【水處理工藝設(shè)計】曝氣生物濾池（BAF）
曝氣生物濾池簡稱BAF(BiologicalAerated Filter)，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，最大規(guī)模達(dá)幾十萬噸每天，并發(fā)展為可以脫氮除磷。
1、【工藝特點】
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(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，具有有機負(fù)荷高、占地面積小(是普通活性污泥法的1/3)、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，但它對進(jìn)水SS要求較嚴(yán)(一般要求SS≤100mg/L，最好SS≤60mg/L)，因此對進(jìn)水需要進(jìn)行預(yù)處理。同時，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。
2、【工藝原理】
BAF工藝可以分為四種類型，分別是biostyr工藝、biofor工藝、BIOSMEDI工藝，BIOSMEDI生物濾池，現(xiàn)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(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，是一種運行可靠、自動化程度高、出水水質(zhì)好、抗沖擊能力強和節(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，溶解狀態(tài)的有機物和特定物質(zhì)也被去除，所產(chǎn)生的污泥保留在過濾層中，而只讓凈化的水通過，這樣可在一個密閉反應(yīng)器中達(dá)到完全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)機提供增氧曝氣)，并將填料層分為上下兩個區(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：
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;
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;
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(shè)計通過均勻的配水使過濾效果優(yōu)化。
(3)、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。
延伸閱讀：
污水處理知識：曝氣生物濾池技術(shù)應(yīng)用與設(shè)計計算
BIOSMEDI生物濾池是上海市政工程設(shè)計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、價格便宜(300～500元/立方米)、化學(xué)穩(wěn)定性好等一系列優(yōu)點。
(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)?，?jīng)過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(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，此時瞬時把氣墊層中的空氣通過閥門或虹吸的方法迅速排空，此時濾層中從上到下沖洗的水流量瞬時忽然加大，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：
①、較小的濾層阻力;采用氣水同向流，避免了氣水逆向流時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，減少濾池運行時的水頭損失。
②、價格低、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、價格便宜(一般價格低于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?，?jié)省工程投資。
③、獨特的脈沖反沖洗形式;傳統(tǒng)的水反沖、氣水反沖均難以奏效，該濾池采用獨特的脈沖反沖洗方式，不需要專門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(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最低水溫約6℃，為了解決硝化問題，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4萬立方米/噸污水處理廠(BOT特許權(quán)項目)項目中，首次應(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。
4、【發(fā)展前景】
(1)、發(fā)展現(xiàn)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(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)品在全世界推廣。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第一個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)，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)。我國一部分工業(yè)廢水的處理也采用了此項技術(shù)。國內(nèi)許多科研設(shè)計單位對曝氣生物濾池也進(jìn)行了試驗研究。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。
(2)、存在問題
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(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大，但在中國大范圍的應(yīng)用仍存在問題，如專利問題，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。
5、【運行要求】
(1)、預(yù)處理
為了使曝氣生物濾池能有較長的運行周期,減少反沖次數(shù)降低能耗,運用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)的運行帶來嚴(yán)重的后果。尤其是濾池用于二級處理時,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工藝時需要考慮的問題。
(2)、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,因為除P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NO3-N的濃度高可影響厭氧區(qū)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(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,造成投資過大,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(fù)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,從而降低運行費用。