曝气生物滤池工艺简介
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中图分类号：G633.91文献标识码： A 文章编号：
曝气生物滤池（BAF－Biological Aerated Filters）也叫淹没式曝气生物滤池（SBAF-Submerged Biological Aerated Filters），是在普通生物滤池、高负荷生物滤池、生物滤塔、生物接触氧化法等生物膜法的基础上发展而来的，被称为第三代生物滤池（The Third Generation Filter）。国外在二十世纪二十年代开始进行研究，于八十年代末基本成型后不断改进，并开发出多种形式。 在开发过程中，充分借鉴了污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思路，即需曝气、高过滤速度、截留悬浮物、需定期反冲洗等特点。其工艺原理为，在滤池中装填一定量粒径较小的粒状滤料，滤料表面生长着高活性的生物膜，滤池内部曝气。污水流经时，利用滤料的高比表面积带来的高浓度生物膜的氧化降解能力对污水进行快速净化，此为生物氧化降解过程；同时，污水流经时，滤料呈压实状态，利用滤料粒径较小的特点及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的悬浮物，且保证脱落的生物膜不会随水漂出，此为截留作用；运行一定时间后，因水头损失的增加，需对滤池进行反冲洗，以释放截留的悬浮物以及更新生物膜，此为反冲洗过程。
BAF 工艺类型和操作方式有多种，各具特点，但其工艺原理基本一致。曝气生物滤池处理污水的原理是反应器内填料表面所附生物膜中微生物氧化分解作用，填料及生物膜的吸附阻留作用和沿水流方向形成的食物链分级捕食作用以及生物膜内部微环境和厌氧段的反硝化作用。
曝气生物滤池借鉴了生物接触氧化反应器和深床过滤器的设计原理，省却了二次沉淀设备。BAF 反应器为周期运行，从开始过滤到反冲洗完毕为一个完整的周期。预处理的污水从滤池底部或顶部进入，并在底部进行曝气。污水流经填料层时，有一部分污水、污染物和细菌附着在填料表面上，微生物便在填料表面大量繁殖，形成一层充满微生物的粘膜称为生物膜。随着过滤的进行，由于填料表面新产生的生物量越来越多，截留的 SS 不断增加，在开始阶段水头损失增加缓慢，当固体物质积累达到一定程度，会在滤层形成堵塞，并且阻止气泡的释放，将会导致水头损失很快达到极限，此时应立即进行反冲洗再生，以去除滤床内过量的生物膜及 SS，恢复处理能力。反冲洗采用气水联合反冲，在气水对填料的流体冲刷和填料间的相互摩擦下，老化的生物膜和被截留的 SS 与填料分离，冲洗下来的生物膜及 SS 在漂洗中被冲出滤池，反冲洗污泥回流至预处理部分。
曝气生物滤池中生物膜的培养与形成是该反应器能否正常运行的关键。生物膜形成的关键是微生物在载体表面的固定。微生物向载体表面的输送有主动运输和被动运输两种方式，主动运输起着主导的作用。微生物转移到载体表面后，首先形成的是可逆附着，可逆附着实际上是一个附着与脱析的双向动态过程；不可逆附着是微生物在可逆附着过程中分泌的粘性代谢产物将载体表面牢牢地粘封住，使得附着过程成为不可逆，不可逆附着是微生物膜群落的基础。污水中的有机物被生物膜上的微生物氧化分解，NH3-N 被氧化成 NO3-N。在反应器内部存在着不同的好氧、缺氧区域，可同步实现硝化和反硝化，在去除有机物的同时达到脱氮的目的。
一般情况下，曝气生物滤池具有以下特征：
（1）用粒状填料作为生物载体，如陶粒、焦炭、石英砂、活性炭等。 （2）区别于一般生物滤池及生物滤塔，在去除BOD、氨氮时需进行曝气。 （3）高水力负荷、高容积负荷及高的生物膜活性。 （4）具有生物氧化降解和截留SS的双重功能，生物处理单元之后不需再设二次沉淀池。 （5）需定期进行反冲洗，清洗滤池中截留的SS以及更新生物膜。
曝气生物滤池结构构造
滤池池体
