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摘要：曝气生物滤池工艺是近年来国内外研究的热点，具有处理效果好，占地少等特点。本文论述了曝气生物滤池原理，查阅相关资料及工程实例，总结C池、N池及DN池设计要点。
关键词曝气生物滤池（BAF）滤速负荷反硝化
中图分类号： S611文献标识码：A 文章编号：
1曝气生物滤池工艺
1.1曝气生物滤池原理
曝气生物滤池(Biological Aerated Filter)简称BAF,是由滴滤池发展而来，属于生物膜法范畴，最初用作三级处理，后发展成直接用于二级处理。曝气生物滤池反应器为周期运行，从开始过滤到反冲洗完毕为一个完整的周期。具体过程如下：
经预处理的污水从滤池底部进入滤料层，滤料层下部设有供氧的曝气系统进行曝气，气水为同向流。在滤池中，有机物被微生物氧化分解，NH3-N被氧化成NO3-N；另外，由于在堆积的滤料层内和微生物膜的内部存在厌氧/缺氧环境，在硝化的同时实现部分反硝化，从滤池上部的出水可直接排出系统。
随着过滤的进行，由于滤料表面新产生的生物量越来越多，截留的SS不断增加，在开始阶段滤池水头损失增加缓慢，当固体物质积累达到一定程度，使水头损失达到极限水头损失或导致SS发生穿透，此时就必须对滤池进行反冲洗，以除去滤床内过量的微生物膜及SS，恢复其处理能力。
曝气生物滤池的反冲洗采用气水联合反冲，反冲洗水为经处理后的达标水，反冲洗空气来自于滤板下部的反冲洗气管。反冲洗时关闭进水和工艺空气，先单独气冲，然后气水联合冲洗，最后进行水漂洗。反冲洗时滤料层有轻微膨胀，在气水对滤料的流体冲刷和滤料间相互摩擦下，老化的生物膜与被截留的SS与滤料分离，冲洗下来的生物膜及SS随反冲洗排水排出滤池，反冲洗排水回流至预处理系统。
1.2曝气生物滤池特点
1.2.1具有较高的生物浓度和较高的有机负荷
曝气生物滤池采用粗糙多孔的球状滤料，为微生物提供了较佳的生长环境，易于挂膜及稳定运行，可在滤料表面和滤料间保持较多的生物量，单位体积内微生物量远远大于活性污泥法中的微生物量（可达10～15g/l），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。
1.2.2工艺简单、出水水质好
由于滤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作用，使得出水的SS很低，一般不超过15mg/l。因进行周期性的反冲洗，生物膜得以有效更新，表现为生物膜较薄，活性较高。有时即使生物处理发生故障，在短期内其物理作用机理仍可保证高质量的出水。BAF的处理出水不但可以满足排放标准，同时可用于回用。
1.2.3抗冲击负荷能力强
由于整个滤池中分布着较高浓度的微生物，其对有机负荷、水力负荷的变化不象传统活性污泥那么敏感，同时无污泥膨胀问题。
2 曝气生物滤池工艺设计
2.1曝气生物滤池工艺基本类型
根据处理目的不同，BAF池可以分为除碳池（C池）、硝化池（N池）和反硝化池（DN池），同时，又可以将几种不同功能的滤池组合，来满足污水排放要求。不同滤池功能如表1所示。
表1滤池功能表
2.2C池设计要点
C池主要是去除水中含碳有机物为主，设计时，通常采用BOD5容积负荷Ns法，即每立方米滤料每天所能接受并降解BOD5的量，以kgBOD5/（m3·d）表示。根据《室外排水设计规范》2011版（GB50014-2006），其取值范围为3-6 kg（BOD5）/（m3·d），由于取值范围比较宽，这对设计带来困难，很难把握。有关研究表明，工艺的进水CODcr负荷同出水CODcr浓度成正比，当碳负荷达到10kg CODcr/(m3·d)时,出水CODcr超过100 mg/L。因此，为了满足《城鎮污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)对出水水质的要求，选择相适应的合适的容积负荷，对设计至关重要。当出水CODCr≤50mg/L时，Ns≤2 kgBOD5/（m3·d）; 当出水CODcr≤60mg/L时，Ns≤3.5 kgBOD5/（m3·d）; 当出水CODCr≤100mg/L时，Ns≤6 kgBOD5/（m3·d）。在满足以上参数要求的同时，还要满足滤池设计滤速控制在3-6m/h。
