曝氣池（aeration basin）是人們按照微生物的特性所設計的生化反應器，有機污染質的降解程度主要取決于人們所設計的曝氣反應條件。

　　曝氣池利用活性污泥法進行污水處理，池內提供一定污水停留時間，滿足好氧微生物所需要的氧量以及污水與活性污泥充分接觸的混合條件。曝氣池主要由池體、曝氣系統和進出水口三個部分組成。池體一般用鋼筋混凝土筑成，平面形狀有長方形、方形和圓形等。

　　曝氣原理

　　曝氣是使空氣與水強烈接觸的一種手段，其目的在于將空氣中的氧溶解于水中，或者將水中不需要的氣體和揮發性物質放逐到空氣中。換言之，它是促進氣體與液體之間物質交換的一種手段。它還有其他一些重要作用，如混合和攪拌。空氣中的氧通過曝氣傳遞到水中，氧由氣相向液相進行傳質轉移，這種傳質擴散的理論，應用較多的是劉易斯和惠特曼提出的雙膜理論。

　　雙膜理論認為，在“氣-水”界面上存在著氣膜和液膜，氣膜外和液膜外有空氣和液體流動，屬紊流狀態；氣膜和液膜間屬層流狀態，不存在對流，在一定條件下會出現氣壓梯度和濃度梯度。如果液膜中氧的濃度低于水中氧的飽和濃度，空氣中的氧繼續向內擴散透過液膜進入水體，因而液膜和氣膜將成為氧傳遞的障礙，這就是雙膜理論。顯然，克服液膜障礙即為有效的方法是快速變換“氣-液”界面。曝氣攪拌正是如此，具體的做法就是：減少氣泡的大小，增加氣泡的數量，提高液體的紊流程度，加大曝氣器的安裝深度，延長氣泡與液體的接觸時間。曝氣設備正是基于這種做法而在污水處理中被廣泛采用的。

　　曝氣方法

　　曝氣方法可分為兩種，主要有鼓風曝氣和機械曝氣。

　　鼓風曝氣

　　又稱壓縮空氣曝氣,主要由曝氣風機及專用曝氣器組成。采用這種方法

　　鼓風曝氣的曝氣池，多為長方形混凝土池，池內用隔墻分為幾個單獨進水的隔間，每一隔間又分成幾條廊道。污水入池后順次在廊道內流動，至另一端排出。空氣是用空氣壓縮機通過管道輸送到設在池底的空氣擴散裝置，成為氣泡彌散逸出，在氣液界面把氧氣溶入水中。擴散裝置有多孔管、固定螺旋曝氣器、水射器和微孔擴散板等四種不同型式。

　　鼓風曝氣是影響污水處理廠出水水質和降低能耗的重要部分。由于污水處理過程的非線性、滯后性和時變性等特點,很難確定溶解氧(DO)的需求量,常規的恒定曝氣控制存在著溶解氧濃度波動大、曝氣耗費大、曝氣不精確等問題。[1]

　　機械曝氣

　　一般是利用裝在曝氣池內的機械葉輪轉動，劇烈攪動池內廢水，使空氣

　　機械曝氣--轉刷曝氣

　　中的氧溶入水中。葉輪裝在池內廢水表面進行曝氣的，稱為表面曝氣。這種裝置通過葉輪的提水作用,促使池內廢水不斷循環流動,不斷更新氣液接觸面以增大吸氧量。葉輪旋轉時在周緣形成水躍，可有效地裹入空氣；葉片后側產生負壓，可吸入空氣，所以充氣效果較好。葉輪浸水深度和轉速可以調節，以保證較佳效果。典型的機械曝氣池有圓形表面加速曝氣池、標準型加速曝氣池、IO型加速曝氣池和方形加速曝氣池等。鼓風曝氣和機械曝氣兩種方法有時也可聯用，以提高充氧能力，這適用于有機物濃度較高的污水。

　　潛水自引氣曝氣機是一種應用于污水處理系統中節能、環保的新型機械曝氣設備。目前國產的潛水自引氣曝氣機的曝氣深度較淺、效率低、耗電率和制造成本高。開發一種高 效、低能、下潛深度、動力效率高的潛水自引氣曝氣機將具有重要的理論意義和廣闊的市場前景。[2]

　　曝氣工藝

　　污水進入水廠，經過格柵池至集水間，由水泵提升到平流沉砂池，經初沉池沉淀后，大約可去除SS 45%,BOD 25%.污水進入曝氣池中曝氣，可從一點進水，采用傳統活性污泥法，也可采用多點進水的階段曝氣法。在二次沉淀池中，活性污泥沉淀后，回流至污泥泵房。二沉池出水經加氯處理后，排入水體。

