生物轉(zhuǎn)盤工藝在農(nóng)村污水處理中的應(yīng)用研究

高 峰，李 明

（德州市環(huán)境保護局，山東 德州 253000）

改革開放以來，我國經(jīng)濟發(fā)展取得了長足進步，居民生活水平不斷提高，人們對居住環(huán)境的要求也越來越高。水環(huán)境污染問題不僅制約我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，還嚴(yán)重影響居民的生活質(zhì)量。隨著十九大的召開，全面建成小康社會的步伐進一步加快，解決好農(nóng)村人居環(huán)境問題、對農(nóng)村污水進行處理是全面建成小康社會的一項重要任務(wù)。

我國廣大城市都基本建有完善的管網(wǎng)系統(tǒng)、成熟的集中污水處理系統(tǒng)，城市污水處理已經(jīng)解決，城市人居環(huán)境問題也逐年變好。相比之下，農(nóng)村污水處理率遠不及城市污水處理率，農(nóng)村污水處理項目作為中央資金重點支持的項目類型，近幾年來也取得了顯著的成果。2006年，我國的農(nóng)村污水處理率僅為1%，2010年增長至6%，2014年增長至9.98%。截止2014年，我國約有4 000個村鎮(zhèn)建有農(nóng)村污水處理設(shè)施，農(nóng)村污水處理能力達2 400萬t。生物轉(zhuǎn)盤工藝是一種常見的農(nóng)村污水處理工藝，在農(nóng)村污水處理中顯示出獨特的優(yōu)點，本文重點介紹了生物轉(zhuǎn)盤工藝的基本原理、工藝特征及其在農(nóng)村污水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀。

1 原理與結(jié)構(gòu)特點

1.1 原理

生物轉(zhuǎn)盤工藝概念誕生于20世紀(jì)20年代的德國，憑借凈化效果優(yōu)良、能耗低等特點，在國內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用[1]。生物轉(zhuǎn)盤工藝的凈化機理主要是利用轉(zhuǎn)盤上的微生物的新陳代謝活動，生物轉(zhuǎn)盤通常被排列成一個系列，通過驅(qū)動裝置推動轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)。生物轉(zhuǎn)盤在旋轉(zhuǎn)的過程中促使污水與轉(zhuǎn)盤發(fā)生接觸，污水中的污染物會進入附著在轉(zhuǎn)盤中的生物膜上。

生物膜在轉(zhuǎn)盤的不斷循環(huán)轉(zhuǎn)動中逐漸成熟，生物膜中的微生物種群會越來越豐富，微生物系統(tǒng)的生態(tài)穩(wěn)定性增強，生物膜降解污水中污染物的功能逐步發(fā)揮出來。當(dāng)轉(zhuǎn)盤離開接觸槽，生物膜與空氣接觸，大氣中的氧氣在生物膜中附著的水層與外界環(huán)境之間發(fā)生傳質(zhì)作用。生物膜從外到里依次形成好氧膜、兼性膜、厭氧膜。生物膜能夠?qū)崿F(xiàn)有機污染物的去除，在厭氧與好氧交替的環(huán)境中還能夠?qū)崿F(xiàn)硝化、脫氮除磷的功能。

1.2 結(jié)構(gòu)特點

生物轉(zhuǎn)盤工藝有盤片、接觸反應(yīng)槽、轉(zhuǎn)軸以及驅(qū)動裝置組成，也被稱為盤式表面生物膜反應(yīng)器[2]。

1.2.1 盤片

盤片是生物轉(zhuǎn)盤工藝的主要部件，盤片具有質(zhì)量輕、強度大、易掛膜等特點；盤片的形式多種多樣，通常有網(wǎng)孔板、波紋板[3]；盤片的比表面積通常為150～250 m2/cm3，在較低的水力停留時間下具有較高的去除效率。

1.2.2 接觸反應(yīng)槽

接觸反應(yīng)槽的作用主要是容納污水，為盤片上的微生物提供營養(yǎng)物質(zhì)，促進微生物的新陳代謝，降解污染物；接觸反應(yīng)槽的外形應(yīng)該與盤片的形狀相吻合。

1.2.3 轉(zhuǎn)軸

轉(zhuǎn)軸是連接盤片與驅(qū)動裝置的重要部件，轉(zhuǎn)軸安裝在接觸反應(yīng)槽的兩端支座上。在設(shè)計中時應(yīng)當(dāng)注意，轉(zhuǎn)軸要位于液面的上方，這樣能夠避免轉(zhuǎn)軸的銹蝕。