2.2N池设计要点
N池主要是对污水中氨氮进行消化，去除水中氨氮，通常采用NH3-N容积负荷Ns法，即每立方米滤料每天所能接受并降解NH3-N的量，以kgNH3-N/（m3·d）表示。《室外排水设计规范》2011版（GB50014-2006）给出取值范围为0.3-0.8 kgNH3-N/（m3·d），取值范围比较宽，不利于设计，选择相适应的合适的容积负荷，对于氨氮的去除至关重要，总结相关工程经验及资料，当出水NH3-N≤8mg/L时，Ns≤0.4 kgNH3-N/（m3·d）; 当出水NH3-N≤15mg/L时，Ns≤0.6 kgNH3-N/（m3·d）; 当出水NH3-N≤30mg/L时，Ns≤0.8kgNH3-N/（m3·d）。
其次，还要考虑BOD5对硝化反应的影响，当BOD5≥60mg/L时，硝化负荷仅为0.3 kgNH3-N/（m3·d）；当BOD5=20-50mg/L时，硝化负荷≤0.7 kgNH3-N/（m3·d）；当进水BOD5≤20mg/L时，硝化负荷才能达到1 kgNH3-N/（m3·d）。设计时，应根据原水的性质及出水要求选择合适的硝化负荷，同时还要满足滤速控制在3-6m/h。
2.3DN池设计要点
DN池分为前置反硝化池和后置反硝化池，由于前置反硝化池在运行中无需投加碳源（甲醇），同时BOD5在DN池中的去除，保证了N池的硝化能力，尤其是运行费用较低的优点越来越受重视，应用也越来越广泛，下面着重介绍前置反硝化的设计。
DN池利用污水中的有机物作为反硝化的碳源，将回流污水中的硝酸盐去除。通常采用NO3-N容积负荷Ns法，即每立方米滤料每天所能接受并降解NO3-N的量，以kgNO3-N/（m3·d）表示。《室外排水设计规范》2011版（GB50014-2006）给出取值范围为0.8-4.0kgNO3-N/（m3·d），同样存在取值范围宽，不利于设计。当出水总N≤15mg/L时，Ns≤1.5 kgNO3-N/（m3·d）; 当出水NH3-N≤20mg/L时，Ns≤2 kgNO3-N/（m3·d）。Rother.E等人研究了BOD5/TN指标同DN池反硝化之间的关系，试验表明，反硝化速率与BOD5/NO3-N成正比，当TN要求达到70%的去除率时BOD5/NO3-N应在7-8之间;当要求达到60%的去除率时，BOD5/NO3-N约为6。一般的城市污水中BOD5/NO3-N约为5,此时的去除率仅50%。需要注意的是，污水中的硝酸盐仅有部分回流到前端,整体工艺的TN去除率实际上还要低一些。此外,如果回流液中的DO过高，就会在进入DN池时快速消耗一部分BOD5，降低反硝化能力，因此设计在保证过滤速度在8-10m/h的同时，应将反硝化负荷控制在0.6 kgNO3-N/(m3·d)以下。
3总结
（1）曝气生物滤池是生物膜法一种形式，负荷和滤速是其重要的设计参数，在设计中，应尽可能满足两参数的要求。
（2）设计中，要根据具体的进水及出水要求选择合适的滤池。
（3）工程中，为了方便管理及反洗，通常会将DN池和N池的面积设计一致，但是必须要确保硝化和反硝化的能力。
参考文献
1Rother E,Cornel P. Optimising design, operation and energy consumption of biological aerated filters ( BAF) for nitrogen removal of municipal wastewater. Wat Sci Tech,2004, 50(6):131~139.
2郑钧，吴浩汀.曝气生物滤池污水处理新技术及工程实例.北京：化学工业出版社，2002.5.
