BAF滤池.docx

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BAF滤池

曝气生物滤池（BiologicalAeratedFilter）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。

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，其特点是集生物氧化和截留悬浮固体与一体，节省了后续沉淀池（二沉池），其容积负荷、水力负荷大，水力停留时间短，所需基建投资少，出水水质好：

运行能耗低，运行费用省。

一、基本原理

BAF生物曝气滤池，主要由颗粒生物填料床、曝气系统、反冲洗系统三部分组成。

颗粒状生物滤料（陶粒），表面粗糙，比表面积大，并渗入活性酶在滤料上附着生长高浓度的专性微生物膜，这些专性微生物以污水中的有机物作为氮源、碳源及能量来源而生长繁殖，通过其新陈代谢降解水中的污染物。

污水自上而下进入生物曝气滤池，空气从填料床下端进入，在滤料空隙间曲折上升，与污水及滤料上附着的生物膜充分接触，在好氧条件下发生气、液、固三相反应。

由于生物膜附着在滤料上，不受泥龄限制，因而种类丰富，对于污染物的降解十分有利。

污染物被吸附、拦截在滤料表面，作为降解菌的营养基质，加速降解菌形成生物膜，生物膜又进一步“俘获”基质，将其同化、代谢、降解。

在碳氧化／硝化合并处理时，靠近滤池进水口的滤层段内有机污染浓度高，异养菌群占绝对优势，大部分BOD5在此得以降解，浓度逐渐降低。

粒状滤料及生物膜除了吸附拦截等作用外，兼起过滤的作用。

随着处理过程的进行，存滤料空隙间蓄积了大量的活性污泥。

这些悬浮状活性污泥在滤料缝隙间形成了污泥滤层，在氧化降解污水中有机物的同时，还起到了很好的吸附过滤作用，从而能使有机物及悬浮物均能得到比较彻底的清除。

在滤池运行过程中，随着生物膜的新陈代谢，脱落的生物膜及滤料上截留的杂质不断增加，滤料中水头损失增大，水位上升，到一定时期，需对滤料进行反冲洗。

BAF生物曝气滤池以其储存在加氯消毒池中清澈的出水作为反冲用水，不另设反冲水池，反冲洗废水通过排水管回流到一级处理设施。

二、技术关键

BAF生物曝气滤池是一种高负荷、淹没式、固定式生物膜三相反应器。

它兼有活性污泥法和生物膜法两者的优点，集生物氧化、吸附、过滤于一体，处理后的污水各项指标可达到回用水标准。

关键技术

1．优选生物滤料，选材与粒径匹配；

2.采用合理的工艺技术参数

3.大阻力反冲洗布气布水系统；

4.滤料渗入活性酶；

5.硝化的同时，具有反硝化功能，硝化效率显著。

典型规模

5000t/d

主要技术指标及条件

一、技术指标

1.进水水质：

CODcr≤1000mg／LBOD5≤2OOmg/L

SS≤400mg/LNH3-N≤lOOmg/L。

2．出水水质：

CODcr≤50mg/LBOD5≤10mg／L

ss≤10mg/LNH3-N≤5mg/L

达到生活杂用水水质标准。

二、工艺条件要求

水温：

10—40℃pH:

6—9

COD:

≤1000mg/L汽水比：

（3～5）：

1

BOD5负荷：

2.0—5.5kg/（m3·d），NH3-N负荷：

0.35—0.7kg/（m3·d）

生化部分停留时间：

生活污水1—1.5h；工业废水深度处理2—2.5h

反冲洗周期；2—10d（视进、出水要求定）

反冲强度：

水为4-8L（m2．s），汽为8—18L/（m2．s）

滤料：

材质轻质陶粒，平均粒径5—10mm,耐压强度1～4MPa

Si02：

>62%，装填高度：

15～2.5m

主要设备及运行管理

一、主要设备

格栅、提升泵、初沉池、BAF生物曝气滤池、风机、电控柜。

二、运行管理

实行自动化运行。

处理量为5000t/d的污水处理工程只需1人兼管即可确保系统安全稳定地运行。

投资效益分析（使用者）

一、投资情况

总投资500万元

其中，设备投资300万元

主体设备寿命15年

适行费用31万元／a

二、经济效益分析

每年可节省排污费86万元，污水处理回用每年可节约自来水费265.5万元。

三、环境效益分析

每年可削减（以5000t/d的处理量为例）：

CODcr,1350.5t、BOD5438t、SS346.75t、NH3-N136.88t.

