生物膜法凈化污水機(jī)理及其工藝特點(diǎn)探析

蒙曉斌

（神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司 寧夏 銀川 750011）

0 引言

長期以來，生活污水的二級生物處理多采用活性污泥法，包括普通活性污泥法及其變形工藝、氧化溝工藝、延時曝氣的SBR法及其變形工藝以及A-B法等工藝。雖然這些都是較成熟的污水處理工藝，但普遍存在著占地面積大、基建投資高、工藝設(shè)備處理效能低、能耗高，運(yùn)行費(fèi)用高、管理不便等問題。

1 生物膜法凈化污水機(jī)理

污水中有機(jī)污染物質(zhì)種類繁多，成分復(fù)雜。但對于生活污水來說，其有機(jī)成分歸納起來主要包括:蛋白質(zhì)（40%-60%）、碳水化合物（25%-50%）和油脂（10%），此外還含有一定量的尿素。生物膜法依靠固定于載體表面上的微生物膜來降解有機(jī)物，由于微生物細(xì)胞幾乎能在水環(huán)境中的任何適宜的載體表面牢固地附著、生長和繁殖，由細(xì)胞內(nèi)向外伸展的胞外多聚物使微生物細(xì)胞形成纖維狀的纏結(jié)結(jié)構(gòu)，因此生物膜通常具有孔狀結(jié)構(gòu)，并具有很強(qiáng)的吸附性能。

生物膜附著在載體的表面，是高度親水的物質(zhì)，在污水不斷流動的條件下，其外側(cè)總是存在著一層附著水層。生物膜又是微生物高度密集的物質(zhì)，在膜的表面上和一定深度的內(nèi)部生長繁殖著大量的微生物及微型動物，并形成由有機(jī)污染物→細(xì)菌→原生動物（后生動物）組成的食物鏈。污水在流過載體表面時，污水中的有機(jī)污染物被生物膜中的微生物吸附，并通過氧向生物膜內(nèi)部擴(kuò)散，在膜中發(fā)生生物氧化等作用，從而完成對有機(jī)物的降解。生物膜表層生長的是好氧和兼氧微生物，而在生物膜的內(nèi)層微生物則往往處于厭氧狀態(tài)，當(dāng)生物膜逐漸增厚，厭氧層的厚度超過好氧層時，會導(dǎo)致生物膜的脫落，而新的生物膜又會在載體表面重新生成，通過生物膜的周期更新，以維持生物膜反應(yīng)器的正常運(yùn)行。

生物膜法通過將微生物細(xì)胞固定于反應(yīng)器內(nèi)的載體上，實現(xiàn)了微生物停留時間和水力停留時間的分離，載體填料的存在，對水流起到強(qiáng)制紊動的作用，同時可促進(jìn)水中污染物質(zhì)與微生物細(xì)胞的充分接觸，從實質(zhì)上強(qiáng)化了傳質(zhì)過程。生物膜法克服了活性污泥法中易出現(xiàn)的污泥膨脹和污泥上浮等問題，在許多情況下不僅能代替活性污泥法用于城市污水的二級生物處理，而且還具有運(yùn)行穩(wěn)定、抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)、更為經(jīng)濟(jì)節(jié)能、具有一定的硝化反硝化功能、可實現(xiàn)封閉運(yùn)轉(zhuǎn)防止臭味等優(yōu)點(diǎn)。

2 新型好氧生物膜法處理技術(shù)——曝氣生物濾池（BAF）

曝氣生物濾池的基本原理在于，在一級強(qiáng)化的基礎(chǔ)上，以顆粒狀填料及其附著生長的生物膜為主要處理介質(zhì)，充分發(fā)揮生物吸附代謝、物理截留及反應(yīng)器食物鏈的分級捕食作用，實現(xiàn)污染物在同一單元反應(yīng)器內(nèi)的去除。曝氣生物濾池在開發(fā)過程中，充分借鑒了生物接觸氧化反應(yīng)器和深床過濾的設(shè)計原理，省卻了二沉池。反應(yīng)器內(nèi)存在著不同的好氧、缺氧區(qū)域，可同步實現(xiàn)硝化和反硝化，在去除有機(jī)物的同時達(dá)到脫氮的目的。

曝氣生物濾池的工藝形式在進(jìn)水方式、填料選擇和使用功能上各有不同，即上向流曝氣生物濾池和下向流生物濾池；懸浮填料曝氣生物濾池和淹沒填料曝氣生物濾池；去碳曝氣生物濾池、硝化生物濾池和反硝化生物濾池等。目前在工程中使用的形式分為四大類:即BIOCARBONE、BIOFOR、BIFSTRY和BIOPUR。其中BIOPUR的形式與BIOFOR基本相同，只是BIOPUR的填料根據(jù)不同水質(zhì)采用波紋板、陶?；蚴⑸?，以取得不同的處理效果。

