曝氣生物濾池

曝氣生物濾池，簡稱BAF，是80年代末在歐美發(fā)展起來的一種新型生物膜法污水處理工藝，于90年代初得到較大發(fā)展，規(guī)模達(dá)幾十萬噸每天，并發(fā)展為可以脫氮除磷。

該工藝具有去除SS、COD、BOD、硝化、脫氮、除磷、去除AOX（有害物質(zhì)）的作用。曝氣生物濾池是集生物氧化和截留懸浮固體一體的新工藝。

工藝特點(diǎn)

①一次性投資比傳統(tǒng)方法低1/4；②占用面積為常規(guī)工藝的1/10～1/5，運(yùn)行費(fèi)低1/5；③進(jìn)水要求懸浮物50～60mg/L，與一級強(qiáng)化處理相結(jié)合，如采用水解酸化池；④填料多為頁巖陶粒，直徑5mm，層高1.5～2m；⑤水往下、氣往上的逆向流可不設(shè)二沉池。

曝氣生物濾池與普通活性污泥法相比，具有有機(jī)負(fù)荷高、占地面積?。ㄊ瞧胀ɑ钚晕勰喾ǖ?/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)，但它對進(jìn)水SS要求較嚴(yán)（一般要求SS≤100mg/L，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。

曝氣生物濾池作為集生物氧化和截留懸浮固體于一體，節(jié)省了后續(xù)沉淀池(二沉池)，具有容積負(fù)荷、水力負(fù)荷大，水力停留時(shí)間短，所需基建投資少，出水水質(zhì)好：運(yùn)行能耗低，運(yùn)行費(fèi)用少的特點(diǎn)。

工藝原理

BIOSTYR工藝

BIOSTYR是法國OTV公司的注冊水處理工藝技術(shù)，由于采用新型輕質(zhì)懸浮填料--BIOSTYRENE（主要成分是聚苯乙烯，且比重小于1g/cm3）而得名。下面以去除BOD、SS并具有硝化脫氮功能的反應(yīng)器為例說明其工藝結(jié)構(gòu)與基本原理。

BIOSTYR工藝是一種上流生物濾池，是一種運(yùn)行可靠、自動化程度高、出水水質(zhì)好、抗沖擊能力強(qiáng)和節(jié)約能耗的新一代污水處理革新工藝，工藝成熟高效。

污水通過濾料層，水體含有的污染物被濾料層截留，并被濾料上附著的生物降解轉(zhuǎn)化，同時(shí)，溶解狀態(tài)的有機(jī)物和特定物質(zhì)也被去除，所產(chǎn)生的污泥保留在過濾層中，而只讓凈化的水通過，這樣可在一個(gè)密閉反應(yīng)器中達(dá)到的生物處理而不需在下游設(shè)置二沉池進(jìn)行污泥沉降。

濾池底部設(shè)有進(jìn)水和排泥管，中上部是填料層，厚度一般為2.5～3.5m，為防止濾料流失，濾床上方設(shè)置裝有濾頭的混凝土擋板，濾頭可從板面拆下，不用排空濾床，方便維修。擋板上部空間用作反沖洗水的儲水區(qū)，其高度根據(jù)反沖洗水頭而定。

該區(qū)內(nèi)設(shè)有回流泵用于將濾池出水泵至配水廊道，繼而回流到濾池底部實(shí)現(xiàn)反硝化，在不需要反硝化的工藝中沒有該回流系統(tǒng)。填料層底部與濾池底部的空間留作反沖洗再生時(shí)填料膨脹之用。

濾池供氣系統(tǒng)分兩套管路，置于填料層內(nèi)的工藝空氣管用于工藝曝氣(主要由曝氣風(fēng)機(jī)提供增氧曝氣)，并將填料層分為上下兩個(gè)區(qū)：上部為好氧區(qū)，下部為缺氧區(qū)。根據(jù)不同的原水水質(zhì)、處理目的和要求，填料層的高度不同，好氧區(qū)、厭氧區(qū)所占比例也相應(yīng)變化；濾池底部的空氣管路是反沖洗空氣管。

該工藝具有如下特點(diǎn)：

上流濾池，底部渠道進(jìn)配水，頂部出水；

濾料比重小于1；

穿孔管曝氣，節(jié)省設(shè)備投資和維護(hù)費(fèi)；

濾頭在濾池的頂部，與處理后水接觸，易于維護(hù)；

重力反沖洗，無須反沖洗水泵；

工藝空氣和反沖洗用氣共用鼓風(fēng)機(jī)；

曝氣管可布置在濾層中部或底部，在同一池中可完成硝化、反硝化功能；

Biofor工藝

Biofor（生物過濾氧化反應(yīng)池）是得利滿水務(wù)繼滴濾池、Biodrof干式過濾系統(tǒng)之后的專為污水處理廠設(shè)計(jì)的第三代生物膜反應(yīng)池。

