生物膜法在一體化污水處理裝置中的應(yīng)用

(四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，四川成都，610065)

1 前言

雖然我國(guó)擁有大量的淡水資源，但是由于我國(guó)是一個(gè)人口大國(guó)，因此人均淡水資源較少，排名處于全世界的中后段。同時(shí)在工業(yè)化水平不斷發(fā)展的過(guò)程中，我國(guó)的淡水資源已經(jīng)受到了大量的污染，在此情形下，我國(guó)對(duì)于水污染的治理開(kāi)始不斷加大力度。

在水污染治理不斷深入的背景下，我國(guó)的污水處理系統(tǒng)開(kāi)始不斷發(fā)展，在這其中，一體化污水處理裝置由于其投入資金少、建設(shè)面積小并能夠緩解市政管網(wǎng)建設(shè)以及能夠有效實(shí)現(xiàn)中水回用等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為了我國(guó)污水處理的一個(gè)研究熱點(diǎn)[1]。一體化污水處理裝置的主要工藝大多是根據(jù)目前的污水處理主體工藝優(yōu)化改造而來(lái)的，如：A/O、MBR等。根據(jù)一體化污水處理設(shè)備制造結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)思路的不同，一體化污水處理裝置主要有兩個(gè)方向，一個(gè)方向是采用單一工藝進(jìn)行污水處理的一體化污水處理裝置，例如，一體化A2/O反應(yīng)器、一體化SBR處理裝置、一體化膜生物反應(yīng)器等；另一個(gè)方向是結(jié)合不同工藝共同去進(jìn)行污水處理的一體化污水處理裝置，包括一體化A2/O+土地處理系統(tǒng)裝置、一體化A2/O+生物轉(zhuǎn)盤處理裝置、一體化A2/O+SBR裝置、一體化厭氧池+好氧池+MBR處理裝置、好氧流化床與厭氧反應(yīng)器的工藝組合、一體化A/O+曝氣生物濾池處理裝置、一體化A/O+MBBR生物膜反應(yīng)器等[2]。本文主要介紹的是生物膜法工藝在一體化污水設(shè)備中的應(yīng)用。

2 生物膜法

生物膜法主要包括生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤以及生物接觸氧化法等一系列以附著微生物膜對(duì)污染物進(jìn)行降解的污水處理工藝，生物膜法具有對(duì)污水水質(zhì)變化的高耐受性、生物相豐富、剩余污泥少等優(yōu)點(diǎn)[3]。因此，生物膜法常常被應(yīng)用在一體化污水處理設(shè)備當(dāng)中。

2.1 生物濾池工藝

生物濾池主要由濾床、布水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)三大部分組成，當(dāng)污水從布水系統(tǒng)導(dǎo)入后，在污水流過(guò)濾料的時(shí)候，濾料上附著生長(zhǎng)的微生物便可以通過(guò)吸附和新陳代謝的方式，對(duì)污水中的COD、氨氮等污染物進(jìn)行降解[4]。生物濾池根據(jù)構(gòu)造不同可以分為塔式生物濾池和膨脹床生物濾池等。目前，一體化生物濾池工藝的研究方向主要分為兩大類，一類是內(nèi)部填料的選取與研發(fā)，如：活性炭、PVC生物填料等；另一類是組合工藝和布水方式的開(kāi)發(fā)利用，如：生物濾池+土地處理系統(tǒng)、生物轉(zhuǎn)鼓+反硝化池等。

