污水长期喷射在滤料表面，在滤料上逐渐生长生物膜，微生物附着于滤料上并以污水中的有机物为营养，不断地生长繁殖，污水流经时去除水(中的有机物，而老化的生物膜随水流走。
生物滤池由早期的易堵塞的普通式发展到高负荷生物滤池，为限制进水有机物的浓度而将处理后的污水回流，也使滤料得到冲刷，解决了堵塞问题。
一、普通生物滤池
1.生物滤池的构造
生物滤池一般由钢筋混凝土或砖砌筑而成，呈方形或圆形。主要由滤料、池壁、布水设备和排水系统组成。滤床是生物滤池的主要组成部分，废水通过滤床时污染物被去除，得到净化。在滤料、池壁、池底中，滤料最重要。滤床内的填料多为拳心状的滤料，如卵石、碎石、焦炭等，对滤料的要求是孔隙率高、单位体积滤料的表面积大、材质轻而强度高、物理化学性质稳定、易于取材等。滤料粒径越小，表面积越大，所能挂的生物膜越多，但易堵塞。各种滤料在使用前都应筛分并保证合格率在95%以上。滤料层(滤床)一般分工作层和承托层，厚度约为15~2.0m(工作层厚1.3~1.8m，粒径在30~50mm之间;承托层厚0.2mm，粒径为60~50mm)。池壁起围挡滤料和保护布水的作用，常用砖、混凝土、毛石等筑成。池壁应高出滤料层表面0.5~0.9m，以防风力干扰，保证布水均匀。一般池壁上开有很多孔洞，以改善池内通风条件。上部为配水区，布水设备要在规定的表面负荷下，将废水均匀分配在整个滤池表面上，同时具有间歇工作的能力，使空气在间歇布水中进人滤池，生物膜上的有机物有氧化分解的时间，以恢复生物膜的吸附能力。布水装置包括固定式和可动式两种。前者间断布水，配水的水头要高，配水池也很高，目前应用较少。后者是旋转布水器，常用的驱动装置是水力驱动，在布水横管的一侧水平开设小孔，废水以一定的速率从小孔喷出时，在未开孔的管壁上产生反向水压力，迫使该横管绕竖管反向转动而均匀布水。由于喷洒面积随水池中心距离的增大而增大，因此，孔间距应随中心距离的增大而减少，以满足布水量的要求。在使用过程中喷水孔易堵，低温时要采用防冻措施，它仅适用于圆形池。池底则包括渗水结构、排水系统、排水口、底部空间、通风口等。排水设备位于滤池下面，其主要作用是收集污水与生物膜，支撑滤料，保证通风。渗水装置的空隙所占面积不少于滤池面积的5%~8%，与池底的距离不小于0.3m。排水渠穿过池壁的地方，应设排水和通风孔洞，通风面积应不小于过水断面，通风口必须均匀分布于池壁的两对边或四周，排水口可设池壁的一侧或数侧。
2.净化过程
污水通过布水装置连续均匀地喷洒在滤池表面，依靠重大力作用以滴滤的形式下落，一部分吸附在滤料表面，成为薄膜状的附着水层，另一部分以薄腹模的形式渗流通过滤料成为流动水层，滤料截留了废水中的有机物，微生物很快繁殖，进一女步吸收、吸附废水中的溶解性物质和胶体物质，依靠生物膜的作用完成有机物的降解，最后还达到排水系统而流出滤池。在此过程中有机物降解，微生物增殖，污水得以净化。
该工艺运行稳定，管理方便，节省电力，但负荷低，易立生堵塞现象，最严重的是环境卫生条件差，不仅有臭味，而且产生滤池蝇，在城市中已很少使用。
二、高负荷生物滤池
高负荷生物滤池解决了滤池的堵塞问题，其BOD负荷是普通滤池的6~8倍，水力负荷则是10倍，运行的控制点是出水回流，当进水BOD浓度大于mg/L时，则采用出水回流的方式，使其浓度在mg/L以下。回流不仅降低了进水的浓度，而且水量的加大可有效地冲刷老化的生物膜，促进了膜的更新，抑制了厌氧层的厚度，防止了堵塞。
1.结构
