曝氣生物濾池(biological aerated filter)與普通活性污泥法相比，具有有機(jī)負(fù)荷高、占地面積小(是普通活性污泥法的1/3 )、投資少(節(jié)約30%)、不會產(chǎn)生污泥膨脹、氧傳輸效率高、出水水質(zhì)好等優(yōu)點(diǎn)［1～3］，但它對進(jìn)水SS要求較嚴(yán)(一般要求SS≤100 mg/L，最好SS≤60mg/L)，因此對進(jìn)水需要進(jìn)行預(yù)處理。同時(shí)，它的反沖洗水量、水頭損失都較大。

曝氣生物濾池（Biological Aerated Filter）是八十年代末、九十年代初最先在歐美發(fā)展起來的一種新型污水生物處理技術(shù)。

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曝氣生物濾池是由滴濾池發(fā)展而來，屬于生物膜法范疇，最初用作三級處理，后發(fā)展成直接用于二級處理，自90年代初在歐洲建成第一座采用該工藝的城市污水處理廠后，該工藝已在歐美和日本等發(fā)達(dá)國家廣為流行，目前世界上已有3500多座大大小小的污水處理廠應(yīng)用了這種技術(shù)。該工藝綜合了過濾、吸附和生物代謝等多種凈化作用，使其具有體積小、占地面積省、處理效率高、出水水質(zhì)好、流程簡單、操作管理方便并可省去二沉池等優(yōu)點(diǎn)。

曝氣生物濾池（ Biological Aerated Filter, 簡稱BAF）技術(shù)是在充分吸取國外曝氣生物濾池(BAF)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上而發(fā)展起來的，它的最大特點(diǎn)是使用一種新型的球形陶粒填料，在其表面及開口內(nèi)腔空間生長有微生物膜，污水由下向上流經(jīng)濾料層時(shí)，微生物膜吸收污水中的有機(jī)污染物作為其自身新陳代謝的營養(yǎng)物質(zhì)，并在濾料層下部提供曝氣供氧的條件下，氣、水同為上向流態(tài)，使廢水中的有機(jī)物得到好氧降解，并進(jìn)行硝化脫氮。它定期利用處理后的出水對濾池進(jìn)行反沖洗，排除濾料表面增殖的老化微生物膜，以保證微生物膜的活性。

曝氣生物濾池處理污水的原理是反應(yīng)器內(nèi)濾料上所附生物膜中微生物氧化分解作用，濾料及微生物膜的吸附阻留作用和沿著水流方向形成的食物鏈分級捕食作用以及微生物膜內(nèi)部微環(huán)境的反硝化作用。

根據(jù)曝氣生物濾池中的水流流向，其可分為上向流和下向流曝氣生物濾池，由于上向流曝氣生物濾池接近于理想濾池，所以在實(shí)際工程中應(yīng)用較多。

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曝氣生物濾池反應(yīng)器為周期運(yùn)行，從開始過濾到反沖洗完畢為一個(gè)完整的周期。具體過程如下：

經(jīng)預(yù)處理的污水從濾池底部進(jìn)入濾料層，濾料層下部設(shè)有供氧的曝氣系統(tǒng)進(jìn)行曝氣，氣水為同向流。在濾池中，有機(jī)物被微生物氧化分解，NH3-N被氧化成NO3-N；另外，由于在堆積的濾料層內(nèi)和微生物膜的內(nèi)部存在厭氧/缺氧環(huán)境，在硝化的同時(shí)實(shí)現(xiàn)部分反硝化，從濾池上部的出水可直接排出系統(tǒng)。

隨著過濾的進(jìn)行，由于濾料表面新產(chǎn)生的生物量越來越多，截留的SS不斷增加，在開始階段濾池水頭損失增加緩慢，當(dāng)固體物質(zhì)積累達(dá)到一定程度，使水頭損失達(dá)到極限水頭損失或?qū)е耂S發(fā)生穿透，此時(shí)就必須對濾池進(jìn)行反沖洗，以除去濾床內(nèi)過量的微生物膜及SS，恢復(fù)其處理能力。

