• 滤池用滤料、填料

• 球形轻质多孔生物陶粒

• 生物接触氧化池填料

• BAF生化池专用防堵滤头

• 滤池支撑板

• 滤水帽系列

• 单孔膜式曝气器

• 可提升微孔曝气器

• 管式微孔曝气器

• 膜片式微孔曝气器

• 旋混式曝气器

• 曝气盘(头)

• 曝气软管

• 多面空心球填料

• 液面覆盖球填料

• 组合填料

• 软性填料

• 半软性填料

• 花环填料

• 塑料蜂窝斜管填料

• 玻璃钢蜂窝斜管填料

• 立体弹性填料

• 悬浮球填料

• 纤维束

• 863彗星纤维滤料

• 纤维球

• 鲍尔环填料

曝气生物滤池

曝气生物滤池(biological aerated filter，BAF)，是20世纪80年代末90年代初在普通生物滤池的基础上，并借鉴给水滤池工艺而开发的污水处理新工艺，最初用于污水的三级处理，后发展成直接用于二级处理。自80年代在欧洲建成第一座曝气生物滤池污水处理厂后，曝气生物滤池已在欧美和日本等发达国家广为流行，目前世界上已有数千座大大小小的污水处理厂采用了这种技术。该技术不仅可用于水体富营养化处理。而且可广泛地被用于城市污水、小区生活污水、生活杂排水和食品加工废水、酿造和造纸等高浓度废水中，同时也可进行中水处理。随着研究的深入，曝气生物滤池从单一的工艺逐渐发展成系列综合工艺，具有去除SS、COD、BOD5、硝化、脱氮的作用，其最大特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体，节省了后续二次沉淀池，在保证处理效果的前提下使处理工艺简化。此外，曝气生物滤池工艺有机物容积负荷高，水力负荷大，水力停留时间短，所需基建投资少，能耗及运行成本低，同时该工艺出水水质高。

曝气生物滤池是普通生物滤池的一种变形形式，也可看成是生物接触氧化法的一种特殊形式。即在生物反应器内装填高比表面积的颗粒填料，以提供微生物膜生长的载体，并根据污水流向不同分为下向流或上向流。污水由上向下或由下向上流过滤料层，在滤料层下部鼓风曝气，使空气与污水逆向或同向接触，使污水中的有机物与填料表面生物膜通过生化反应得到降解，填料同时起到物理过滤作用。

20世纪90年代初我国也开始对曝气生物滤池工艺进行试验研究和开发。笔者1995年在中冶集团马鞍山钢铁设计研究总院就开始对该工艺的研究，同时，国内如安徽工业大学、北京环境保护科学研究院、清华大学等也是我国研究开发该技术较早的单位，并已将曝气生物滤池成功地应用于数十个大、中、小型工程。随着实际工程的应用运行，吸气生物滤池的特殊优点越来越受到我国水处理界各方的关注。

