生物膜工藝在廢水處理中的應用具有悠久的歷史。早在1914年，活性污泥法發(fā)明之前，生物膜法就已經(jīng)應用于廢水處理。該工藝快發(fā)應用以來，一直受到各國研究者的重視。

通過不斷研究，該工藝由低負荷生物濾池、高負荷生物濾池、塔式生物濾池（第一代生物膜工藝）等足部發(fā)展到生物接觸氧化法、淹沒式生物濾池、生物流化床（第二代生物膜工藝）等各種工藝。直到上世紀八十年代末到九十年代初，第三代生物膜工藝——曝氣生物濾池 （BiologicalAeratedFilter,簡稱BAF）

該工藝最初用于污水的三級處理，后發(fā)展成直接用于二級處理。目前，在歐美、日本等發(fā)達國家廣為流行，目前世界上有3500多座污水處理廠使用該工藝。在我國該工藝漸漸用于污水處理。

分類

根據(jù)處理功能的不同又可分為：

以有機物去除為目標的DC-BAF：用于可生化性較好的工業(yè)廢水和對氨氮沒有特殊要求的生活污水，主要去除污水中碳化有機物和截留污水中的懸浮物，即去除BOD、COD、SS。

以硝化去除為目標的N-BAF：適用于僅需要進行硝化反應的場合（排放標準只對氨氮有做要求而總氮則無規(guī)定）。該工藝供氣較為充足，整個濾池處于好氧狀態(tài)，微生物以自養(yǎng)性硝化菌為主。

以脫氮去除為目標的DN-BAF：適用于出水對總氮有要求的場合。該濾池不設曝氣管道，濾池處于厭氧狀態(tài)，在厭氧條件下，NO3-N和NO2-N在哦硝化菌的作用下被還原成N2。

以脫氮除磷去除為目標的NP-BAF：通過投加化學除磷藥劑來完成濾池除磷。在濾料作用下誘發(fā)絮凝，沉淀物截留在濾床上，通過周期性的反沖洗，將磷排除系統(tǒng)外，達到除磷的目的。剩余污泥增加量為15%-50%。

工藝原理

生物濾池凈水原理是濾池內(nèi)濾料上生長的生物膜中微生物氧化分解作用，濾料及生物膜的吸附截留作用和沿水流方向形成的食物鏈分級捕食作用以及生物膜內(nèi)部微環(huán)境和厭氧段的反硝化作用。

污水流經(jīng)濾料時，濾料表面附著生長高活性的生物膜，濾池內(nèi)部曝氣。待生物膜成熟后，污水中的有機污染物被生物膜中的微生物吸附、降解，從而得到凈化。生物膜表層生長的是好氧和堿性微生物，有機污染物經(jīng)微生物好氧代謝而降解，終點產(chǎn)物是H2O、CO2、NO3等。

由于氧在生物膜表層已耗盡，生物膜內(nèi)層的微生物處于厭氧狀態(tài)，進行的是有機物的厭氧代謝，重點產(chǎn)物為有機酸、乙醇、醛和H2S、N2等。濾料自身對污水中的懸浮物具有截留和吸附作用，另外經(jīng)培菌后濾料上生長有大量微生物，微生物的新陳代謝作用產(chǎn)生的粘性物質如多糖類、酯類等起到吸附架橋作用，與懸浮顆粒及膠體粒子粘結在一起，形成細小絮體，通過接觸絮凝作用而被去除。

由于微生物的不斷繁殖，生物膜逐漸增厚，超過一定厚度后，吸附的有機物在傳遞到生物膜內(nèi)層的微生物以前，已被代謝掉。此時，內(nèi)層微生物因得不到充分的營養(yǎng)而進人內(nèi)源代謝，失去其粘附在濾料上的性能，脫落下來隨水流出濾池，濾料表面再重新長出新的生物膜。

構造

曝氣生物濾池的主要構造包括池體、濾料、承托層、布氣系統(tǒng)、布水裝置、反沖洗裝置、排水系統(tǒng)。

池體

其作用是容納被處理水和圍擋濾料，并承托濾料和曝氣裝置的重量。其形狀有圓形、正方形和矩形(長寬比為1.2~1.5)三種，結構形式有鋼制設備（處理水量?。┖弯摻罨炷两Y構（處理水量大）等。為保證反沖洗效果，單池面積不宜太大（≤100m2）。

濾料

是生物濾池的主體，對生物濾池的凈化功能有直接影響。因此濾料需具備質堅、高強、耐腐蝕、抗冰凍，較高的比表面積，較大孔隙率，且能就地取材，便于加工、運輸?shù)葪l件。材質可用輕質陶粒、爐渣、石英砂、焦炭、沸石等，以圓形陶粒為佳。粒徑為3-6mm，濾層厚度約2.5-4.5m。

承托層

作用是支撐濾料，防止濾料流失和堵塞濾頭，同時還要保持反沖洗穩(wěn)定進行。為保證承托層的穩(wěn)定和配水的均勻性，要求材質具有良好的機械強度和化學穩(wěn)定性，其形狀盡量接近圓形，常用材質為卵石。