3徐亚明，蒋彬.曝气生物滤池的原理及工艺. T业水处理,2002.6.
关键词曝气生物滤池（BAF）滤速负荷反硝化
中图分类号： S611文献标识码：A 文章编号：
1曝气生物滤池工艺
1.1曝气生物滤池原理
曝气生物滤池(Biological Aerated Filter)简称BAF,是由滴滤池发展而来，属于生物膜法范畴，最初用作三级处理，后发展成直接用于二级处理。曝气生物滤池反应器为周期运行，从开始过滤到反冲洗完毕为一个完整的周期。具体过程如下：
经预处理的污水从滤池底部进入滤料层，滤料层下部设有供氧的曝气系统进行曝气，气水为同向流。在滤池中，有机物被微生物氧化分解，NH3-N被氧化成NO3-N；另外，由于在堆积的滤料层内和微生物膜的内部存在厌氧/缺氧环境，在硝化的同时实现部分反硝化，从滤池上部的出水可直接排出系统。
随着过滤的进行，由于滤料表面新产生的生物量越来越多，截留的SS不断增加，在开始阶段滤池水头损失增加缓慢，当固体物质积累达到一定程度，使水头损失达到极限水头损失或导致SS发生穿透，此时就必须对滤池进行反冲洗，以除去滤床内过量的微生物膜及SS，恢复其处理能力。
曝气生物滤池的反冲洗采用气水联合反冲，反冲洗水为经处理后的达标水，反冲洗空气来自于滤板下部的反冲洗气管。反冲洗时关闭进水和工艺空气，先单独气冲，然后气水联合冲洗，最后进行水漂洗。反冲洗时滤料层有轻微膨胀，在气水对滤料的流体冲刷和滤料间相互摩擦下，老化的生物膜与被截留的SS与滤料分离，冲洗下来的生物膜及SS随反冲洗排水排出滤池，反冲洗排水回流至预处理系统。
1.2曝气生物滤池特点
1.2.1具有较高的生物浓度和较高的有机负荷
曝气生物滤池采用粗糙多孔的球状滤料，为微生物提供了较佳的生长环境，易于挂膜及稳定运行，可在滤料表面和滤料间保持较多的生物量，单位体积内微生物量远远大于活性污泥法中的微生物量（可达10～15g/l），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。
1.2.2工艺简单、出水水质好
由于滤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作用，使得出水的SS很低，一般不超过15mg/l。因进行周期性的反冲洗，生物膜得以有效更新，表现为生物膜较薄，活性较高。有时即使生物处理发生故障，在短期内其物理作用机理仍可保证高质量的出水。BAF的处理出水不但可以满足排放标准，同时可用于回用。
1.2.3抗冲击负荷能力强
由于整个滤池中分布着较高浓度的微生物，其对有机负荷、水力负荷的变化不象传统活性污泥那么敏感，同时无污泥膨胀问题。
2 曝气生物滤池工艺设计
2.1曝气生物滤池工艺基本类型
根据处理目的不同，BAF池可以分为除碳池（C池）、硝化池（N池）和反硝化池（DN池），同时，又可以将几种不同功能的滤池组合，来满足污水排放要求。不同滤池功能如表1所示。
表1滤池功能表
2.2C池设计要点
C池主要是去除水中含碳有机物为主，设计时，通常采用BOD5容积负荷Ns法，即每立方米滤料每天所能接受并降解BOD5的量，以kgBOD5/（m3·d）表示。根据《室外排水设计规范》2011版（GB50014-2006），其取值范围为3-6 kg（BOD5）/（m3·d），由于取值范围比较宽，这对设计带来困难，很难把握。有关研究表明，工艺的进水CODcr负荷同出水CODcr浓度成正比，当碳负荷达到10kg CODcr/(m3·d)时,出水CODcr超过100 mg/L。因此，为了满足《城鎮污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)对出水水质的要求，选择相适应的合适的容积负荷，对设计至关重要。当出水CODCr≤50mg/L时，Ns≤2 kgBOD5/（m3·d）; 当出水CODcr≤60mg/L时，Ns≤3.5 kgBOD5/（m3·d）; 当出水CODCr≤100mg/L时，Ns≤6 kgBOD5/（m3·d）。在满足以上参数要求的同时，还要满足滤池设计滤速控制在3-6m/h。