技术成果鉴定与鉴定意见

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。

曝气生物滤池工艺作为一种新型生物处理技术，从诞生至今经历了一段快速发展的过程，最初仅用于污水的三级处理，后发展成直接用于二级处理，现在已经应用到水体富营养化控制，中水回用和微污染水、高浓度废水、城市生活污水处理等各个领域，其最大特点是集生物氧化和截留悬浮固体功能于一身，节省了后续二沉池，在保证处理效果的前提下使处理工艺简化。

根据污水在滤池运行中过滤方向不同，曝气生物滤池可分为上向流和下向流滤池，但池型结构基本相同，其主体都是由滤池池体、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。

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，使气、水得到极好的均分，防止了气泡在滤料中的凝结，氧气利用率高且能耗低；同时，采用气水平行上向流，使空间过滤作用能被更好地运用，空气能将污水中的悬浮物带入滤床深处，在滤池中得到高负荷、均匀的固体物质，延长反冲洗周期，减少清洗时间和清洗需水、气量。

早期曝气生物滤池应用形式大多采用下向流，近些年来由于下向流形式的诸多缺陷以及上向流形式的众多优点在应用中被证实，上向流曝气生物滤池的应用和研究也因此逐渐成为主流。

曝气生物滤池（BAF）工艺原理及印染废水深度处理中应用

时间：

2010-3-1920:

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    曝气生物滤池（BAF）工艺原理及印染废水深度处理中应用

    梅巍许峰

    （1、哈尔滨市市政工程研究院，黑龙江哈尔滨1500012、嘉善环保局,浙江嘉善314100）

    摘要：

本文介绍了曝气生物滤池的工艺原理和应用现状，在此基础上，结合印染废水深度处理的特点，给出了应用曝气生物滤池处理印染废水的组合工艺。

    关键词：

曝气生物滤池；印染废水；深度处理；组合工艺

    曝气生物滤池（BiologicalAeratedFilter简称BAF）是20世纪80年代末90年代初在普通生物滤池的基础上，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，目前世界上已有数百多座大大小小的污水处理厂采用了这种技术。

随着研究的深入，曝气生物滤池从单一工艺逐渐发展成综合工艺，具有去除SS、COD、BOD、硝化、脱氮除磷、除去AOX的作用。

    1关于曝气生物滤池

    1.1曝气生物滤池工艺原理

    尽管曝气生物滤池池体类型以及运行方式有多种多样，各有特点，但其基本原理是都是以过滤为主体的生化处理工艺，通常由配水系统、曝气系统、粒状的填料床、出水、反洗水收集系统以及自控系统等组成。

曝气生物滤池实质是一种生物膜法，即在曝气池中填充生物填料，利用填料表面附着的生物膜降解水中污染物的处理单元。

由于所选填料自身的特点，填料表面容易附着生物膜。

生物膜中生长着众多种属和数量的微生物，有好氧菌、兼氧菌、厌氧菌，所以曝气生物滤池对水中的各种有机物都有一个很好的去除作用，同时对氨氮也有很高的去除效率。

    1.2曝气生物滤池研究应用现状

    曝气生物滤池可分为上向流和下向流两种，早期曝气生物滤池多采用下向流，如BIOCARBON1[。

]现在多采用上向流方式（即采用气水同向流），使布水、布气更加均匀，同时在水气上升过程中可把底部截留的SS带入滤池中上部，增加了滤池的纳污能力，延长了工作周期。

目前，上向流曝气生物滤池有BIOFOPR、BIOSTYR、COLOX、Deepbed、BIOP－UR等多种形式[2，]其中BIOFOPR和BIOSTYR应用较为广泛。

