曝气生物滤池（生物膜法污水处理之曝气生物滤池）
一、曝气生物滤池曝气生物滤池简称BAF，是80年代末在欧美发展起来的一种新型生物膜法污水处理工艺。曝气生物滤池是一种膜法生物处理工艺，微生物附着在载体表面，污水在流经载体表面时，通过有机营养物质的吸附、氧向生物膜内部的扩散以及生物膜中所发生的生物氧化等作用，对污染物质进行氧化分解，使污水得以净化。
1.基本原理
在滤池中装填一定量粒径较小的颗粒状滤料，滤料表面附着生长生物膜，滤池内部曝气。污水流经时，污染物、溶解氧及其它物质首先经过液相扩散到生物膜表面及内部，利用滤料上高浓度生物膜的强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，因污水流经时，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，截留污水中的大量悬浮物，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并更新生物膜，此为反冲洗过程。
2.工艺特点
该工艺具有去除SS、COD、BOD、硝化、脱氮、除磷、去除AOX（有害物质）的作用。曝气生物滤池集生物氧化和截留悬浮固体一体，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，运行能耗低，运行费用少等优点，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。
其工艺性能如下：
曝气生物滤池的构造与污水三级处理的滤池基本相同，只是滤料不同，一般采用单一均粒滤料。曝气生物滤池主要由滤池池体、滤料、承托层、布水系统、布气系统、反冲洗系统、出水系统、管道和自控系统等八个部分组成。
1.滤池池体
其作用是容纳被处理水量和围挡滤料，并承托滤料和曝气装置的重量，形状有圆形、正方形和矩形三种，结构形式有钢制设备和钢筋混凝土结构等。
2.生物填料层
填料层是生物膜的载体，并兼有截留悬浮物质的作用。目前曝气生物滤池所采用的滤料形状有蜂窝管状、束状、圆形辐射状、盾状、网状、筒状等，所采用的滤料主要有多孔陶粒、石英砂、膨胀页岩、轻质塑料、膨胀硅铝酸盐、塑料模块及玻璃钢等。
不同的颗粒填料的物理化学特性有一定的区别，有的甚至相关很大。生物载体填料的选择是曝气生物滤池技术成功与否的关键，它决定了曝气生物滤池滤料能否高效运行，填料的选择应综合以下各种因素：
a.机械强度好；
b.一般选用比表面积大、开孔孔隙率高的多孔惰性载体，有利于微生物的吸附、持续生长和形成生物膜；
c.选择规则的球状填料，使布气、布水均匀，水流阻力小；
d.表面应具有一定的孔隙率和粗糙度，有利于微生物膜的附着、生长，有利于生物滤池的运行；
e.密度应在一定范围内；
f.应具有表面电性和亲水性，并具有良好的抗反冲洗能力；
g.生物、化学稳定性好，应具有一定化学稳定性和抗腐蚀性。
3.承托层
承托层主要是用来支撑生物填料，防止生物填料流失和堵塞滤头，同时还可以保持反冲洗的稳定进行。承托层所用材料为卵石。承托层高度不同位置为400-600mm。
4.布水系统
曝气生物滤池的布水系统主要包括滤池最下部的配水室和滤板上的配水滤头。
5.布气系统
曝气生物滤池内设置布气系统主要有两个目的：一是保证正常运行时曝气所需，二是保证进行气水反冲洗时布气所需。
曝气系统的设计，必须根据工艺计算所需供气量来进行。曝气生物滤池简单的曝气装置可以采用穿孔管。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。
6.反冲洗系统
反冲洗是保证曝气生物滤池正常运行的关键，其目的是在较短的反冲洗时间内，使滤料得到适当的清洗，恢复其截污功能。采用气水联合反冲洗的顺序通常为：先单独用气反冲洗，再用气水联合反冲洗，最后用清水反冲洗。在反冲洗过程中必须掌握好冲洗强度和冲洗时间。
7.出水系统
