【水处理工艺设计】曝气生物滤池（BAF）
曝气生物滤池简称BAF(BiologicalAerated Filter)，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，于90年代初得到较大发展，最大规模达几十万吨每天，并发展为可以脱氮除磷。
1、【工艺特点】
①一次性投资比传统方法低1/4;②占用面积为常规工艺的1/10～1/5，运行费低1/5;③进水要求悬浮物50～60mg/L，最好与一级强化处理相结合，如采用水解酸化池;④填料多为页岩陶粒，直径5mm，层高1.5～2m;⑤水往下、气往上的逆向流可不设二沉池。
曝气生物滤池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。
曝气生物滤池作为集生物氧化和截留悬浮固体于一体，节省了后续沉淀池(二沉池)，具有容积负荷、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，运行费用少的特点。
2、【工艺原理】
BAF工艺可以分为四种类型，分别是biostyr工艺、biofor工艺、BIOSMEDI工艺，BIOSMEDI生物滤池，现在分别阐述如下：
(1)、BIOSTYR工艺
BIOSTYR是法国OTV公司的注册水处理工艺技术，由于采用新型轻质悬浮填料--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并具有硝化脱氮功能的反应器为例说明其工艺结构与基本原理。
BIOSTYR工艺是一种上流生物滤池，是一种运行可靠、自动化程度高、出水水质好、抗冲击能力强和节约能耗的新一代污水处理革新工艺，工艺成熟高效。
污水通过滤料层，水体含有的污染物被滤料层截留，并被滤料上附着的生物降解转化，同时，溶解状态的有机物和特定物质也被去除，所产生的污泥保留在过滤层中，而只让净化的水通过，这样可在一个密闭反应器中达到完全的生物处理而不需在下游设置二沉池进行污泥沉降。
滤池底部设有进水和排泥管，中上部是填料层，厚度一般为2.5～3.5m，为防止滤料流失，滤床上方设置装有滤头的混凝土挡板，滤头可从板面拆下，不用排空滤床，方便维修。挡板上部空间用作反冲洗水的储水区，其高度根据反冲洗水头而定。
该区内设有回流泵用于将滤池出水泵至配水廊道，继而回流到滤池底部实现反硝化，在不需要反硝化的工艺中没有该回流系统。填料层底部与滤池底部的空间留作反冲洗再生时填料膨胀之用。
滤池供气系统分两套管路，置于填料层内的工艺空气管用于工艺曝气(主要由曝气风机提供增氧曝气)，并将填料层分为上下两个区：上部为好氧区，下部为缺氧区。根据不同的原水水质、处理目的和要求，填料层的高度不同，好氧区、厌氧区所占比例也相应变化;滤池底部的空气管路是反冲洗空气管。
该工艺具有如下特点：
上流滤池，底部渠道进配水，顶部出水;
滤料比重小于1;
穿孔管曝气，节省设备投资和维护费;
滤头在滤池的顶部，与处理后水接触，易于维护;
重力反冲洗，无须反冲洗水泵;
工艺空气和反冲洗用气共用鼓风机;
曝气管可布置在滤层中部或底部，在同一池中可完成硝化、反硝化功能;
(2)、Biofor工艺
Biofor(生物过滤氧化反应池)是得利满水务继滴滤池、Biodrof干式过滤系统之后的专为污水处理厂设计的第三代生物膜反应池。
与其它类型的生物过滤工艺相比，Biofor主要具有下列特性：
①向上流生物过滤
进水自滤池底部流向顶部，上流过滤在滤池的整个高度上持续提供正压条件，与下向流过滤相比提供了许多优势。
②使用特制的过滤及生物膜支持煤介：Biolite生物滤料
确保获得较高的生物膜浓度和较大的截留能力，并加长了运行周期。
③高性能曝气
Biofor采用了特制的曝气头：它不仅能高效的供氧，而且节约能源、使用安全、易于操作和维护。
④流体完全均匀的分布
空气和水流为同向流。Biofor生物滤池的滤板配有25UB33e滤头，该滤头的防阻塞设计通过均匀的配水使过滤效果优化。
(3)、BIOSMEDI工艺
上海市政院邹伟国等开发了一种名为BIOSMEDI的曝气生物滤池，它采用脉冲反冲洗、气水同向流的形式，可用于微污染源水预处理或污水深度处理。
延伸阅读：
BIOSMEDI生物滤池是上海市政工程设计研究院针对微污染原水开发的一种新型生物滤池，该滤池以轻质颗粒滤料为过滤介质，滤料比重较小，一般约在0.1左右，粒径的大小为4～5mm左右，比重及粒径的大小可根据实际需要选择确定，这种滤料具有来源广泛、滤料比表面积大、表面适宜微生物生长、价格便宜(300～500元/立方米)、化学稳定性好等一系列优点。
(4)、BIOSMEDI生物滤池原理：
滤池上部采用钢筋混凝土板(板上采用倒滤头出气和水)抵制滤料的浮力及运行的阻力。在滤层下部，用混凝土板或钢板分隔在滤层下部形成气囊，在反冲洗时下部形成空气室。
原水从进水阀进入气室，通过中空管进入滤层，在滤料阻力的作用下使滤池进水均匀，空气布气管安装在滤层下部，空气通过穿孔布气管进行布气，经过滤层去除水中的有机物、氨氮后，出水经倒滤头进入上部清水区域排出。
