沈萬(wàn)峰

（寧波市城市排水有限公司，浙江 寧波315192）

有機(jī)廢水的好氧生物處理技術(shù)進(jìn)展研究

沈萬(wàn)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(yīng)用最為廣泛的一大類(lèi)方法。在有氧條件下，有機(jī)污染物作為好氧微生物的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)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(lèi)：（1）活性污泥法，是利用懸浮生長(zhǎng)的微生物絮體處理有機(jī)廢水的一類(lèi)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(jī)物、無(wú)機(jī)物組成；（2）生物膜法，利用微生物在固體表面的附著生長(zhǎng)對(duì)廢水進(jìn)行生物處理的技術(shù)。

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(yīng)用最為廣泛的一大類(lèi)方法。在有氧條件下，有機(jī)污染物作為好氧微生物的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)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(diǎn)[1]：（1）生化反應(yīng)速度快；（2）好氧消化設(shè)備簡(jiǎn)單，基建投資省；（3）運(yùn)行特性穩(wěn)定，操作簡(jiǎn)單。同時(shí)也有一定的缺點(diǎn)：（1）供氧系統(tǒng)必須耗費(fèi)能量，運(yùn)行費(fèi)用比厭氧處理方法高；（2）好氧降解的主要副產(chǎn)物是剩余的微生物，因此產(chǎn)生大量的二次污泥。

好氧生物處理方法一般分為兩大類(lèi)：（1）活性污泥法，是利用懸浮生長(zhǎng)的微生物絮體處理有機(jī)廢水的一類(lèi)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(jī)物、無(wú)機(jī)物組成。（2）生物膜法，利用微生物在固體表面的附著生長(zhǎng)對(duì)廢水進(jìn)行生物處理的技術(shù)。主要用于固定床（Fixed Bed）生物處理技術(shù)和流化床（Fluid Bed）生物處理技術(shù)中，如生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤(pán)、生物接觸氧化、生物流化床等工藝。這一類(lèi)方法的共同特點(diǎn)是通過(guò)廢水與生物膜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使廢水與生物膜接觸，進(jìn)行固液兩相的物質(zhì)交換，并在膜內(nèi)進(jìn)行有機(jī)物的生物氧化與降解，使廢水得到凈化，同時(shí)，生物膜內(nèi)微生物不斷得以生長(zhǎng)和繁殖。

1 傳統(tǒng)好氧生物處理技術(shù)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(shí)進(jìn)入反應(yīng)系統(tǒng)，水流呈推流式。其中標(biāo)準(zhǔn)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(gè)單元。在曝氣池內(nèi)，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(jìn)入穩(wěn)定生長(zhǎng)期，出水水質(zhì)良好[2]。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)活性污泥法的流程圖

在標(biāo)準(zhǔn)活性污泥法的基礎(chǔ)上，人們通過(guò)改變曝氣池的各種運(yùn)行參數(shù)，如混合液懸浮物濃度、曝氣量、停留時(shí)間、BOD負(fù)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(dá)到節(jié)能、提高處理能力等目的。

出現(xiàn)的問(wèn)題主要有：（1）由于世界各國(guó)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(chǔ)上，研究開(kāi)發(fā)用地更為節(jié)省的新工藝；（2）在工藝運(yùn)行過(guò)程中，產(chǎn)生和存在臭味問(wèn)題、剩余污泥二次污染問(wèn)題；（3）日趨嚴(yán)重和普遍的水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題，要求污水處理工藝不僅具有有機(jī)物的去除功能，同時(shí)要求具有對(duì)廢水中氮、磷的有效去除，CAS做不到這一點(diǎn)；（4）隨著能源供應(yīng)日趨緊張，CAS能耗高的缺點(diǎn)越來(lái)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(lèi)日趨復(fù)雜化，在一定時(shí)期內(nèi)容易導(dǎo)致CAS工藝的超負(fù)荷運(yùn)行，以及運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定等問(wèn)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(chēng)灑滴池，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(zhǎng)在濾料上。（2）配水與布水裝置，其作用是使污水均勻?yàn)⑾驗(yàn)V床。（3）排水裝置，在濾層底部匯集經(jīng)濾床處理的水，通過(guò)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(fù)荷的能力分為普通生物濾池和高負(fù)荷生物濾池。生物濾池的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、基建費(fèi)用低，缺點(diǎn)是占地面積大，處理量小。

