污水处理技术篇：曝气生物滤池工艺全解析
慧聪水工业网曝气生物滤池(biologicalaeratedfilter)与普通活性污泥法相比，具有有机负荷高、占地面积小(是普通活性污泥法的1/3)、投资少(节约30%)、不会产生污泥膨胀、氧传输效率高、出水水质好等优点［1～3］，但它对进水SS要求较严(一般要求SS≤100mg/L，最好SS≤60mg/L)，因此对进水需要进行预处理。同时，它的反冲洗水量、水头损失都较大。
曝气生物滤池（BiologicalAeratedFilter）是八十年代末、九十年代初最先在欧美发展起来的一种新型污水生物处理技术。
曝气生物滤池是由滴滤池发展而来，属于生物膜法范畴，最初用作三级处理，后发展成直接用于二级处理，自90年代初在欧洲建成第一座采用该工艺的城市污水处理厂后，该工艺已在欧美和日本等发达国家广为流行，目前世界上已有3500多座大大小小的污水处理厂应用了这种技术。该工艺综合了过滤、吸附和生物代谢等多种净化作用，使其具有体积小、占地面积省、处理效率高、出水水质好、流程简单、操作管理方便并可省去二沉池等优点。
曝气生物滤池（BiologicalAeratedFilter,简称BAF）技术是在充分吸取国外曝气生物滤池(BAF)优点的基础上而发展起来的，它的最大特点是使用一种新型的球形陶粒填料，在其表面及开口内腔空间生长有微生物膜，污水由下向上流经滤料层时，微生物膜吸收污水中的有机污染物作为其自身新陈代谢的营养物质，并在滤料层下部提供曝气供氧的条件下，气、水同为上向流态，使废水中的有机物得到好氧降解，并进行硝化脱氮。它定期利用处理后的出水对滤池进行反冲洗，排除滤料表面增殖的老化微生物膜，以保证微生物膜的活性。
曝气生物滤池处理污水的原理是反应器内滤料上所附生物膜中微生物氧化分解作用，滤料及微生物膜的吸附阻留作用和沿着水流方向形成的食物链分级捕食作用以及微生物膜内部微环境的反硝化作用。
根据曝气生物滤池中的水流流向，其可分为上向流和下向流曝气生物滤池，由于上向流曝气生物滤池接近于理想滤池，所以在实际工程中应用较多。
曝气生物滤池反应器为周期运行，从开始过滤到反冲洗完毕为一个完整的周期。具体过程如下：
经预处理的污水从滤池底部进入滤料层，滤料层下部设有供氧的曝气系统进行曝气，气水为同向流。在滤池中，有机物被微生物氧化分解，NH3-N被氧化成NO3-N；另外，由于在堆积的滤料层内和微生物膜的内部存在厌氧/缺氧环境，在硝化的同时实现部分反硝化，从滤池上部的出水可直接排出系统。
随着过滤的进行，由于滤料表面新产生的生物量越来越多，截留的SS不断增加，在开始阶段滤池水头损失增加缓慢，当固体物质积累达到一定程度，使水头损失达到极限水头损失或导致SS发生穿透，此时就必须对滤池进行反冲洗，以除去滤床内过量的微生物膜及SS，恢复其处理能力。
曝气生物滤池的反冲洗采用气水联合反冲，反冲洗水为经处理后的达标水，反冲洗空气来自于滤板下部的反冲洗气管。反冲洗时关闭进水和工艺空气，先单独气冲，然后气水联合冲洗，最后进行水漂洗。反冲洗时滤料层有轻微膨胀，在气水对滤料的流体冲刷和滤料间相互摩擦下，老化的生物膜与被截留的SS与滤料分离，冲洗下来的生物膜及SS随反冲洗排水排出滤池，反冲洗排水回流至预处理系统。
曝气生物滤池作为一种膜法污水处理新工艺，与传统活性污泥法和接触氧化法相比，具有以下特点：
1具有较高的生物浓度和较高的有机负荷
曝气生物滤池采用的为粗糙多孔的球状滤料，为微生物提供了较佳的生长环境，易于挂膜及稳定运行，可在滤料表面和滤料间保持较多的生物量，单位体积内微生物量远远大于活性污泥法中的微生物量（可达10～15g/l），高浓度的微生物量使得BAF的容积负荷增大，进而减少了池容积和占地面积，使基建费用大大降低。
2工艺简单、出水水质好
由于滤料的机械截留作用以及滤料表面的微生物和代谢中产生的粘性物质形成的吸附作用，使得出水的SS很低，一般不超过10mg/l，因此可省去二沉池，进而降低基建费用。因进行周期性的反冲洗，生物膜得以有效更新，表现为生物膜较薄，活性较高。有时即使生物处理发生故障，在短期内其物理作用机理仍可保证高质量的出水。BAF的处理出水不但可以满足排放标准，同时可用于回用。
3抗冲击负荷能力强
