曝气池（aeration basin）是人们按照微生物的特性所设计的生化反应器，有机污染质的降解程度主要取决于人们所设计的曝气反应条件。
曝气池利用活性污泥法进行污水处理，池内提供一定污水停留时间，满足好氧微生物所需要的氧量以及污水与活性污泥充分接触的混合条件。 曝气池主要由池体、曝气系统和进出水口三个部分组成。池体一般用钢筋混凝土筑成，平面形状有长方形、方形和圆形等。
曝气原理
曝气是使空气与水强烈接触的一种手段，其目的在于将空气中的氧溶解于水中，或者将水中不需要的气体和挥发性物质放逐到空气中。换言之，它是促进气体与液体之间物质交换的一种手段。它还有其他一些重要作用，如混合和搅拌。空气中的氧通过曝气传递到水中，氧由气相向液相进行传质转移，这种传质扩散的理论，应用较多的是刘易斯和惠特曼提出的双膜理论。
双膜理论认为，在“气-水”界面上存在着气膜和液膜，气膜外和液膜外有空气和液体流动，属紊流状态；气膜和液膜间属层流状态，不存在对流，在一定条件下会出现气压梯度和浓度梯度。如果液膜中氧的浓度低于水中氧的饱和浓度，空气中的氧继续向内扩散透过液膜进入水体，因而液膜和气膜将成为氧传递的障碍，这就是双膜理论。显然，克服液膜障碍最有效的方法是快速变换“气-液”界面。曝气搅拌正是如此，具体的做法就是：减少气泡的大小，增加气泡的数量，提高液体的紊流程度，加大曝气器的安装深度，延长气泡与液体的接触时间。曝气设备正是基于这种做法而在污水处理中被广泛采用的。
曝气方法
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曝气方法可分为两种，主要有鼓风曝气和机械曝气。
鼓风曝气
又称压缩空气曝气,主要由曝气风机及专用曝气器组成。采用这种方法
鼓风曝气
的曝气池，多为长方形混凝土池，池内用隔墙分为几个单独进水的隔间，每一隔间又分成几条廊道。污水入池后顺次在廊道内流动，至另一端排出。空气是用空气压缩机通过管道输送到设在池底的空气扩散装置，成为气泡弥散逸出，在气液界面把氧气溶入水中。扩散装置有多孔管、固定螺旋曝气器、水射器和微孔扩散板等四种不同型式。
鼓风曝气是影响污水处理厂出水水质和降低能耗的重要部分。由于污水处理过程的非线性、滞后性和时变性等特点,很难确定溶解氧(DO)的需求量,常规的恒定曝气控制存在着溶解氧浓度波动大、曝气耗费大、曝气不精确等问题。 [1]
机械曝气
一般是利用装在曝气池内的机械叶轮转动，剧烈搅动池内废水，使空气
机械曝气--转刷曝气
中的氧溶入水中。叶轮装在池内废水表面进行曝气的，称为表面曝气。这种装置通过叶轮的提水作用,促使池内废水不断循环流动,不断更新气液接触面以增大吸氧量。叶轮旋转时在周缘形成水跃，可有效地裹入空气；叶片后侧产生负压，可吸入空气，所以充气效果较好。叶轮浸水深度和转速可以调节，以保证最佳效果。典型的机械曝气池有圆形表面加速曝气池、标准型加速曝气池、IO型加速曝气池和方形加速曝气池等。鼓风曝气和机械曝气两种方法有时也可联用，以提高充氧能力，这适用于有机物浓度较高的污水。
潜水自引气曝气机是一种应用于污水处理系统中节能、环保的新型机械曝气设备。目前国产的潜水自引气曝气机的曝气深度较浅、效率低、耗电率和制造成本高。开发一种高效、低能、下潜深度、动力效率高的潜水自引气曝气机将具有重要的理论意义和广阔的市场前景。 [2]
曝气工艺
污水进入水厂，经过格栅池至集水间，由水泵提升到平流沉砂池， 经初沉池沉淀后，大约可去除SS 45%,BOD 25%.污水进入曝气池中曝气，可从一点进水，采用传统活性污泥法，也可采用多点进水的阶段曝气法。在二次沉淀池中，活性污泥沉淀后，回流至污泥泵房。二沉池出水经加氯处理后，排入水体。
曝气池一般和沉淀池组成联合工艺流程。设置在曝气池前面的称初次沉淀池，设置在曝气池后面的称为二次沉淀池,分别用于废水的预处理和后处理。曝气池也有和二次沉淀池合建的。这种设施由曝气区、导流区、沉淀区、回流区四部分组成。导流区的作用是使污泥凝聚和使气水分离，为沉淀创造条件。在曝气区内废水与回流污泥充分混合,然后经导流区流入沉淀区,澄清后的水经溢流堰排出。沉淀污泥沿曝气区底部回流入曝气池。这种设施结构紧凑，流程短，可以节省污泥回流设备。
又创造出一些新型曝气方法，如深井曝气、纯氧或富氧曝气和配合其他生物处理方法的曝气等。深井曝气一般用直径1～6米、深达50～150米的曝气池,利用水压来提高水中氧的移转速率,以高效去除污水中BOD（生化需氧量）。这种曝气池已在英国、德意志联邦共和国、法国、加拿大、美国、日本先后投入运行或测验运行。纯氧曝气是按鼓风曝气方法向水中鼓入纯氧或富氧空气，池型一般如鼓风曝气池,上加密封盖,以充分提高充氧效率。另外还在研究和发展一些特殊型式的曝气池，如生物接触氧化和生物膜载体流化床曝气池等（见生物膜法）。曝气池在朝着高效率、小体积、节省能源的方向发展。
曝气生物滤池，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，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。
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。
工艺原理
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；
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。
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。
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。
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。
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。