生物转盘技术的应用现状及其研究进展

李莎 王凯 王优魁

随着现代化工业的进程和人口急剧的膨胀，水污染问题已经成为了社会焦点，为了保护环境，处理污染物，人们急于寻找高效、低成本的技术。生物转盘(RBC)作为生物膜工艺之一，处理污/废水已有50余年的历史，它是从生物滤池的基础上发展起来的，现已广泛应用于各种生活污水和工业废水的处理。该种工艺具有系统设计灵活、安装便捷、操作简单、系统可靠、操作和运行费用低;不需要曝气，也无需污泥回流，节约能源，同时在较短的接触时间就可得到较高的净化效果。

1 影响因素分析

1.1 盘片材料对转盘的影响

盘片材料，即生物膜的载体是最关键的因素，它的性能直接决定着转盘的除污效果。目前所使用的生物转盘盘片大都采用波纹塑料板、玻璃钢板等，盘片形状单一、比表面积小、挂膜性能差、处理效率低、使用寿命短等[1，2]，因此找到一种比表面积大、挂膜性能好、质轻耐腐蚀的盘片材料是当前RBC研究的一个主要方向。张翼，张妍等[3]处理化工废水时也研究了石英砂、聚丙烯和活性炭3种材料的生物转盘处理效果，结果表明，转盘在4 r/min，HRT为6 h的条件下，活性炭处理效果最好。因此，盘片材料有效面积越大、表面粗糙度越高、质量越小，系统处理效果的性价比就会越高。

1.2 水力停留时间(HRT)对转盘的影响

合适的水力停留时间(HRT)是确保净化效果和工程投资经济性的重要控制因素。水力停留时间的长短将直接影响到水中有机物与生物膜的接触时间，进而影响微生物对有机物的吸附和降解效率，一般随着HRT的延长，生物盘片去除有机物的能力逐渐增强，Lu C S，Li H-C等[4]实验得到，在HRT分别为8 h，16 h和32 h时，系统COD去除率分别达到 87%，90%，90%，当在大于32 h时去除率明显降低。因此选择一个适宜的HRT对提高处理效果是很有必要的。

1.3 转速对转盘的影响

转速是生物转盘运行的重要控制参数，生物转盘需要有一定的转速。Hartman的报告指出，基质去除率随转速的0.1次方增大而增大。转速过低时，系统的传质效果达不到最优，生物膜对氧的需求不能完全得到满足，随着转速的增加，传质效果得到改善，当转速达到一定值时传质效果达到最佳状态，而当转速过高时，生物膜所受水力剪切力增加，从而导致部分生物膜脱落，进而影响生物膜对有机物的去除效果。熊欢伟[6]处理有机废水实验证明，在转速为 8 r/min，12 r/min，16 r/min，20 r/min 时，COD 去除率分别为87.3%，88%，93%和89%，可见转速达到 16 r/min时，传质效果达到最佳状态。

1.4 有机负荷的影响

有机负荷与水力停留时间和进水有机物浓度密切相关，对于一定的进水底物浓度来讲，有机负荷越低，则水力停留时间越长，因而反应器流出的有机物浓度就越低;反之则越高，即有机物的去除率下降[7]。来自大规模生物转盘设备的数据分析表明[8]:对单个RBC单元氧传递限制发生在有机负荷大约为32 gBOD5/(m2◦d)，超过这个值时将会造成有害生物体贝式硫细菌属的过分生长。转盘系统中的有机负荷影响硝化反应。若废水的COD值低于20 mg/L时，硝化细菌在生物膜内成为优势菌[9]。

2 生物转盘的研究现状

2.1 国外对生物转盘的研究应用现状

生物转盘是于20世纪60年代在原联邦德国所开创的一种污水生物处理技术。原联邦德国索图加特工业大学Popel教授和Hartman教授对生物转盘技术的实用化进行了大量的实验研究和理论讨论工作，并于1964年发表了题为《生物转盘的设计、计算与性能》的论文，就此奠定了生物转盘技术发展的基础[10]。至70年代仅在欧洲就已经有1 000多座生物转盘。迄今为止，国外已应用生物转盘进行处理生活污水、工业废水的小试、中试及生产性实验研究，均取得了较好的效果。其中，生物转盘处理含酚废水的研究屡见报道，目前研究中，G.Swaminathan和T.K.Ramanujam[11]用改良的生物转盘研究不同有机负荷条件下2，4-二氯酚的生物降解情况。结果表明，生物转盘系统在较高的有机负荷下对有机物去除率接近100%。有机负荷率0.36 g/(m2◦d)时发现处理效率99.5%，而当最高有机负荷率为6.15 g/(m2◦d)时，处理效率降低到92.22%。