一、我国曝气生物滤池技术开发的背景、意义

近几十年来，随着现代工业和城市建设的发展，我国城市的环境污染特别是水污染问题日趋严重，同时水资源问题也日趋紧张。我国是一个人均水资源占有量匮乏的国家，仅为世界人均值的1/4，而且时空分布不均，开发利用难度大，许多地区和城市严重缺水。与此同时，全国年排污量约为350亿立方米，但城市污水集中处理率仅为7%，80%的污水未经有效处理就排入江河湖海，使找国的水污染情况十分严重，并进一步加剧了水资源的短缺。可以说水污染严重和水资源的短缺已经成为严重制约我国社会经济持续发展、危害生态环境、影响人民生活和身体健康的突出问题，迫切需要加以解决。但是，在我国水污染治理领城，现有建成运行的污水处理厂(站)，特别是城市污水处理厂，基本上都是采用传统活性污泥法及其变形工艺、氧化沟工艺、AB工艺、SBR工艺等。虽然这些工艺处理效果尚可甚至也比较好，但普迫也存在着占地面积大、基建投资高、处理负荷低、运行启动慢、经常出现污泥膨胀、不能承受冲击负荷等不足之处，同时工艺设备处理效能低、能耗高，不能满足高效低能的要求，因此近十几年来，各种污(废)水处理新技术工艺不断涌现。目前来说，最经济有效的方法仍然是生物处理法，随着越来越多的污(废)水处理设施投入运转，生物处理技术已成为城市污水和有机工业废水处理的主要方法。
由于污水处理主要是一项侧重于环境效益和社会效益的工程，在建设和实际运行过程中常常受到资金的限制，使得治理技术与资金问题相连成为解决我国水污染的“瓶颈”。因此，开展经济有效的污水处理新工艺、新设备的研究与开发，研究一种适合我国国情的污水处理新工艺，从而降低污水处理的投资和运行费用、节省用地、管理方便、出水水质好、能达到城市一般回用水质标准，将对我国国民经济和社会发展及环境保护具有十分重要的意义，而且也必将有其巨大的应用范围和市场。所以曝气生物滤池污水处理新工艺就是在此背景下研究开发出来的符合上述要求的一种污水生物处理新技术。

二、曝气生物滤池的构造

根据污水在滤池运行中过滤方向的不同，曝气生物滤池可分为上向流滤池和下向流滤池，除污水在滤池中的流向不同外，上向流滤池和下向流滤池的池型结构基本相同。早期曝气生物滤池的应用形式大多都是下向流态，但随着上向流滤池比下向流滤池的众多优点被人们所认同，所以近年来国内外实际工程中绝大多数采用上向流曝气生物滤池。

由图1-11可知，曝气生物滤池从结构上共分成三个区城：缓冲配水区，承托层及滤料层，出水区及出水槽。待处理污水由管道流入缓冲配水区，污水在向上流过滤料层时，经滤料上附着生长的微生物膜净化处理后经过出水区和出水槽由管道排出。缓冲配水区的作用是使污水均匀流过滤池截面。在待处理污水进入滤池起，同时由鼓风机鼓风并通过曝气管向池内供给微生物膜代谢所需的空气(氧源)，生长在滤料上的微生物膜从污水中吸取可溶性有
机污染物作为其生理活动所需的营养物质，在代谢过程中将有机污染物分解，使污水得到净化。在滤池反冲洗时，较轻的滤料有可能被水流带至出水口处，并在斜板沉淀区沉降，而回流至滤池内，以保证滤池内的微生物浓度。斜板沉淀器的倾斜角度是根据实际运行经验而设定，以保证脱落的微生物膜在运行或反冲洗时能随水流被带出池外，而滤料则不会带出池外。当BAF行到一定程度时，由于滤料上增厚微生物膜的脱落，出水中会带有部分脱落的微生物膜，使出水水质变差，这时必须关闭进水管阀门，启动反冲洗水泵，利用储备在清水池中的处理出水对滤池进行反冲洗，反冲洗采用气-水联合反冲洗。为保证布水、布气均匀，在滤料支撑板上均匀布置有曝气生物滤池专用的配水、配气滤头。
从图1-11可看出。曝气生物滤池的结构形式与普通快滤池类似，曝气生物滤池其主体由滤池池体、滤料层、承托层、布水系统、布气系统、反冲洗系统、出水系统、管道和自控系统组成。

1. 滤池池体
   滤池池体的作用是容纳被处理水量和围档滤料，并承托滤料和曝气装置的重量。生物滤池的形状有圆形、正方形和矩形三种，结构形式有钢结构和钢筋混凝土结构等。一般当处理水量较小、池体容积较小并为单座池时，采用圆形钢结构为多。当处理水量和池容较大，选用的池体数量较多并考虑池体共壁时，采用矩形和方形钢筋混凝土结构较经济。滤池的平面尺寸以满足所要求的流态。布水布气均匀，滤料安装和维护管理方便，尽量同其他处理构筑物尺寸相匹配等为原则。
   