由于整个滤池中分布着较高浓度的微生物，其对有机负荷、水力负荷的变化不象传统活性污泥那么敏感，同时无污泥膨胀问题。
4氧的传输效率高
曝气生物滤池中氧的利用率可达20%～30%，曝气量明显低于一般生物处理。其主要原因是：①因滤料粒径小，气泡在上升过程中不断被切割成小气泡，加大了气液接触面积，提高了氧的利用率；②气泡在上升过程中，由于滤料的阻挡和分割作用，使气泡必须经过滤料的缝隙，延长了其停留时间，同样有利于氧的传质；③理论研究表明，BAF中氧气可直接渗入生物膜，因而加快了氧气的传输速度，减少了供氧量。
5易挂膜、启动快
BAF调试时间短，一般只需7～12天，而且不需接种污泥，采用自然挂膜驯化。由于微生物生长在粗糙多孔的滤料表面，微生物不易流失，使其运行管理简单。BAF在短时间内不使用的情况下可关闭运行，一旦通水并曝气，可在很短时间内恢复正常运行，这一特点说明曝气生物滤池非常适合一些水量变化大的地区的污水处理。
6菌群结构合理
传统活性污泥法中，微生物分布相对均匀，而在BAF中从上到下形成了不同的优势菌种，因此使得除碳、硝化/反硝化能在一个池子中发生。
7自动化程度高
由于相关工业技术的发展，一些先进的自动化设备如液位传感器、在线溶氧测定仪、定时器、变频器及微电脑等产品的出现，使得曝气生物滤池系统运行管理自动化得以顺利实现。
曝气生物滤池系统可以对进水水质、水量以及污水中溶解氧浓度进行在线检测，并通过PLC控制系统方便地调整曝气时间的长短，控制风机的供氧量，做到优化运行，PLC系统对滤池进行自动反冲洗。
8脱氮效果好
通过不同功能的滤池组合或同一滤池中的不同功能区分布，使滤池在除碳的同时可进行硝化和反硝化。其原理是通过对两组滤池或同一座滤池内分别人为地造成好氧、兼氧的生物环境，不仅能去除一般有机物和悬浮固体，而且具有较好脱氮功能。
为了实现硝化、反硝化，必须在各段滤池中连续测定溶解氧数值，并加以控制调节。在C/N池和N池中的曝气阶段需要不断调节溶解氧水平，使溶解氧达到较高水平（约2～3mgO2/l），而在DN池中使溶解氧达到较低水平（约0.2～0.5mgO2/l）。
根据本工程的的进水和排水水质要求，只要求进行氨氮的硝化，不需进行反硝化脱氮，所以只需建设C/N池和N池。
9构筑物模块化，有利于今后的扩建
曝气生物滤池单元为模块化结构，可较好满足城市污水处理厂分期建设的要求。
上向流式曝气生物滤池结构：
BAF工艺技术分析
曝气生物滤池简称BAF（biologicalaeratedfilter）,是一种高负荷淹没式固定膜三相反应器，在20世纪70年代末80年代初首先在法国使用成功。随后在欧洲、美洲、日本等地得到了广泛应用。
曝气生物滤池具有以下几个特点：
曝气生物滤池的主要特点是采用粒径较小的粒状材料作为滤料，滤料浸没在水中，利用鼓风机曝气供氧。滤料层起两方面作用，一是作为微生物的载体，与一般的生物滤池相比，由于具有更大的比表面积，污水与生物膜实际接触的时间长，可使生化反应进行得更彻底，二是可作为过滤介质，截留进水中的悬浮固体和新形成的生物固体，从而省去其他生物处理法中的二次沉淀池，取得优质出水；
在生曝气物滤池中可以生长许多不同性质的菌群。在距进水端较近的滤层中，污水中的有机物含量较高，各种异养菌占优势，主要是去除BOD；在距出水口较近的滤料层中，污水中的有机物含量已经很低，自养型的硝化菌将占优势，可进行氨氮的硝化反应。硝化菌存在于生物膜内侧，在滤料上有很强的附着力，一旦形成，不易完全脱落，故曝气生物滤池具有很强的硝化去除氨氮的能力。
采用气水平行上流，使得气水进行极好的均分，防止了气泡在滤料层中凝结和气堵现象，且滤料层对气泡的切割作用使气泡在滤料层中的停留时间延长，使氧的利用率高，能耗低；
上向流形成了对工艺有好处的半柱推条件，即使采用高过滤速度和负荷，仍能保证BAF工艺的持久稳定性和有效性。
采用气水平行上向流，使空间过滤能被更好的运用，空气能将固体物质带入滤床深处，在滤池中能保持高负荷均匀的固体物质，从而延长了反冲洗周期，减少了清洗时水、气用量。
BAF具有生化处理和过滤的双重功能，可以同步去除污水的有机物、氮磷和悬浮物的优点。
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