2.2 国内对生物转盘的研究现状

近年来，我国不少学者也进行了生物转盘工艺的研究。其关键技术在于如何改进生物转盘的工艺研究;如华南理工大学专利产品[12]用射流喷射器代替传统的电机驱动，提供了一种集射流曝气及驱动生物转盘于一体的污水处理组合装置，采用该种装置弥补了电机驱动方式存在的溶解氧不走而产生的臭气，并且省电。

从传统的生物转盘工艺看，国内大都采用的是波纹塑料板、玻璃钢板等形式，盘片形状单一、比表面积小、挂膜性能差[1]。所以，研究一种新型的生物转盘工艺迫在眉睫。填料组合式生物转盘作为一种创新工艺在污水处理中应运而生，它是由多孔球形填料或者弹性填料组成，填料材质为聚乙烯，多孔球形填料位于盘片框架两侧的网罩内，球形填料分为内外双层，组合成串悬挂。具有比表面积大，比传统的生物转盘盘片提高15倍，易挂膜，生物量大，处理效率高等优点。

李福军等在生物转盘在污水生物处理中的研究进展提到由于小城镇污水中含有大量可生物降解的有机物及可供生物生长繁殖的碳、氮、磷、钾等营养物质，故采用生物转盘处理得到良好的处理效果。

3 生物转盘工艺在国内的应用

3.1 生物转盘在生活污水中的应用

从一些生物转盘用于生活污水方面的中试研究及工程应用实例可知，生物转盘是一种高效的废水处理反应器，在水力停留时间小于2.5 h的情况下，对生活污水的处理效率平均能达到90%左右，但另一方面，在工程应用中生物转盘处理量不大，因此在大水量城市污水处理方面还需进一步的研究[14]。

3.2 与植物滤床联合应用

采用生物转盘与植物滤床工艺联合处理农村生活污水也取得了良好的处理效果。如李彬[15]等人研究自回流生物转盘/植物滤床工艺处理农村生活污水，处理水量为5 m3/d，主要构筑为脱氮池、自回流生物转盘和植物滤床。通过生物转盘3级处理后污水回流到脱氮池，实现了高效脱氮的效果。在整个工艺中，污水不仅脱氮效率高，而且在植物滤床中种植了空心菜和采用投加石膏的方法对去除总磷也得到了较好的效果，通过处理可以看出该组合工艺稳定，运行时对总氮、总磷、有机物的去除效果较好，平均去除率分别达到了50.8%，60%和57.9%，从而也为农村生物污水提供了一个新的方法。

4 发展展望

生物转盘作为一种污水处理方法，具有投资省、处理效率高、性能稳定、适应性强和运行管理简便等优点，很有发展潜力。同时，与生物转盘相结合的组合工艺的发展将为污水处理带来新的思路，针对不同特点的污水，不仅局限于单独的生物转盘工艺的应用，我们可以拓展思路，在技术经济可行的条件下，选择更合理的处理方法，如与A/O联合工艺、与人工湿地组合工艺等都具有各自的优点。所以，针对这些组合工艺应加强研究并进行实际应用，为今后难处理的污水提供更有效的方法。

[1] 朱光灿，李宪宁，吕锡武，等.填料组合式生物转盘片:CN，1654362A[P].2005-08-17.

[2] 陈志强，温沁雪，温 言，等.网状生物转盘盘片:CN，2793064Y[P].2006-07-05.

[3] 张 翼，张 妍.活性炭生物转盘法处理化工废水[J].化工环保，2006，26(4):272-276.

[4] Lu C S，Li H-C，Lee L Y.Effects of disc rotational speed and submergence on the performance of an anaerobic rotating biologicalcontactor[J].Environment International，1997 ，23(2):253-263.

[5] Sharma BandAhlerRC.Nitrifieation and nitrogen removal◦wat，1977(11):897-925.

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[7] 沈耀良，黄 勇.固定化微生物污水处理技术[M].北京:化学工业出版社，2002.

[8] C.P.Leslie Grady ，Jr.Glen T.Daigger，Henry C.Lim.废水生物处理[M].张锡辉，刘勇弟，译.北京:化学工业出版社，2003:1.

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[13] 刘 雨，赵庆良，郑兴灿.生物膜法污水处理技术[M].北京:中国建筑出版社，2000:2.

[14] 梅 丽，杨 平，尚书勇.污水的生物处理——生物转盘法[J].当代化工，2004，12(3):25-29.

[15] 李 彬，吕锡武，宁 平，等.自回流生物转盘/植物滤床工艺处理农村生活污水[J].中国给水排水，2007，23(17):15-18.