李盈盈 / 富平縣環(huán)境監(jiān)測站

論廢水處理的重要性

李盈盈 / 富平縣環(huán)境監(jiān)測站

根據(jù)目前中國水資源現(xiàn)狀，主要針對廢水生物膜處理工藝，介紹了生物膜處理廢水的原理，4種重要的生物膜法在處理廢水中的應(yīng)用以及目前該幾種生物膜工藝處理廢水的現(xiàn)狀和存在的問題。

生物膜；研究現(xiàn)狀；綜述

隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，水對人們生活的重要性越來越重要，尤其在當(dāng)今我國水資源短缺的情況下，中水利用工程作為一種污水資源化逐漸在我國陸續(xù)建成運(yùn)行。中水處理目前的處理方法，大致分為三類，即：物理化學(xué)法、膜處理法和生物法。物理化學(xué)法處理水有水質(zhì)、水量較大等優(yōu)點(diǎn)，但此法產(chǎn)生的污泥量較大。膜處理有去除率高，占地面積小，對水量水質(zhì)的波動具有較好的承受能力等優(yōu)點(diǎn)，但處理費(fèi)用較高。生物處理是現(xiàn)階段普遍認(rèn)為的污水處理成本低，產(chǎn)生的剩余污泥少，處理效率高的一種處理法。

生物膜法處理污水主要是依靠在固體表面上生成的一層薄薄的、褐色的或單色的生物膜群體來完成的，生物膜狀況的好壞對污染物的去除效率有直接的影響。生物膜主要由細(xì)菌和菌膠團(tuán)和大量的真菌、菌絲組成，其中還有很多原生動物和較高級的動物生長。生物膜上的微生物對有機(jī)物進(jìn)行分解和新陳代謝的作用產(chǎn)生了無機(jī)物包括二氧化碳，他們沿著相反方向從生物膜上進(jìn)入流動的污水和空氣中去。從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。

廢水的生物膜處理法，簡稱生物膜法。生物膜法大致可以分為生物濾池法、生物接觸氧化法、生物轉(zhuǎn)盤法、生物流化床法等四種方法。

1.生物濾池

生物濾池是20世紀(jì)90年代初興起的污水處理新工藝，在歐美和日本等發(fā)達(dá)國家廣為流行。該工藝具有去除SS、COD、BOD、硝化、脫氮、除磷、去除AOX（可吸附有機(jī)鹵化物）的作用，其特點(diǎn)是集生物氧化和截留懸浮固體于一體，節(jié)省了后續(xù)沉淀池（二沉池），其容積負(fù)荷和水力負(fù)荷大，水力停留時間短，所需基建投資少，出水水質(zhì)好，運(yùn)行能耗低，運(yùn)行費(fèi)用省。

1.1 存在的問題和應(yīng)用情景

曝氣生物濾池工藝的系統(tǒng)性研究還不是很深入，盡管曝氣生物濾池的工藝不斷進(jìn)步，但其處理效能也只是各有所長，有關(guān)曝氣生物濾池運(yùn)行方式對處理效能影響的認(rèn)識還不統(tǒng)一，究竟是上向流曝氣生物濾池對氨氮和懸浮物的去除好于下向流，還是下向流好于上向流還存在爭論，如何將各種工藝形式相互融合，從而發(fā)揮其最大去污效能有待進(jìn)一步研究。

由于曝氣生物濾池工藝本身固有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在直接處理污廢水時需采用物化法或化學(xué)氧化法進(jìn)行預(yù)處理，操作復(fù)雜、成本高。能否在同一復(fù)合床式曝氣生物濾池內(nèi)完成多種污染物的高效去除將是下一步研究應(yīng)用的重點(diǎn)。另外，如何將曝氣生物濾池與合適的預(yù)處理技術(shù)有機(jī)結(jié)合或者采用多級曝氣生物濾池聯(lián)合的形式，從而進(jìn)一步發(fā)揮曝氣生物濾池本身高效去污能力，將在城市廢水的深度處理回用方面發(fā)揮作用。