作为在20世纪80年代末在欧美发展起来的一种新型污水处理技术，国内外学者在BAF工艺处理方面做了大量的工作，对其滤料选择、硝化反硝化脱氨氮、除磷、动力学机理以及反冲洗等各个方面都作了深入的研究。

    滤料的合理选择往往关系到BAF的处理效果。

W.S.Chang等用天然沸石作滤料对纺织废水进行处理，效果明显好于砂砾，原因归结于天然沸石具有更强的阳离子交换能力和更大的比表面积3[。

]田文华等以沸石滤料为例，研究了滤料粒径对曝气生物滤池硝化性能的影响。

研究表明，滤料粒径为2~3mm的比4~5mm的对氨氮的去除率高。

在温度为20℃时，前者的硝化速率常数比后者高63.1%，同一条件下的硝化强度也高39.7%4[。

]在曝气生物滤池降解氨氮方面，R.Pujol等的实验结果表明，在温度为22℃、氨氮负荷2.5kg/（m3·d）条件下，BAF对氨氮的去除率可达90％以上5[]。

在此后的实验中，R.Pujol等比较了前置反硝化和后置反硝化的优劣，指出反硝化过程最佳滤速为10~15m/h[6。

]F.Fdz-Polanco等（2000）研究了硝化曝气生物滤池中异氧菌和硝化菌的空间分布情况，发现硝化细菌、亚硝化细菌在反应器中的空间分布与CODcr浓度有关，呈现明显的分区分布[7。

]马军等（2003）研究了曝气生物滤池中亚硝酸盐的积累及影响因子，在反应器中发现了明显的亚硝酸盐的积累现象，并表现出显著的短程硝化反硝化特征8[。

]在曝气生物滤池除磷方面，P.W.Westermna等人的研究结果显示，对上流式BAF对TP的去除率大致为26%，要进一步提高除磷效果需通过化学沉淀或厌氧好氧交替促进磷的过剩吸收9[。

]Gnocalves等进行BAF同步脱氮除磷的研究时发现，进水方式对磷去除效果没有差异性影响[10。

]A.Aesey等发现利用BAF反硝化脱氮时，如利用水解污泥或水解固体废物作外加碳源，可同时去除比微生物生长需要高3倍的磷。

文献报道有机物和磷的去除是由于生物吸附和生物积累作用的结果1[1。

]同步生物除磷脱氮效能较低一直是曝气生物滤池的缺点之一，因此在这方面取得突破是研究的重要方向。

在BAF的动力学研究方面在BAF的动力学研究方面。

M.F.Hamoda等通过对BAF处理合成碳水化合物废水的研究，提出了一种理论模型，他们认为底物利用速率是底物浓度的双曲线函数，固体停留时间是水力停留时间、有机物负荷及冲洗因子（washoutfactor）的函数1[2。

]

    2印染废水深度处理工艺

    目前印染废水深度处理可选择的工艺方法主要有：

物理化学法、高级氧化法、生物法等。

    2.1物理化学法

    吸附法是目前物化法中最常用的去除水中污染物的方法。

这种方法是将活性炭、粘土等多孔物质的粉末或颗粒与废水混合，或让废水通过由其颗粒状物组成的滤床，使废水中的污染物质被吸附在多孔物质表面上或被过滤除去。

常用的吸附剂主要有活性炭、吸附树脂、硅藻土等，目前在印染废水深度处理方面主要利用活性炭。

膜分离的方法是一种新兴的高效分离、浓缩、提纯和净化的技术。

随着膜技术的发展，膜在印染废水深度处理中的应用也会越来越多。

目前膜工艺应用到实际中主要障碍是：

投资和运行费高，易发生堵塞，需要高水平的预处理和定期的化学清洗，还存在浓缩物的处理问题。

    2.2高级氧化法

    化学法主要有混凝、高级氧化和电化学等方法。

化学氧化法印染废水处理应用的氧化剂很多，常用的是臭氧（O3）和H2O2/Fenton。

研究表明，O3能迅速而广泛地氧化分解水中的大部分有机物。

光催化氧化技术利用强氧化剂如Fenton、O3、H2O2等在UV辐射下产生具有强氧化能力的HO·来处理废水，常见的光催化氧化技术有UV/Fenton、UV/O3、Uv/H2O2等。