2. 滤料
   从生物滤池处理污水的发展状况来看，接触滤料的选取较为重要。国内外通常采用的接触填料形状有蜂窝骨状、束状、波纹状、圆形辐射状、盾状、网状、筒状、规则粒状与不规则粒状等，所用的材质除粒状滤料外。基本上采用玻瑞钢、聚氯乙烯、聚丙烯、维尼纶等。由于制作加工和价格原因，国内日前采用的接触填料主要有玻璃钢或塑料蜂窝填料、立体波状城料、软性纤维填料、半软性填料以及粒状滤料等。有关滤料内容详见滤池填料、滤料。
   
3. 承托层
   承托层主要是为了支撑滤料，防止滤料流失和堵塞滤头，同时还可以保持反冲洗稳定进行。承托层常用材质为鹅卵石或磁铁矿，为保证承托层的稳定，并对配水的均匀性起充分作用。要求材质具有良好的机械强度和化学稳定性，形状应尽量接近球形，工程中一般选用鹅卵石作为承托层。
   
4. 布水系统
   曝气生物滤池的布水系统主要包括滤池从下部的配水室和滤板上的配水滤头。对于上向流滤池，配水室的作用是使某一短时段内进入滤池的污水能在配水室内混合均匀，并通过配水滤头均匀流过滤料层，并且该布水系统除作为滤池正常运行时布水用外，也作为定期对滤池进行反冲洗时布水用。而对于下向流滤池，该布水系统主要用作滤池的反冲洗布水和收集净化水用。单个滤头见图1-12。
   配水室的功能是在滤池正常运行时和滤池反冲洗时使水在整个滤池截面上均匀分布，它由位于滤池下部的缓冲配水区和承托滤板组成。要使曝气生物滤池发挥其最佳的处理能力，必须使进入滤池的污水能够均匀流过滤料层。尽量使滤料层的每一部分都能最大限度地参与生物反应，所以设置缓冲配水区就很有必要。进入滤池的污水首先必须先进入缓冲配水区，在此先进行一定程度的混合后，依靠承托滤板和滤头的阻力作用使污水在滤板下均匀、均质分布，并通过滤板上的滤头而均匀流入滤料层。在气、水联合反冲洗时，缓冲配水区还起到均匀配气作用，气垫层也在地板下的区域中形成。
   由于曝气生物滤池在正常运行时一直处于曝气阶段，曝气造成的扰动足以使得进水很快均匀分布在整个反应器截面上，所以单从进水来讲，其配水设施没有一般给水滤池那么讲究。滤池在运行时生物滤料层截留部分悬浮物、生物絮凝吸附的部分胶体颗粒和微生物膜在新陈代谢过程中增殖老化脱落的微生物膜，这些物质的过多存在显著地增加了曝气生物滤池的过滤阻力，会使处理能力减小和处理出水水质下降，所以运行一定时间必须对滤池进行反冲洗，将这些物质通过反冲洗随冲洗水排出滤池外，保证滤池的正常运行。如果布水系统设计不合理或安装达不到要求。使反冲洗时配水不均匀，将产生下列不良后果。
   (1)整个生物滤池冲洗不均匀。部分区域冲洗强度大，部分区城冲洗强度小。生物滤池一般冲洗周期比较长，运行1-2d左右才冲洗一次，在运行时滤料层内截留大量悬浮物质，这些物质的存在显著地增加了生物滤池的过滤能力，使处理能力下降；同时也使水溶液主体的溶解氧和生物易降解的有机物与生物膜上微生物之间的传质效率下降，影响生物滤池对有机物的去除效率。反冲洗的目的就是使这些物质随反冲洗水排掉，保证生物滤池正常稳定运行，如果反冲洗布水不均匀，使部分区域反冲洗达不到要求，该区域的生物滤料中杂质冲洗不干净，将影响生物滤池对污染物的去除效果。
   (2)冲洗强度大的区城，由于水流速度过大，会冲动承托层，引起生物滤料与承托层混合，甚至引起生物滤料的流失，有时也会引起布气系统的松动，对曝气生物滤池造成极大危害。
   除上述采用滤板和配水滤头的配水方式以外，国内也有小型的曝气生物滤池采用栅型承托板和穿孔布水管(管式大阻力配水方式)的配水形式。如采用此类配水系统，其理论分析与设计研究可参考《给水处理理论与设计》及《给水排水设计手册》。曝气生物滤池一般采用的管式大阻力配水方式，其形式如图1-13所示，由一根干管及若干支管组成，污水或反冲洗水由干管均匀分布进入各支管。支管上有间距不等的布水孔，孔径及孔间距可由公式计算得出，支管开孔向下，污水或反冲洗水靠配水系统均匀分配并经承托层的卵石进一步切割而均匀分散。管式大阻力配水系统设计参数一般可参照下表采用。
   

