【水處理工藝設計】曝氣生物濾池（BAF）
曝氣生物濾池簡(jiǎn)稱(chēng)BAF(BiologicalAerated Filter)，是80年代末在歐美發(fā)展起來(lái)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，最大規模達幾十萬(wàn)噸每天，并發(fā)展為可以脫氮除磷。
1、【工藝特點(diǎn)】
①一次性投資比傳統方法低1/4;②占用面積為常規工藝的1/10～1/5，運行費低1/5;③進(jìn)水要求懸浮物50～60mg/L，最好與一級強化處理相結合，如采用水解酸化池;④填料多為頁(yè)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二沉池。
曝氣生物濾池與普通活性污泥法相比，具有有機負荷高、占地面積小(是普通活性污泥法的1/3)、投資少(節約30%)、不會(huì )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(一般要求SS≤100mg/L，最好SS≤60mg/L)，因此對進(jìn)水需要進(jìn)行預處理。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，節省了后續沉淀池(二沉池)，具有容積負荷、水力負荷大，水力停留時(shí)間短，所需基建投資少，出水水質(zhì)好：運行能耗低，運行費用少的特點(diǎn)。
2、【工藝原理】
BAF工藝可以分為四種類(lèi)型，分別是biostyr工藝、biofor工藝、BIOSMEDI工藝，BIOSMEDI生物濾池，現在分別闡述如下：
(1)、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器為例說(shuō)明其工藝結構與基本原理。
BIOSTYR工藝是一種上流生物濾池，是一種運行可靠、自動(dòng)化程度高、出水水質(zhì)好、抗沖擊能力強和節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(guò)濾料層，水體含有的污染物被濾料層截留，并被濾料上附著(zhù)的生物降解轉化，同時(shí)，溶解狀態(tài)的有機物和特定物質(zhì)也被去除，所產(chǎn)生的污泥保留在過(guò)濾層中，而只讓凈化的水通過(guò)，這樣可在一個(gè)密閉反應器中達到完全的生物處理而不需在下游設置二沉池進(jìn)行污泥沉降。
濾池底部設有進(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，其高度根據反沖洗水頭而定。
該區內設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)現反硝化，在不需要反硝化的工藝中沒(méi)有該回流系統。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。
濾池供氣系統分兩套管路，置于填料層內的工藝空氣管用于工藝曝氣(主要由曝氣風(fēng)機提供增氧曝氣)，并將填料層分為上下兩個(gè)區：上部為好氧區，下部為缺氧區。根據不同的原水水質(zhì)、處理目的和要求，填料層的高度不同，好氧區、厭氧區所占比例也相應變化;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，節省設備投資和維護費;
濾頭在濾池的頂部，與處理后水接觸，易于維護;
重力反沖洗，無(wú)須反沖洗水泵;
工藝空氣和反沖洗用氣共用鼓風(fēng)機;
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;
(2)、Biofor工藝
Biofor(生物過(guò)濾氧化反應池)是得利滿(mǎn)水務(wù)繼滴濾池、Biodrof干式過(guò)濾系統之后的專(zhuān)為污水處理廠(chǎng)設計的第三代生物膜反應池。
與其它類(lèi)型的生物過(guò)濾工藝相比，Biofor主要具有下列特性：
①向上流生物過(guò)濾
進(jìn)水自濾池底部流向頂部，上流過(guò)濾在濾池的整個(gè)高度上持續提供正壓條件，與下向流過(guò)濾相比提供了許多優(yōu)勢。
②使用特制的過(guò)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(cháng)了運行周期。
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，而且節約能源、使用安全、易于操作和維護。
④流體完全均勻的分布
空氣和水流為同向流。Biofor生物濾池的濾板配有25UB33e濾頭，該濾頭的防阻塞設計通過(guò)均勻的配水使過(guò)濾效果優(yōu)化。
(3)、BIOSMEDI工藝
上海市政院鄒偉國等開(kāi)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處理或污水深度處理。
延伸閱讀：
印染廢水的升流式曝氣生物濾池運行特性及動(dòng)力學(xué)
BIOSMEDI生物濾池是上海市政工程設計研究院針對微污染原水開(kāi)發(fā)的一種新型生物濾池，該濾池以輕質(zhì)顆粒濾料為過(guò)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實(shí)際需要選擇確定，這種濾料具有來(lái)源廣泛、濾料比表面積大、表面適宜微生物生長(cháng)、價(jià)格便宜(300～500元/立方米)、化學(xué)穩定性好等一系列優(yōu)點(diǎn)。
(4)、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(guò)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，空氣布氣管安裝在濾層下部，空氣通過(guò)穿孔布氣管進(jìn)行布氣，經(jīng)過(guò)濾層去除水中的有機物、氨氮后，出水經(jīng)倒濾頭進(jìn)入上部清水區域排出。