2 新型高效好氧生物處理技術(shù)介紹

移動(dòng)床生物膜反應(yīng)器（moving bed biofilm reactor,MBBR）是一項(xiàng)新型高效的好氧生物處理技術(shù)，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(nèi)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(zhǎng)活性污泥法和流化態(tài)附著生長(zhǎng)的生物膜法相結(jié)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(dòng)而流動(dòng)并相互充分混合接觸，因此被稱(chēng)為MBBR工藝。

MBBR工藝通過(guò)在CAS工藝曝氣池中投加一定數(shù)量的輕質(zhì)懸浮載體填料，使污水處理的機(jī)理和效能發(fā)生質(zhì)的變化[3]。在此工藝中，微生物生存的基礎(chǔ)環(huán)境由CAS工藝中的氣、液兩相轉(zhuǎn)變?yōu)闅?、液、固三相，這種轉(zhuǎn)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(gè)更復(fù)雜復(fù)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(shì)。大量吸附生長(zhǎng)在生物填料上的生物膜使生物反應(yīng)器中的活性生物量大大增加，在提高系統(tǒng)抗沖擊負(fù)荷能力的同時(shí)，使系統(tǒng)具有更強(qiáng)的脫氮能力。

在MBBR工藝中，附著生長(zhǎng)在懸浮載體中長(zhǎng)泥齡生物膜為生長(zhǎng)緩慢的硝化菌提供了非常有利的生存環(huán)境，可實(shí)現(xiàn)有效的硝化效果，而懸浮生長(zhǎng)的活性污泥的泥齡相對(duì)較短，主要起去除有機(jī)物的作用，由此避免了CAS工藝中為了實(shí)現(xiàn)硝化作用而需要較長(zhǎng)的泥齡并因此而易出現(xiàn)污泥膨脹的問(wèn)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(wú)曝氣時(shí)浮于水的表面，無(wú)需固定支架支撐，這使反應(yīng)池的安裝和維修變得很方便；當(dāng)曝氣時(shí)，生長(zhǎng)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(guò)程中切割分散氣泡，使布?xì)廒呌诰鶆颍岣吡搜醯睦寐?，由此產(chǎn)生的固、液、氣三相的充分接觸混合和碰撞，增大了傳質(zhì)面積，提高了傳質(zhì)速率，強(qiáng)化了傳質(zhì)過(guò)程。因此，在達(dá)到一定污染物去除率情況下，污水在池內(nèi)的停留時(shí)間更短，同時(shí)，即使有沖擊負(fù)荷，也可以很快地恢復(fù)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(dòng)脫落，保證了膜的活性，促進(jìn)了新陳代謝，而且在反應(yīng)池中隨水流化在填料上，還可能大量生長(zhǎng)絲狀菌，既可利用絲狀菌高效降解有機(jī)物的功能，使出水改善，又無(wú)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(shí)無(wú)需填料支架，只需在曝氣池出水處設(shè)置柵網(wǎng)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(jiǎn)單，工作量也較少。

3 有機(jī)廢水好氧生物處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,有機(jī)廢水污染物的種類(lèi)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(shù)均存在一定的局限性,往往不能取得滿(mǎn)意的效果。今后,新工藝的開(kāi)發(fā)和探索將是有機(jī)廢水處理的一個(gè)重要問(wèn)題。一般認(rèn)為,下述三個(gè)方向?qū)⒃诮窈蟮奈鬯幚碇衅鸬街匾淖饔?

（1）幾種處理技術(shù)的聯(lián)用,如先用絮凝、內(nèi)電解、光催化氧化等技術(shù)破壞水中難降解的有機(jī)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(duì)廢水進(jìn)行深度處理。

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

（3）開(kāi)發(fā)新工藝、新產(chǎn)品,以滿(mǎn)足越來(lái)越嚴(yán)格的環(huán)保要求,適應(yīng)環(huán)保發(fā)展的需要。

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

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

[3]雷樂(lè)成,汪大暈.水處理高級(jí)氧化技術(shù)[M].河南:化學(xué)工業(yè)出版社,2001:105-110.

[4]高廷耀,顧國(guó)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(yán)國(guó)安.環(huán)境生物學(xué)[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(wàn)峰（1979-），男，浙江寧波人，碩士，工程師，從事給水排水處理技術(shù)研究工作。