   管式大阻力配水系统设计参数

   干管进口流速	支管进口流速	支管间距	开孔比	配水管径	配水孔间距
   1-1.5m/s	1.5-2.5m/s	0.2-0.3m	0.2%-0.25%	0-12mm	70-300mm

5. 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。
   曝气系统的设计必须根据工艺计算所需供气量来进行。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膜高活性、对有机物和氨氮的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，良好的充氧方式应有高的氧吸收率。
   曝气生物滤池最简单的吸气装置可采用穿孔管。穿孔管属大、中气泡型，但氧利用率较低，仅为3%-4%，其优点是不易堵塞、造价低。在实际应用中有充氧曝气与反冲洗曝气共用同一套布气管的形式，但由于充氧曝气需气量比反冲洗时需气量小。因此配气不易均匀.，共用同一套布气管虽然能减少投资，但运行时不能同时满足两者的需要，影响曝气生物滤池的稳定运行。在实践中发现此办法利少弊多，最好将两者分开，单独设立一套曝气管，以保持正常运行；同时另设立一套反冲洗布气管。以满足反冲洗布气的要求。
   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，如德国PHILLIP MULLER公司的OXAZUR空气扩散器、安徽工业大学开发的单孔膜空气扩散器专利产品。单孔膜空气扩散器按一定间隔安装在空气管道上，空气管道又被固定在承托滤板上，单孔膜空气扩散器一般都设计安装在滤料承托层里，距承托板约0.1-0.15m，使空气通过扩散器并流过滤料层时可达到30%以上的氧利用率。该种扩散器的另一个特点是不容易堵塞，即使堵塞也可用水进行冲洗。单孔膜空气扩散器见图1-14，滤板、滤头、单孔膜空气扩散器总成见图1-15。
   
6. 反冲洗系统
   曝气生物滤池反冲洗系统与给水处理中的V形滤池类似，采用气-水联合反冲洗，其目的是去除生物滤池运行过程中截留的各种颗粒及胶体污染物以及老化脱落的微生物膜。曝气生物滤池气-水联合反冲洗通过滤板及固定其上的配水长柄滤头(图1-12)实现，反冲洗过程一般按以下步骤进行：先降低滤池内的水位并单独气洗，而后采用气-水联合反冲洗，最后再单独采用水洗。在反冲洗过程中必须掌握好冲洗强度和冲洗时间，既要使截留物质冲洗出滤池，又要避免对滤料过分冲刷，使生长在滤料表面的微生物膜脱落而影响处理效果。
   曝气生物滤池的反冲洗可通过运行时间、滤料层阻力损失、水质参数等来完成，一般是由在线检侧仪表将检侧数据反馈给PLC，并由PLC系统来自动控制和操作。
   
