有機廢水的好氧生物處理技術進展研究

沈萬峰

（寧波市城市排水有限公司，浙江 寧波315192）

有機廢水的好氧生物處理技術進展研究

沈萬峰

（寧波市城市排水有限公司，浙江 寧波315192）

好氧生物處理（Aerobic Biological Treatment）是廢水生物處理中應用最為廣泛的一大類方法。在有氧條件下，有機污染物作為好氧微生物的營養(yǎng)基質而被氧化分解，使污染物的濃度下降。好氧生物處理方法一般分為兩大類：（1）活性污泥法，是利用懸浮生長的微生物絮體處理有機廢水的一類好氧生物處理方法，這種微生物絮體就是活性污泥，它由好氣性微生物及其代謝和吸附的有機物、無機物組成；（2）生物膜法，利用微生物在固體表面的附著生長對廢水進行生物處理的技術。

好氧生物處理；推流式活性污泥法；生物濾池;MBBR

0 引言

好氧生物處理方法早在一百多年前就被用于污水處理，直到今天，好氧生物處理（Aerobic Biological Treatment）是廢水生物處理中應用最為廣泛的一大類方法。在有氧條件下，有機污染物作為好氧微生物的營養(yǎng)基質而被氧化分解，使污染物的濃度下降。與廢水的厭氧生物處理方法相比，具有以下優(yōu)點[1]：（1）生化反應速度快；（2）好氧消化設備簡單，基建投資省；（3）運行特性穩(wěn)定，操作簡單。同時也有一定的缺點：（1）供氧系統(tǒng)必須耗費能量，運行費用比厭氧處理方法高；（2）好氧降解的主要副產物是剩余的微生物，因此產生大量的二次污泥。

好氧生物處理方法一般分為兩大類：（1）活性污泥法，是利用懸浮生長的微生物絮體處理有機廢水的一類好氧生物處理方法，這種微生物絮體就是活性污泥，它由好氣性微生物及其代謝和吸附的有機物、無機物組成。（2）生物膜法，利用微生物在固體表面的附著生長對廢水進行生物處理的技術。主要用于固定床（Fixed Bed）生物處理技術和流化床（Fluid Bed）生物處理技術中，如生物濾池、生物轉盤、生物接觸氧化、生物流化床等工藝。這一類方法的共同特點是通過廢水與生物膜的相對運動，使廢水與生物膜接觸，進行固液兩相的物質交換，并在膜內進行有機物的生物氧化與降解，使廢水得到凈化，同時，生物膜內微生物不斷得以生長和繁殖。

1 傳統(tǒng)好氧生物處理技術介紹

1.1 推流式活性污泥法(CAS)

廢水和回流污泥從曝氣池的一端同時進入反應系統(tǒng)，水流呈推流式。其中標準活性污泥法的基本流程如圖1所示。它包括初沉池、曝氣池、二沉池和污泥回流裝置四個單元。在曝氣池內，污染物濃度（F）與微生物的生物量（M）的比值F/M值沿流程不斷降低，在其末端，污染物濃度，即F值已降到很小，而活性污泥生物則進入穩(wěn)定生長期，出水水質良好[2]。

圖1 標準活性污泥法的流程圖

在標準活性污泥法的基礎上，人們通過改變曝氣池的各種運行參數(shù)，如混合液懸浮物濃度、曝氣量、停留時間、BOD負荷、廢水注入方式等等，以期減少基建投資、降低處理成本或達到節(jié)能、提高處理能力等目的。

出現(xiàn)的問題主要有：（1）由于世界各國城市化率的不斷提高，用地緊張情況與日俱增，因而需在CAS工藝的基礎上，研究開發(fā)用地更為節(jié)省的新工藝；（2）在工藝運行過程中，產生和存在臭味問題、剩余污泥二次污染問題；（3）日趨嚴重和普遍的水體富營養(yǎng)化問題，要求污水處理工藝不僅具有有機物的去除功能，同時要求具有對廢水中氮、磷的有效去除，CAS做不到這一點；（4）隨著能源供應日趨緊張，CAS能耗高的缺點越來越突出；（5）城市人口的快速增加、人們生活水平的不斷提高，城市污水的排放量亦與日俱增，且廢水中所含污染物的種類日趨復雜化，在一定時期內容易導致CAS工藝的超負荷運行，以及運轉不穩(wěn)定等問題。

1.2 生物濾池（Biofilter）

生物濾池（Biofilter）是最早出現(xiàn)的一種生物處理方法，又稱灑滴池，結構簡單，管理方便。圖2所示為普通生物濾池的工藝流程，它主要包括以下幾部分：（1）濾床，一般采用碎石、卵石或爐渣等濾料，鋪成厚度約1.5～2.0 m的濾床，生物膜便長在濾料上。（2）配水與布水裝置，其作用是使污水均勻灑向濾床。（3）排水裝置，在濾層底部匯集經濾床處理的水，通過二沉池排出。