2.生物接觸氧化法

2.1 生物接觸氧化法的原理及形成

生物接觸氧化法是生物膜法的一種。在生物接觸氧化法中，微生物主要以生物膜的狀態(tài)附著在固體填料上，有部分生物絮體呈破碎生物膜狀懸浮于處理水中，生物接觸氧化法中有機(jī)物的去除主要靠生物膜(附著微生物)的作用來完成。生物接觸氧化法的中心處理構(gòu)筑物是接觸氧化池。接觸氧化池主要由池體、填料、布水裝置和曝氣系統(tǒng)4部分組成[6]。根據(jù)水流狀態(tài)的不同，接觸氧化池可分為分流式(池內(nèi)循環(huán)式)和直流式。所謂分流式，即廢水充氧與生物膜接觸是在不同的格內(nèi)進(jìn)行。廢水充氧后在池內(nèi)進(jìn)行單向和雙向循環(huán)，適用于BOD負(fù)荷較小的三級處理，國外廢水處理工程中較常采用；直流式就是直接在填料底部進(jìn)行鼓風(fēng)充氧，國內(nèi)廢水處理工程中多采用直流式。

2.2 存在的問題及展望

由于工藝及原料的原因.傳統(tǒng)的生化工藝如活性污泥法、活性炭吸附法等在處理某些富含難降解污染物的廢水如油頁巖干餾廢水時處理效率無法達(dá)到要求。和上述方法相比，焚燒技術(shù)作為一種簡單、高效而又不受水溫、水質(zhì)等因素影響的廢水處理方法，更適合處理揮發(fā)性高且難降解的工業(yè)廢水。

雖然生物接觸氧化法在我國用于污水處理已有30多年的歷史，但多用于處理有機(jī)廢水和小區(qū)生活污水，在城市污水處理廠中的應(yīng)用并不多見。面對我國城市污水的處理率低、水環(huán)境污染嚴(yán)重、水資源日益缺乏的現(xiàn)狀，應(yīng)加大對生物膜處理機(jī)理及反應(yīng)動力學(xué)的研究力度，加快生物接觸氧化法在城市污水處理中的應(yīng)用研究。

3.生物轉(zhuǎn)盤法

3.1 生物轉(zhuǎn)盤去除污染物原理

生物轉(zhuǎn)盤是一種生物膜法廢水處理技術(shù)，開創(chuàng)于20世紀(jì)五六十年代，是目前處理污水最有效的手段之一。傳統(tǒng)的生物轉(zhuǎn)盤主要由盤片、接觸反應(yīng)槽、轉(zhuǎn)軸及驅(qū)動裝置所組成。轉(zhuǎn)盤浸入或部分浸入充滿廢水的接觸反應(yīng)槽內(nèi)，在驅(qū)動裝置的驅(qū)動下，轉(zhuǎn)軸帶動轉(zhuǎn)盤一起以一定的線速度不停地轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)盤交替地與廢水和空氣接觸，經(jīng)過一段時間的轉(zhuǎn)動后，盤片上將附著一層生物膜。在轉(zhuǎn)入廢水中時，生物膜吸附廢水中的有機(jī)污染物，并吸收生物膜外水膜中的溶解氧，分解有機(jī)物，微生物在這一過程中以有機(jī)物為營養(yǎng)進(jìn)行自身繁殖；轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)出廢水時，空氣不斷地溶解到水膜中去，增加其溶解氧。生物膜交替地與廢水和空氣接觸，變成一個連續(xù)的吸氧、吸附、氧化分解過程。

3.2 生物轉(zhuǎn)盤的影響因素

（1）轉(zhuǎn)盤材料：盤片是生物轉(zhuǎn)盤的主要組成部分，它與生物轉(zhuǎn)盤的處理效率直接相關(guān)。盤片的有效面積及表面粗糙度是影響生物轉(zhuǎn)盤處理效率的重要因素。

（2）轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)處理效果之間存在一種拋物線關(guān)系，在一個特定的轉(zhuǎn)速值(最優(yōu)轉(zhuǎn)速)時，系統(tǒng)處理效果達(dá)到最優(yōu)，在低于或高于該轉(zhuǎn)速下運(yùn)行生物轉(zhuǎn)盤，系統(tǒng)處理效果都會下降。

（3）轉(zhuǎn)盤在接觸槽內(nèi)廢水中的浸沒百分比與系統(tǒng)處理效果之間是一種正比的關(guān)系，浸沒百分比越大，轉(zhuǎn)盤單位面積負(fù)荷就越高，CODCr去除率也就越高。

3.3 生物轉(zhuǎn)盤的改進(jìn)措施

(1)首先對生物轉(zhuǎn)盤本身進(jìn)行研究，開發(fā)出具有高強(qiáng)度、高比表面積、低成本、耐腐蝕性等性能優(yōu)越的轉(zhuǎn)盤材料，同時進(jìn)行新型轉(zhuǎn)盤的改進(jìn)與設(shè)計。