1）BIOCARBONE。BIOCARBONE采用下向流形式，污水從濾池上部流入，在濾池中下部設(shè)曝氣管 （一般距底部25-40cm處）進(jìn)行曝氣，氣水處于逆流。曝氣管上部起生物降解作用，下部主要起截留SS及脫落的生物膜的作用。在反應(yīng)器中，有機(jī)物被微生物氧化分解，氨氮被氧化成硝氮，另外由于在生物膜內(nèi)部存在厭氧/兼氧微環(huán)境，在硝化的同時可實現(xiàn)部分反硝化。

2）BIOFOR。BIOFOR采用上向流形式，截留在底部的SS可在氣泡的上升過程中被帶入濾池中上部，加大填料的納污率，延長了反沖洗周期。國內(nèi)設(shè)計單位采用此工藝處理生活污水及工業(yè)廢水的混合水，處理水量為1500m3/d，其中生活污水900m3/d、工業(yè)廢水600m3/d，從實際運(yùn)行結(jié)果看，當(dāng)曝氣生物濾池BOD5容積負(fù)荷在5-6kg/m3.d時，出水COD平均保持在60mg/L以下。

3）BIOSTYR。BIOSTYR和BIOFOR不同的是采用密度小于水的濾料，一般為聚苯乙烯小球。運(yùn)行時采用上向流，在濾池頂部設(shè)格網(wǎng)或濾板以阻止濾料流出，正常運(yùn)行時濾料呈壓實狀態(tài)，反沖時采用氣水聯(lián)合反沖，反沖水采用下向流以沖散被壓實的濾料小球，反沖出水從濾池底部流出。BIOSTYR曝氣生物濾池的特點(diǎn)是處理方式非常靈活，可根據(jù)曝氣位置的不同可以控制硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)的程度，也可以單獨(dú)進(jìn)行硝化反應(yīng)。具有硝化和反硝化功能的BIOSTYR生物濾池，其曝氣管位于濾床中的經(jīng)過計算的位置，將濾床分隔為厭氧區(qū)和好氧區(qū)，對有機(jī)物、固體懸浮物、氨氮和硝酸鹽氮等有很好的去除效果。BIOSTYR中隨著過濾的進(jìn)行，其水頭損失的增長與BIOCARBONE有所不同，其水頭損失的增長與運(yùn)行時間成正比，由于BIOSTRY中沒有形成表面堵塞層，因此其運(yùn)行周期較BIOCARBONE工藝要長。

3 曝氣生物濾池存在的主要問題

曝氣生物濾池在實際應(yīng)用中主要存在以下問題:

3.1 曝氣生物濾池對進(jìn)水的懸浮物要求較高，根據(jù)國外的運(yùn)行經(jīng)驗，進(jìn)水的SS一般不超過10omg/L，最好控制在60mg/L以下。這樣就對曝氣生物濾池前的預(yù)處理工藝提出了較高的要求。

3.2 采用曝氣生物濾池水頭損失較大，而且由于停留時間較短，消化不充分，產(chǎn)泥量較大，且含有較多的脫落生物膜碎片，污泥穩(wěn)定性稍差，進(jìn)一步處理困難。

3.3 曝氣生物濾池生物除磷的作用有限，因此一般需要采用化學(xué)除磷。

3.4 對于需要進(jìn)行脫氮的污水，如果單獨(dú)采用曝氣生物濾池工藝，在進(jìn)水碳源充足的情況下，可選擇上向流的BIOFOR和BIOSTYR工藝前置脫氮，這樣既可以縮短流程，同時又可節(jié)省投資；但如果進(jìn)水碳源不足，那么就需要將硝化/反硝化單獨(dú)進(jìn)行，考慮后置脫氮，其最為不利的一面是需要外加碳源，運(yùn)行成本相對較高；另一個問題是如何投加適量的碳源，這需要穩(wěn)定的進(jìn)水濃度。同時，出水需要進(jìn)行曝氣用于去除過量的碳，使得運(yùn)行管理較為復(fù)雜，能耗也有所增加。

4 結(jié)束語

總之，如何使生活污水處理工藝朝著低能耗、高效率、少剩余污泥產(chǎn)量、最方便的操作管理，以及實現(xiàn)磷回收和再生水回用等可持續(xù)的方向發(fā)展，已成為目前水處理技術(shù)研究和應(yīng)用領(lǐng)域共同關(guān)注的問題。這就要求污水處理不應(yīng)僅僅滿足單一的水質(zhì)改善，同時也需要一并考慮污水及所含污染物的資源化和能源化問題，且所采用的技術(shù)必須以低能耗和少資源損耗為前提。

［1］王凱軍，賈立敏.城市污水生物處理新技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

［2］劉雨.生物膜法污水處理技[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.