曝气生物滤池出水系统可采用周边出水或单侧堰出水等方式。
8.管道和自控系统
管道主要是进水出水和进气所用，自控系统由CPU电控箱和线路组成。
三、曝气生物滤池调试曝气生物滤池在投入运行前，必须进行调试处理，使滤料上固着生长具有代谢活性的微生物膜，当滤料表面挂膜后，曝气生物滤池才能投入正常运行。
1.滤池调试前的准备工作
（1）在进行滤池调试前必须熟悉污水处理工艺流程，了解各单元的作用及预期效果。
（2）检查所有管道和阀门是否完好并符合设计要求。
（3）进水检查：按“进水调试”要求进行，进水要缓慢进行，注意排除滤料内的空气，并注意曝气器布气是否均匀。
（4）曝气器进水检查，检查曝气器布气是否均匀。
（5）滤料在进水检查后，应进行连续冲洗。清除滤料上的灰尘。冲洗按“反冲洗”要求进行，要求冲洗到出水变清为止。
（6）带负荷运转通用或专用设备，检查其安全运行状况。
（7）滤池引入污水前，应做好以下准备工作：确认滤池所有阀门处于可工作状态；确认污水的负荷指标符合工程设计规定的要求。
2.曝气生物滤池的运行调试
1.填料挂膜
使具有代谢活性的微生物污泥在生物处理系统中的填料上固着生长的过程称为挂膜。挂膜也就是生物膜处理系统膜状污泥的培养和驯化过程。
生物膜法刚开始投运时需要有一个挂膜阶段，有两方面目的：其一是使微生物生长繁殖直至填料表面布满生物膜，其中微生物的数量能满足污水处理的要求;另一方面还要使微生物逐渐适应所处理污水的水质，即对微生物进行驯化。挂膜过程中回流沉淀池出水和池底沉泥，可促进膜的早日完成。
挂膜过程使用的方法一般有直接挂膜法和间接挂膜法两种。
在各种形式的生物膜处理设施中，生物接触氧化池和塔式生物滤池由于具有曝气系统，而且填料量和填料空隙均较大，可以使用直接挂膜法;而普通生物滤池和生物转盘等设施需要使用间接挂膜法。
a、直接挂膜法
该方法是在合适的水温、溶解氧等环境条件及合适的pH、BOD5、C/N等水质条件下，让处理系统连续进水正常运行。对于生活污水、城市污水或混有较大比例生活污水的工业废水可以采用直接挂膜法，一般经过7～10d就可以完成挂膜过程。
b、间接挂膜法
对于不易降解的工业废水，尤其是使用普通生物滤池和生物转盘等设施处理时，为了保证挂膜的顺利运行，可以通过预先培养和驯化相应的活性污泥，然后再投加到生物膜处理系统中，进行挂膜，也就是分布挂膜。通常的做法是先将生活污水或其与工业废水的混合污水培养出活性污泥，然后将该污泥或其它类似污水处理厂的污泥与工业废水一起放入一个循环池内，再用泵投入生物膜法处理设施中，出水和沉淀污泥均回流到循环池。
循环运行形成生物膜后，通水运行，并加入要处理的工业废水。可先投配20%的工业废水，经分析进出水的水质，生物膜具有一定处理效果后，再逐步加大工业废水的比例，直到全部都是工业废水为止。也可以用掺有少量(20%)工业废水的生活污水直接培养生物膜，挂膜成功后再逐步加大工业废水的比例，直到全部都是工业废水为止。
2、培养驯化
1、开始挂膜时，进水流量应小于设计值，可按设计流量的20%～40%起动运转。在外观可见已有生物膜生成时，流量可提高至60%～80%，待出水效果达到设计要求时，即可提高流量至设计标准。
2、在生物转盘法中，用于硝化的转盘，挂膜时间要增加2～3周，并注意进水BOD应低于30mg/L，因自养性硝化细菌世代时间长，繁殖生长慢，若进水有机物过高，可使膜中异养细菌占优势，从而抑制了自养菌的生长。
3、当水中出现亚硝酸盐时，表明生物膜上硝化作用进程已开始;当出水中亚硝酸下降，并出现大量硝酸盐时，表明硝化菌在生物膜上已占优势，挂膜工作宣告结束。
4、挂膜所需的环境条件与活性污泥培菌时相同，要求进水具有合适的营养、温度、pH等，尤其是氮磷等营养元素的数量必须充足，同时避免毒物的大量进入。
5、因初期膜量较少，反应器内充氧量可稍少。使溶解氧不致过高;同时采用小负荷进水的方式，减少对生物膜的冲刷作用，增加填料或填料的挂膜速度。
6、在冬季13℃时挂膜，整个周期比温暖季节延长2～3倍。