滤池反冲洗采用脉冲冲洗的方法，首先关闭进水阀及曝气管，打开滤池下部的反冲洗气管，在滤层下部形成一段气垫层，当气垫层达到一定高度后，此时瞬时把气垫层中的空气通过阀门或虹吸的方法迅速排空，此时滤层中从上到下冲洗的水流量瞬时忽然加大，导致滤料层忽然向下膨胀，脉冲几次后，可以把附着在滤料上的悬浮物质脱落，再打开排泥阀，利用生物滤池的出水进行水漂洗，可有效地达到清洁滤料的目的。
具有以下优点：
①、较小的滤层阻力;采用气水同向流，避免了气水逆向流时水流速度和气流速度的相对抵消而造成能量的浪费，另外，滤料粒径较均匀，大大增加滤层的孔隙率，减少滤池运行时的水头损失。
②、价格低、性能优的滤料;滤料具有来源广泛、滤料比表面积大、表面适宜微生物生长、价格便宜(一般价格低于500元/立方米)、化学稳定性好;滤料比表面积大，有利于氧气的传质，大大提高了充氧效率，布气可采用穿孔管布气即可，节省工程投资。
③、独特的脉冲反冲洗形式;传统的水反冲、气水反冲均难以奏效，该滤池采用独特的脉冲反冲洗方式，不需要专门的反冲洗水泵及鼓风机，是一种高效、低能耗的反冲洗形式。
3、【应用范围】
曝气生物滤池的应用范围较为广泛，其在水深度处理、微污染源水处理、难降解有机物处理、低温污水的硝化、低温微污染水处理中都有很好的、甚至不可替代的功能。
在低温污水中，西宁第二污水处理厂由于冬季最低水温约6℃，为了解决硝化问题，在可行性研究报告报告中就推荐了曝气生物滤池+A2/O处理工艺。
在广东新会4万立方米/吨污水处理厂(BOT特许权项目)项目中，首次应用于国内生活污水处理工程中并获得成功，其工艺为水解+二级曝气生物滤池(设CN池与N池二级)，该项目已经投产运行。
在难降解有机物处理中，青岛啤酒(徐州金波)有限公司废水处理工程中，再用了水解酸化+曝气生物滤池处理工艺，从运行上看，选用的工艺是满足要求的。
在中水回用中，大连马栏河污水处理厂工程，采用的是法国得利满A3D+BIOFOR工艺技术，出水水质达到三级标准，日处理污水12万吨，其中4万吨出水可回用于城市绿化，建筑施工，工业等。
山西临汾中水回用工程中，二级处理的出水作为水源，为了解决其氨氮这一指标，该工程采用曝气生物滤池作为预处理单元。
在国内，猪场粪便污水处理工程，印染废水处理工程，肠衣加工废水处理工程，淀粉废水处理工程等中都有应用。
4、【发展前景】
(1)、发展现状
世界上首座曝气生物滤池于1981年在法国投产，随后在欧洲各国得到广泛应用。美国和加拿大等美洲国家在20世纪80年代末引进此工艺，日本、韩国和中国台湾也先后引进了此项技术。世界上较大的环保公司如法国得利满公司、德国菲力普穆勒公司、法国VEOLIA公司均把它作为拳头产品在全世界推广。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(由东北市政院设计)，广东新会东郊污水处理厂采用了水解——曝气生物滤池污水处理工艺(由中冶马院设计)。我国一部分工业废水的处理也采用了此项技术。国内许多科研设计单位对曝气生物滤池也进行了试验研究。随着曝气生物滤池在世界范围内不断推广和普及，很多学者在其结构形式、功能、启动和滤料等方面进行了具体的研究，取得了很多成果。
(2)、存在问题
作为一种崭新的水处理工艺——曝气生物滤池正处在推广之中。根据研究和应用情况，今后仍有很多问题有待研究：
生物膜的特点及其快速启动的方式;生物氧化功能和过滤功能之间的相互关系;反冲洗过程中生物膜的脱落规律;进一步拓宽曝气生物滤池的应用范围，研究其在水深度处理、微污染源水处理、难降解有机物处理、低温污水的硝化、低温微污染水处理问题中如何与其他工艺相结合。
曝气生物滤池中核心介质――滤料的研究也会促进该工艺在中国的应用的范围，BIOSTYR、Biofor两种工艺功能比较强大，但在中国大范围的应用仍存在问题，如专利问题，再有它们从投资上都比较大，这也阻碍了这两种工艺在中国的大范围的应用。
所以特种滤料的的研究与生产的国产化将是曝气生物滤池在国内大范围的应用的关键。
5、【运行要求】
(1)、预处理
为了使曝气生物滤池能有较长的运行周期,减少反冲次数降低能耗,运用BAF的工艺都需对进水进行预处理,否则原水中的大量杂质和SS将进入曝气滤池,将会堵塞曝气、布水系统,给系统的运行带来严重的后果。尤其是滤池用于二级处理时,往往需投加药剂才能达到这一要求,药剂的使用不仅增加了运行费用,部分药剂还将降低碱度,进而影响反硝化,这是运用BAF工艺时需要考虑的问题。
(2)、除P脱N
在生物除P技术中,将脱N和除P相结合的系统对除P不利,因为除P脱N本身是一对不可调和的矛盾,如DO太低除P率会下降,硝化反应受到限制,污泥沉降性能差,如DO太高,则由于回流厌氧区DO增加,反硝化受到限制,同时NO3-N的浓度高可影响厌氧区P的释放。因为,P的释放最好为厌氧环境,如果有NO3-N存在就表明只能为兼氧环境。
从BAF运行工艺看，完全用生物除P是很难达到排放标准的。用生物除P就失去了生物滤池高负荷的特点,造成投资过大,因此最好用加FeCl3药剂的方法除P,而生物滤池由于耐水力冲击负荷,可使处理后的水超量回流,并在运行中加化学药剂,将化学处理和生物处理同时应用于系统中,达到除P脱N目的,使化学药剂用量相对减少,从而降低运行费用。