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(kāi)濾池下部的反沖洗氣管，在濾層下部形成一段氣墊層，當氣墊層達到一定高度后，此時(shí)瞬時(shí)把氣墊層中的空氣通過(guò)閥門(mén)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，導致濾料層忽然向下膨脹，脈沖幾次后，可以把附著(zhù)在濾料上的懸浮物質(zhì)脫落，再打開(kāi)排泥閥，利用生物濾池的出水進(jìn)行水漂洗，可有效地達到清潔濾料的目的。
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，另外，濾料粒徑較均勻，大大增加濾層的孔隙率，減少濾池運行時(shí)的水頭損失。
②、價(jià)格低、性能優(yōu)的濾料;濾料具有來(lái)源廣泛、濾料比表面積大、表面適宜微生物生長(cháng)、價(jià)格便宜(一般價(jià)格低于500元/立方米)、化學(xué)穩定性好;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，布氣可采用穿孔管布氣即可，節省工程投資。
③、獨特的脈沖反沖洗形式;傳統的水反沖、氣水反沖均難以奏效，該濾池采用獨特的脈沖反沖洗方式，不需要專(zhuān)門(mén)的反沖洗水泵及鼓風(fēng)機，是一種高效、低能耗的反沖洗形式。
3、【應用范圍】
曝氣生物濾池的應用范圍較為廣泛，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(chǎng)由于冬季最低水溫約6℃，為了解決硝化問(wèn)題，在可行性研究報告報告中就推薦了曝氣生物濾池+A2/O處理工藝。
在廣東新會(huì )4萬(wàn)立方米/噸污水處理廠(chǎng)(BOT特許權項目)項目中，首次應用于國內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CN池與N池二級)，該項目已經(jīng)投產(chǎn)運行。
在難降解有機物處理中，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，從運行上看，選用的工藝是滿(mǎn)足要求的。
在中水回用中，大連馬欄河污水處理廠(chǎng)工程，采用的是法國得利滿(mǎn)A3D+BIOFOR工藝技術(shù)，出水水質(zhì)達到三級標準，日處理污水12萬(wàn)噸，其中4萬(wàn)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，該工程采用曝氣生物濾池作為預處理單元。
在國內，豬場(chǎng)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用。
4、【發(fā)展前景】
(1)、發(fā)展現狀
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用。美國和加拿大等美洲國家在20世紀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)了此項技術(shù)。世界上較大的環(huán)保公司如法國得利滿(mǎn)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)品在全世界推廣。在中國內地，曝氣生物濾池正處于推廣階段。大連市馬欄河污水處理廠(chǎng)是我國第一個(gè)采用曝氣生物濾池工藝的城市污水處理廠(chǎng)(由東北市政院設計)，廣東新會(huì )東郊污水處理廠(chǎng)采用了水解——曝氣生物濾池污水處理工藝(由中冶馬院設計)。我國一部分工業(yè)廢水的處理也采用了此項技術(shù)。國內許多科研設計單位對曝氣生物濾池也進(jìn)行了試驗研究。隨著(zhù)曝氣生物濾池在世界范圍內不斷推廣和普及，很多學(xué)者在其結構形式、功能、啟動(dòng)和濾料等方面進(jìn)行了具體的研究，取得了很多成果。
(2)、存在問(wèn)題
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。根據研究和應用情況，今后仍有很多問(wèn)題有待研究：
生物膜的特點(diǎn)及其快速啟動(dòng)的方式;生物氧化功能和過(guò)濾功能之間的相互關(guān)系;反沖洗過(guò)程中生物膜的脫落規律;進(jìn)一步拓寬曝氣生物濾池的應用范圍，研究其在水深度處理、微污染源水處理、難降解有機物處理、低溫污水的硝化、低溫微污染水處理問(wèn)題中如何與其他工藝相結合。
曝氣生物濾池中核心介質(zhì)――濾料的研究也會(huì )促進(jìn)該工藝在中國的應用的范圍，BIOSTYR、Biofor兩種工藝功能比較強大，但在中國大范圍的應用仍存在問(wèn)題，如專(zhuān)利問(wèn)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大范圍的應用的關(guān)鍵。
5、【運行要求】
(1)、預處理
為了使曝氣生物濾池能有較長(cháng)的運行周期,減少反沖次數降低能耗,運用BAF的工藝都需對進(jìn)水進(jìn)行預處理,否則原水中的大量雜質(zhì)和SS將進(jìn)入曝氣濾池,將會(huì )堵塞曝氣、布水系統,給系統的運行帶來(lái)嚴重的后果。尤其是濾池用于二級處理時(shí),往往需投加藥劑才能達到這一要求,藥劑的使用不僅增加了運行費用,部分藥劑還將降低堿度,進(jìn)而影響反硝化,這是運用BAF工藝時(shí)需要考慮的問(wèn)題。
(2)、除P脫N
在生物除P技術(shù)中,將脫N和除P相結合的系統對除P不利,因為除P脫N本身是一對不可調和的矛盾,如DO太低除P率會(huì )下降,硝化反應受到限制,污泥沉降性能差,如DO太高,則由于回流厭氧區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P的釋放。因為,P的釋放最好為厭氧環(huán)境,如果有NO3-N存在就表明只能為兼氧環(huán)境。
從BAF運行工藝看，完全用生物除P是很難達到排放標準的。用生物除P就失去了生物濾池高負荷的特點(diǎn),造成投資過(guò)大,因此最好用加FeCl3藥劑的方法除P,而生物濾池由于耐水力沖擊負荷,可使處理后的水超量回流,并在運行中加化學(xué)藥劑,將化學(xué)處理和生物處理同時(shí)應用于系統中,達到除P脫N目的,使化學(xué)藥劑用量相對減少,從而降低運行費用。