一般为圆形，滤料粒径一般为40~mm，空隙率较高;工作层厚1.8m，粒径40~70mm;承托层厚0.2m，粒径70~mm。当总厚度超过2m时，一般需要人工通风其布水系统采用旋转布水器，污水以一定的压力流入中央的固定竖管，再流人2或4根布水横管，距离池面0.15m，在水压的作用下绕竖管旋转水从横管的孔口喷出，均匀地洒在滤池上。
2.特点
回流的存在增大了水力负荷，使生物膜保持高的活性，防止滤料堵塞;占地面积小，卫生条件好，适用于水质水量变化较大的废水。二沉池污泥呈褐色，氧化不充分，易腐化。
普通生物滤池与高负荷生物滤池有两点不同，一是在有机物吸附和氧化方面，普通生物滤池既吸附又氧化(包括硝化)，出水水质一般较好好，污泥性质稳定。高负荷生物滤池的水力负荷高，大大缩短了污水在池中的停留时间，几乎不发生硝化作用，但吸附的存在仍使有机物得到去除，可保证水质达到要求。二是在生物膜积累与冲刷方面，普通生物滤池的低负荷，生物膜生长缓慢并周期性地从滤池中排走;高负荷生物滤池的水力负荷大，生物膜生长快，及时得到冲刷，使生物膜连续地排出，避免了堵塞现象。
三、曝气生物滤池
曝气生物滤池又称“生物曝气滤池”，是10年前在欧洲发展起来的新一代生物滤池。滤池内地生物量可达10~15g/L，大大增加了容积负荷，利用了填料和滤头的过滤作用，节省了沉淀池，具有占地小、能耗低、效率高、运行稳定可靠等优点，是值得推广和使用的新技术，可用于城市污水二级处理和中水回用的三级处理。
1.生物曝气滤池的构造
生物曝气滤池(biologicalaeratedFiter，简称BAF)是一种高负荷淹没式固定膜三相反应器，充分运用了给水处理中的过滤技术将过滤技术和接触氧化法有机地结合起来，不设沉淀池，通过反冲洗再生实现滤池的周期更替。在20世纪70年代末80年代初首先在法国使用成功，随后在欧洲、美洲、日本等地得到了推广应用。生物曝气滤池的主要特点是采用粒径较小的粒状材料作为滤料，滤料浸没在水中，利用鼓风曝气供氧。滤料层起两方面的作用，一是作为微生物的载体，与一般的生物滤池相比，由于其具有更大的比表面积，污水与生物膜实际的接触时间长，可使生物化学反应进行得更为彻底;二是可作为过滤介质，截留进水中的悬浮固体和新形成的生物固体，从而省去其他生物处理法中的二次沉淀池，取得优质的出水。生物曝气滤池可用作不同目的的污水生物处理，如作为污水的二级生物处理，可用来去除污水中的SS、COD、BOD，或进一步硝化去除氨氮;用作污水三级生物处理，主要是硝化以去除氨氮，并进一步深度处理去除污水中有机物和悬浮固体。若同时在厌氧和好氧条件下运行，还可用作污水的脱氮除磷。
在生物曝气滤池中可以生长许多不同性质的菌群。在距进水端较近的滤层中，污水中的有机物浓度较高，各种异养菌占优势，主要是去除BOD;在距出水口较近的滤料层中，污水中的有机物浓度已很低，自养型的硝化菌将占优势，可进行氨氮的硝化反应。硝化菌存在于生物膜的内侧，在滤料上有很强的附着能力，一旦形成，不易完全脱落。它通过沿滤层高度上充氧强度的灵活调整达到下部缺氧区和上层好氧区的相互配合，生物曝气滤池具有很高的硝化去除氨氮的能力，气水相对运动，气液接触面积大，气、水、生物膜的接触时间长，从而提高了氧的利用率和处理效果。
按水流方向的不同，生物曝气滤池又可分为向下流和向上流两种，向上流负荷高，出水水质差，向下流流速较小，可不设二沉池。根据采用的滤料性质和水流方向的不同，国外已有许多厂家开发出各自的生物曝气滤池的设备，并冠以不同的名称。
BAF的构造基本上与砂滤池相同，一般用活性炭、页岩、沸石等，应用最多的是密度远小于水的有机滤料。