　　曝氣池一般和沉淀池組成聯合工藝流程。設置在曝氣池前面的稱初次沉淀池，設置在曝氣池后面的稱為二次沉淀池,分別用于廢水的預處理和后處理。曝氣池也有和二次沉淀池合建的。這種設施由曝氣區、導流區、沉淀區、回流區四部分組成。導流區的作用是使污泥凝聚和使氣水分離，為沉淀創造條件。在曝氣區內廢水與回流污泥充分混合,然后經導流區流入沉淀區,澄清后的水經溢流堰排出。沉淀污泥沿曝氣區底部回流入曝氣池。這種設施結構緊湊，流程短，可以節省污泥回流設備。

　　又創造出一些新型曝氣方法，如深井曝氣、純氧或富氧曝氣和配合其他生物處理方法的曝氣等。深井曝氣一般用直徑1～6米、深達50～150米的曝氣池,利用水壓來提高水中氧的移轉速率,以高 效去除污水中BOD（生化需氧量）。這種曝氣池已在英國、德意志聯邦共和國、法國、加拿大、美國、日本先后投入運行或實驗運行。純氧曝氣是按鼓風曝氣方法向水中鼓入純氧或富氧空氣，池型一般如鼓風曝氣池,上加密封蓋,以充分提高充氧效率。另外還在研究和發展一些特殊型式的曝氣池，如生物接觸氧化和生物膜載體流化床曝氣池等（見生物膜法）。曝氣池在朝著高 效率、小體積、節省能源的方向發展。

　　曝氣生物濾池，簡稱BAF，是80年代末在歐美發展起來的一種新型生物膜法污水處理工藝，于90年代初得到較大發展，大規模達幾十萬噸每天，并發展為可以脫氮除磷。

　　工藝特點

　　①一次性投資比傳統方法低1/4；

　　②占用面積為常規工藝的1/10～1/5，運行費低1/5；

　　③進水要求懸浮物50～60mg/L，較好與一級強化處理相結合，如采用水解酸化池；

　　④填料多為頁巖陶粒，直徑5mm，層高1.5～2m；

　　⑤水往下、氣往上的逆向流可不設二沉池。

　　曝氣生物濾池與普通活性污泥法相比，具有有機負荷高、占地面積小（是普通活性污泥法的1/3）、投資少（節約30%）、不會產生污泥膨脹、氧傳輸效率高、出水水質好等優點，但它對進水SS要求較嚴（一般要求SS≤100mg/L，較好SS≤60mg/L），因此對進水需要進行預處理。同時，它的反沖洗水量、水頭損失都較大。

　　曝氣生物濾池作為集生物氧化和截留懸浮固體于一體，節省了后續沉淀池(二沉池)，具有容積負荷、水力負荷大，水力停留時間短，所需基建投資少，出水水質好：運行能耗低，運行費用少的特點。

　　工藝原理

　　BIOSTYR工藝

　　BIOSTYR是法國OTV公司的注冊水處理工藝技術，由于采用新型輕質懸浮填料--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并具有硝化脫氮功能的反應器為例說明其工藝結構與基本原理。

　　BIOSTYR工藝是一種上 流生物濾池，是一種運行可靠、自動化程度高、出水水質好、抗沖擊能力強和節約能耗的新一代污水處理革新工藝，工藝成熟高 效。

　　污水通過濾料層，水體含有的污染物被濾料層截留，并被濾料上附著的生物降解轉化，同時，溶解狀態的有機物和特定物質也被去除，所產生的污泥保留在過濾層中，而只讓凈化的水通過，這樣可在一個密閉反應器中達到完全的生物處理而不需在下游設置二沉池進行污泥沉降。

　　濾池底部設有進水和排泥管，中上部是填料層，厚度一般為2.5～3.5m，為防止濾料流失，濾床上方設置裝有濾頭的混凝土擋板，濾頭可從板面拆下，不用排空濾床，方便維修。擋板上部空間用作反沖洗水的儲水區，其高度根據反沖洗水頭而定。

　　該區內設有回流泵用于將濾池出水泵至配水廊道，繼而回流到濾池底部實現反硝化，在不需要反硝化的工藝中沒有該回流系統。填料層底部與濾池底部的空間留作反沖洗再生時填料膨脹之用。

　　濾池供氣系統分兩套管路，置于填料層內的工藝空氣管用于工藝曝氣(主要由曝氣風機提供增氧曝氣)，并將填料層分為上下兩個區：上部為好氧區，下部為缺氧區。根據不同的原水水質、處理目的和要求，填料層的高度不同，好氧區、厭氧區所占比例也相應變化；濾池底部的空氣管路是反沖洗空氣管。

