生物轉盤技術的應用現(xiàn)狀及其研究進展

李莎 王凱 王優(yōu)魁

隨著現(xiàn)代化工業(yè)的進程和人口急劇的膨脹，水污染問題已經(jīng)成為了社會焦點，為了保護環(huán)境，處理污染物，人們急于尋找高效、低成本的技術。生物轉盤(RBC)作為生物膜工藝之一，處理污/廢水已有50余年的歷史，它是從生物濾池的基礎上發(fā)展起來的，現(xiàn)已廣泛應用于各種生活污水和工業(yè)廢水的處理。該種工藝具有系統(tǒng)設計靈活、安裝便捷、操作簡單、系統(tǒng)可靠、操作和運行費用低;不需要曝氣，也無需污泥回流，節(jié)約能源，同時在較短的接觸時間就可得到較高的凈化效果。

1 影響因素分析

1.1 盤片材料對轉盤的影響

盤片材料，即生物膜的載體是最關鍵的因素，它的性能直接決定著轉盤的除污效果。目前所使用的生物轉盤盤片大都采用波紋塑料板、玻璃鋼板等，盤片形狀單一、比表面積小、掛膜性能差、處理效率低、使用壽命短等[1，2]，因此找到一種比表面積大、掛膜性能好、質(zhì)輕耐腐蝕的盤片材料是當前RBC研究的一個主要方向。張翼，張妍等[3]處理化工廢水時也研究了石英砂、聚丙烯和活性炭3種材料的生物轉盤處理效果，結果表明，轉盤在4 r/min，HRT為6 h的條件下，活性炭處理效果最好。因此，盤片材料有效面積越大、表面粗糙度越高、質(zhì)量越小，系統(tǒng)處理效果的性價比就會越高。

1.2 水力停留時間(HRT)對轉盤的影響

合適的水力停留時間(HRT)是確保凈化效果和工程投資經(jīng)濟性的重要控制因素。水力停留時間的長短將直接影響到水中有機物與生物膜的接觸時間，進而影響微生物對有機物的吸附和降解效率，一般隨著HRT的延長，生物盤片去除有機物的能力逐漸增強，Lu C S，Li H-C等[4]實驗得到，在HRT分別為8 h，16 h和32 h時，系統(tǒng)COD去除率分別達到 87%，90%，90%，當在大于32 h時去除率明顯降低。因此選擇一個適宜的HRT對提高處理效果是很有必要的。

1.3 轉速對轉盤的影響

轉速是生物轉盤運行的重要控制參數(shù)，生物轉盤需要有一定的轉速。Hartman的報告指出，基質(zhì)去除率隨轉速的0.1次方增大而增大。轉速過低時，系統(tǒng)的傳質(zhì)效果達不到最優(yōu)，生物膜對氧的需求不能完全得到滿足，隨著轉速的增加，傳質(zhì)效果得到改善，當轉速達到一定值時傳質(zhì)效果達到最佳狀態(tài)，而當轉速過高時，生物膜所受水力剪切力增加，從而導致部分生物膜脫落，進而影響生物膜對有機物的去除效果。熊歡偉[6]處理有機廢水實驗證明，在轉速為 8 r/min，12 r/min，16 r/min，20 r/min 時，COD 去除率分別為87.3%，88%，93%和89%，可見轉速達到 16 r/min時，傳質(zhì)效果達到最佳狀態(tài)。

1.4 有機負荷的影響

有機負荷與水力停留時間和進水有機物濃度密切相關，對于一定的進水底物濃度來講，有機負荷越低，則水力停留時間越長，因而反應器流出的有機物濃度就越低;反之則越高，即有機物的去除率下降[7]。來自大規(guī)模生物轉盤設備的數(shù)據(jù)分析表明[8]:對單個RBC單元氧傳遞限制發(fā)生在有機負荷大約為32 gBOD5/(m2?d)，超過這個值時將會造成有害生物體貝式硫細菌屬的過分生長。轉盤系統(tǒng)中的有機負荷影響硝化反應。若廢水的COD值低于20 mg/L時，硝化細菌在生物膜內(nèi)成為優(yōu)勢菌[9]。

2 生物轉盤的研究現(xiàn)狀

2.1 國外對生物轉盤的研究應用現(xiàn)狀

生物轉盤是于20世紀60年代在原聯(lián)邦德國所開創(chuàng)的一種污水生物處理技術。原聯(lián)邦德國索圖加特工業(yè)大學Popel教授和Hartman教授對生物轉盤技術的實用化進行了大量的實驗研究和理論討論工作，并于1964年發(fā)表了題為《生物轉盤的設計、計算與性能》的論文，就此奠定了生物轉盤技術發(fā)展的基礎[10]。至70年代僅在歐洲就已經(jīng)有1 000多座生物轉盤。迄今為止，國外已應用生物轉盤進行處理生活污水、工業(yè)廢水的小試、中試及生產(chǎn)性實驗研究，均取得了較好的效果。其中，生物轉盤處理含酚廢水的研究屢見報道，目前研究中，G.Swaminathan和T.K.Ramanujam[11]用改良的生物轉盤研究不同有機負荷條件下2，4-二氯酚的生物降解情況。結果表明，生物轉盤系統(tǒng)在較高的有機負荷下對有機物去除率接近100%。有機負荷率0.36 g/(m2?d)時發(fā)現(xiàn)處理效率99.5%，而當最高有機負荷率為6.15 g/(m2?d)時，處理效率降低到92.22%。