我国在“九五”期间组织了对生物曝气滤池的攻关研究，对生物曝气滤池的滤料、处理性能及设计参数等方面进行了较为深入的试验研究究。迄今为止，作为污水处理的一项新技术，生物曝气滤池在世界各国主要是应用于去除污亏水中的有机物、悬浮固体和硝化去除氨氮。滤池的形式主要是向下流，采用淹没性滤料，在这些方面已有较多的工程应用和经验总结，技术上较为成熟。
(1)滤料生物曝气池的滤料可用具有一定粒径且相对密度大于1的淹没性滤料。也可以用相对密度略小于1的悬浮性塑料滤料。许多粒状材料可用作生物曝气滤池的滤料,如陶粒、无烟煤、石英砂、膨胀页岩等。作为生物曝气滤池的滤料除了应满足强度、耐摩耐水、耐腐蚀等方面的要求外，一般选用相对密度小的为好，这主要是考虑反冲洗的方便相对密度小的滤料在反冲洗时易被松动，滤料层容易被冲洗干净，节省冲洗水量，避免滤层引起严重积泥现象，影响处理效果。陶粒是一种多孔性材料，吸水后的相对密度分别约为无烟煤和石英砂的相对密度的15倍和26倍，故陶粒是一种较好的滤料，无烟煤次之。滤料表面粗糙的程度，对滤料的工作性能也有关系，表面粗糙的滤料，过滤性能好，但不易冲洗干净。滤料的粒径关系到处理效果的好坏和运行周期的长短。粒径越小，处理效果越好，但因其孔隙小易被堵塞，使运行周期缩短，引起反冲水量增加，并给运行管理带来麻烦。滤料粒径的选择取决于进水水质和设计的反冲洗周期。为运行管理方便，反冲洗周期一般定为24h。对于城市污水二级生物处理建议采用粒径4~6mm，对于城市污水二级生物处理建议采用粒径3~5mm。滤料层的高度可取为1.8~3.0m，一般情况滤层高度为2.0m。
(2)工艺用气布气系统采用穿孔管布气系统。穿孔管应使用塑料或不锈钢材质，设置在距滤料底底面以上约0.3m处，使得滤料层的底部有一小段距离内不进行曝气，不受空气气泡的扰动，保证有更好的过滤效果，以取得清澈的出水。工艺用气的风机应设有备用风机。
(3)底部的布气布水装置生物曝气滤池的底部为反冲洗的曝气、布水和出水区。气和水通过滤头混合，从滤头的缝隙中均匀喷出，这种装置在给水处理的滤池中和国外的生物曝气滤池中已有采用，但要求施工严格，造价高。铺设一层卵石承托层，使滤料通过下漏起到一步的布气布水作用，在穿孔板下设反冲洗气管和反冲洗水管，这种装置可起到均匀的布气布水作用，但若冲洗不当，会使卵石层发生移动，搅乱卵石承托层和滤料层。其构造与给水滤池中的大阻力布水系统完全一样，反冲洗气管和水管(可兼作出水管)都应在卵石支承轴上，无需水平承重板。这种装置的水头损失较大，施工方便，造价低。
(4)反冲洗排水装置反冲水可采用设置在滤料层上部的排水槽连续排除，为防止滤料流失，也可采用虹吸管排水。这些装置的设计方法同给水滤池。
(5)出水口出水口的最高标高应与滤料层的顶面持平或高出顶面约0.15m，避免滤料外露。
2.反冲洗
生物曝气滤池的反冲洗周期一般受水头损失的限制。滤料层的水头损失随运行时间延长而不断增加，引起池中水位不断上升，当池中的水位达到一定程度时，必须进行反冲洗，清滤层中众多的固体物质，以恢复滤池的工作。经验表明:当水头损失达到约0.6m时，若延长运行时间，水头损失急剧升高，这时如采用增大水头损失来延长工作周期并无多大实际意义。在实际生产中，为管理方便，生物曝气滤池应每天反冲洗一次，即经24h运行水头损失不应超过06m。采用压缩空气和水联合冲洗，气的反冲强度推荐采用1L/(ms)，水的反冲强度推荐采用8L/(m·s)，可分三个阶段进行。