　　該工藝具有如下特點：

　　上 流濾池，底部渠道進配水，頂部出水；

　　濾料比重小于1；

　　穿孔管曝氣，節省設備投資和維護費；

　　濾頭在濾池的頂部，與處理后水接觸，易于維護；

　　重力反沖洗，無須反沖洗水泵；

　　工藝空氣和反沖洗用氣共用鼓風機；

　　曝氣管可布置在濾層中部或底部，在同一池中可完成硝化、反硝化功能；

　　Biofor工藝

　　Biofor（生物過濾氧化反應池）是得利滿水務繼滴濾池、Biodrof干式過濾系統之后的專為污水處理廠設計的第三代生物膜反應池。

　　與其它類型的生物過濾工藝相比，Biofor主要具有下列特性：

　　①向上 流生物過濾

　　進水自濾池底部流向頂部，上 流過濾在濾池的整個高度上持續提供正壓條件，與下向流過濾相比提供了許多優勢。

　　②使用特制的過濾及生物膜支持煤介：Biolite生物濾料

　　確保獲得較高的生物膜濃度和較大的截留能力，并加長了運行周期。

　　③高性能曝氣

　　Biofor采用了特制的曝氣頭：它不僅能高 效的供氧，而且節約能源、使用安全、易于操作和維護。

　　④流體完全均勻的分布

　　空氣和水流為同向流。Biofor生物濾池的濾板配有25UB33e濾頭，該濾頭的防阻塞設計通過均勻的配水使過濾效果優化。

　　BIOSMEDI工藝

　　上海市政院鄒偉國等開發了一種名為BIOSMEDI的曝氣生物濾池，它采用脈沖反沖洗、氣水同向流的形式，可用于微污染源水預處理或污水深度處理。

　　BIOSMEDI生物濾池是上海市政工程設計研究院針對微污染原水開發的一種新型生物濾池，該濾池以輕質顆粒濾料為過濾介質，濾料比重較小，一般約在0.1左右，粒徑的大小為4～5mm左右，比重及粒徑的大小可根據實際需要選擇確定，這種濾料具有來源廣泛、濾料比表面積大、表面適宜微生物生長、價格便宜（300～500元/立方米）、化學穩定性好等一系列優點。

　　BIOSMEDI生物濾池原理：

　　濾池上部采用鋼筋混凝土板（板上采用倒濾頭出氣和水）抵制濾料的浮力及運行的阻力。在濾層下部，用混凝土板或鋼板分隔在濾層下部形成氣囊，在反沖洗時下部形成空氣室。

　　原水從進水閥進入氣室，通過中空管進入濾層，在濾料阻力的作用下使濾池進水均勻，空氣布氣管安裝在濾層下部，空氣通過穿孔布氣管進行布氣，經過濾層去除水中的有機物、氨氮后，出水經倒濾頭進入上部清水區域排出。

　　濾池反沖洗采用脈沖沖洗的方法，首先關閉進水閥及曝氣管，打開濾池下部的反沖洗氣管，在濾層下部形成一段氣墊層，當氣墊層達到一定高度后，此時瞬時把氣墊層中的空氣通過閥門或虹吸的方法迅速排空，此時濾層中從上到下沖洗的水流量瞬時忽然加大，導致濾料層忽然向下膨脹，脈沖幾次后，可以把附著在濾料上的懸浮物質脫落，再打開排泥閥，利用生物濾池的出水進行水漂洗，可有效地達到清潔濾料的目的。

　　具有以下優點：

　　①、較小的濾層阻力；采用氣水同向流，避免了氣水逆向流時水流速度和氣流速度的相對抵消而造成能量的浪費，另外，濾料粒徑較均勻，大大增加濾層的孔隙率，減少濾池運行時的水頭損失。

　　②、價格低、性能優的濾料；濾料具有來源廣泛、濾料比表面積大、表面適宜微生物生長、價格便宜（一般價格低于500元/立方米）、化學穩定性好；濾料比表面積大，有利于氧氣的傳質，大大提高了充氧效率，布氣可采用穿孔管布氣即可，節省工程投資。

　　③、獨特的脈沖反沖洗形式；傳統的水反沖、氣水反沖均難以奏效，該濾池采用獨特的脈沖反沖洗方式，不需要專門的反沖洗水泵及鼓風機，是一種高 效、低能耗的反沖洗形式。

　　應用范圍

　　曝氣生物濾池的應用范圍較為廣泛，其在水深度處理、微污染源水處理、難降解有機物處理、低溫污水的硝化、低溫微污染水處理中都有很好的、甚至不可替代的功能。