采用光敏化半导体为催化剂处理有机废水是近年来研究较多的一个分支。

光敏化氧化以光敏化半导体为催化剂，大多采用TiO2为代表的钛系半导体触媒或贵金属催化剂。

    2.3生物法

    生物技术不仅应用于印染废水的二级处理中，还可以作为印染废水的深度处理技术。

目前，研究热点是针对二级出水中污染物大都是难生物降解的特点，开发出新型反应器，以进一步降低二级出水中的CODCr浓度和色度色度。

    3曝气生物滤池应用于印染废水深度处理工艺

    根据曝气生物滤池的特点，结合印染废水的特性及深度处理要求，组合的处理工艺如下：

①二级处理尾水→气浮→曝气生物滤池→排放。

②二级处理尾水→气浮→曝气生物滤池→过滤→排放（回用）。

③二级处理尾水→气浮→臭氧氧化→曝气生物滤池→多级过滤→离子交换→回用。

组合工艺①主要适用不能稳定达标或标准要求提高后的深度处理工艺，组合工艺②为标准要求提高或回用标准要求较低的深度处理工艺，组合工艺③为工艺回用水标准要求的深度处理工艺。

组合工艺的气浮单元主要是去除废水中的SS，这是应用曝气生物滤池必须注意的环节；曝气生物滤池后的滤单元，也主要是去除SS，其目的则是为后续单元创造条件。

    4结语。

在应用以曝气生物滤池为主体的印染废水深度处理工艺中，一定要根据尾水特点和最终要求，选择合适的组合工艺。

由于曝气生物滤池的优越性，有理由相信其会在今后的设计工艺中越来越多的被采用

曝气生物滤池设计与施工的若干问题

黄宇萍

（东莞市科达环保工程有限公司）

　　摘要∶曝气生物滤池是一种新型的水处理工艺，兼具生物膜法和活性污泥法的许多优点。

结合工程实践，从主要参数、池型选择、滤板滤梁、滤头与开孔率、承托层、空气压缩系统、滤头防堵、土建质量、空气管道吹扫以及调试等方面讨论污水处理上向流曝气生物滤池（UBAF）设计与施工过程应注意的问题。

　　关键词∶曝气生物滤池；污水处理；上向流；设计；施工

ProblemsonDesignandConstructoftheBiologicalAeratedFilter

HUANG　Yu–ping

（KerdaEnviromentalProtectionEngineeringCo.Ltd.inDongguanCity）

Abstract：

Biologicalaeratedfilterisakindofnew-typewatertreatmentprocess,whichhasmanyadvantagesofbiologicalfilmtechnologyandactivatedsludgeprocess.Combiningtheprojecttopractice,theproblemswhichshouldbeconcernedindesigningandconstructingUp-flowBiologicalAeratedFilter（UBAF）inwasterwatertreamentarediscussedfromthemainparaments,thepooltypechosen,filterhoardandfilterroof,filtereheadanditsporosity,supportinglayer,aircompressorsystem,preventingfilterheadfrombeingclogged,civilconstructingquality,airconduitpurge,andadjuststotry.

