生物膜法在污水治理中的應(yīng)用

陳 曦/云南省楚雄州楚雄第一中學(xué)

生物膜法在污水治理中的應(yīng)用

陳 曦/云南省楚雄州楚雄第一中學(xué)

【摘 要】隨著城市化的迅速發(fā)展,污水排放量持續(xù)增長(zhǎng),使得水資源污染嚴(yán)重,同時(shí)也造成水質(zhì)性缺水的危機(jī),解決這個(gè)問(wèn)題最直接的辦法就是增加污水的處理量,提高污水處理廠(chǎng)處理效果。生物膜呈蓬松絮狀結(jié)構(gòu)，微孔多表面積大，具有很強(qiáng)的吸附和降解有機(jī)污染物的能力，生物膜法就是根據(jù)土壤自?xún)粼戆l(fā)展起來(lái)的污水凈化方法。

【關(guān)鍵詞】生物膜法；污水處理；應(yīng)用；方法

前言

在污水處理的二級(jí)生化處理工藝中，活性污泥法和生物膜法占主導(dǎo)地位。（1）活性污泥法是一種污水的好氧生物處理法，如今，活性污泥法及其衍生改良工藝是處理城市污水最廣泛使用的方法它能從污水中去除溶解性的和膠體狀態(tài)的可生化有機(jī)物以及能被活性污泥吸附的懸浮固體和其他一些物質(zhì)，同時(shí)也能去除一部分磷素和氮素。（2）生物膜法是利用附著生長(zhǎng)于某些固體物表面的微生物（即生物膜）進(jìn)行有機(jī)污水處理的方法。而生物膜法由于它的特殊優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越得到人們的關(guān)注，發(fā)展十分迅速。

本文是在微生物處理污水的教學(xué)和實(shí)踐觀(guān)察中從生物膜法的概念，凈化原理，微生物種群和培養(yǎng)等的角度出發(fā)，闡明了生物膜法在污水的凈化中具有廣闊的應(yīng)用前景。

1.生物膜凈化污水的主要方法

1.1高負(fù)荷生物濾池/固體接觸(TF/SC)

生物濾池可以是卵石填料高負(fù)荷生物濾池,也可以是塑料填料的深式或塔式濾池（一種利用好氧微生物處理污水的一種構(gòu)筑物）。生物濾池由碎石或塑料制品填料構(gòu)成的生物處理構(gòu)筑物。TF/SC工藝中生物濾池系按不完全處理設(shè)計(jì),采用了較一般高負(fù)荷生物濾池還要高的負(fù)荷,美國(guó)采用的負(fù)荷為0.4～1.4kgBOD5/(m3?d)(填料體積),最終出水BOD5可達(dá)10mg/L以下。BOD5是一種用微生物代謝作用所消耗的溶解氧量來(lái)間接表示水體被有機(jī)物污染程度的一個(gè)重要指標(biāo)。我國(guó)的研究結(jié)果是卵石填料的負(fù)荷在3.5kgBOD5/(m3?d)時(shí)最終出水BOD5可在30mg/L以下。生物濾池設(shè)計(jì)的BOD5去除率以50%左右較為經(jīng)濟(jì),其主要功能是去除溶解性BOD5和將大分子等難降解的物質(zhì)降解為易降解物質(zhì)。在我國(guó)采用卵石填料比較經(jīng)濟(jì),因塑料填料的價(jià)格要高20倍以上。

固體接觸池是TF/SC工藝高效的關(guān)鍵之一,它是將回流污泥與生物濾池出水混合曝氣,進(jìn)行生物絮凝和生物吸附,將廢水中細(xì)小顆粒和凝聚性差的生物膜絮凝成易于沉淀的絮體,同時(shí)吸附和降解污水中的有機(jī)污染物,因而污水在固體接觸池中的停留時(shí)間一般都較短(美國(guó)典型TF/SC處理廠(chǎng)最短的僅2.0min,一般為30min左右),我國(guó)設(shè)計(jì)的停留時(shí)間較長(zhǎng),多在45min左右,因?yàn)V池負(fù)荷較美國(guó)高。固體接觸池的污泥負(fù)荷比一般活性污泥法高1倍,若出水BOD5要求低于30mg/L,污泥負(fù)荷為0.4～0.8kgBOD5/(kgMLSS?d)。