圖2 普通生物濾池工藝流程圖

生物濾池根據(jù)承受負荷的能力分為普通生物濾池和高負荷生物濾池。生物濾池的優(yōu)點是結構簡單、基建費用低，缺點是占地面積大，處理量小。

2 新型高效好氧生物處理技術介紹

移動床生物膜反應器（moving bed biofilm reactor,MBBR）是一項新型高效的好氧生物處理技術，現(xiàn)介紹如下：

MBBR工藝的核心部分為利用投加到CAS曝氣池中、比重接近于水的懸浮載體填料作為微生物的活性載體，依靠曝氣池內的曝氣和水流的提升作用使其處于流化狀態(tài)，因而是懸浮生長活性污泥法和流化態(tài)附著生長的生物膜法相結合的一種工藝。與一般填料不同的是，懸浮填料能與污水頻繁多次接觸，并可隨混合液的流動而流動并相互充分混合接觸，因此被稱為MBBR工藝。

MBBR工藝通過在CAS工藝曝氣池中投加一定數(shù)量的輕質懸浮載體填料，使污水處理的機理和效能發(fā)生質的變化[3]。在此工藝中，微生物生存的基礎環(huán)境由CAS工藝中的氣、液兩相轉變?yōu)闅狻⒁?、固三相，這種轉變?yōu)槲⑸飫?chuàng)造了良好的條件和更豐富的存在形式，形成了一個更復雜復合式生態(tài)系統(tǒng)。懸浮載體表面的生物膜與液相中的懸浮污泥共同發(fā)揮作用，各自發(fā)揮自己的降解優(yōu)勢。大量吸附生長在生物填料上的生物膜使生物反應器中的活性生物量大大增加，在提高系統(tǒng)抗沖擊負荷能力的同時，使系統(tǒng)具有更強的脫氮能力。

在MBBR工藝中，附著生長在懸浮載體中長泥齡生物膜為生長緩慢的硝化菌提供了非常有利的生存環(huán)境，可實現(xiàn)有效的硝化效果，而懸浮生長的活性污泥的泥齡相對較短，主要起去除有機物的作用，由此避免了CAS工藝中為了實現(xiàn)硝化作用而需要較長的泥齡并因此而易出現(xiàn)污泥膨脹的問題[4]。

如前所述，特殊的懸浮填料的使用是MBBR工藝的核心部分。其具有以下特征：懸浮填料在無曝氣時浮于水的表面，無需固定支架支撐，這使反應池的安裝和維修變得很方便；當曝氣時，生長了生物膜的填料密度因與水接近，填料依靠曝氣的攪拌作用，處于流化狀態(tài)，這不僅使污水與填料上的生物膜廣泛而頻繁多次地接觸，而且填料在流化過程中切割分散氣泡，使布氣趨于均勻，提高了氧的利用率，由此產生的固、液、氣三相的充分接觸混合和碰撞，增大了傳質面積，提高了傳質速率，強化了傳質過程。因此，在達到一定污染物去除率情況下，污水在池內的停留時間更短，同時，即使有沖擊負荷，也可以很快地恢復處理效果[5]。另外，懸浮填料受到氣流、水流的沖刷，老化的膜能自動脫落，保證了膜的活性，促進了新陳代謝，而且在反應池中隨水流化在填料上，還可能大量生長絲狀菌，既可利用絲狀菌高效降解有機物的功能，使出水改善，又無污泥膨脹之虞。此外，由于填料比重與水接近，只需很小的氣量即可使其均勻懸浮于水中，其使用時無需填料支架，只需在曝氣池出水處設置柵網攔截，靠曝氣水流將其回流至池前端，可節(jié)省投資，且投配、更新更方便。因此，操作簡單，工作量也較少。

3 有機廢水好氧生物處理技術的發(fā)展趨勢

隨著社會和經濟的發(fā)展,有機廢水污染物的種類和污水的數(shù)量不斷增加,而目前使用的單一的污水處理技術均存在一定的局限性,往往不能取得滿意的效果。今后,新工藝的開發(fā)和探索將是有機廢水處理的一個重要問題。一般認為,下述三個方向將在今后的污水處理中起到重要的作用:

（1）幾種處理技術的聯(lián)用,如先用絮凝、內電解、光催化氧化等技術破壞水中難降解的有機物,改善廢水的可生化性,再聯(lián)用生化方法,如接觸氧化工藝、A/O工藝等對廢水進行深度處理。

（2）針對廢水成分復雜,單元處理裝置難以達到處理要求的特點,發(fā)展具有高效能、多功能、設備小型化,且便于操作的組合處理裝置。

（3）開發(fā)新工藝、新產品,以滿足越來越嚴格的環(huán)保要求,適應環(huán)保發(fā)展的需要。

[1]王寶貞,王琳.水污染治理新技術——新工藝,新概念,新理論[M].北京:科學出版社,2002:128-132.

[2]高廷耀主編.水污染控制工程(下冊)[M].北京:高等教育出版社, 1989.

[3]雷樂成,汪大暈.水處理高級氧化技術[M].河南:化學工業(yè)出版社,2001:105-110.

[4]高廷耀,顧國維.水污染控制工程[M].北京:高等教育出版社, 1999:72-85.

[5]孔繁翔,嚴國安.環(huán)境生物學[M].北京:高等教育出版社,2000: 241-263.

X703.1

B

1009-7716（2017）09-0105-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.09.030

2017-06-14

沈萬峰（1979-），男，浙江寧波人，碩士，工程師，從事給水排水處理技術研究工作。