1.2.4 驅(qū)動裝置

驅(qū)動裝置是生物裝盤系統(tǒng)動力的源泉，主要由減速裝置、傳動裝置與動力設(shè)備組成。

2 基本特征

生物轉(zhuǎn)盤工藝是活性污泥法物與生物膜法的有機結(jié)合，既具有活性污泥法的特點，又具有生物膜法的特點。

2.1 微生物濃度高

盤片上的微生物是固著生長的，具有很高的生物量，其生物量轉(zhuǎn)換成MLVSS高達50 000～60 000 mg/L。由于具有很高的生物量濃度，所以生物轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)具有很高的污染物去除率。

2.2 生物相分級

生物相分級可以分為橫向分級與豎向分級兩種情況。橫向分級指的是每級串聯(lián)系統(tǒng)中微生物的分級，每級生物轉(zhuǎn)盤中都有適應(yīng)本段污水水質(zhì)的生物相；豎向分級指的是，生物盤片上從外到里的微生物相分級，依次為好氧微生物、兼性微生物、厭氧微生物。

2.3 污泥齡長

在生物轉(zhuǎn)盤上生長著世代周期很長的微生物，因此生物盤工藝具有脫氮除磷的功能。

2.4 耐沖擊負荷較高

由于生物盤上的微生物量非常大，食物鏈較復(fù)雜，因此生物盤工藝具有很高的抗沖擊負荷能力。

2.5 能耗低

無需設(shè)計污泥回流系統(tǒng)，接觸反應(yīng)槽不需要曝氣裝置，與傳統(tǒng)的活性法相比，生物轉(zhuǎn)盤工藝具有能耗低的特點。

3 生物轉(zhuǎn)盤工藝在農(nóng)村污水處理中的應(yīng)用

我國幅員遼闊，各地區(qū)之間的發(fā)展水平差異較大，農(nóng)村污水排放特征直接與當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展水平相關(guān)。同一地區(qū)的農(nóng)村污水具有明顯的排放規(guī)律、水質(zhì)成分簡單等特點，不同地區(qū)的農(nóng)村污水又具有水質(zhì)成分多樣、污水物理性質(zhì)隨地理位置的差異大等特點。因此，尋求一種工程造價低、管理方便、適應(yīng)性強、處理效率高的農(nóng)村污水處理工藝尤為關(guān)鍵。實踐證明，生物轉(zhuǎn)盤工藝具有管理簡單、處理效率高、能耗低、投資少等特點，能夠滿足農(nóng)村污水處理的基本要求[4]。

韋真周等設(shè)計了一套規(guī)模為1 500 m3/d的生物轉(zhuǎn)盤工藝用于處理小城鎮(zhèn)生活污水，工藝流程為：進水→粗格柵→進水泵房→細格柵→旋流沉砂池→調(diào)節(jié)池→生物轉(zhuǎn)盤→二沉池→紫外線消毒→出水[5]。其中，生物轉(zhuǎn)盤工藝中產(chǎn)生的剩余污泥回流至粗格柵前。由表1工藝的進出水水質(zhì)可以看出，系統(tǒng)穩(wěn)定運行后對化學(xué)需氧量（COD）、固體懸浮物（SS）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）的去除率分別高達86%、95%、85%、78%，出水水質(zhì)較好，達到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002）中的一級A標(biāo)準(zhǔn)。本工程具有能耗低、易于維護管理、產(chǎn)生剩余污泥量少、無二次污染等特點，同時在常年的運行管理中也存在轉(zhuǎn)盤材質(zhì)易被腐蝕老化、受季節(jié)性影響較大等缺點。通過經(jīng)濟效益分析可知，該工程能夠達到節(jié)能減排的效果，取得良好的環(huán)境效益與經(jīng)濟效益，總運行費用為0.79 元/m3。

表1 工藝進出水水質(zhì)

SW一體化污水處理技術(shù)是一種以生物轉(zhuǎn)盤為核心的高效污水處理技術(shù)，該技術(shù)主要是在借鑒國外相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)的[6]。昆山市錦溪鎮(zhèn)約有30個村鎮(zhèn)設(shè)有農(nóng)村污水處理系統(tǒng)，其中多半村鎮(zhèn)的生活污水處理采用調(diào)節(jié)池-SW一體化污水處理裝置-人工濕地組合工藝。該工藝后置的人工濕地技術(shù)是該市農(nóng)村污水處理的一大特色，人工濕地的設(shè)置保證了污水處理達標(biāo)的穩(wěn)定性。項目運行后，經(jīng)濟效益較好，其中電費0.48元/m3、藥劑費0.1元/m3、人工管理費0.33元/m3，工程的總直接費用為0.91元/m3。該工藝的日常維護工作非常簡單，運行效果穩(wěn)定，出水指標(biāo)達到該市環(huán)境保護局的驗收標(biāo)準(zhǔn)。

