宋慧(深圳深態(tài)環(huán)境科技有限公司， 廣東 深圳 518000)

生物膜法和活性污泥法一樣，同屬好氣生物處理方法。但活性污泥法是依靠曝氣池中懸浮流動(dòng)著的活性污泥來分解有機(jī)物，而生物膜法則是依靠固著于載體表面的微生物膜來凈化有機(jī)物。

1 生物膜法的優(yōu)點(diǎn)

與活性污泥法相比，生物膜法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①固著于固體表面上的生物膜對(duì)廢水水質(zhì)、水量的變化有較強(qiáng)的適應(yīng)性，操作穩(wěn)定性好。②不會(huì)發(fā)生污泥膨脹，運(yùn)轉(zhuǎn)管理較方便。③高營養(yǎng)級(jí)的微生物存在，剩余污泥量較少。

2 生物膜法的缺點(diǎn)

目前國內(nèi)生物膜法的典型工藝為接觸氧化工藝，接觸氧化工藝又稱為淹沒式生物濾池，其特征是在池內(nèi)填充惰性填料，污水中的有機(jī)物與填料上的生物膜廣泛接觸，在微生物的新陳代謝作用下污染物得到去除。此技術(shù)相當(dāng)于在活性污泥法曝氣池內(nèi)提供微生物附著、棲息的填料。

接觸氧化工藝具有投資省、運(yùn)行管理簡單等優(yōu)點(diǎn)，在中小規(guī)模的生活污水處理領(lǐng)域和有機(jī)廢水處理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但由于設(shè)計(jì)和技術(shù)上的一些原因，上述生物膜法的優(yōu)點(diǎn)沒有得到充分發(fā)揮，主要是硝化能力和反硝化能力不強(qiáng)，氨氮、總氮去除率不高，運(yùn)行費(fèi)用高等缺點(diǎn)，限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用。

3 硝化能力和反硝化效果不好的原因分析

(1)工藝流程 采用接觸氧化工藝的具有氨氮和總氮去除能力的典型污水處理工藝流程(A/O工藝)如下圖1：

圖1 A/O處理工藝流程圖

在上述工藝中，廢水在接觸氧化池(好氧池)中完成硝化，將污水中的有機(jī)氮氧化成氨氮，并進(jìn)一步氧化成硝酸氮，然后接觸氧化出水回流到缺氧池，脫氮菌在缺氧的情況下進(jìn)行反硝化，利用廢水中的有機(jī)物作為碳源，將硝酸鹽NO3-中的氮還原成氮?dú)釴2溢出，從而完成污水的脫氮過程。

(2)原因分析 ①硝化能力不強(qiáng)的原因。不同于活性污泥法中懸浮的活性污泥，接觸氧化池中填料上的固定的生物膜的厚度容易過大，導(dǎo)致生物膜內(nèi)部供氧不足，膜活性下降，或者填料上出現(xiàn)積泥，傳質(zhì)效果下降，這些都會(huì)影響生物膜的去除效率，影響到生物池的出水水質(zhì)。而起硝化作用生長率較低的硝化細(xì)菌處于生物膜的內(nèi)部(如下圖2)，傳質(zhì)效果下降所受影響最大，因此會(huì)導(dǎo)致硝化效果的下降。

圖2 異養(yǎng)菌及硝化菌在生物膜中的分布示意圖(Tijhus et al.,1994)

②反硝化能力不強(qiáng)的原因。①接觸氧化工藝的缺氧池內(nèi)安裝有填料，對(duì)混合攪拌機(jī)的水力阻力很大，回流的硝化液在缺氧池內(nèi)不能均勻地與微生物混合，會(huì)出現(xiàn)水流短路的情況。②接觸氧化池出水回流比不合理，無法達(dá)到最佳的反硝化效果。

4 解決上述問題的思路

(1)采用大氣泡沖刷系統(tǒng)對(duì)好氧池和缺氧池的生物膜進(jìn)行沖刷，控制生物膜的厚度

《生物接觸氧化法污水處理工程技術(shù)規(guī)范(HJ 2009-2011)》中規(guī)定曝氣設(shè)備宜采用穿孔曝氣管，這種方式雖然有利于對(duì)生物膜的沖刷，但氧利用率高，能耗也高，而且微生物生化需要的氣量的沖刷效果也達(dá)不到生物膜的沖刷要求。比較好的方式是曝氣供氧設(shè)備采用氧利用率高的微孔曝氣系統(tǒng)，在微孔曝氣系統(tǒng)之外另行設(shè)置大氣泡氣沖刷系統(tǒng)對(duì)好氧池和缺氧池的生物膜進(jìn)行沖刷。

沖刷系統(tǒng)的管路采用環(huán)狀穿孔管鼓氣系統(tǒng)，孔徑一般為5mm，孔中心距為10cm。要達(dá)到的沖刷強(qiáng)度一般至少為10m3/m2·h，沖洗的空氣速度梯度G值應(yīng)達(dá)到500s-1。沖刷頻率一般為1次/3天，每次持續(xù)時(shí)間1～3分鐘。

