BAF曝气生物滤池

一、 BAF 的产生和发展

曝气生物滤池 (Biological aerated filter BAF) 处 理污水是近年来开发出的污水处理工艺，已在欧美和日本广 为流行，但在我国研究甚少。曝气生物滤池*大的特点是集 生物氧化和截留悬浮固体于一体，节省了后续沉淀池 (如二 沉池) 。此外，该处理工艺容积负荷、水力负荷大， 占地面 积、基建投资少，氧转移率高，出水水质好等特点。该工艺 可以达到 BOD 、悬浮物和 NH3-N 的去除，既可以用在污水二 级处理，也可以用深度处理中水回用。

二、 BAF 基本工作原理和工艺特点

曝 气 生 物 滤 池 通常由粒状的填料 床组成，曝气装置安 装在填料床承托层 或靠近它的地方，流

过反应器的污水既

可以是上流式也可以下流式，污水中的底物和充足的氧气使 滤料表面附着生物膜。无论是生活污水处理还是工业废水处

理，曝气生物滤池比传统的生物处理工艺具有占地小，方便

灵活的优点。

2.1 BAF 基本工作原理

BAF 工艺类型和操作方式有多种，各具特点，但其基本 原理是一致的。曝气生物滤池处理污水的原理是反应器内填 料上所附生物膜中微生物氧化分解作用，填料及生物膜的吸 附阻留作用和沿水流方向形成的食物链分级捕食作用，以及 生物膜内部微环境和厌氧段的反硝化作用。

2.2 BAF 的工艺特点

曝气生物滤池与活性污泥法相比，具有以下特点：

(1) 具有更高的生物浓度和更高的有机负荷。BAF 中采用的 粗糙多孔的粒状填料为微生物提供了更佳的生长环境，易于 挂膜及稳定运行，可在填料表面保持较多的生物量，单位体 积内微生物量远远大于活性污泥中的微生物量，高浓度的微 生物量使得 BAF 的容积负荷增大，进而减少了池容积和占地 面积，使基建费用大大降低。

(2) 占地面积小。 由于在 BAF 反应器中，处理效果与填料 高度成正相关，因此可以通过增加填料高度来减少占地面 积。曝气生物滤池的容积负荷很高，BOD5 容积负荷可达到5~ 6kgBOD5/ (m3/d)，是常规活性污泥法或接触氧化法的 6~12 倍。

(3) 工艺简单，基建费用低。由于填料的机械截留作用以

及滤料表面的微生物和代谢中产生的粘性物质形成的吸附 架桥作用，因此，可省去二沉池，进而降低基建费用。

(4) 受气温影响小。由于 BAF 为半封闭或全封闭构筑物， 其生化反应受外界温度影响较小，因此适合于寒冷地区进行 污水处理。

(5) 菌群结构合理。传统的活性污泥法，微生物的分布相 对均匀，而在 BAF 中从上到下形成了不同的优势生物菌种， 因此使得除 C、硝化/反硝化能在同一个池子中发生，简化了 工艺流程。

(6) 耐冲击能力强。BAF 滤池对有机负荷、水力负荷、温度 的变化不像活性污泥法那么敏感。

(7) 易于操作管理。  曝气生物滤池抗冲击负荷能力强，耐 低温，无污泥膨胀之虞，可以避免微生物流失，保持较高的 微生物量，因此， 日常运行管理简单，处理效果稳定。

(8) 高质量的出水水质。

三、BAF 的应用及研究现状

3.1 BAF 曝气生物滤池在微污染水源中的应用

清华大学研究表明，利用 BAF 工艺对微污染源水进行生

物预处理可以取得良好的除污染效果。BAF 对有机物的去除 受源水水质的影响较大，其对CODMn 的去除率为 5%~45%， 对 COD 的去除率在 20%~60%之间；BAF 对水中氨氮的去除则 受源水水质影响较小，除个别情况外其去除率普遍达 80%以 上。另外，BAF 工艺对浊度、色度、铁、锰等也有较好的去 除效果。

BAF 预处理工艺除可以直接去除源水中的污染物外，对后 继的常规给水处理工艺也产生非常有利的影响。BAF 预处理 消耗了源水中大部分可生物降解的有机物，必然减少给水管 网中细菌滋生的可能性，提高了饮用水的生物稳定性；BAF 预处理工艺降低了源水中的有机物和氨氮的含量，可以减少 消毒过程中氯气的投量，降低了消毒过程中消毒副产物的产 生量，提高饮用水的安全性。

