生物膜工藝在廢水處理中的應(yīng)用具有悠久的歷史。早在1914年，活性污泥法發(fā)明之前，生物膜法就已經(jīng)應(yīng)用于廢水處理。該工藝快發(fā)應(yīng)用以來(lái)，一直受到各國(guó)研究者的重視。

通過(guò)不斷研究，該工藝由低負(fù)荷生物濾池、高負(fù)荷生物濾池、塔式生物濾池（第一代生物膜工藝）等足部發(fā)展到生物接觸氧化法、淹沒(méi)式生物濾池、生物流化床（第二代生物膜工藝）等各種工藝。直到上世紀(jì)八十年代末到九十年代初，第三代生物膜工藝——曝氣生物濾池 （BiologicalAeratedFilter,簡(jiǎn)稱BAF）

該工藝最初用于污水的三級(jí)處理，后發(fā)展成直接用于二級(jí)處理。目前，在歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家廣為流行，目前世界上有3500多座污水處理廠使用該工藝。在我國(guó)該工藝漸漸用于污水處理。

分類

根據(jù)處理功能的不同又可分為：

以有機(jī)物去除為目標(biāo)的DC-BAF：用于可生化性較好的工業(yè)廢水和對(duì)氨氮沒(méi)有特殊要求的生活污水，主要去除污水中碳化有機(jī)物和截留污水中的懸浮物，即去除BOD、COD、SS。

以硝化去除為目標(biāo)的N-BAF：適用于僅需要進(jìn)行硝化反應(yīng)的場(chǎng)合（排放標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)氨氮有做要求而總氮?jiǎng)t無(wú)規(guī)定）。該工藝供氣較為充足，整個(gè)濾池處于好氧狀態(tài)，微生物以自養(yǎng)性硝化菌為主。

以脫氮去除為目標(biāo)的DN-BAF：適用于出水對(duì)總氮有要求的場(chǎng)合。該濾池不設(shè)曝氣管道，濾池處于厭氧狀態(tài)，在厭氧條件下，NO3-N和NO2-N在哦硝化菌的作用下被還原成N2。

以脫氮除磷去除為目標(biāo)的NP-BAF：通過(guò)投加化學(xué)除磷藥劑來(lái)完成濾池除磷。在濾料作用下誘發(fā)絮凝，沉淀物截留在濾床上，通過(guò)周期性的反沖洗，將磷排除系統(tǒng)外，達(dá)到除磷的目的。剩余污泥增加量為15%-50%。

工藝原理

生物濾池凈水原理是濾池內(nèi)濾料上生長(zhǎng)的生物膜中微生物氧化分解作用，濾料及生物膜的吸附截留作用和沿水流方向形成的食物鏈分級(jí)捕食作用以及生物膜內(nèi)部微環(huán)境和厭氧段的反硝化作用。

污水流經(jīng)濾料時(shí)，濾料表面附著生長(zhǎng)高活性的生物膜，濾池內(nèi)部曝氣。待生物膜成熟后，污水中的有機(jī)污染物被生物膜中的微生物吸附、降解，從而得到凈化。生物膜表層生長(zhǎng)的是好氧和堿性微生物，有機(jī)污染物經(jīng)微生物好氧代謝而降解，終點(diǎn)產(chǎn)物是H2O、CO2、NO3等。

由于氧在生物膜表層已耗盡，生物膜內(nèi)層的微生物處于厭氧狀態(tài)，進(jìn)行的是有機(jī)物的厭氧代謝，重點(diǎn)產(chǎn)物為有機(jī)酸、乙醇、醛和H2S、N2等。濾料自身對(duì)污水中的懸浮物具有截留和吸附作用，另外經(jīng)培菌后濾料上生長(zhǎng)有大量微生物，微生物的新陳代謝作用產(chǎn)生的粘性物質(zhì)如多糖類、酯類等起到吸附架橋作用，與懸浮顆粒及膠體粒子粘結(jié)在一起，形成細(xì)小絮體，通過(guò)接觸絮凝作用而被去除。