7. 出水系统
   曝气生物滤池出水系统有采用周边出水和采用单侧堰出水等。在大、中型污水处理工程中，为了工艺布置方便，一般采用单侧堰出水较多，并将出水堰口处设计为60°斜坡，以降低出水口处的水流流速；在出水堰口处设置栅形稳流板(见图1-16)，以将反冲洗时有可能被带至出水口处的陶粒与稳流板碰撞，导致流速降低而在该处沉降，并沿斜坡下滑回滤池中。
   
8. 管道和自控系统
   曝气生物滤池既要完成有机污染物的降解功能，也要完成对污水中各种颗粒和胶体污染物以及老化脱落的微生物膜的截留功能，同时时还要完成实现滤池本身的反冲洗，这几种方式交替运行。对于小型工业废水处理中，滤池的控制可以简单些，甚至可以采用手动控制；而对于城镇污水处理厂，由于污水处理模较大，一般由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，若采用手动控制则工作量较大且较难完成。为提高滤池的处理能力和对污染物的去除效果，必须有PLC控制系统来自动完成对滤池的运行控制，需要设计必要的自控系统。

三、曝气生物滤池与普通生物滤池的工艺性能比较及其工作机理

目前应用较多的曝气生物滤池是采用水的上向流态，即上向流曝气生物滤池。由于普通生物滤池技术在运行中存在许多缺陷。例如，它采用污水下向流过滤，通过滤池下部通风孔自然通风供氧，气、水逆向而行，并且不具备反冲洗系统。采用污水下向流过滤和自然通风供氧，在运行中整个滤池高度上供气气压分布不均，容易形成沟流或短流，同时在滤料中容易形成气泡，造成局部气堵现象，从而影响处理效果。采用污水下向流过滤和自然通风供氧，气、水为逆向流，空气在一定程度上阻止水流将污水中的固体物质带入滤床深处，从而使固体物质聚积在滤池的表层，使滤池容易堵塞。由于采用自然通风供氧，通风供氧状况的好坏受制于池内温度与气温之差、滤池高度、滤料孔隙率及风力，不能给滤池提供较稳定、均匀的通风量。滤池堵塞会影响自然通风，使涟他供氧不足导致微生物缺氧现象，严重影响处理效果。同时，普通生物滤池不具备反冲洗系统，在滤池堵塞时不能及时将引起堵塞的脱落微生物膜和其他杂物清理出滤池。
上向流曝气生物滤池在结构上采用气水平行上向流态，同时采用强制鼓风曝气技术，使得气、水进行极好的均分，防止了气泡在滤料中的凝结，氧气利用率高，能耗低。与普通生物滤池污水下向流态相反，气、水平行上向流态持续在整个滤池高度上提供正压条件，可以更好地避免形成沟流或短流，从而避免通过形成沟流来影响过滤工艺而形成气阱。采用气水平行上向流。使空间过滤能被更好地运用，空气能将污水中的固体物质带入滤床深处。在滤池中能得到高负荷、均匀的固体物质，延长反冲洗周期，减少清洗时间和清洗时的水、气量。
在曝气生物滤池工艺中，采用强制鼓风曝气技术来代替普通生物滤池的自然通风供氧。强制鼓风曝气是由罗茨鼓风机提供压缩空气并由空气管道物送至上向流曝气生物滤池，然后由设置于滤料层中的布气管使空气均匀通过滤料层。强制鼓风曝气和自然通风供氧的作用均是使空气中的氧转移到污水与微生物的混合液中，以供给微生物氧源。但是，采用自然通风供氧受制于多种外部条件，使通风量或供氧量不稳定且不均匀，不能给微生物提供稳定可靠并足够的氧源，从而不能满足其在代谢过程中所需的氧量，使得滤池的有机负荷较低，一般BOD5负荷为0.2-0.5kg BOD5/(m3·d)。采用自然通风供氧时，当污水COD浓度大于400-500mg/L时，由于供氧不足可能导致产生滤池厌氧现象，影响处理效果，同时也限制了浓度较高的废水采用生物滤池工艺的可能性。为解决上述缺陷而采用强制曝气供氧，供氧量可根据污水的进水浓度进行大小调节，使微生物在任何时候都能有足够的氧源，且受外部条件的制约较少。同时，采用强制曝气供氧可提高滤池的有机负荷，使得BOD5负荷可高达5-6kg BOD5(m3·d)，进水COD浓度允许达到1000-1500mg/L而不会产生滤池厌氧现象。
另外，与曝气生物滤池技术相比，普通生物滤池不具备滤床反冲洗系统，从而使得滤床堵塞后必须在滤池外清洗或更换滤料，人工劳动强度大，滤池停留时间长，为保证处理过程的连续运行，通常需设有备用滤池，以便在一座滤池反冲洗时另一座能正常投入工作。为解决上述问题，在滤池中设计有反冲洗系统就很有必要。曝气生物滤池设置的反冲洗系统可以在需要时通过人工或自动利用适量的水、气来来对滤料进行清洗，使滤料上多余的增厚微生物膜和截留在滤层中的已脱落的微生物膜和固体物质被冲洗出滤池外，使滤池保持通畅、不堵塞，以保证污水处理时滤层中水、气的正常流通。反冲洗所用水一般为滤池正常运行时的出水。被储存在一水池中备用。
普通生物滤池与曝气生物滤池性能比较见表。
曝气生物滤池降解有机污染物的机理与生物膜法及普通生物滤池类似。