3.2 BAF 曝气生物滤池处理污水中的应用

在中国内地，曝气生物滤池正处于推广阶段，大连市马 栏河污水处理厂是我国第一个采用曝气生物滤池工艺的城 市污水处理厂， 目前正处于试运行阶段。大连马栏河污水处 理厂工程通过国际招标确定了 SEDIPAC 3D+BIOFOR 工艺，设 计处理能力为 12×104m3/d，其中 4×104m3/d 回用，服务面 积为 32km2，服务人口为 35 万人， 占地为 4.3hm2，工程直 接投资约 1.6 亿元。工程于 1998 年 11 月开工，2000 年 9 月

进入调试运行，2001 年 7 月通过性能测试并正式投产运行。 针对南方特有的低浓度生活污水，研究了在低曝气条件

下，气水比、水力负荷、进水有机负荷、碳氮比、填料层高 度等因素对曝气生物滤池容积负荷的影响。结果表明，在气 水比为 3：1，碳氮比为 3~4，水力负荷为 1.1m3/(m2/h)条 件下，CODCr 和氨氮的去除率分别为 97.37%和 82.28%，出水 有机物和氨氮质量浓度分别为 3.4mg/L 和 6.94mg/L。碳氮比 对反应器 CODCr 容积负荷的影响较对氨氮容积负荷的影响更 为明显；氨氮的去除率受水力负荷的变化影响较小。

曝气生物滤池处理啤酒废水效果较好，当 COD 容积负 荷为 10kg/(m3•d)时，在 0.8m/h、1.4m/h 和 2.5m/h3 种不同 水力负荷下 COD 的出水浓度分别在 59mg/L、82mg/L 和 51mg/L 以下；当 BOD 容积负荷为 6kg/(m3/d)时，3 种水力负荷下的 BOD5 出水浓度分别在 21mg/L，38mg/L，24mg/L 以下；分析 结果表明，出水浓度随容积负荷的增高而增高，受水力负荷 的影响较小。

四、BAF 的影响因素

4.1 运行方式对曝气生物滤池的影响

运行方式对曝气生物滤池的处理效能有着深刻的影响， 针对曝气生物滤池的两种不同运行方式进行研究，得出如下 结论：

(1) 上流式曝气生物滤池和下流式曝气生物滤池的挂膜 时间分别 9 天和 10 天，上流式曝气生物滤池的挂膜时间略 低于下流式曝气生物滤池，而且两种运行方式均呈现丰富的 生物相。

(2) 上流式与下流式曝气生物滤池沿水流方向的 COD 去 除率趋于稳定。上流式的曝气生物滤池的填料高度略低于下 流式曝气生物滤池。

(3) 上流式和下流式曝气生物滤池在填料高度对 SS 的去 除表现出较高的去除率，而上流式曝气生物滤池出水的 SS 的去除率高于下流式曝气生物滤池。

(4) 进水的SS 是影响上流式和下流式曝气生物滤池运行 周期的关键因素，建议对 SS 进行预处理，以延长运行周期。

(5) 综合各种污染物质的去除效果，上流式曝气生物滤 池优于下流式曝气生物滤池。

将上流式曝气生物滤池用于城市污水的深度处理有着 良好的处理效果，采用上流式曝气生物滤池处理城市生活污 水，即使在秋冬季节水温较低时也能有效处理生活污水，使 其达标排放。对于上流式两段曝气生物滤池工艺而言，原理

是对两个处理单元分别曝气，分别强化反应器填料所附生物 膜中微生物的氧化作用，在上升水流过程中填料和生物膜的 吸附阻留作用及生物膜内部反硝化作用，达到了高效处理污 水的目的。

4.2 温度对曝气生物滤池作用的影响

生物膜是整个曝气生物滤池水处理构筑物的核心，良好 生物膜是生物膜反应器稳定运行的基础。

在曝气生物滤池中以养微生物能有效地形成生物膜，但 受到低温的限制。经过一段时间的饥饿后，重新获得营养物 质时生物滤池内的硝化细菌活性和生长能得到一些恢复，但 低温或异养菌的生长对其有抑制作用。低温下生物可利用有 机基质浓度不受限制时异养细菌生物量增加仍然很快，而生 物可利用有机基质浓度成为限制因子时，异养细菌生物量增 加虽然仍能有所增加，但增加缓慢；当 NH+4-N 浓度不是硝 化细菌生物量增加的限制因子，硝化细菌生物量增加仍受低 温的严重限制，硝化细菌生物量虽然有所增加，但增加很缓 慢；相应基质浓度不受限制时，低温对硝化细菌生物量增加 的限制作用更显著。

BAF 中温度对硝化作用的影响，尤其对短程硝化反硝化 作用的影响不同与悬浮生长反应器。这是由于在 BAF 反应器

中溶质的扩散传递而不是动力学特性是硝化作用的控制因 素。在试验中发现 20℃是临界温度，当温度低于 20℃时， 反应器的氨氮去除率较低 (仅为进水氨氮的 25%)，而温度为 20℃时，氨氮去除率上升到 68%左右，但随温度的进一步提 高氨氮去除率增长缓慢。采用两级曝气生物滤池在低温下处 理水库入库水的探索性试验，表明有机物和氨氮的去除受到 了低温的严重抑制，亚硝酸盐转化成硝酸盐不再是完全硝化 反应的限制步骤。