由于微生物的不斷繁殖，生物膜逐漸增厚，超過(guò)一定厚度后，吸附的有機(jī)物在傳遞到生物膜內(nèi)層的微生物以前，已被代謝掉。此時(shí)，內(nèi)層微生物因得不到充分的營(yíng)養(yǎng)而進(jìn)人內(nèi)源代謝，失去其粘附在濾料上的性能，脫落下來(lái)隨水流出濾池，濾料表面再重新長(zhǎng)出新的生物膜。

構(gòu)造

曝氣生物濾池的主要構(gòu)造包括池體、濾料、承托層、布?xì)庀到y(tǒng)、布水裝置、反沖洗裝置、排水系統(tǒng)。

池體

其作用是容納被處理水和圍擋濾料，并承托濾料和曝氣裝置的重量。其形狀有圓形、正方形和矩形(長(zhǎng)寬比為1.2~1.5)三種，結(jié)構(gòu)形式有鋼制設(shè)備（處理水量小）和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（處理水量大）等。為保證反沖洗效果，單池面積不宜太大（≤100m2）。

濾料

是生物濾池的主體，對(duì)生物濾池的凈化功能有直接影響。因此濾料需具備質(zhì)堅(jiān)、高強(qiáng)、耐腐蝕、抗冰凍，較高的比表面積，較大孔隙率，且能就地取材，便于加工、運(yùn)輸?shù)葪l件。材質(zhì)可用輕質(zhì)陶粒、爐渣、石英砂、焦炭、沸石等，以圓形陶粒為佳。粒徑為3-6mm，濾層厚度約2.5-4.5m。

承托層

作用是支撐濾料，防止濾料流失和堵塞濾頭，同時(shí)還要保持反沖洗穩(wěn)定進(jìn)行。為保證承托層的穩(wěn)定和配水的均勻性，要求材質(zhì)具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性，其形狀盡量接近圓形，常用材質(zhì)為卵石。

布水系統(tǒng)：包括濾池最下部的配水室和濾板上的配水濾頭。

對(duì)于上流式濾池，配水室的作用是使某一段時(shí)段內(nèi)進(jìn)入濾池的污水均勻混合，依靠承托濾板和濾頭的阻力作用是污水在濾板下均勻、均質(zhì)分布，并通過(guò)濾板上的濾頭均勻流入濾料層；除了濾池正常運(yùn)行布水外，也可作為定期對(duì)濾池進(jìn)行反沖洗時(shí)布水用。對(duì)于下流式濾池，該布水系統(tǒng)主要用作濾池反沖洗布水和收集凈化水用。

配水室組成：緩沖配水區(qū)和承托濾板。緩沖配水區(qū)初步混勻污水，然后依靠承托板的阻力作用使污水在濾板下均勻、均質(zhì)分布，并通過(guò)濾板上濾頭將污水均勻送入濾料層。緩沖配水區(qū)在水氣聯(lián)合反沖洗時(shí)起到均勻配氣作用。

配水濾頭：其作用是向?yàn)V池均勻配水。

布?xì)庀到y(tǒng)：工藝布?xì)庀到y(tǒng)（充氧曝氣）和進(jìn)行氣-水聯(lián)合反沖洗時(shí)的供氣系統(tǒng)（反沖洗曝氣）。

工藝布?xì)庀到y(tǒng)：保持曝氣生物濾池中充足的溶解氧并維持濾池內(nèi)生物膜高活性。曝氣生物濾池一般采用鼓風(fēng)曝氣形式，空氣擴(kuò)散系統(tǒng)一般有穿孔管空氣管空氣擴(kuò)散系統(tǒng)和專用空氣擴(kuò)散系統(tǒng)兩種，該裝置（EPT）按一定間隔安裝在空氣管道上，距承托板約0.1~0.15m，空氣通過(guò)擴(kuò)散器并流過(guò)濾料層是可達(dá)30%以上的氧利用率，且不易堵塞。

反沖洗系統(tǒng)：由反沖洗供水系統(tǒng)和反沖洗供氣系統(tǒng)組成。

采用氣-水聯(lián)合反沖洗，目的是去除濾池運(yùn)行過(guò)程中界留下的各種顆粒、膠體污染物及老化脫落的微生物膜。聯(lián)合反沖洗系統(tǒng)的配水配氣是通過(guò)濾板及固定其上的長(zhǎng)柄濾頭實(shí)現(xiàn)。反沖洗時(shí)，反沖洗進(jìn)氣與濾板下形成氣墊層，隨后空氣便從長(zhǎng)柄濾頭上端的進(jìn)氣孔進(jìn)入，反沖洗水則由長(zhǎng)柄濾頭下端進(jìn)水孔進(jìn)入。