Keyword：

biologicalaeratedfilter;wasterwatertreament;up-flow;design;construct

　　曝气生物滤池是二十世纪八十年代后期开发的一种污水处理新工艺，1990年法国OTV公司建造了世界第一座曝气生物滤池，称之为“淹没式固定生物膜曝气滤池”。

由于它克服了活性污泥法占地面积大、易散发臭气及运行不稳定等缺点而备受关注。

目前全世界建成运行的曝气生物滤池已达几百座。

它属于生物膜法的范畴，又兼具有活性污泥法某些特点。

滤池内放置直径只有几个毫米的多孔滤料作为生物群落的附着繁殖介质，通过设在滤层下面的配气系统（也有置于滤层中间者）向生物群落供气（气源为鼓风机）。

对污水的净化除主要依靠滤料上的生物膜外，滤层内还截留了大量类似活性污泥的悬浮生物，对污染物质也具有吸附、降解作用。

水流方向多采用上向流式，即池底进水池顶出水，有的也用下向流式。

上向流式采用穿孔管池底配水，钢筋混凝土滤板及滤头则安装于池的顶部，以阻挡滤料流失并收集出水。

下向流式采用大阻力配水系统。

轻质多孔滤料粒径小、比表面积大，容积负荷可以很高，滤池面积可大大缩小。

由于水流方向与滤料压密方向一致，可同时完成生物接触氧化与固液分离，通常可省去后续的二沉池。

随着过滤进程，生物膜不断增厚、老化、脱落，滤层截留的悬浮物也逐渐增多，过滤阻力同步增加，需定期进行反冲洗以恢复其净化能力。

冲洗方式为三段式气水反冲洗，即先气洗，气水联合冲洗然后单独水洗。

反洗空气由鼓风机通过池底的配气系统提供。

反洗水流方向则自上而下（上向流滤池）或自下而上（下向流滤池）。

上向流滤池的冲洗水贮存于滤板之上，利用同组滤池的出水进行重力冲洗，不需要冲洗水泵。

近年来我国建设了若干座上向流曝气生物滤池（UBAF），形式有所变化，其构造类似给水V型滤池。

配水配气系统设于滤池底部，采用钢筋混凝土滤板和长柄滤头。

为防止滤料流失，在出水堰前加设栅形稳流板，出水堰顶面做成60°斜坡。

冲洗方式仍为三段式气水反冲洗，需设反洗水泵。

当对出水有脱氮要求时，一般需采用两级曝气生物滤池，通过控制供氧在滤层内分别造就缺氧或好氧环境，令生物膜上繁殖的优势菌种分别为好氧异养菌或硝化菌、反硝化菌，从而达到除碳及脱氮目的。

除磷则以化学絮凝法为主（滤前投加铁盐或铝盐），滤池内聚磷菌在厌氧与好氧交替情况下对污水中磷的过剩摄取能力进行生物除磷为辅。

此外，我国还有在给水预处理上应用曝气生物滤池的范例。

它成功地降低了微污染原水的COD、NH3-N、NO2和AOC，提高出厂水的水质和生物稳定性。

曝气生物滤池具有流程筒单，水力负荷及容积负荷大，占地小，投资省，运行成本较低，出水水质好等优点，既适用于大中小型的城市生活污水及某些工业废水处理（如啤酒、印染、食品加工废水），也可用于给水预处理。