TF/SC工藝具有以下優(yōu)點(diǎn):①出水水質(zhì)好。美國(guó)的數(shù)處工程實(shí)例和我國(guó)示范工程都說(shuō)明出水懸浮物和BOD5均可達(dá)到10mg/L以下。②TF/SC的工藝單元--生物濾池、固體接觸池和絮凝沉淀池均是高效設(shè)施,負(fù)荷高、停留時(shí)間短,因而工程造價(jià)低,運(yùn)行能耗少。研究結(jié)果說(shuō)明TF/SC工藝污水處理廠(chǎng)工程總投資和運(yùn)行費(fèi)用均較傳統(tǒng)活性污泥法低約20%(未包括污泥處理,TF/SC工藝污泥量少1/4)。③具有生物膜法的特點(diǎn),耐沖擊、運(yùn)行穩(wěn)定、操作比較簡(jiǎn)單。

1.2曝氣生物濾池

是設(shè)置了塑料型塊的曝氣池（污水處理廠(chǎng)中采用鼓風(fēng)機(jī)送空氣進(jìn)入混凝土澆注成的污水池中），按其過(guò)程也稱(chēng)生物接觸氧化法。它的工作類(lèi)似活性污泥法中的曝氣池，但是不要回流污泥，曝氣方法也不能沿用，一般采用全池氣泡曝氣,池中生物量遠(yuǎn)高于活性污泥法,故曝氣時(shí)間可以縮短。運(yùn)行較穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)污泥膨脹問(wèn)題。也有采用粒料（如砂子、活性炭）的。這時(shí)水流向上，濾床膨脹、不會(huì)堵塞。因?yàn)楸砻娣e高,生物量多,接觸又充分，曝氣時(shí)間可縮短，處理效率可提高，尚處在研究階段。

1.3厭氧生物濾池

厭氧生物濾池是一種內(nèi)部裝填有微生物載體（即濾料）的厭氧生物反應(yīng)器。厭氧微生物部分附著生長(zhǎng)在濾料上，形成厭氧生物膜，部分在濾料空隙間懸浮生長(zhǎng)。污水流經(jīng)掛有生物膜的濾料時(shí)，水中的有機(jī)物擴(kuò)散到生物膜表面，并被生物膜中的微生物降解轉(zhuǎn)化為沼氣，凈化后的水通過(guò)排水設(shè)備排至池外，所產(chǎn)生的沼氣被收集利用。其構(gòu)造和曝氣生物濾池雷同，只是不要曝氣系統(tǒng)。因生物量高，和污泥消化池相比，處理時(shí)間可以大大縮短（污泥消化池的停留時(shí)間一般在10天以上），處理城市污水等濃度較低的廢水時(shí)有可能采用。

2.生物膜法在京溪污水處理廠(chǎng)的應(yīng)用

京溪污水處理廠(chǎng)是廣州市河涌整治重點(diǎn)工程項(xiàng)目之一,廠(chǎng)址位于沙太路旁金湖貨運(yùn)場(chǎng)內(nèi),占地約28畝(1畝667m2)。服務(wù)范圍包括沙河涌上游流域的左、右支流及南湖流域,服務(wù)面積為15.7km2,服務(wù)人口13.03萬(wàn)人。污水處理廠(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)模10萬(wàn)m3/d,采用生物膜法技術(shù)。整廠(chǎng)處理工藝設(shè)備采用“地下全埋式”,分兩層,深-20 米,為目前亞洲最大的地下污水處理廠(chǎng),同時(shí)也是海內(nèi)單位水量占地面積最小的污水處理廠(chǎng),僅相稱(chēng)于傳統(tǒng)工藝正常占地面積的十分之一。

3.影響生物處理的因素

生物處理的主體是微生物，微生物的新陳代謝對(duì)環(huán)境因素有一定的要求，如果環(huán)境條件突然改變，超出正常的范圍，會(huì)導(dǎo)致微生物的不適應(yīng)，從而影響處理效果。在運(yùn)行中常見(jiàn)的影響因素如下：