曝氣生物濾池的反沖洗采用氣水聯(lián)合反沖，反沖洗水為經(jīng)處理后的達(dá)標(biāo)水，反沖洗空氣來自于濾板下部的反沖洗氣管。反沖洗時(shí)關(guān)閉進(jìn)水和工藝空氣，先單獨(dú)氣沖，然后氣水聯(lián)合沖洗，最后進(jìn)行水漂洗。反沖洗時(shí)濾料層有輕微膨脹，在氣水對濾料的流體沖刷和濾料間相互摩擦下，老化的生物膜與被截留的SS與濾料分離，沖洗下來的生物膜及SS隨反沖洗排水排出濾池，反沖洗排水回流至預(yù)處理系統(tǒng)。

曝氣生物濾池作為一種膜法污水處理新工藝，與傳統(tǒng)活性污泥法和接觸氧化法相比，具有以下特點(diǎn)：

1、具有較高的生物濃度和較高的有機(jī)負(fù)荷

曝氣生物濾池采用的為粗糙多孔的球狀濾料，為微生物提供了較佳的生長環(huán)境，易于掛膜及穩(wěn)定運(yùn)行，可在濾料表面和濾料間保持較多的生物量，單位體積內(nèi)微生物量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于活性污泥法中的微生物量（可達(dá)10～15g/l），高濃度的微生物量使得BAF的容積負(fù)荷增大，進(jìn)而減少了池容積和占地面積，使基建費(fèi)用大大降低。

2、工藝簡單、出水水質(zhì)好

由于濾料的機(jī)械截留作用以及濾料表面的微生物和代謝中產(chǎn)生的粘性物質(zhì)形成的吸附作用，使得出水的SS很低，一般不超過10mg/l，因此可省去二沉池，進(jìn)而降低基建費(fèi)用。因進(jìn)行周期性的反沖洗，生物膜得以有效更新，表現(xiàn)為生物膜較薄，活性較高。有時(shí)即使生物處理發(fā)生故障，在短期內(nèi)其物理作用機(jī)理仍可保證高質(zhì)量的出水。BAF的處理出水不但可以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)可用于回用。

3、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)

由于整個(gè)濾池中分布著較高濃度的微生物，其對有機(jī)負(fù)荷、水力負(fù)荷的變化不象傳統(tǒng)活性污泥那么敏感，同時(shí)無污泥膨脹問題。

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4、氧的傳輸效率高

曝氣生物濾池中氧的利用率可達(dá)20%～30%，曝氣量明顯低于一般生物處理。其主要原因是：①因?yàn)V料粒徑小，氣泡在上升過程中不斷被切割成小氣泡，加大了氣液接觸面積，提高了氧的利用率；②氣泡在上升過程中，由于濾料的阻擋和分割作用，使氣泡必須經(jīng)過濾料的縫隙，延長了其停留時(shí)間，同樣有利于氧的傳質(zhì)；③ 理論研究表明，BAF中氧氣可直接滲入生物膜，因而加快了氧氣的傳輸速度，減少了供氧量。

5、易掛膜、啟動快

BAF調(diào)試時(shí)間短，一般只需7～12天，而且不需接種污泥，采用自然掛膜馴化。由于微生物生長在粗糙多孔的濾料表面，微生物不易流失，使其運(yùn)行管理簡單。BAF在短時(shí)間內(nèi)不使用的情況下可關(guān)閉運(yùn)行，一旦通水并曝氣，可在很短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常運(yùn)行，這一特點(diǎn)說明曝氣生物濾池非常適合一些水量變化大的地區(qū)的污水處理。

6、菌群結(jié)構(gòu)合理

傳統(tǒng)活性污泥法中，微生物分布相對均勻，而在BAF中從上到下形成了不同的優(yōu)勢菌種，因此使得除碳、硝化/反硝化能在一個(gè)池子中發(fā)生。

7、自動化程度高

由于相關(guān)工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，一些先進(jìn)的自動化設(shè)備如液位傳感器、在線溶氧測定儀、定時(shí)器、變頻器及微電腦等產(chǎn)品的出現(xiàn)，使得曝氣生物濾池系統(tǒng)運(yùn)行管理自動化得以順利實(shí)現(xiàn)。