反沖洗過(guò)程一般分為三步：氣洗、氣水同時(shí)反洗、水漂洗。氣洗目的是松動(dòng)濾料層，使濾料層膨脹。

氣洗強(qiáng)度一般為10~15L/(m2*S)，時(shí)間為5min。

氣水同時(shí)反洗目的是將濾料上截留的懸浮物和老化的生物膜沖洗出去，水洗強(qiáng)度為5.0~8.5L/(m2*S)，時(shí)間為5~8min。

水漂洗目的是將濾料上表面的懸浮物和老化的生物膜沖洗出去，時(shí)間為為5~8min。濾層膨脹率約為10%。

出水系統(tǒng)

周邊堰出水或單側(cè)堰出水兩種。在大中型污水處理廠一般采用單側(cè)堰出水，并將出水堰口出設(shè)計(jì)成60°斜坡，以降低出水流速。在出水堰口設(shè)置柵形穩(wěn)流板以攔截反沖洗時(shí)被出水帶出的濾料。

影響曝氣生物濾池處理效果的因素

水溫

水溫是影響微生物生長(zhǎng)和生命代謝活性的主要原因，大多數(shù)微生物的新陳代謝活動(dòng)隨著溫度升高而增強(qiáng)，隨溫度降低而減弱，水溫越低，活性越小。根據(jù)Airheniuslls公式，隨著溫度非下降10，生化反應(yīng)速率將下降一倍。細(xì)菌適宜生長(zhǎng)繁殖的溫度在25~35之間，因此在溫度較高的夏季，曝氣生物濾池的處理效果最佳，而在冬季水溫低，生物膜活性受抑制，處理效果受到影響，出水水質(zhì)較差。

pH和堿度

微生物的生長(zhǎng)和繁殖與污水的pH值有密切關(guān)系，pH值的改變可能會(huì)引起細(xì)胞膜電荷的變化，進(jìn)而影響微生物對(duì)有機(jī)物的吸收和微生物代謝過(guò)程中酶的活性。對(duì)于好氧微生物來(lái)說(shuō)，進(jìn)水的pH值在6.5~8.5之間較為適宜。硝化反應(yīng)是一個(gè)耗堿過(guò)程，其適宜pH值范圍7.0~8.5，超出其適宜范圍，硝化細(xì)菌的活性急劇下降，氨氮的去除率也隨之降低。

水力負(fù)荷

水力負(fù)荷的大小直接影響污水在濾池中的停留時(shí)間，水力負(fù)荷越小，水力停留時(shí)間越長(zhǎng)，處理效果越好，反之亦然。但水流紊動(dòng)能加快生物膜的更新、濾池內(nèi)的傳質(zhì)及溶解氧的利用率，并且水力負(fù)荷過(guò)小會(huì)導(dǎo)致濾料堵塞。因此水力負(fù)荷在運(yùn)行中通常為0.5~1.5m3/(m2*h)。

溶解氧

是影響生物膜生長(zhǎng)和出水效果的重要因素。在好氧處理工藝中需氧量是工藝控制的重要指標(biāo)。濾池處理水中溶解氧以4~6mg/L為宜。當(dāng)溶解氧低于2mg/L時(shí)，好氧微生物生命活動(dòng)受到限制，從而降低有機(jī)物氧化分解和氨氮的轉(zhuǎn)化速度。因此，控制曝氣量就顯得尤為重要，曝氣量大，濾池中溶解氧高，提高好氧微生物氧化分解有機(jī)物的速率，同時(shí)氣流產(chǎn)生的剪切力有助于老化的生物膜脫落。

日常運(yùn)行管理

日常監(jiān)控指標(biāo)有水溫、pH、DO、CODCr、BOD5。另外還要適時(shí)進(jìn)行生物相鏡檢，并結(jié)合水質(zhì)指標(biāo)判斷生物膜所處工況，結(jié)合具體情況對(duì)運(yùn)行參數(shù)座相應(yīng)調(diào)整。