與其它類型的生物過濾工藝相比，Biofor主要具有下列特性：

①向上流生物過濾

進(jìn)水自濾池底部流向頂部，上流過濾在濾池的整個(gè)高度上持續(xù)提供正壓條件，與下向流過濾相比提供了許多優(yōu)勢。

②使用特制的過濾及生物膜支持煤介：Biolite生物濾料

確保獲得較高的生物膜濃度和較大的截留能力，并加長了運(yùn)行周期。

③高性能曝氣

Biofor采用了特制的曝氣頭：它不僅能高效的供氧，而且節(jié)約能源、使用安全、易于操作和維護(hù)。

④流體均勻的分布

空氣和水流為同向流。Biofor生物濾池的濾板配有25UB33e濾頭，該濾頭的防阻塞設(shè)計(jì)通過均勻的配水使過濾效果優(yōu)化。

BIOSMEDI工藝

上海市政院鄒偉國等開發(fā)了一種名為BIOSMEDI的曝氣生物濾池，它采用脈沖反沖洗、氣水同向流的形式，可用于微污染源水預(yù)處理或污水深度處理。

BIOSMEDI生物濾池是上海市政工程設(shè)計(jì)研究院針對微污染原水開發(fā)的一種新型生物濾池，該濾池以輕質(zhì)顆粒濾料為過濾介質(zhì)，濾料比重較小，一般約在0.1左右，粒徑的大小為4～5mm左右，比重及粒徑的大小可根據(jù)實(shí)際需要選擇確定，這種濾料具有來源廣泛、濾料比表面積大、表面適宜微生物生長、價(jià)格便宜（300～500元/立方米）、化學(xué)穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點(diǎn)。

BIOSMEDI生物濾池原理：

濾池上部采用鋼筋混凝土板（板上采用倒濾頭出氣和水）抵制濾料的浮力及運(yùn)行的阻力。在濾層下部，用混凝土板或鋼板分隔在濾層下部形成氣囊，在反沖洗時(shí)下部形成空氣室。

原水從進(jìn)水閥進(jìn)入氣室，通過中空管進(jìn)入濾層，在濾料阻力的作用下使濾池進(jìn)水均勻，空氣布?xì)夤馨惭b在濾層下部，空氣通過穿孔布?xì)夤苓M(jìn)行布?xì)猓?jīng)過濾層去除水中的有機(jī)物、氨氮后，出水經(jīng)倒濾頭進(jìn)入上部清水區(qū)域排出。

濾池反沖洗采用脈沖沖洗的方法，首先關(guān)閉進(jìn)水閥及曝氣管，打開濾池下部的反沖洗氣管，在濾層下部形成一段氣墊層，當(dāng)氣墊層達(dá)到一定高度后，此時(shí)瞬時(shí)把氣墊層中的空氣通過閥門或虹吸的方法迅速排空，此時(shí)濾層中從上到下沖洗的水流量瞬時(shí)忽然加大，導(dǎo)致濾料層忽然向下膨脹，脈沖幾次后，可以把附著在濾料上的懸浮物質(zhì)脫落，再打開排泥閥，利用生物濾池的出水進(jìn)行水漂洗，可有效地達(dá)到清潔濾料的目的。

具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①、較小的濾層阻力；采用氣水同向流，避免了氣水逆向流時(shí)水流速度和氣流速度的相對抵消而造成能量的浪費(fèi)，另外，濾料粒徑較均勻，大大增加濾層的孔隙率，減少濾池運(yùn)行時(shí)的水頭損失。

②、價(jià)格低、性能優(yōu)的濾料；濾料具有來源廣泛、濾料比表面積大、表面適宜微生物生長、價(jià)格便宜（一般500元/立方米）、化學(xué)穩(wěn)定性好；濾料比表面積大，有利于氧氣的傳質(zhì)，大大提高了充氧效率，布?xì)饪刹捎么┛坠懿細(xì)饧纯桑?jié)省工程投資。

③、的脈沖反沖洗形式；傳統(tǒng)的水反沖、氣水反沖均難以奏效，該濾池采用的脈沖反沖洗方式，不需要專門的反沖洗水泵及鼓風(fēng)機(jī)，是一種高效、低能耗的反沖洗形式。

應(yīng)用范圍

曝氣生物濾池的應(yīng)用范圍較為廣泛，其在水深度處理、微污染源水處理、難降解有機(jī)物處理、低溫污水的硝化、低溫微污染水處理中都有很好的、甚至不可替代的功能。

在低溫污水中，西寧第二污水處理廠由于冬季水溫約6℃，為了解決硝化問題，在可行性研究報(bào)告報(bào)告中就推薦了曝氣生物濾池+A2/O處理工藝。

在廣東新會4萬立方米/噸污水處理廠（BOT特許權(quán)項(xiàng)目）項(xiàng)目中，應(yīng)用于國內(nèi)生活污水處理工程中并獲得成功，其工藝為水解+二級曝氣生物濾池（設(shè)CN池與N池二級），該項(xiàng)目已經(jīng)投產(chǎn)運(yùn)行。

在難降解有機(jī)物處理中，青島啤酒（徐州金波）有限公司廢水處理工程中，再用了水解酸化+曝氣生物濾池處理工藝，從運(yùn)行上看，選用的工藝是滿足要求的。

在中水回用中，大連馬欄河污水處理廠工程，采用的是法國得利滿A3D+BIOFOR工藝技術(shù)，出水水質(zhì)達(dá)到三級標(biāo)準(zhǔn)，日處理污水12萬噸，其中4萬噸出水可回用于城市綠化，建筑施工，工業(yè)等。