(2)加深對生物膜本身的研究，進(jìn)一步探明生物膜的形成、生長和衰老過程的規(guī)律，并對生物轉(zhuǎn)盤長期穩(wěn)定運(yùn)行工藝條件進(jìn)行深入的研究。

(3)不斷降低能耗、投資與運(yùn)行的成本，促進(jìn)生物轉(zhuǎn)盤技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用，達(dá)到可與常規(guī)活性污泥等處理技術(shù)相競爭的水平。

(4)新膜法與生物技術(shù)相結(jié)合，發(fā)展新型生物轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器。

(5)將生物轉(zhuǎn)盤法與離子交換法、活性炭吸附法、光催化氧化法等物理化學(xué)水處理技術(shù)相結(jié)合。

4.生物流化床法

4.1 生物流化床工藝簡介

生物流化床是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的污水處理技術(shù)其工藝原理是將對廢水中主要污染物有降解作用的好氧生物通過一定的方式固定在一定粒度的載體上，空氣和待處理的廢水從反應(yīng)器底部同向進(jìn)入，通過控制氣、液兩相的流速，使流化床反應(yīng)器內(nèi)載有生物體的固相呈流化狀態(tài)。廢水中的污染物與生長在載體上的好氧微生物接觸反應(yīng)，降解去除廢水中的污染物。在反應(yīng)器頂部，通過分離裝置實(shí)現(xiàn)三相分離，澄清的廢水從溢流槽排出。由于空氣的攪動使生物膜及時脫落，控制載體上生物膜的厚度，也不需另設(shè)專門的脫膜裝置。在流化床內(nèi)，填料流態(tài)化的同時，還進(jìn)行氧的吸收和有機(jī)物的降解兩項功能，因此這種工藝的難點(diǎn)在于正確地確定氣、液比例和控制氣、液、固三相協(xié)調(diào)的操作條件。

4.2 生物流化床的現(xiàn)狀

生物流化床是一種前景廣闊的新型高效、穩(wěn)定性好、適應(yīng)性強(qiáng)的有機(jī)廢水處理方法。但仍然需要解決在實(shí)際應(yīng)用中的問題：①在保證反應(yīng)器良好流態(tài)化的同時，如何防止污泥和填料不從反應(yīng)器中流失；②反應(yīng)器底部布水器布水均勻是實(shí)現(xiàn)良好流態(tài)化的關(guān)鍵；③生物流化床是通過循環(huán)回流獲得較大的升流速度來保證載體的流態(tài)化的，這就相應(yīng)地增加了能耗，提升了成本，阻礙了其在大規(guī)模廢水處理工藝的應(yīng)用。

目前，這方面研究仍處于初期，需進(jìn)一步研究固定化技術(shù)和流體力學(xué)行為之間的相互關(guān)系，以及固定化微生物系統(tǒng)中粘性介質(zhì)的流變特性等基本特征。③生物流化床與其他工藝的聯(lián)用。單純地使用生物流化床處理廢水能耗大、成本高，與其他工藝聯(lián)用，可以大幅度減少處理成本。應(yīng)加強(qiáng)其實(shí)用性研究，努力降低處理成本，使其得以推廣應(yīng)用。④生物流化床反應(yīng)器放大方面的理論研究有待加強(qiáng)。由于流體分布均勻性的差別，小規(guī)模的試驗裝置和大規(guī)模的工業(yè)裝置在流動體系上呈現(xiàn)較大的差別，生物流化床反應(yīng)器的放大與工程設(shè)計始終沒有形成一套較為成熟的理論和方法，積累設(shè)計和運(yùn)行經(jīng)驗顯得至關(guān)重要。

[1]趙賢慧.生物接觸氧化法及其研究進(jìn)展[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2010,09:26-28.

[2]張磊,郎建峰,牛姍姍.生物膜法在污水處理中的研究進(jìn)展[J].水科學(xué)與工程技術(shù),2010,05:38-41.

[3]牛天新,鄭潔敏,宋亮.生物接觸氧化法的研究與應(yīng)用進(jìn)展[J].杭州農(nóng)業(yè)科技,2008,04:27-28+32.

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[6]王榮昌,文湘華,錢 易.流化床生物膜反應(yīng)器在污水處理中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀[J].環(huán)境污染技術(shù)與設(shè)備,2003,4(7):550-553.