曝氣生物濾池系統(tǒng)可以對進(jìn)水水質(zhì)、水量以及污水中溶解氧濃度進(jìn)行在線檢測，并通過PLC控制系統(tǒng)方便地調(diào)整曝氣時(shí)間的長短，控制風(fēng)機(jī)的供氧量，做到優(yōu)化運(yùn)行，PLC系統(tǒng)對濾池進(jìn)行自動反沖洗。

8、脫氮效果好

通過不同功能的濾池組合或同一濾池中的不同功能區(qū)分布，使濾池在除碳的同時(shí)可進(jìn)行硝化和反硝化。其原理是通過對兩組濾池或同一座濾池內(nèi)分別人為地造成好氧、兼氧的生物環(huán)境，不僅能去除一般有機(jī)物和懸浮固體，而且具有較好脫氮功能。

為了實(shí)現(xiàn)硝化、反硝化，必須在各段濾池中連續(xù)測定溶解氧數(shù)值，并加以控制調(diào)節(jié)。在C/N池和N池中的曝氣階段需要不斷調(diào)節(jié)溶解氧水平，使溶解氧達(dá)到較高水平（約2～3mgO2/l），而在DN池中使溶解氧達(dá)到較低水平（約0.2～0.5mgO2/l）。

根據(jù)本工程的的進(jìn)水和排水水質(zhì)要求，只要求進(jìn)行氨氮的硝化，不需進(jìn)行反硝化脫氮，所以只需建設(shè)C/N池和N池。

9、構(gòu)筑物模塊化，有利于今后的擴(kuò)建

曝氣生物濾池單元為模塊化結(jié)構(gòu)，可較好滿足城市污水處理廠分期建設(shè)的要求。

上向流式曝氣生物濾池結(jié)構(gòu)：

BAF工藝技術(shù)分析

曝氣生物濾池簡稱BAF（biological aerated filter）,是一種高負(fù)荷淹沒式固定膜三相反應(yīng)器，在20世紀(jì)70年代末80年代初首先在法國使用成功。隨后在歐洲、美洲、日本等地得到了廣泛應(yīng)用。

曝氣生物濾池具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

曝氣生物濾池的主要特點(diǎn)是采用粒徑較小的粒狀材料作為濾料，濾料浸沒在水中，利用鼓風(fēng)機(jī)曝氣供氧。濾料層起兩方面作用，一是作為微生物的載體，與一般的生物濾池相比，由于具有更大的比表面積，污水與生物膜實(shí)際接觸的時(shí)間長，可使生化反應(yīng)進(jìn)行得更徹底，二是可作為過濾介質(zhì)，截留進(jìn)水中的懸浮固體和新形成的生物固體，從而省去其他生物處理法中的二次沉淀池，取得優(yōu)質(zhì)出水；

在生曝氣物濾池中可以生長許多不同性質(zhì)的菌群。在距進(jìn)水端較近的濾層中，污水中的有機(jī)物含量較高，各種異養(yǎng)菌占優(yōu)勢，主要是去除BOD；在距出水口較近的濾料層中，污水中的有機(jī)物含量已經(jīng)很低，自養(yǎng)型的硝化菌將占優(yōu)勢，可進(jìn)行氨氮的硝化反應(yīng)。硝化菌存在于生物膜內(nèi)側(cè)，在濾料上有很強(qiáng)的附著力，一旦形成，不易完全脫落，故曝氣生物濾池具有很強(qiáng)的硝化去除氨氮的能力。

采用氣水平行上流，使得氣水進(jìn)行極好的均分，防止了氣泡在濾料層中凝結(jié)和氣堵現(xiàn)象，且濾料層對氣泡的切割作用使氣泡在濾料層中的停留時(shí)間延長，使氧的利用率高，能耗低；

上向流形成了對工藝有好處的半柱推條件，即使采用高過濾速度和負(fù)荷，仍能保證BAF工藝的持久穩(wěn)定性和有效性。

采用氣水平行上向流，使空間過濾能被更好的運(yùn)用，空氣能將固體物質(zhì)帶入濾床深處，在濾池中能保持高負(fù)荷均勻的固體物質(zhì)，從而延長了反沖洗周期，減少了清洗時(shí)水、氣用量。

BAF具有生化處理和過濾的雙重功能，可以同步去除污水的有機(jī)物、氮磷和懸浮物的優(yōu)點(diǎn)。