2.2 國內(nèi)對生物轉盤的研究現(xiàn)狀

近年來，我國不少學者也進行了生物轉盤工藝的研究。其關鍵技術在于如何改進生物轉盤的工藝研究;如華南理工大學專利產(chǎn)品[12]用射流噴射器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電機驅(qū)動，提供了一種集射流曝氣及驅(qū)動生物轉盤于一體的污水處理組合裝置，采用該種裝置彌補了電機驅(qū)動方式存在的溶解氧不走而產(chǎn)生的臭氣，并且省電。

從傳統(tǒng)的生物轉盤工藝看，國內(nèi)大都采用的是波紋塑料板、玻璃鋼板等形式，盤片形狀單一、比表面積小、掛膜性能差[1]。所以，研究一種新型的生物轉盤工藝迫在眉睫。填料組合式生物轉盤作為一種創(chuàng)新工藝在污水處理中應運而生，它是由多孔球形填料或者彈性填料組成，填料材質(zhì)為聚乙烯，多孔球形填料位于盤片框架兩側的網(wǎng)罩內(nèi)，球形填料分為內(nèi)外雙層，組合成串懸掛。具有比表面積大，比傳統(tǒng)的生物轉盤盤片提高15倍，易掛膜，生物量大，處理效率高等優(yōu)點。

李福軍等在生物轉盤在污水生物處理中的研究進展提到由于小城鎮(zhèn)污水中含有大量可生物降解的有機物及可供生物生長繁殖的碳、氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)，故采用生物轉盤處理得到良好的處理效果。

3 生物轉盤工藝在國內(nèi)的應用

3.1 生物轉盤在生活污水中的應用

從一些生物轉盤用于生活污水方面的中試研究及工程應用實例可知，生物轉盤是一種高效的廢水處理反應器，在水力停留時間小于2.5 h的情況下，對生活污水的處理效率平均能達到90%左右，但另一方面，在工程應用中生物轉盤處理量不大，因此在大水量城市污水處理方面還需進一步的研究[14]。

3.2 與植物濾床聯(lián)合應用

采用生物轉盤與植物濾床工藝聯(lián)合處理農(nóng)村生活污水也取得了良好的處理效果。如李彬[15]等人研究自回流生物轉盤/植物濾床工藝處理農(nóng)村生活污水，處理水量為5 m3/d，主要構筑為脫氮池、自回流生物轉盤和植物濾床。通過生物轉盤3級處理后污水回流到脫氮池，實現(xiàn)了高效脫氮的效果。在整個工藝中，污水不僅脫氮效率高，而且在植物濾床中種植了空心菜和采用投加石膏的方法對去除總磷也得到了較好的效果，通過處理可以看出該組合工藝穩(wěn)定，運行時對總氮、總磷、有機物的去除效果較好，平均去除率分別達到了50.8%，60%和57.9%，從而也為農(nóng)村生物污水提供了一個新的方法。

4 發(fā)展展望

生物轉盤作為一種污水處理方法，具有投資省、處理效率高、性能穩(wěn)定、適應性強和運行管理簡便等優(yōu)點，很有發(fā)展?jié)摿?。同時，與生物轉盤相結合的組合工藝的發(fā)展將為污水處理帶來新的思路，針對不同特點的污水，不僅局限于單獨的生物轉盤工藝的應用，我們可以拓展思路，在技術經(jīng)濟可行的條件下，選擇更合理的處理方法，如與A/O聯(lián)合工藝、與人工濕地組合工藝等都具有各自的優(yōu)點。所以，針對這些組合工藝應加強研究并進行實際應用，為今后難處理的污水提供更有效的方法。

[1] 朱光燦，李憲寧，呂錫武，等.填料組合式生物轉盤片:CN，1654362A[P].2005-08-17.

[2] 陳志強，溫沁雪，溫 言，等.網(wǎng)狀生物轉盤盤片:CN，2793064Y[P].2006-07-05.

[3] 張 翼，張 妍.活性炭生物轉盤法處理化工廢水[J].化工環(huán)保，2006，26(4):272-276.

[4] Lu C S，Li H-C，Lee L Y.Effects of disc rotational speed and submergence on the performance of an anaerobic rotating biologicalcontactor[J].Environment International，1997 ，23(2):253-263.

[5] Sharma BandAhlerRC.Nitrifieation and nitrogen removal?wat，1977(11):897-925.

[6] 熊歡偉，郭 勇.新型顆粒生物膜生物轉盤處理有機廢水的研究[J].中國給水排水，2009，25(1):75-81.

[7] 沈耀良，黃 勇.固定化微生物污水處理技術[M].北京:化學工業(yè)出版社，2002.

[8] C.P.Leslie Grady ，Jr.Glen T.Daigger，Henry C.Lim.廢水生物處理[M].張錫輝，劉勇弟，譯.北京:化學工業(yè)出版社，2003:1.

[9] 劉富軍，郭福生.生物轉盤在污水生物處理中的研究發(fā)展[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2007，33(9):32-34.

[10] 張自杰.排水工程(下冊)[M].第4版.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2000.

[11] G.Swaminathan，T.K.Ramanujam.Effect of substrate concentration on biodegradation of 2，4-dichlorophenol using modified rotating biological contactors[J].Bioprocess Engineering，1999(21):169-173.

[12] 周興求，伍健東.一種污水處理組合工藝及其裝置:CN，1180991C[P].2004-12-22.

[13] 劉 雨，趙慶良，鄭興燦.生物膜法污水處理技術[M].北京:中國建筑出版社，2000:2.

[14] 梅 麗，楊 平，尚書勇.污水的生物處理——生物轉盤法[J].當代化工，2004，12(3):25-29.

[15] 李 彬，呂錫武，寧 平，等.自回流生物轉盤/植物濾床工藝處理農(nóng)村生活污水[J].中國給水排水，2007，23(17):15-18.