3.1溫度

對(duì)于大多數(shù)細(xì)菌，適宜的溫度為20至40℃之間。好氧處理在水溫30至35℃時(shí)處理效果最佳，但實(shí)際工藝常在15至30℃之間進(jìn)行，在水溫低于10℃或高于40℃時(shí)，仍有良好的處理效果。在水溫比正常低很多時(shí)，可以調(diào)低負(fù)荷。所以好氧處理一般不對(duì)溫度作特殊調(diào)整。某些工業(yè)廢水水溫太高，應(yīng)設(shè)置調(diào)節(jié)池降溫；厭氧處理可根據(jù)溫度的不同分為中溫（30至35℃）及高溫（50至60℃）兩大類(lèi)。高溫消化比中溫消化所需的時(shí)間短，但加熱污泥所需的熱量大。從經(jīng)濟(jì)角度考慮，一般采用中溫消化方式。為解決冬季水溫過(guò)低、代謝速率慢的問(wèn)題，可采取設(shè)備增設(shè)保溫層及水蒸汽預(yù)熱等措施。

3.2pH值

一般來(lái)說(shuō)，好氧處理中pH值應(yīng)在6至9之間，但是好氧微生物對(duì)pH值的適應(yīng)能力較強(qiáng)，適宜的范圍較大；厭氧處理中pH值應(yīng)在6.5至7.8之間。因?yàn)閰捬跷⑸飳?duì)pH值較敏感，如果pH值降至5以下，對(duì)甲烷菌有很強(qiáng)的毒害作用，甚至?xí)?dǎo)致甲烷菌死亡。一般情況下，如果進(jìn)水的pH值遠(yuǎn)離正常值，應(yīng)該在生物處理的構(gòu)筑物前設(shè)置調(diào)節(jié)池，將pH值調(diào)整正常范圍后，才可進(jìn)行生物處理。

3.3有毒物質(zhì)

對(duì)微生物有毒害的物質(zhì)都會(huì)影響微生物的處理效率，嚴(yán)重的會(huì)使微生物死亡。例如重金屬、氰化物、硫化物、醛類(lèi)、酚類(lèi)等。微生物對(duì)毒物的忍受能力因種類(lèi)而異。細(xì)菌適應(yīng)性較強(qiáng)，通過(guò)長(zhǎng)期馴化可以承受較高濃度的毒物。所以在處理過(guò)程中，逐步提高毒物濃度可使微生物適應(yīng)這種水質(zhì)，從而有效地達(dá)到凈化廢水的目的。

4.生物膜法需要研究改進(jìn)的技術(shù)問(wèn)題

生物膜法從開(kāi)始研究至今不足30年,在我國(guó)研究的時(shí)間有20 年,存在許多需要改進(jìn)的地方,需主要研究的內(nèi)容如下:（1）不論是TF/SC工藝還是BAF技術(shù),工藝的理論研究還很不夠,如果在理論研究上有所發(fā)展,必然會(huì)極大地推動(dòng)生物膜法的發(fā)展。（2）需要研究TF/SC和BAF適用的輕質(zhì)高強(qiáng)、價(jià)廉、使用壽命長(zhǎng)的濾池濾料,這是兩種工藝的關(guān)鍵問(wèn)題。（3）隨著對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求的提高,污水脫氮除磷也一定會(huì)在我國(guó)得到加強(qiáng)。

5.結(jié)語(yǔ)

隨著生物膜研究的不斷深入和進(jìn)步，生物膜法在自然環(huán)境和廢水生物處理中必將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。特別是對(duì)微生物對(duì)物質(zhì)的代謝機(jī)理、微生物的群落結(jié)構(gòu)和功能、曝氣生物濾池和膜反應(yīng)器的創(chuàng)新改進(jìn)及濾料的選擇應(yīng)用，這些都將直接影響生物膜法對(duì)污水的處理能力。因此，在物理化學(xué)和生物學(xué)因素等方面的基礎(chǔ)上，深化探索研究，不斷提高生物膜法對(duì)污水中各種元素的處理能力，為生物修復(fù)技術(shù)提供一定的理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張金蓮，吳振斌．水環(huán)境中生物膜的研究進(jìn)展[J]．環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2007，30（11）：102-106．

[2]王海燕，楊帆．生物膜系統(tǒng)處理焦化廢水的研究[J]．煤炭科學(xué)技術(shù)．2007，35（2）：62-67．

作者簡(jiǎn)介：陳曦，女，云南省楚雄州楚雄第一中學(xué)高三年級(jí)11班。