布水系統(tǒng)：包括濾池最下部的配水室和濾板上的配水濾頭。

對于上流式濾池，配水室的作用是使某一段時段內(nèi)進入濾池的污水均勻混合，依靠承托濾板和濾頭的阻力作用是污水在濾板下均勻、均質分布，并通過濾板上的濾頭均勻流入濾料層；除了濾池正常運行布水外，也可作為定期對濾池進行反沖洗時布水用。對于下流式濾池，該布水系統(tǒng)主要用作濾池反沖洗布水和收集凈化水用。

配水室組成：緩沖配水區(qū)和承托濾板。緩沖配水區(qū)初步混勻污水，然后依靠承托板的阻力作用使污水在濾板下均勻、均質分布，并通過濾板上濾頭將污水均勻送入濾料層。緩沖配水區(qū)在水氣聯(lián)合反沖洗時起到均勻配氣作用。

配水濾頭：其作用是向濾池均勻配水。

布氣系統(tǒng)：工藝布氣系統(tǒng)（充氧曝氣）和進行氣-水聯(lián)合反沖洗時的供氣系統(tǒng)（反沖洗曝氣）。

工藝布氣系統(tǒng)：保持曝氣生物濾池中充足的溶解氧并維持濾池內(nèi)生物膜高活性。曝氣生物濾池一般采用鼓風曝氣形式，空氣擴散系統(tǒng)一般有穿孔管空氣管空氣擴散系統(tǒng)和專用空氣擴散系統(tǒng)兩種，該裝置（EPT）按一定間隔安裝在空氣管道上，距承托板約0.1~0.15m，空氣通過擴散器并流過濾料層是可達30%以上的氧利用率，且不易堵塞。

反沖洗系統(tǒng)：由反沖洗供水系統(tǒng)和反沖洗供氣系統(tǒng)組成。

采用氣-水聯(lián)合反沖洗，目的是去除濾池運行過程中界留下的各種顆粒、膠體污染物及老化脫落的微生物膜。聯(lián)合反沖洗系統(tǒng)的配水配氣是通過濾板及固定其上的長柄濾頭實現(xiàn)。反沖洗時，反沖洗進氣與濾板下形成氣墊層，隨后空氣便從長柄濾頭上端的進氣孔進入，反沖洗水則由長柄濾頭下端進水孔進入。

反沖洗過程一般分為三步：氣洗、氣水同時反洗、水漂洗。氣洗目的是松動濾料層，使濾料層膨脹。

氣洗強度一般為10~15L/(m2*S)，時間為5min。

氣水同時反洗目的是將濾料上截留的懸浮物和老化的生物膜沖洗出去，水洗強度為5.0~8.5L/(m2*S)，時間為5~8min。

水漂洗目的是將濾料上表面的懸浮物和老化的生物膜沖洗出去，時間為為5~8min。濾層膨脹率約為10%。

出水系統(tǒng)

周邊堰出水或單側堰出水兩種。在大中型污水處理廠一般采用單側堰出水，并將出水堰口出設計成60°斜坡，以降低出水流速。在出水堰口設置柵形穩(wěn)流板以攔截反沖洗時被出水帶出的濾料。

影響曝氣生物濾池處理效果的因素

水溫

水溫是影響微生物生長和生命代謝活性的主要原因，大多數(shù)微生物的新陳代謝活動隨著溫度升高而增強，隨溫度降低而減弱，水溫越低，活性越小。根據(jù)Airheniuslls公式，隨著溫度非下降10，生化反應速率將下降一倍。細菌適宜生長繁殖的溫度在25~35之間，因此在溫度較高的夏季，曝氣生物濾池的處理效果最佳，而在冬季水溫低，生物膜活性受抑制，處理效果受到影響，出水水質較差。

pH和堿度

微生物的生長和繁殖與污水的pH值有密切關系，pH值的改變可能會引起細胞膜電荷的變化，進而影響微生物對有機物的吸收和微生物代謝過程中酶的活性。對于好氧微生物來說，進水的pH值在6.5~8.5之間較為適宜。硝化反應是一個耗堿過程，其適宜pH值范圍7.0~8.5，超出其適宜范圍，硝化細菌的活性急劇下降，氨氮的去除率也隨之降低。

水力負荷

水力負荷的大小直接影響污水在濾池中的停留時間，水力負荷越小，水力停留時間越長，處理效果越好，反之亦然。但水流紊動能加快生物膜的更新、濾池內(nèi)的傳質及溶解氧的利用率，并且水力負荷過小會導致濾料堵塞。因此水力負荷在運行中通常為0.5~1.5m3/(m2*h)。

溶解氧

是影響生物膜生長和出水效果的重要因素。在好氧處理工藝中需氧量是工藝控制的重要指標。濾池處理水中溶解氧以4~6mg/L為宜。當溶解氧低于2mg/L時，好氧微生物生命活動受到限制，從而降低有機物氧化分解和氨氮的轉化速度。因此，控制曝氣量就顯得尤為重要，曝氣量大，濾池中溶解氧高，提高好氧微生物氧化分解有機物的速率，同時氣流產(chǎn)生的剪切力有助于老化的生物膜脫落。

日常運行管理

日常監(jiān)控指標有水溫、pH、DO、CODCr、BOD5。另外還要適時進行生物相鏡檢，并結合水質指標判斷生物膜所處工況，結合具體情況對運行參數(shù)座相應調(diào)整。