生活污水處理廠生物膜技術(shù)工藝分析★

孔繁德 李立欣* 張連福

(黑龍江科技大學(xué)，黑龍江哈爾濱 150022)

0 引言

活性污泥法和生物膜法是生物污水處理技術(shù)中常用的方法，生物膜法是在活性污泥法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。隨著環(huán)境狀況的惡化，污水排放標(biāo)準(zhǔn)中對氮、磷等營養(yǎng)物的要求越來越嚴(yán)格，活性污泥法往往需要將多個厭氧和好氧反應(yīng)池串聯(lián)，或通過增加內(nèi)循環(huán)來滿足污水排放標(biāo)準(zhǔn)，但是這勢必會增加設(shè)備的投資管理費(fèi)用［1］。除此之外，活性污泥法存在污泥膨脹，剩余污泥處理處置困難等問題。而生物膜法水處理技術(shù)具有容積負(fù)荷高、脫氮除磷效果好、占地面積少、出水水質(zhì)好等特點(diǎn)，因而近年來它在污水生物處理的發(fā)展和應(yīng)用中，一直占據(jù)主導(dǎo)地位。筆者經(jīng)過幾年來從事污水生物處理的工作經(jīng)驗(yàn)，對生物膜法(塔生物轉(zhuǎn)盤、生物接觸氧化)處理廢水的方案有了初步了解，現(xiàn)將這些方案簡要分析如下，以供同行在設(shè)計、施工改造時參考。

1 生物轉(zhuǎn)盤方案分析

如圖1所示，生物轉(zhuǎn)盤(RBC)又稱浸沒式生物濾池，是由盤片、接觸反應(yīng)槽、轉(zhuǎn)軸及動力減速裝置和氧化槽所組成。轉(zhuǎn)軸的兩端安設(shè)在半圓形接觸反應(yīng)槽的支座上。轉(zhuǎn)盤面積的40%～50%浸沒在槽內(nèi)的污水中，轉(zhuǎn)軸高出水面10 cm～25cm。轉(zhuǎn)軸是用來固定盤片并帶動其旋轉(zhuǎn)，一般采用實(shí)心鋼軸或無縫鋼管，直徑介于50 mm～80mm，長度一般在0.5～7.0之間。轉(zhuǎn)軸在水面以上，驅(qū)動裝置以0.8 r/min～3 r/min左右的低速轉(zhuǎn)動。盤片一般多采用圓形平板或表面呈波紋形狀的圓板，圓盤直徑一般為1.5 m～4.0 m。盤片面上生長著一層約1 mm～4 mm的生物膜，盤片與污水和空氣交替接觸，圓盤每轉(zhuǎn)動一圈，即進(jìn)行一次吸附有機(jī)物—吸氧—氧化分解的過程，如此反復(fù)循環(huán)，使污水中的有機(jī)物不斷分解氧化，污水得到凈化。在運(yùn)行過程中，生物膜將逐漸變厚，圓盤在水中不停地轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的剪切力會使過厚的生物膜不斷脫落，進(jìn)而使盤片上的生物膜厚度基本穩(wěn)定。

圖1 生物轉(zhuǎn)盤示意圖

生物轉(zhuǎn)盤的優(yōu)點(diǎn)是不會堵塞，生物膜與污水接觸均勻不會出現(xiàn)“短流”現(xiàn)象，COD、氨氮去除效率較高。李莎等在生物轉(zhuǎn)盤處理城鎮(zhèn)污水的試驗(yàn)研究中得出:城鎮(zhèn)污水經(jīng)生物轉(zhuǎn)盤處理后，COD、氨的去除率較高。在水力停留時間6 h，轉(zhuǎn)速為2 r/min時，COD的去除率達(dá)到了90%以上，而當(dāng)COD與氨氮的質(zhì)量比大于3.3時，總氮的去除率達(dá)到87%［2］。相比塔式生物濾池氨氮去除率明顯提高。除此之外，通過調(diào)整轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速來改善接觸條件和充氧能力，采取延長生物膜與污水接觸時間即可提高處理效果。