對國內(nèi)已經(jīng)建成的村鎮(zhèn)污水處理廠實際工程案例進行分析可知，為達到村鎮(zhèn)水處理廠常規(guī)要求的1級B出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，保證總氮的達標(biāo)排放，人們通常需要增設(shè)污水深度處理工藝與回流設(shè)施。這使得工藝過于復(fù)雜，基建投資、運行費用較高，后期管理變?yōu)楦訌?fù)雜化?；赧纬热酸槼Ｒ姷霓r(nóng)村污水處理工藝難以達到TN的排放要求設(shè)計了一種新型生物轉(zhuǎn)盤，與常規(guī)的生物轉(zhuǎn)盤工藝不同的是，該工藝設(shè)計了二沉池消化液和污泥回流提升系統(tǒng)，從而提升系統(tǒng)的脫氮效率[7]。連續(xù)運行結(jié)果表明，系統(tǒng)的出水SS維持在20 mg/L以下，當(dāng)污泥體積回流比分別為0%、100%、200%時，隨著回流比的增加，SS的去除效率升高；當(dāng)回流比增至300%時，SS的去除效率反而降低?；亓鞅葘OD的去除效果的影響不明顯，均能達到（GB18918－2002）中要求的一級B出水標(biāo)準(zhǔn)；回流對系統(tǒng)氨氮的去除影響不大，當(dāng)有回流時，系統(tǒng)出水中的總氮在7～15 mg/L，對總氮的去除率高達80%。

4 結(jié)論

隨著全面建成小康社會進程的持續(xù)推進，農(nóng)村環(huán)境治理被提上日程。解決好農(nóng)村農(nóng)業(yè)污染防治問題，是保證農(nóng)村居民人居環(huán)境優(yōu)美、生態(tài)環(huán)境良好的關(guān)鍵。我國的現(xiàn)代化建設(shè)具有特殊性，污水處理一直集中在城市地區(qū)，而廣大農(nóng)村的農(nóng)村生活污水處理研究起步較晚，主要是借鑒外國先進的農(nóng)村污水處理技術(shù)。人們應(yīng)根據(jù)我國農(nóng)村實際情況，選擇低成本、管理方便、綠色環(huán)保的污水處理系統(tǒng)。由于我國地區(qū)經(jīng)濟差異的特殊性和南北氣候差異性，人們應(yīng)該根據(jù)我國的實際國情選擇合適的農(nóng)村污水處理技術(shù)。我國今后的生物轉(zhuǎn)盤工藝研究應(yīng)從以下兩個方面進行：針對不同地區(qū)農(nóng)村生活污水排放規(guī)模不同，南北氣溫差距大等，開展生物轉(zhuǎn)盤工藝適應(yīng)性研究；研發(fā)抗老化、耐腐蝕的新型轉(zhuǎn)盤材料。

1 Hassard F，Biddle J，Cartmell E，etal.Rotating biological contactors for wastewater treatment- a review[J].Process Safety &Environmental Protection，2015，（94）：285-306.

2 梅 麗，楊 平，尚書勇.污水的生物處理——生物轉(zhuǎn)盤法[J].當(dāng)代化工，2004，33（5）：282-285.

3 陳佩佩，邵小青，郭松杰，等.水處理中生物填料的研究進展[J].現(xiàn)代化工，2017（12）：38-42.

4 鄭春燕，王艷華，李樹苑，等.四種小城鎮(zhèn)污水處理工藝投資分析與探討[J].中國給水排水，2014，（12）：63-67.

5 韋真周，范慶豐，容 繼，等.生物轉(zhuǎn)盤處理小城鎮(zhèn)生活污水工程實例[J].水處理技術(shù)，2016，（2）：133-136.

6 顧秀根.污水生物處理新工藝新技術(shù)——物轉(zhuǎn)盤及其應(yīng)用實例[J].四川建材，2015，（1）：91-93.

7 霍鑫超，韓云平，劉俊新，等.新型生物轉(zhuǎn)盤處理農(nóng)村生活污水研究[J].水處理技術(shù)，2014，1（11）：103-106.