滤池池体的主要作用是容纳处理水、围挡填料、承托填料和曝气装置的重量。曝气生物滤池的形状有圆形、正方形和矩形三种，工程中常见的结构形式有钢制设备和钢筋混凝土结构等。
承托层
承托层主要是为了支撑填料，防止填料流失和堵塞滤头，同时还可以保持反冲洗稳定进行。承托层常用的材质为卵石或赤铁矿。为保证承托层的稳定，并对配水的均匀性起充分作用，要求所用的材质具有良好的机械强度和化学稳定性，形状应尽量接近圆形，工程中一般选用鹅卵石作为承托层。
布水系统
布水系统主要包括滤池下部的配水室和滤板上的配水滤头。对于上向流滤池，配水室的主要作用是使某一短时段内进入滤池的污水能在配水室内混和均匀，并通过配水滤头均匀流过填料层。该布水系统除作为滤池正常运行时布水用之外，也作为定期对滤池进行反冲洗时布水用。
布气系统
曝气生物滤池内的布气系统包括正常运行时曝气所需的曝气系统和进行气水联合反冲洗时的供气系统两部分。保持曝气生物滤池中足够的溶解氧是维持曝气生物滤池内生物高活性、对有机物和氨氮高去除率的必备条件，因此选择合适的充氧方式对曝气生物滤池的稳定运行十分重要。曝气生物滤池一般采用鼓风曝气形式，最简单的曝气装置可采用穿孔管。现在国内外曝气生物滤池常用生物滤池专用曝气器作为滤池的空气扩散装置。
反冲洗系统
一般采用气水联合反冲洗。曝气生物滤池的反冲洗是通过测定运行时间、填料层阻力损失、水质参数等指标来完成的，实际工程中可以由在线检测仪表将检测数据反馈给 PLC（可编程序控制器），并由 PLC 系统来自动控制和操作。
冲洗系统
曝气生物滤池的出水系统有采用周边出水，也有采用单侧堰出水。在大、中型污水处理工程中，为了工艺布置方便，采用单侧堰出水较多。除以上几个部分以外，对于城镇污水处理厂，由于污水处理规模较大，一般有若干组滤池模块拼装而成，而且在运行中还要根据需要进行若干组滤池之间的切换，为提高滤池的处理能力和对污染物的去除效果，所以必须有 PLC 控制系统来自动完成对滤池的运行控制，需要设置必需的自控系统。自控系统曝气生物滤池既要完成对有机污染物的降解功能，也要完成对污水中各种颗粒、胶体污染物以及老化脱落的微生物膜的截留功能，同时还要完成实现滤池的反冲洗，这两种方式交替运行。
曝气生物滤池工艺类型
生物碳（BIOCARBONE）
污水从上部流入，下向流流出滤池，填料完全淹没在污水中。在靠近滤池底部设曝气管(一般距底部20~40cm)进行曝气，附着生物膜在填料上生长，生物降解主要发生在填料的上部，下部起截留悬浮物及脱落的生物膜的作用。在运行过程中，因截留了大量SS和生物膜的生长，水头损失逐渐增大，达到设计值后，需进行反冲洗，反冲洗用水为处理后出水，反冲洗废水流入初沉池。一般采用气水联合反冲，底部设反冲洗气、水装置。BIOCARBONE属早期曝气生物滤池，其缺点是负荷不够高，且大量被截留的SS集中在滤池的上端几十厘米处，滤池的纳污率不高，容易堵塞，下部不能充分利用，运行周期短。
生物过滤氧化反应器（BIOFOR）
在滤池底部为气水混合室，混合室上部是长柄滤头、曝气管、垫层、滤料。所用的滤料密度大于水，自然堆积淹没在水中。运行时一般为上向流。污水从底部进入气水混合室，经长柄滤头配水后，通过 垫层进入滤料，在此进行BOD5、 CODCr、氨氮、SS的净化。反冲时气、水同时进入气水混合室，经长柄滤头配水、配气后进入滤料，反冲洗出水流入沉淀池，与原水混合沉淀。因运行为气水同向流且是压力流，故截留在底部的SS在水流和气泡的上升过程中带入滤池的中上部，滤池的纳污率增大，减少了反冲洗频率。
轻质滤料生物滤池(BIOSTYR)
如图1-3所示，BIOSTYR与BORFOR的不同主要是所用滤料的密度小于水，运行时采用上向流，从底部进水，同时，设格网或滤板以防止滤料流出反冲时也采用气水联合反冲洗。正常运行时，底部设曝气装置，在滤池顶部滤料呈压实状态，漂浮在水中。顶部布水，填料在水流的冲击下散开，然后气冲，吹脱滤料上增厚的生物膜，再用水冲，截留SS和脱落的生物膜随水流从底部流出。
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