生物膜法在一體化污水處理裝置中的應用

　　一、前言

　　雖然我國擁有大量的淡水資源，但是由于我國是一個人口大國，因此人均淡水資源較少，排名處于全世界的中后段。同時在工業(yè)化水平不斷發(fā)展的過程中，我國的淡水資源已經受到了大量的污染，在此情形下，我國對于水污染的治理開始不斷加大力度。

　　在水污染治理不斷深入的背景下，我國的污水處理系統(tǒng)開始不斷發(fā)展，在這其中，一體化污水處理裝置由于其投入資金少、建設面積小并能夠緩解市政管網建設以及能夠有效實現(xiàn)中水回用等優(yōu)點，已逐漸成為了我國污水處理的一個研究熱點。一體化污水處理裝置的主要工藝大多是根據目前的污水處理主體工藝優(yōu)化改造而來的，如：A/O、MBR等。根據一體化污水處理設備制造結構和設計思路的不同，一體化污水處理裝置主要有兩個方向，一個方向是采用單一工藝進行污水處理的一體化污水處理裝置，例如，一體化A2/O反應器、一體化SBR處理裝置、一體化膜生物反應器等，另一個方向是結合不同工藝共同去進行污水處理的一體化污水處理裝置，包括一體化A2/O+土地處理系統(tǒng)裝置、一體化A2/O+生物轉盤處理裝置、一體化A2/O+SBR裝置、一體化厭氧池+好氧池+MBR處理裝置、好氧流化床與厭氧反應器的工藝組合、一體化A/O+曝氣生物濾池處理裝置、一體化A/O+MBBR生物膜反應器等。本文主要介紹的是生物膜法工藝在一體化污水設備中的應用。

　　二、生物膜法

　　生物膜法主要包括生物濾池、生物轉盤以及生物接觸氧化法等一系列以附著微生物膜對污染物進行降解的污水處理工藝，生物膜法具有對污水水質變化的高耐受性、生物相豐富、剩余污泥少等優(yōu)點。因此，生物膜法常常被應用在一體化污水處理設備當中。

　　2.1 生物濾池工藝

　　生物濾池主要由濾床、布水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)三大部分組成，當污水從布水系統(tǒng)導入后，在污水流過濾料的時候，濾料上附著生長的微生物便可以通過吸附和新陳代謝的方式，對污水中的COD、氨氮等污染物進行降解。生物濾池根據構造不同可以分為塔式生物濾池和膨脹床生物濾池等。目前，一體化生物濾池工藝的研究方向主要分為兩大類，一類是內部填料的選取與研發(fā)，如：活性炭、PVC生物填料等，另一類是組合工藝和布水方式的開發(fā)利用，如：生物濾池+土地處理系統(tǒng)、生物轉鼓+反硝化池等。

　　牟彪采用實驗室配制的人工生活污水為處理對象，考察了以鐵+聚氨酯泡沫為濾料的一體化塔式循環(huán)濾池對污染物的去除效果，結果發(fā)現(xiàn)，當循環(huán)流量為45L/h，HRT=2h時，COD的去除效果可以達到85%，出水濃度在100mg/L以下，總氮的去除率可以達到42%左右，總磷的去除率可以達到70%左右。朱安東在一體化復合滴濾池處理生活污水研究中，考察了5種不同濾料的組合方式對生活污水的處理效果，研究發(fā)現(xiàn)，利用沸石、活性炭、陶粒組合而成的混合濾料對COD、TN、TP的去除效果最好，平均去除率可以達到90.84%、32.14%、59.37%，且該混合填料在后期對于實際生活污水的處理中，平均去除率更是提升到了97.15%、40.35%、92.51%，利用沸石、活性炭、礫石組成的混合填料對NH4+-N處理效果最好，平均去除率可以達到84.76%。李嘉樹[7]針對農村生活污水特點，研究開發(fā)了一體化膨脹床復合生物濾池處理工藝，該工藝由三個塔式生物濾池串聯(lián)而成，污水以降流+升流+降流的形式依次流過一體化膨脹床復合生物濾池的一級預處理池、二級硝化池、三級膨脹床后排放，結果發(fā)現(xiàn)，當進水水溫為23―25℃，水力負荷為4m3/(m2/h)，回流比為150%，氣水比為3∶1，在二級硝化池出水處投加60mg/L的三氯化鐵時，一體化膨脹床復合生物濾池對COD、NH4+-N、TN、SS、TP的去除率分別為90.2%、92.2%、68.2%、98.6%、90.0%，污染物出水可以滿足?城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準?(GB18918-2002)中的一級A標準。

　　2.2 生物轉盤工藝

　　生物轉盤(RBC)工藝是生物膜處理工藝中的一種，其污染物去除原理主要是通過附著在盤片上的生物膜在交替接觸空氣與水體時通過自身的吸附和新陳代謝作用對污水中的污染物進行降解。生物轉盤的物理構造與生物濾池相差較大。生物轉盤的組成部分主要有轉軸及動力裝置、半圓形生物接觸反應槽和轉盤盤片三大部分組成。生物轉盤具有設計簡單、操作方便、能耗低、維護費用少和處理效果高的特點，因此，生物轉盤在一體化污水處理裝置中有著一定的應用優(yōu)勢。