①单独采用压缩空气反冲，使黏附在滤料表面上的大量生物膜被剥落下来。
②气、水联合反冲，反冲水可将剥落下来的生物膜带出池外，在压缩空气共同的作用下，滤料层产生松动、并略有膨胀，使生物膜更容易被水冲走，并可减少水的反冲洗强度利反冲洗水量。
③单独用水冲洗，最后将滤层冲洗干净。
反冲洗操作是生物曝气滤池管理工作的主要内容，需频繁地开关水阀、鼓风机和各种阀门。特别是当滤池的分格数较多时，整个操作宜采用自动化。不致引起初次沉淀池和其他滤池的分格单元的负荷增加过大，反冲洗操作宜安排在晚间进水流量较低时进行。
3.影响因素
(1)负荷容积负荷衡生物曝气池处理性能的主要指标它是指立方米滤料每天承受进水中某种污染物的千克力。水力负荷是指每平方米滤料每天通过污水的立方米值[㎡/(㎡·d)]。在满足容积负荷的要求下，水力负荷的变化对处理效果的影响并不重要。但水力负荷太低，会使滤层顶部堵塞过快，缩短反冲洗周期。
(2)进水中溶解性BOD的比例生物曝气滤池去除污水中的颗粒性BOD，主要是通过吸附和过滤作用，去除悬浮性BOD较为容易，但对去除污水中的溶解性BOD;主要需通过生物化学反应，需要较长的时间，较为困难。故若污水中溶解性BOD占总BOD的比例高，应采用低一些的容积负荷。
(3)进水SS浓度进水中的悬浮固体会影响生物曝气滤池的运行周期，故要求沉淀等预处理降低进水中的SS浓度，在一般情况下，进水SS浓度不影响生物曝气滤池的去除的效果。但进水中SS过高对生物曝气滤池生物膜的活性会有影响，使生物曝气滤池去除溶解性BOD;的效果有所下降。
(4)水温水温对生物处理，尤其是硝化去除氨氮有显著的影响，但对生物曝气滤池处理效果的影响相对要小一点。据报道，当水温不低于11℃，水温对硝化反应不会产生明显的影响。
(5)空气用量若生曝气池用于除污水的机物和悬浮固体，水溶解氧应控制在1mg/L左右。若要求硝化去除氨氮，特别是深度去除氨氮，溶解氧浓度控制在1mg/L以上。空气用量与进水中溶解性有机物所占比例有关，这个比例越高，需要的空气量越多。提高曝气用量可增加处理效果，但当空气用量达到一定程度时，再增加空气用量，不会再提高处理效果。根据经验，对于一般的城市污水，一种较为经济合理的空气用量是相应于进水中每千克BOD，需要空气15~20㎡。生物曝气滤池的突出优点是容积负荷高，设备体积小，且不需二次沉淀池，故占地面积较其他一般的生物处理工艺都要小，特别适用于土地紧张的地方。由于出水的浓度可以达到很低，故生物曝气滤池能提供高质量的出水，可接近于经过滤的三级处理出水水质，达到出水标准。当有硝化去除氨氮的要求时，在经济上生物曝气滤池明显优于活性污泥法，并可进行深度硝化去除氨氮。由于在曝气过程中气泡是通过滤料层曲折的空隙通道上升的，在水中的停留时间长，空气用量少且空气利用率较高，可节省能耗和运行费用。由于各环节的处理设施，暴露在空气中的面积较小，其中滤池的面积不大，反冲洗水池和反冲洗水贮存池都可加盖埋设在地下，污水处理厂产生的臭味较低，卫生条件好，故也更适用于对周围环境质量要求较高的地方，如风景旅游区、市区附近或周围人群活动较多的地方。
对现有污水处理厂的改扩建，生物曝气滤池是一种可供选择的方法，因为它的占地面积小，若用作二级处理来改善现有污水处理厂的出水水质，可采用很高的水力负荷。生物曝气滤池的泥龄很短，产生的污泥量多。处理单位污水量的工程造价与污水处理的规模有很大的关系。与活性污泥相比，污水处理的规模越大，采用生物曝气滤池的造价越便宜。故仅从工程造价方面比较，只有对日污水处理量超过数千立方米的大中型污水处理工程，采用生物气滤池是有利的。