四、曝气生物滤池与其它处理工艺的比较

曝气生物滤池具有很多优点：①采用气水平行上向流，使气、水进行极好的均分，防止了气泡在滤层中的凝结，氧气利用率高，能耗低；②与下向流过滤相反，上向流过滤持续在整个滤池高度上提供正压条件，可以更好地避免沟流或短流；③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工艺的持久稳定性和有效性。④采用气水平行上向流，使空间过滤能被更好地运用，空气能将固体物质带入滤床深处，在滤池中能得到高负荷、均匀的固体物质，延长反冲洗周期，减少清洗时间和清洗时的用水、用气量。
除了曝气生物滤池自身的上述优点之外，曝气生物滤池与其他生物处理方法相比还具有以下几个优点。
(1)较小的池容和占地面积；曝气生物滤池的BOD5容积负荷可达到5-6kg BOD5/(m3·d)，是常规活性污泥法或接触软化法的6-12倍，所以它的池容和占地面积只有活性污泥法或接触氧化法的1/10左右。大大节省了占地面积和大量的土建费用。
(2)高质量的处理出水；在BOD5容量负荷为6kg BOD5/(m3·d)时，其出水SS和BOD5可保持在10mg/L以下，CODcr可保待在60mg/L以下，远远低于国家《污水综合排放标准》之一级标准。
(3)简化处理流程；由于曝气生物滤池对SS的生物截流作用，使出水中的活性污泥很少，故不需设置二沉池和污泥回流泵房，处理流程简化，使占地面积进一步减少。
(4)基建费用、运转费用节省；由于该技术流程短、池容积小和占地省，使基建费用大大低于常规二级生物处理。同时，粒状填料使得充氧效率提高，可节省能源消耗。
(5)管理简单；曝气生物滤池抗冲击负荷能力很强，没有污泥膨胀问题，微生物也不会流失，能保持池内较高的微生物浓度，因此日常运行管理简单，处理效果稳定。
(6)设施可间断运行；由于大量的微生物生长在粒状填料粗糙多孔的内部和表面，微生物不会流失，即使长时间不运转也能保持其菌种，如长时间停止不用后再使用，其设施可在几天内恢复正常运行。
曝气生物滤池(BAF)工艺与常规处理工艺的比较见下表。

巩义泰和(环保)水处理填料有限公司专业BAF曝气池用组合填料、沉淀池用斜管填料、好氧池挂膜用立体弹性填料、BAF曝气专用曝气器、曝气池用水泥滤板、BAF专用防堵滤头等厌氧池和好氧池用材料。