缺點(diǎn)是盤料較貴，初始投資較大，同時受氣候因素影響較大，在北方天氣寒冷地區(qū)，生物轉(zhuǎn)盤一般要設(shè)在室內(nèi)或加蓋，并采取一定保溫措施，增加了基建投資。對于含有揮發(fā)性有毒物質(zhì)的工業(yè)廢水，由于轉(zhuǎn)盤的充氧過程中會促使有毒氣體的揮發(fā)，因此不適合于生物轉(zhuǎn)盤法處理。

在使用過程中，生物轉(zhuǎn)盤應(yīng)注意以下幾點(diǎn):1)C/N至少3～5，以保證良好的脫氮效果。2)采取延長生物膜與污水接觸時間即可提高處理程度，一般取HRT=4 h為操作參數(shù)［3］。3)生物轉(zhuǎn)盤適合在氣溫較高的地方建造(不太適合氣溫較低的北方)，以減少運(yùn)行投資。4)不適合處理含揮發(fā)性有毒有害氣體的廢水。

2 生物接觸氧化法方案分析

如圖2所示，生物接觸氧化法又稱淹沒式生物濾池，它是在濾池內(nèi)部布設(shè)浸沒于水中的掛膜介質(zhì)填料，生物接觸氧化池具有曝氣系統(tǒng)，廢水中的有機(jī)物被吸附于填料表面的生物膜上，并在微生物的作用下進(jìn)行氧化降解。它是一種介于活性污泥法與生物濾池兩者之間的生物處理技術(shù)，兼具兩者的特點(diǎn)，具有如下優(yōu)點(diǎn):污水中BOD5的去除率較高;填料比表面積大，池內(nèi)充氧條件良好;不需要污泥回流，不存在污泥膨脹，運(yùn)行管理簡便;由于生物量多，水流屬于完全混合型，因此對水質(zhì)的驟變具有較強(qiáng)的適應(yīng)性;有機(jī)容積負(fù)荷高時，其F/M保持在較低的水平，污泥產(chǎn)率低;相比其他工藝，具有節(jié)能降耗，污水處理效率高的優(yōu)勢。通過不斷的發(fā)展改進(jìn)，出現(xiàn)了一些新工藝如懸浮填料生物接觸氧化法、序批式生物接觸氧化法、跌水曝氣生物接觸氧化法等。這些新工藝主要應(yīng)用于中小型污水處理廠，尤其是在除磷脫氮方面有著顯著的效果，發(fā)展前景非常廣泛［1］。目前，生物接觸氧化法在國內(nèi)的污水處理中得到廣泛的應(yīng)用，特別是有機(jī)廢水生物處理、小型生活污水處理中得到廣泛的應(yīng)用，成為污水處理的主流工藝之一［4］。

圖2 生物接觸氧化串聯(lián)工藝流程圖

生物接觸氧化工藝在黑龍江科技大學(xué)污水處理廠也得到了應(yīng)用。經(jīng)過多年的調(diào)試運(yùn)行，黑龍江科技大學(xué)污水廠在正常運(yùn)營(除假期外)的情況下BOD5的去除率高達(dá)90%以上，脫氮除磷效果較好，總氮的去除率高達(dá)85%，但是在假期期間，它的處理效果并不理想。這是因?yàn)樵诩倨谄陂g羅茨風(fēng)機(jī)的運(yùn)行和平時一樣，由于曝氣池水量的減少，這樣就會有大量溶解氧剩余(最高時達(dá)到19 mg/L，最佳值2 mg/L，允許范圍最高值2 mg/L～5 mg/L)，直接導(dǎo)致了池內(nèi)活性污泥的過度分解，污泥的減少嚴(yán)重的影響了系統(tǒng)對污水的處理能力，BOD5、總氮的去除率顯著下降。于是根據(jù)實(shí)際情況，在生物接觸氧化池內(nèi)增加溶解氧變頻探頭，這樣對生物接觸氧化池自動間歇曝氣，使溶解氧始終保持在最佳值內(nèi)，保證了BOD5的去除率始終達(dá)到90%以上，總氮的去除率始終達(dá)到85%，提高了污水的處理效率。更重要的是，這項技術(shù)的改進(jìn)節(jié)約了電能的消耗，僅此一項每年節(jié)約電費(fèi)近19萬元。

