentfernung und -desinfektion
Bei der fortgeschrittenen Aufbereitung oder der Wiederverwendung von aufbereitetem Wasser wird BAF häufig in Reihe mit Einheiten zur chemischen Phosphorentfernung und Desinfektion eingesetzt. Besonderes Augenmerk muss auf Folgendes gelegt werden: die Auswirkungen chemischer Wirkstoffe auf den Biofilm, beispielsweise die Möglichkeit, dass übermäßige Eisen- oder Aluminiumsalze die biologische Aktivität hemmen können; und die Kopplung von Rückspülregime und Desinfektionsrückständen zur Vermeidung von Sekundärverschmutzung.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass BAF (Body Fluidization) ein Verfahren ist, das hohe Effizienz und Kompaktheit vereint und in der fortschrittlichen kommunalen Abwasserbehandlung, der industriellen Abwasserbehandlung und der Nutzung von aufbereitetem Wasser weit verbreitet ist. Es handelt sich jedoch nicht um ein „Allheilmittel“. Seine maximale Wirksamkeit kann nur durch standortspezifisches und verfeinertes Management in Betrieb und Steuerung erreicht werden. Die Belastungskontrolle bestimmt, ob Behandlungsziele erreicht werden können; Die Anpassung des Luft-{4}}zu-Wasser-Verhältnisses hängt vom Energieverbrauch und der Effizienz der Stickstoffentfernung ab. Die Rückspülung ist der Kern der Aufrechterhaltung eines langfristig stabilen Betriebs. und SS (suspendierte Feststoffe) und Rücklaufwassermanagement sind die „verborgenen Bedingungen“ für die Sicherstellung eines gesunden Betriebs des Systems. Mit der Entwicklung intelligenter Wassermanagement- und automatisierter Steuerungstechnologien wird der Betrieb und die Steuerung von BAF in Zukunft immer ausgefeilter und intelligenter, und seine Rolle in umweltfreundlichen und kohlenstoffarmen Wasseraufbereitungssystemen wird immer wichtiger.