4.3 反冲洗对曝气生物滤池作用的影响

曝气生物滤池集生物膜的强氧化降解能力和滤层截留 效能于一体，是一种适合大规模回用、高效、低耗的污水再 生工艺，而运行一定时间后，滤层需要通过反冲洗进行再生， 反冲过程要求达到释放截留的悬浮物，不损害并更新生物膜 的多重目的，因此，反冲洗是保证曝气生物滤池运行效能的 关键步骤。客观的讲，反冲过程没有太多的理论依据，基本 是从再生效果考虑的，既要恢复过滤能力，又要保证填料表 面仍附着有足够的生物体，使滤池能满足下一周期净化处理 要求。此外，曝气生物滤池的反冲洗污泥具有较好的生物絮 凝活性，利用该反冲洗污泥混合液作为生物絮凝剂对生活污 水进行强化混凝预处理。

反冲滤层的运动状态可分解为 3 个阶段：反冲开始的滤 层变速膨胀阶段、滤层悬浮平衡阶段和后期的悬浮滤层沉降 阶段，由于第一阶段的特征是滤层变速膨胀，颗粒拥挤上升， 碰撞摩擦剧烈，再加上反冲气/水的剪切、摩擦作用使滤料 净化效率*高；而第 2 和第 3 阶段颗粒碰撞摩擦的机会极少 使碰撞摩擦作用减弱，而且反冲气/水对滤料的剪切和摩擦 强度也会由于滤层处于平衡状态而有所降低，因此冲洗效果 主要取决于第 1 阶段。

五、BAF 的注意事项

5.1 曝气生物滤池的进水 SS 不能过高。

如果进水 SS 较高，会使滤池在短时间内达到设计的水头 损失，发生堵塞，这样就必然导致频繁的反冲洗，增加了运 行费用与管理的不便。为使之在较短的水力停留时间内处理 较高的有机负荷并具有截留 SS 的功能，曝气生物滤池采用 的填料粒径一般都比较小。根据国外的运行经验，进水的 SS 一般不超过 100mg/L，**控制在 60mg/L 以下。

5.2 污水提升泵机的扬程高。

采用曝气生物滤池，其过滤水头损失大，故污水提升所

需泵机的扬程高。曝气生物滤池虽具有截留 SS，代替二沉池 的功能，但同时伴随着的是其水头损失较大。一般来说，水 头损失根据具体情况，每一级为 1~2m，这样就在整体上加 大了水的总提升高度。

5.3 设置污泥缓冲池

采用曝气生物滤池工艺，在反冲洗操作过程中短时间内 水力负荷较大，反冲洗出水直接回流到初沉池，初沉池会受 到较大水力冲击负荷的影响。  因此，从保证稳定运行角度 来看，有必要设置污泥缓冲池。

六、BAF 的工艺特点

BAF 属第三代生物膜反应器，不仅具有生物膜工艺技术 的优势，同时也起着有效的空间过滤作用，通过使用特殊的 滤料和正确的配气设计，BAF 具有以下工艺特点：

· 采用气水平行上向流，使得气水进行极好均分，防 止了气泡在滤料层中凝结和气堵现象，氧的利用率高，能耗 低。

· 与下向流过滤相反，上向流过滤维持在整个滤池高度 上提供正压条件，可以更好的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的气阱。

· 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 BAF 工艺的持久稳定性和有效 性。

·采用气水平行上向流，使空间过滤能被更好的运用，空气 能将固态物质带人滤床深处，在滤池中能得到高负荷、均匀 的固体物质，从而延长了反冲洗周期，减少清洗时间和清洗 时用的气水量。

· 滤料层对气泡的切割作用使气泡在滤池中的停留时 间延长，提高了氧的利用率。

· 由于滤池极好的截污能力，使得 BAF 后面不需要再 设二次沉淀池。

· 整套系统可采用PLC 控制， 自动化程度高。

七、BAF 的适用范围

系统配套高效反应器，可有效将类生活污水及易降解废 水处理至回用标准。系统由布水系统，布气系统，滤板、滤 头、空气扩散器、生物陶粒以及附件构成。整套系统占地面 积仅为常规工艺的 1/3~1/4，特别适用于用地紧张的小区、 酒店、大楼、旅游区、城市景观水补给，黑臭河道净化等地 方使用。

BAF 可广泛用于水体富营养化、生活污水、市政污水、 生活杂排水、食品加工、酿造、化工、制药、印染等可生化 的污水和废水处理。