牟彪[5]采用實(shí)驗(yàn)室配制的人工生活污水為處理對(duì)象，考察了以鐵+聚氨酯泡沫為濾料的一體化塔式循環(huán)濾池對(duì)污染物的去除效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)循環(huán)流量為45L/h，HRT=2h時(shí)，COD的去除效果可以達(dá)到85%，出水濃度在100mg/L以下，總氮的去除率可以達(dá)到42%左右，總磷的去除率可以達(dá)到70%左右。朱安東[6]在一體化復(fù)合滴濾池處理生活污水研究中，考察了5種不同濾料的組合方式對(duì)生活污水的處理效果，研究發(fā)現(xiàn)，利用沸石、活性炭、陶粒組合而成的混合濾料對(duì)COD、TN、TP的去除效果最好，平均去除率可以達(dá)到90.84%、32.14%、59.37%，且該混合填料在后期對(duì)于實(shí)際生活污水的處理中，平均去除率更是提升到了97.15%、40.35%、92.51%；利用沸石、活性炭、礫石組成的混合填料對(duì)NH4+-N處理效果最好，平均去除率可以達(dá)到84.76%。李嘉樹[7]針對(duì)農(nóng)村生活污水特點(diǎn)，研究開(kāi)發(fā)了一體化膨脹床復(fù)合生物濾池處理工藝，該工藝由三個(gè)塔式生物濾池串聯(lián)而成，污水以降流+升流+降流的形式依次流過(guò)一體化膨脹床復(fù)合生物濾池的一級(jí)預(yù)處理池、二級(jí)硝化池、三級(jí)膨脹床后排放，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)水水溫為23—25℃，水力負(fù)荷為4m3/(m2·h)，回流比為150%，氣水比為3∶1，在二級(jí)硝化池出水處投加60mg/L的三氯化鐵時(shí)，一體化膨脹床復(fù)合生物濾池對(duì)COD、NH4+-N、TN、SS、TP的去除率分別為90.2%、92.2%、68.2%、98.6%、90.0%，污染物出水可以滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中的一級(jí) A 標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 生物轉(zhuǎn)盤工藝

生物轉(zhuǎn)盤(RBC)工藝是生物膜處理工藝中的一種，其污染物去除原理主要是通過(guò)附著在盤片上的生物膜在交替接觸空氣與水體時(shí)通過(guò)自身的吸附和新陳代謝作用對(duì)污水中的污染物進(jìn)行降解。生物轉(zhuǎn)盤的物理構(gòu)造與生物濾池相差較大。生物轉(zhuǎn)盤的組成部分主要有轉(zhuǎn)軸及動(dòng)力裝置、半圓形生物接觸反應(yīng)槽和轉(zhuǎn)盤盤片三大部分組成。生物轉(zhuǎn)盤具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、操作方便、能耗低、維護(hù)費(fèi)用少和處理效果高的特點(diǎn)，因此，生物轉(zhuǎn)盤在一體化污水處理裝置中有著一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

目前，一體化污水裝置中的生物轉(zhuǎn)盤工藝應(yīng)用較為廣泛，使用形式也多種多樣，如：生物轉(zhuǎn)鼓等新型應(yīng)用方式。生物轉(zhuǎn)盤工藝的污染物去除效果主要受盤片材料、轉(zhuǎn)速、浸沒(méi)比、水力停留時(shí)間和有機(jī)負(fù)荷等因素影響，因此，這些影響因素一直是國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)所在。

王濱[8]等人在利用改良型生物轉(zhuǎn)盤一體化設(shè)備技術(shù)處理鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)水COD濃度在100～150mg/L，NH4+-N濃度在8～15mg/L，TP濃度在1.2～2.0mg/L范圍內(nèi)時(shí)，改良型的生物轉(zhuǎn)盤一體化設(shè)備對(duì)COD、NH4+-N和TP的去除效果明顯，平均去除率分別可以達(dá)到71.3%、52%、80%以上。晁雷[9]等人在利用新型一體化生物轉(zhuǎn)盤裝置處理乳制品廢水時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)乳制品廢水依次流經(jīng)新型一體化生物轉(zhuǎn)盤裝置的水解酸化單元+新型生物轉(zhuǎn)盤單元+接觸氧化單元后(分別控制水解酸化池、生物轉(zhuǎn)盤以及接觸氧化池的HRT為5、10、4h，調(diào)節(jié)生物轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為12r/min)，其系統(tǒng)出水中TP的質(zhì)量濃度在1.5mg/L以下，主體單元新型生物轉(zhuǎn)盤對(duì)COD、NH4+-N、TP的去除率分別可達(dá) 83%、60%、51.1%，處理效果顯著。楊婷[10]等人在利用升級(jí)強(qiáng)化后的一體化新型生物轉(zhuǎn)鼓式裝置+人工濕地組合工藝處理錦溪鎮(zhèn)紅霞村分散型農(nóng)村生活污水中發(fā)現(xiàn)，組合工藝對(duì)COD、NH4+-N、TP、SS的去除率分別可達(dá)到90.20%、94.40%、91.82%、95.80%，COD、NH4+-N、TP、SS經(jīng)過(guò)處理之后的出水濃度不高于30.00、40.00、0.32、8.0mg/L，處理后的水質(zhì)可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)；該組合工藝與傳統(tǒng)工藝相比，其在處理污水時(shí)所消耗的能源僅為傳統(tǒng)工藝的50%，長(zhǎng)期運(yùn)行下可節(jié)約大量能源，還可防止由能源消耗所引起的環(huán)境問(wèn)題。