山西臨汾中水回用工程中，二級處理的出水作為水源，為了解決其氨氮這一指標(biāo)，該工程采用曝氣生物濾池作為預(yù)處理單元。

在國內(nèi)，豬場糞便污水處理工程，印染廢水處理工程，腸衣加工廢水處理工程，淀粉廢水處理工程等中都有應(yīng)用。

發(fā)展前景

世界上首座曝氣生物濾池于1981年在法國投產(chǎn)，隨后在歐洲各國得到廣泛應(yīng)用。美國和加拿大等美洲國家在20世紀(jì)80年代末引進(jìn)此工藝，日本、韓國和中國臺灣也先后引進(jìn)了此項(xiàng)技術(shù)。世界上較大的環(huán)保公司如法國得利滿公司、德國菲力普穆勒公司、法國VEOLIA公司均把它作為拳頭產(chǎn)品在推廣。在中國內(nèi)地，曝氣生物濾池正處于推廣階段。大連市馬欄河污水處理廠是我國個(gè)采用曝氣生物濾池工藝的城市污水處理廠（由東北市政院設(shè)計(jì)），廣東新會東郊污水處理廠采用了水解——曝氣生物濾池污水處理工藝（由中冶馬院設(shè)計(jì)）。 我國一部分工業(yè)廢水的處理也采用了此項(xiàng)技術(shù)。國內(nèi)許多科研設(shè)計(jì)單位對曝氣生物濾池也進(jìn)行了試驗(yàn)研究。隨著曝氣生物濾池在世界范圍內(nèi)不斷推廣和普及，很多學(xué)者在其結(jié)構(gòu)形式、功能、啟動和濾料等方面進(jìn)行了具體的研究，取得了很多成果。

問題前景

作為一種嶄新的水處理工藝——曝氣生物濾池正處在推廣之中。根據(jù)研究和應(yīng)用情況，今后仍有很多問題有待研究：

生物膜的特點(diǎn)及其快速啟動的方式；生物氧化功能和過濾功能之間的相互關(guān)系；反沖洗過程中生物膜的脫落規(guī)律；進(jìn)一步拓寬曝氣生物濾池的應(yīng)用范圍，研究其在水深度處理、微污染源水處理、難降解有機(jī)物處理、低溫污水的硝化、低溫微污染水處理問題中如何與其他工藝相結(jié)合。

曝氣生物濾池中核心介質(zhì)――濾料的研究也會促進(jìn)該工藝在中國的應(yīng)用的范圍，BIOSTYR、Biofor兩種工藝功能比較強(qiáng)大，但在中國大范圍的應(yīng)用仍存在問題，如問題，再有它們從投資上都比較大，這也阻礙了這兩種工藝在中國的大范圍的應(yīng)用。

所以特種濾料的的研究與生產(chǎn)的國產(chǎn)化將是曝氣生物濾池在國內(nèi)大范圍的應(yīng)用的關(guān)鍵。

運(yùn)行要求

預(yù)處理

為了使曝氣生物濾池能有較長的運(yùn)行周期,減少反沖次數(shù)降低能耗,運(yùn)用BAF 的工藝都需對進(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理,否則原水中的大量雜質(zhì)和SS 將進(jìn)入曝氣濾池,將會堵塞曝氣、布水系統(tǒng),給系統(tǒng)的運(yùn)行帶來嚴(yán)重的后果。尤其是濾池用于二級處理時(shí),往往需投加藥劑才能達(dá)到這一要求,藥劑的使用不僅增加了運(yùn)行費(fèi)用,部分藥劑還將降低堿度,進(jìn)而影響硝化,這是運(yùn)用BAF 工藝時(shí)需要考慮的問題。

除P脫N

在生物除P 技術(shù)中,將脫N 和除P 相結(jié)合的系統(tǒng)對除P 不利,因?yàn)槌齈 脫N 本身是一對不可調(diào)和的矛盾,如DO 太低除P 率會下降,硝化反應(yīng)受到限制,污泥沉降性能差,如DO 太高,則由于回流厭氧區(qū)DO 增加,反硝化受到限制,同時(shí)NO3- N 的濃度高可影響厭氧區(qū)P 的釋放。因?yàn)?P 的釋放為厭氧環(huán)境,如果有NO3- N 存在就表明只能為兼氧環(huán)境。

從BAF 運(yùn)行工藝看，用生物除P 是很難達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的。用生物除P 就失去了生物濾池高負(fù)荷的特點(diǎn),造成投資過大,因此用加FeCl3 藥劑的方法除P ,而生物濾池由于耐水力沖擊負(fù)荷,可使處理后的水超量回流,并在運(yùn)行中加化學(xué)藥劑,將化學(xué)處理和生物處理同時(shí)應(yīng)用于系統(tǒng)中,達(dá)到除P 脫N 目的,使化學(xué)藥劑用量相對減少,從而降低運(yùn)行費(fèi)用。

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。

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*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。