7、在生物膜培养挂膜期间，由于刚刚长成的生物膜适应能力较差，往往会出现膜状污泥大量脱落的现象，这可以说是正常的，尤其是采用工业废水进行驯化时，脱膜现象会更严重。
8、要注意控制生物膜的厚度，保持在2mm左右，不使厌氧层过分增长，通过调整水力负荷(改变回流水量) 等形式使生物膜脱落均衡进行。同时随时进行镜检，观察生物膜生物相的变化情况，注意特征微生物的种类和数量变化情况。
四、曝气生物滤池的维护在曝气生物滤池运行过程中，随着运行的进行，滤料上生长的微生物膜渐渐增厚，微生物的厚度一般应控制在300μm--400μm，控制在生物膜新陈代谢能力强，以保证出水水质最好。当微生物膜增厚超过这个范围，曝气生物滤池应停止运行，进行反冲洗。对于城市生活污水，一般情况下，运行24—48小时反冲洗一次（曝气生物滤池的反冲洗周期的确定，必须根据出水水质、滤料层的水力损失，出水的浊度综合而定）。在多格滤池并联运行的情况下，反冲洗过程是依次单格进行。以保证整个污水处理系统不受影响而能正常运行。
反冲洗是维持曝气生物滤池功能的关键，其基本要求是在较短的反冲洗时间内，使滤料得到适度的清洗，恢复滤料上的微生物膜的活性，并将滤料截留的悬浮物和老化的微生物膜冲洗出去。
操作方法：采用先单独用空气进行反冲洗、再采用气水联合反冲洗、停止清洗30s后，再用水清洗的操作程序。对曝气生物滤池，控制好气、水反冲洗强度显得尤为重要，过低达不到冲洗的目的，过高会生物膜严重脱落，并造成填料破损、流失。
（1）气洗阶段：关闭进水、曝气阀门，开启反冲洗进气阀门，启动反冲洗风机，进行气洗，目的是松动滤料层，使滤料层膨胀，气洗强度为10—15L/m2s，时间为3--5min。
（2）气水联合反冲洗：启动反冲洗水泵，进行气水联合反冲洗，目的是将滤料上截留的悬浮物和老化的微生物冲洗出去，反冲洗水洗强度为5—6L/m2s，时间为5--8min。
（3）水漂洗：关闭反冲洗风机和反冲洗进气阀门，进行水漂洗，目的是将滤料表面的悬浮物和老化的微生物膜冲洗出去，时间为3--5min。
五、曝气生物滤池运行中异常情况处理1、气味
对曝气生物滤池，当进水有机浓度过高或滤料层中截留的微生物膜过多时，滤料层中局部产生厌氧代谢，有可能产生异味，解决办法如下：
a）减少滤池中微生物积累，让生物膜正常脱落并通过反冲洗排出池外；
b）保证曝气设施正常工作，使滤池中的溶解氧达到预定的水平（DC、N的溶解氧浓度约2—3mgO2/L，DN反硝化滤池的溶解氧约0.2—0.5 mgO2/L。）；
c）检查污水的水质，避免高浓度或高负荷污水的冲击。应调整污水的水质至曝气生物滤池的负荷能力范围内。
2、生物膜严重脱落
滤池正常工作中，微生物膜不正常的脱膜是不允许的，脱膜的主要原因是由水质引起的，如抑制性或有毒性污染物浓度太高或PH值突变等，解决的办法是必须改善水质，是进入滤池的水质基本稳定。
3、滤池处理效率降低
当滤池系统运行正常，且微生物膜生长情况良好，仅仅处理效率有所下降，可能是水的PH值、溶解氧、水温、短时间超负荷运行产生的，若不影响出水水质的达标排放，可不采取措施，若出水水质影响达标排放，则需要采取一些调整措施加以解决，如调整进水PH值，调整供气量等。
4、滤池截污能力下降
滤池正常进行，反冲洗正常，滤池的截污能力下降，可能是滤池的预处理效果不好，使得进水中的SS浓度较高所引起的。为了保持滤池的截污能力，应加强对预处理设施的运行管理。
5、进水水质异常
a）进水浓度偏高：应当加大曝气量时间来保持污泥负荷的稳定性。
b）进水浓度偏低：应当减少曝气力度和曝气时间来解决。
6、出水水质异常
a）出水带泥、水质混浊：主要原因是生物膜太厚，反冲洗强度过高或冲洗次数过频，解决办法，生物摸厚达300—400，立即冲洗。控制反冲洗强度。
b）水质发黑、发臭：可能是溶解氧不够，造成污泥厌氧分解，产生H2S气体，解决办法是加大曝气量，提高溶解氧的含量。也可能局部水系堵塞，造成局部缺氧，解决办法是检查或加大反冲洗强度。