但是，它的池体结构较复杂，设备较多，自动化程度较高，要求较高的建造质量及运行管理水平。

本文结合工程实践讨论污水处理上向流曝气生物滤池（UBAF）设计施工应注意的若干问题。

1.主要参数

　　进水水质（mg/l）∶COD100-1000　BOD550-350　SS50-350　TKN15-60　NH3-N10-40

　　出水水质（mg/l）∶COD<40　BOD5<20　SS<20　NH3-N<10　TKN<15

　　容积负荷NS∶2-6kgBOD5/（m3.d）　4-12kgCOD/（m3.d）

　　NS取值与进水、出水水质密切相关。

有机物容积负荷越高，出水中有机物剩余浓度也越大。

例如，城市污水要求出水BOD510-20mg/l，NS可取3.5-5.0，当要求出水BOD55-10mg/l时，NS则应降为2.5-3.2。

当NS>3时，NH3-N的去除受抑制，NS>4时，NH3-N的去除受明显抑制。

有硝化脱氮要求时，还应考虑硝化负荷，一般为0.3-0.8kgNH3-N/（m3.d）。

故应根据原水性质及处理要求选取合适的NS值。

　　水力负荷∶3-6m3/m2.h

　　去除率∶COD>90%　BOD5>90%　NH3-N>90%　SS>90%

　　滤料∶滤料选择除粒度、密度、空隙率、机械强度、化学稳定性、不含毒、害物质等方面的要求外，最重要的是比表面积。

比表面积越大，单位滤料中生长的微生物量越多，生化处理效率越高。

材质可用轻质陶粒、无烟煤、石英砂、塑料等，以圆形轻质陶粒滤料较佳。

粒径3-6mm，滤层厚度2.5-4.5m。

　　冲洗强度∶水4-10l/m2.s，气12-20l/m2.s，滤层膨胀率约10%。

　　冲洗方式∶长柄滤头配水配气。

先气洗3-5min，然后气水联合洗3-5min，最后单水洗3-5min。

通过冲洗把滤层内截留的污泥及老化的生物膜排出，但冲洗强度不可过大，以保留足够的活性生物膜，为下一周期生化处理能力的恢复创造条件。

冲洗耗水量为滤水量的7-10%。

　　曝气∶为微生物提供生长繁殖所需的溶解氧，并有搅动滤层，促进老化膜脱落更新的功能。

需氧量约0.42－0.8kgO2/kgBOD5，可用安装于滤板面上的穿孔管或空气扩散器（曝气头）配气。

为防止水倒流，反冲洗空气干管及曝气干管的管底应局部抬高至滤池最高水位之上500mm。

　　工作周期∶24-48h

　　单格过滤面积∶50-100m2

2.池型

　　为了保证反冲洗效果，单池面积不宜太大（≤100m2），平面上通常采用矩形，单侧配水配气，纵横向长度比1∶1.2－1∶1.5，纵向（短边）长≤8m并应在横向（长边）前端沿全长设配水配气室均匀地配水配气。

进水孔位于滤池底板面上。

进气孔顶应与滤板底持平或稍低，孔径（50-80mm）不宜过大。

某工程设计池横向两端各一米多长无进水进气孔，滤梁顶面又无平衡孔；进气孔位于滤板底下300mm处，孔径d100mm，导致反冲洗时滤池两侧由于滤梁阻隔没有反洗空气通过，中部则发生严重的射流，布气显然无均匀可言。

3.滤板、滤梁

　　曝气生物滤池滤板、滤梁的设计施工要求与给水V型滤池相同，滤梁设计除了保证纵向强度外还应具备必要的横向刚度，以抵御滤板安装时可能发生的水平力的作用。

滤板、滤梁的强度应比池体砼提高一级，其制作、安装的精度要求很高，一般土建单位难以达到，应交由专业厂家用专用钢模生产。

滤板宜采用卧式模具，每次生产一块，脱模时间为24h（夏季高温时应不少于16h即两天三脱模）。

为缩短制作、安装周期，有人曾采用ABS板材制作底模整体现浇滤板，但因底模凹凸不平，配气配水不够均匀，且造价与预制相比增加50-100％。

某单位采用立式模具，据称每次可生产五块。

但模具内气体排除困难，所产滤板气泡很多，强度很低；钢筋位置难固定，露筋多；滤板边缘密实度更低，毛刺、缺损、掉角甚多，导致全部翻工重做。

某工程把滤梁交由滤池土建单位现场浇制，虽然施工时费煞了苦心，但拆模后检查仍有不少预埋螺栓偏位过大（滤板安装位置不足，一格池甚至多达20块滤板放不下），梁身弯曲不直（突出部位滤头杆插入受阻，凹陷部位滤板支承面不够，应力过于集中），梁顶面最大水平误差竟达19mm，直接影响滤板的安装和使用寿命。

4.滤头与开孔率

　　曝气生物滤池通常采用小阻力配水系统（长柄滤头）。

滤池进水虽然已经预处理，其中的悬浮物质仍然较多