此外，我們經(jīng)過幾年的管理、運(yùn)行總結(jié)，提出提高處理污水水質(zhì)應(yīng)采取的措施如下:

1)在開始試運(yùn)行時及在生物膜培養(yǎng)掛膜階段，是在合適的水溫、溶解氧等環(huán)境條件及合適的pH值，BOD5，C/N等水質(zhì)條件下，填料表面附著少量的細(xì)菌，連續(xù)不斷進(jìn)水正常運(yùn)行，在有機(jī)養(yǎng)料及溶解氧充足的條件下，微生物開始大量生長、繁殖，生物膜逐漸增厚，一般經(jīng)過7 d～10 d就可以完成掛膜過程。

2)一定要盡可能創(chuàng)造微生物生長繁殖所需要的最優(yōu)越條件，尤其是氮磷營養(yǎng)元素的數(shù)量必須充足(可按進(jìn)水C∶N∶P=100∶5∶1的比例)。

3)采用小負(fù)荷進(jìn)水的方式，流速應(yīng)大于0.7 m/s，以免發(fā)生沉積和堵塞現(xiàn)象，減少對生物膜的沖刷作用，同時增加填料或?yàn)V料的掛膜速度。使氧化池溶液的溶解氧濃度控制在5 mg/L～6 mg/L，以維持微生物正常生命活動。

4)避免脫落的生物膜或懸浮污泥在池底積累過多而形成厭氧及污泥腐敗發(fā)臭，解決的辦法是提高預(yù)處理和一級處理的沉淀效果，減少進(jìn)入生物濾池的雜質(zhì)數(shù)量，并及時將生物池底積泥排出。

以上幾點(diǎn)措施是在黑龍江科技大學(xué)污水廠幾年來的管理、運(yùn)行中得到的成功經(jīng)驗(yàn)，并證明該系統(tǒng)具有高效、低耗、安全穩(wěn)定、維修方便等特點(diǎn)。出水水質(zhì)好，并進(jìn)行了回用，回用水用于學(xué)生宿舍和家屬區(qū)沖廁。通過幾年來管理，運(yùn)行效果良好。

3 結(jié)語

上述兩種生物膜工藝方案，各有特點(diǎn)，可以相互借鑒，按照實(shí)際廢水特點(diǎn)以及當(dāng)?shù)貙?shí)際情況(地形、資金、人員)，選擇相應(yīng)的工藝方案，但總的來說，要以簡單實(shí)用為基本原則。根據(jù)筆者多年來管理和運(yùn)行污水廠的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，生物接觸氧化工藝適用性更為廣泛，該工藝可充分利用絲狀菌的強(qiáng)氧化能力且不產(chǎn)生污泥膨脹，易于管理和操作。具有處理效率高，低溫適應(yīng)性好，耐沖擊，負(fù)荷性能好，低能耗，占地面積少的特點(diǎn)。若能選用合適的曝氣裝置，科學(xué)管理，則在中小規(guī)模城市污水處理廠具有廣闊的應(yīng)用前景。

［1］ 李粉玲，趙慶鵬.城市生活污水處理中活性污泥法與生物膜法工藝綜述與比較［J］.河北企業(yè)，2010(9):68-69.

［2］ 李 莎，王 凱，王優(yōu)魁.生物轉(zhuǎn)盤處理城鎮(zhèn)污水的試驗(yàn)研究［J］.工業(yè)用水與廢水，2010，41(4):43-46.

［3］ 王春麗，楊 偉，毛秋喜，等.生物轉(zhuǎn)盤處理污水試驗(yàn)研究［J］.哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009，25(3):301-302.

［4］ 高廷耀，顧國維，周 琪.水污染控制工程［M］.第3版.北京:高等教育出版社，2007:228-229.