2.3 MBBR工藝

移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(MBBR)的理念最初是由挪威一家公司提出的，后又經(jīng)大量科研人員不斷優(yōu)化改進(jìn)形成的一種全新的污水處理工藝。MBBR作為一種與已有工藝不同的新技術(shù)手段，其具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如：巨大的比表面積、高度的生物密集量、處理能力強(qiáng)、污泥停留時(shí)間長(zhǎng)、剩余污泥少、抗沖擊能力好、無(wú)需反沖洗等。MBBR工藝的工作原理主要是通過(guò)向反應(yīng)器中投加一定量的適合微生物附著生產(chǎn)的填料，然后通過(guò)機(jī)械擾動(dòng)或其他動(dòng)力來(lái)源使得反應(yīng)器內(nèi)部填料呈現(xiàn)出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，利用填料上附著生長(zhǎng)的微生物膜在與污水的不斷接觸中降解污水中污染物。

袁書林[11]為研究一體化3段AO+MBBR污水處理裝置中進(jìn)水方式對(duì)處理設(shè)備脫氮除磷效果的影響表現(xiàn)，其設(shè)計(jì)了三段進(jìn)水和單點(diǎn)進(jìn)水兩種方式對(duì)生活污水進(jìn)行處理，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與單點(diǎn)進(jìn)水模式相比，三段進(jìn)水模式可以將一體化裝置的TN和TP的去除效率分別提升21.6%和30.3%，提升效果顯著，且一體化裝置在三段進(jìn)水模式的處理?xiàng)l件下，對(duì)常規(guī)污染物的處理效果能夠穩(wěn)定長(zhǎng)期滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。裴廷權(quán)[12]等人在利用新型A3/O+移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器(MBBR)一體化污水處理裝置處理某生活污水的試驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一體化裝置的水力停留時(shí)間控制在8h到9h之間，好氧池單元的懸浮生物填料填充率為30%，裝置中的DO控制在1.5～3.0mg/L的范圍內(nèi)，設(shè)備反應(yīng)溫度控制在18±4℃的條件下時(shí)，該新型一體化污水處理裝置對(duì)COD、NH4+-N、TN和TP的處理效果最好，對(duì)應(yīng)污染物的平均去除率分別可達(dá)到92.2%、97.6%、79.3%和95.3%。俞駿[13]等人在處理河道中黑臭水體中發(fā)現(xiàn)，利用一體化A/O+MBBR+BAF污水處理設(shè)備處理黑臭水體時(shí)，其對(duì)COD、NH4+-N、TP等污染物的平均去除率分別為59.23%、69.32%、53.12%，處理效果顯著，尤其是針對(duì)氨氮而言，其具體表現(xiàn)為，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)水中COD、NH4+-N、TP的平均濃度為66.18mg/L、5.90mg/L、0.64mg/L時(shí)，經(jīng)過(guò)設(shè)備處理后，其裝置出水中的平均濃度分別可以下降到26.98mg/L、1.81mg/L、0.30mg/L，能夠滿足地表水標(biāo)準(zhǔn)中Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)。

3 總結(jié)

隨著我國(guó)對(duì)農(nóng)村分散污水治理的不斷重視和污水排放提標(biāo)改造的政策條件下，一體化污水處理裝置由于自身基建費(fèi)用小、操作簡(jiǎn)單、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)，將獲得前所未有的發(fā)展機(jī)遇。生物膜法作為一體化污水處理裝置工藝中的重要組成部分，其在一體化污水處理裝置具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。目前，生物膜法在一體化裝置中的應(yīng)用主要以生物轉(zhuǎn)盤、生物濾池和MBBR三大工藝為主體并不斷結(jié)合其他傳統(tǒng)工藝的方式展開(kāi)。在現(xiàn)今的研究應(yīng)用中，生物膜法對(duì)污染物處理效果較好的是生物濾池和MBBR為主的組合工藝，生物轉(zhuǎn)盤工藝次之。