　　目前，一體化污水裝置中的生物轉盤工藝應用較為廣泛，使用形式也多種多樣，如：生物轉鼓等新型應用方式。生物轉盤工藝的污染物去除效果主要受盤片材料、轉速、浸沒比、水力停留時間和有機負荷等因素影響，因此，這些影響因素一直是國內外的研究熱點所在。

　　王濱等人在利用改良型生物轉盤一體化設備技術處理鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水中發(fā)現(xiàn)，當進水COD濃度在100~150mg/L，NH4+-N濃度在8~15mg/L，TP濃度在1.2~2.0mg/L范圍內時，改良型的生物轉盤一體化設備對COD、NH4+-N和TP的去除效果明顯，平均去除率分別可以達到71.3%、52%、80%以上。晁雷等人在利用新型一體化生物轉盤裝置處理乳制品廢水時發(fā)現(xiàn)，當乳制品廢水依次流經新型一體化生物轉盤裝置的水解酸化單元+新型生物轉盤單元+接觸氧化單元后(分別控制水解酸化池、生物轉盤以及接觸氧化池的HRT為5、10、4h，調節(jié)生物轉盤轉速為12r/min)，其系統(tǒng)出水中TP的質量濃度在1.5mg/L以下，主體單元新型生物轉盤對COD、NH4+-N、TP的去除率分別可達83%、60%、51.1%，處理效果顯著。楊婷等人在利用升級強化后的一體化新型生物轉鼓式裝置+人工濕地組合工藝處理錦溪鎮(zhèn)紅霞村分散型農村生活污水中發(fā)現(xiàn)，組合工藝對COD、NH4+-N、TP、SS的去除率分別可達到90.20%、94.40%、91.82%、95.80%，COD、NH4+-N、TP、SS經過處理之后的出水濃度不高于30.00、40.00、0.32、8.0mg/L，處理后的水質可長時間穩(wěn)定滿足?城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準?中的一級A標準，該組合工藝與傳統(tǒng)工藝相比，其在處理污水時所消耗的能源僅為傳統(tǒng)工藝的50%，長期運行下可節(jié)約大量能源，還可防止由能源消耗所引起的環(huán)境問題。

　　2.3 MBBR工藝

　　移動床生物膜反應器(MBBR)的理念最初是由挪威一家公司提出的，后又經大量科研人員不斷優(yōu)化改進形成的一種全新的污水處理工藝。MBBR作為一種與已有工藝不同的新技術手段，其具有許多優(yōu)點，例如：巨大的比表面積、高度的生物密集量、處理能力強、污泥停留時間長、剩余污泥少、抗沖擊能力好、無需反沖洗等。MBBR工藝的工作原理主要是通過向反應器中投加一定量的適合微生物附著生產的填料，然后通過機械擾動或其他動力來源使得反應器內部填料呈現(xiàn)出運動狀態(tài)，利用填料上附著生長的微生物膜在與污水的不斷接觸中降解污水中污染物。

　　袁書林為研究一體化3段AO+MBBR污水處理裝置中進水方式對處理設備脫氮除磷效果的影響表現(xiàn)，其設計了三段進水和單點進水兩種方式對生活污水進行處理，研究結果發(fā)現(xiàn)，與單點進水模式相比，三段進水模式可以將一體化裝置的TN和TP的去除效率分別提升21.6%和30.3%，提升效果顯著，且一體化裝置在三段進水模式的處理條件下，對常規(guī)污染物的處理效果能夠穩(wěn)定長期滿足?城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準?(GB18918-2002)中的一級A標準。裴廷權等人在利用新型A3/O+移動床生物膜反應器(MBBR)一體化污水處理裝置處理某生活污水的試驗研究中發(fā)現(xiàn)，當一體化裝置的水力停留時間控制在8h到9h之間，好氧池單元的懸浮生物填料填充率為30%，裝置中的DO控制在1.5~3.0mg/L的范圍內，設備反應溫度控制在18±4℃的條件下時，該新型一體化污水處理裝置對COD、NH4+-N、TN和TP的處理效果最好，對應污染物的平均去除率分別可達到92.2%、97.6%、79.3%和95.3%。俞駿等人在處理河道中黑臭水體中發(fā)現(xiàn)，利用一體化A/O+MBBR+BAF污水處理設備處理黑臭水體時，其對COD、NH4+-N、TP等污染物的平均去除率分別為59.23%、69.32%、53.12%，處理效果顯著，尤其是針對氨氮而言，其具體表現(xiàn)為，當系統(tǒng)進水中COD、NH4+-N、TP的平均濃度為66.18mg/L、5.90mg/L、0.64mg/L時，經過設備處理后，其裝置出水中的平均濃度分別可以下降到26.98mg/L、1.81mg/L、0.30mg/L，能夠滿足地表水標準中Ⅴ類標準。

　　三、總結

　　隨著我國對農村分散污水治理的不斷重視和污水排放提標改造的政策條件下，一體化污水處理裝置由于自身基建費用小、操作簡單、處理效果好等優(yōu)點，將獲得前所未有的發(fā)展機遇。生物膜法作為一體化污水處理裝置工藝中的重要組成部分，其在一體化污水處理裝置具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。目前，生物膜法在一體化裝置中的應用主要以生物轉盤、生物濾池和MBBR三大工藝為主體并不斷結合其他傳統(tǒng)工藝的方式展開。在現(xiàn)今的研究應用中，生物膜法對污染物處理效果較好的是生物濾池和MB-BR為主的組合工藝，生物轉盤工藝次之。(來源：四川大學建筑與環(huán)境學院)