沖刷可利用曝氣鼓風(fēng)機(jī)作為氣源，但由于沖刷需要的空氣量大于正常生化曝氣所需要的空氣量，沖洗管路需要分段建設(shè)，分段鼓氣。

(2)采用低氧大氣泡空氣攪拌的方式對(duì)缺氧池進(jìn)行攪拌 ①《生物接觸氧化法污水處理工程技術(shù)規(guī)范(HJ 2009-2011)》中對(duì)混合攪拌設(shè)備的規(guī)定是“宜采用水力攪拌、低氧空氣攪拌等方式”。在實(shí)際工程實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)填料的阻力很大，采用水力攪拌很難達(dá)到需要的效果，應(yīng)采用大氣泡低氧空氣攪拌的方式。②生物膜中自養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌分布是不均勻的，生物膜外表面雖然由于鼓氣而成為好氧環(huán)境，但由于是攪拌采用的是微鼓氣的方式，氧氣的濃度有限，不至于進(jìn)入生物膜內(nèi)部，故生物膜內(nèi)部為厭氧環(huán)境，較高濃度梯度的NO3--N離子仍可進(jìn)入生物膜內(nèi)部進(jìn)行異養(yǎng)菌厭氧反硝化。③缺氧池的攪拌系統(tǒng)可與沖刷系統(tǒng)共用一套管路系統(tǒng)，但其強(qiáng)度要低很多，一般控制在1m3/m2·h左右，既可保證攪拌效果，又不至于破壞缺氧的環(huán)境。

(3)缺氧池設(shè)置布水系統(tǒng)。缺氧池應(yīng)采用上流式的方式，進(jìn)水裝置位于底部，布水系統(tǒng)宜采用穿孔管進(jìn)水，孔眼直徑為5mm，間距為20cm左右，孔口水流速度一般為2m/s左右。

(4)設(shè)置合適的回流比。在設(shè)計(jì)運(yùn)行良好的情況下，回流到缺氧池的硝酸鹽可認(rèn)為100%被反硝化，則出水硝酸鹽氮的去除率與回流量的關(guān)系為：

式中： 為硝酸鹽氮的去除率，R為回流比。

假定污水中的凱氏氮全部轉(zhuǎn)化為硝酸氮，則出水硝酸氮的濃度與回流比的關(guān)系為：

式中： 為出水硝酸鹽氮， 為進(jìn)水總氮。

根據(jù)上式，通過測(cè)出的進(jìn)水總氮的濃度和要求的排放標(biāo)準(zhǔn)即可算出需要的回流量R。通過所需的回流量即可選擇合適的回流泵，并應(yīng)通過變頻器對(duì)回流泵的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

5 生物接觸氧化工藝填料的選擇

生物接觸氧化工藝核心的設(shè)備是生物填料，而懸掛式填料是工程中最常用的填料，《生物接觸氧化法設(shè)計(jì)規(guī)程(CECS 128：2001)》中闡述的懸掛式填料主要分為軟性、半軟性、彈性及組合填料。其中，目前國內(nèi)應(yīng)用較廣泛的是彈性及組合填料。組合填料的優(yōu)點(diǎn)是比表面積大(可達(dá)2200m2/m3以上)，掛膜容易，但因此也容易結(jié)團(tuán)；彈性填料具有更大的孔隙率，更好的切割能力，因此生物膜的活性更好。

厭氧池內(nèi)的微生物生長緩慢，活性差，因此應(yīng)選用更容易掛膜的組合填料，而好氧池內(nèi)的微生物活性大，生長迅速，應(yīng)選用具備更好的切割能力彈性填料。

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，生物接觸氧化的容積負(fù)荷的取值范圍為0.4～2.0kgBOD5/m3填料·d；如果取值靠近下限，則生物接觸氧化工藝負(fù)荷高，體積小的優(yōu)點(diǎn)就體現(xiàn)不出來，若容積負(fù)荷取值較高，則單位填料上的生物量高，生物膜的厚度大，根據(jù)前面章節(jié)的描述，會(huì)影響到生物池的出水水質(zhì)。雖然可以通過增加沖刷頻率來控制生物膜的厚度，但會(huì)導(dǎo)致操作變得繁瑣，運(yùn)行不便，而且頻繁的沖洗對(duì)生物膜的生長也不利?？梢娊佑|氧化法發(fā)展的重點(diǎn)是需進(jìn)一步開發(fā)性能更優(yōu)良的生物填料，其在高負(fù)荷下仍能具有良好的傳質(zhì)性能。

[1]中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì).生物接觸氧化法設(shè)計(jì)規(guī)程(CECS 128：2001)[M].北京：[出版者不詳]，2001.

[2]環(huán)境保護(hù)部.生物接觸氧化法污水處理工程技術(shù)規(guī)范(HJ 2009-2011)[M]. 北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2011.

[3]中國市政工程?hào)|北設(shè)計(jì)研究院.給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)(第二版 第03冊(cè) 城市給水)[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

[4]劉雨，趙慶良，鄭興燦.生物膜法污水處理技術(shù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000.

[5]王俊,吳浩汀，程寒飛.曝氣生物濾池污水處理新技術(shù)及工程實(shí)例[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.