2.2N池设计要点
N池主要是对污水中氨氮进行消化，去除水中氨氮，通常采用NH3-N容积负荷Ns法，即每立方米滤料每天所能接受并降解NH3-N的量，以kgNH3-N/（m3·d）表示。《室外排水设计规范》2011版（GB50014-2006）给出取值范围为0.3-0.8 kgNH3-N/（m3·d），取值范围比较宽，不利于设计，选择相适应的合适的容积负荷，对于氨氮的去除至关重要，总结相关工程经验及资料，当出水NH3-N≤8mg/L时，Ns≤0.4 kgNH3-N/（m3·d）; 当出水NH3-N≤15mg/L时，Ns≤0.6 kgNH3-N/（m3·d）; 当出水NH3-N≤30mg/L时，Ns≤0.8kgNH3-N/（m3·d）。
其次，还要考虑BOD5对硝化反应的影响，当BOD5≥60mg/L时，硝化负荷仅为0.3 kgNH3-N/（m3·d）；当BOD5=20-50mg/L时，硝化负荷≤0.7 kgNH3-N/（m3·d）；当进水BOD5≤20mg/L时，硝化负荷才能达到1 kgNH3-N/（m3·d）。设计时，应根据原水的性质及出水要求选择合适的硝化负荷，同时还要满足滤速控制在3-6m/h。
2.3DN池设计要点
DN池分为前置反硝化池和后置反硝化池，由于前置反硝化池在运行中无需投加碳源（甲醇），同时BOD5在DN池中的去除，保证了N池的硝化能力，尤其是运行费用较低的优点越来越受重视，应用也越来越广泛，下面着重介绍前置反硝化的设计。
DN池利用污水中的有机物作为反硝化的碳源，将回流污水中的硝酸盐去除。通常采用NO3-N容积负荷Ns法，即每立方米滤料每天所能接受并降解NO3-N的量，以kgNO3-N/（m3·d）表示。《室外排水设计规范》2011版（GB50014-2006）给出取值范围为0.8-4.0kgNO3-N/（m3·d），同样存在取值范围宽，不利于设计。当出水总N≤15mg/L时，Ns≤1.5 kgNO3-N/（m3·d）; 当出水NH3-N≤20mg/L时，Ns≤2 kgNO3-N/（m3·d）。Rother.E等人研究了BOD5/TN指标同DN池反硝化之间的关系，试验表明，反硝化速率与BOD5/NO3-N成正比，当TN要求达到70%的去除率时BOD5/NO3-N应在7-8之间;当要求达到60%的去除率时，BOD5/NO3-N约为6。一般的城市污水中BOD5/NO3-N约为5,此时的去除率仅50%。需要注意的是，污水中的硝酸盐仅有部分回流到前端,整体工艺的TN去除率实际上还要低一些。此外,如果回流液中的DO过高，就会在进入DN池时快速消耗一部分BOD5，降低反硝化能力，因此设计在保证过滤速度在8-10m/h的同时，应将反硝化负荷控制在0.6 kgNO3-N/(m3·d)以下。
3总结
（1）曝气生物滤池是生物膜法一种形式，负荷和滤速是其重要的设计参数，在设计中，应尽可能满足两参数的要求。
（2）设计中，要根据具体的进水及出水要求选择合适的滤池。
（3）工程中，为了方便管理及反洗，通常会将DN池和N池的面积设计一致，但是必须要确保硝化和反硝化的能力。
参考文献
1Rother E,Cornel P. Optimising design, operation and energy consumption of biological aerated filters ( BAF) for nitrogen removal of municipal wastewater. Wat Sci Tech,2004, 50(6):131~139.
2郑钧，吴浩汀.曝气生物滤池污水处理新技术及工程实例.北京：化学工业出版社，2002.5.
3徐亚明，蒋彬.曝气生物滤池的原理及工艺. T业水处理,2002.6.