(6)工艺参数
①滤池COD的负荷可达3~5.5kg/(m·d);
②滤池中硝化型的滤速为8~10m/h，硝化和反硝化型的滤池的滤速为3~5m/h③滤池氮负荷最高达1.1kgNH-N/(m·d)。
4.BIOSTYR上流式曝气生物滤池
(1)工作原理采用上流式过滤的原理，床体淹没在污水中，污水从底部引人，流经整个滤床，滤料生长了大量的微生物，浓度高达10~15g/L。污水与空气由下向上流动，这样，一部分有机物被附着在滤料上的微生物分解成CO2、H2O，一部分有机物生成新的微生物，生物膜厚度加大。滤料为微生物的生长提供了附着场所，还可作为过滤的介质，污水中的SS及生物膜在此流过时被滤料截留，勿需设沉淀池进行固液分离。
经过一段时间的工作后，为去除多余的生物膜和残留固体，需对床体进行反冲洗，该工艺可以利用处理过的污水进行反冲洗，不用设反冲洗泵。反冲洗水自池顶冲人滤料区进行水力冲刷。同时可配合曝气，冲掉多余的生物膜及固体残留物，再随反冲洗水流走。反冲洗周期根据实际负荷确定，往往是每日一次，利用时间控制和压力差控制。在反冲洗时其他单元可正常出水。
BIOSTYR工艺具有脱氮的功能，脱氮时，将供气管设在滤料之间，滤料下层为缺玺区，上层为好氧区，供气管不断地向浮于水面的好氧区滤料曝气，附着在滤料上的微生物好氧状态下将有机氮和氨氮硝化成硝酸盐氮，硝化后的出水与进水混合，一起回流到缺氧区、反硝化细菌利用原污水中的有机物进行反硝化，硝酸盐氮转化成氮气逸走，将氮去除
(2)工艺参数COD的负荷为3~5kg/㎡d，氮的负荷最好达1.2kgNH.N/(㎡.d)滤池总硝化型的流速为8~10m/h，硝化和反硝化型的流速为3~5m/h。
5.活性滤料生物滤池
这种滤池是在借鉴国内外先进技术和经验的基础上，自行开发的一新型污水处理技术现已应用到中水回用。目前在池内装有新型生物载体材料，其表面附有活性生物膜，从滤池底部通过专用的曝气装置提供氧气，污水流经生物载体时，利用强的生物吸附能力和降解能力进行快速的净化、污水的悬浮物质、脱落的生物膜随出水流走，水头损失增加过大时，进行反冲洗。这种滤池就是活性滤料生物滤池(AMCOF)，它是在生物接触氧化法和粗滤池的基础上，结合生物科学和自控技术的生物处理工艺。
(1)机理在池内装有新型生物载体材料，其表面附有活性生物膜，从滤池底部由专用的曝气装置提供氧气，污水流经生物载体时，利用强的生物吸附能力和降解能力进行快速的净化，污水的悬浮物质、脱落的生物膜随出水流走，水头损失增加过大时，进行反冲洗。
(2)特点与优点
①微生物浓度高滤料的孔隙率大，为微生物提供了巨大的栖息空间，形成的生物膜稳定，微生物浓度高，生物量高达50g/L。
②生物活性高滤料层是经过生物处理过的生物载体，其上附有活性很强的高活性生物体，可根据处理目的的不同选用不同的生物滤料，适应性强;定期的反冲洗，空气和水流搅动剧烈，冲刷生物膜的能力强，有机负荷可达6kgCOD/(m·d)以上。
③氧的利用率高滤料等对气泡的切割和阻挡作用，气泡在水中的停留时间延长，增加了气液的接触面积和接触时间，增大了氧的吸收能力，提高了传质速度，好氧利用率达25%。
由于水力负荷较高，不需二沉池，其占地面积小;而且主体构筑物可采用组合结构，省去一部分曝气系统和二沉池等构筑物，造价较低，相当于常规二级处理的1/2;抗冲击负荷的能力强，启动快，运行管理简单，费用低;根据设计目的进行滤料的优选，出水水质好。