生活污水处理厂生物膜技术工艺分析★

孔繁德 李立欣* 张连福

(黑龙江科技大学，黑龙江哈尔滨 150022)

0 引言

活性污泥法和生物膜法是生物污水处理技术中常用的方法，生物膜法是在活性污泥法的基础上发展起来的。随着环境状况的恶化，污水排放标准中对氮、磷等营养物的要求越来越严格，活性污泥法往往需要将多个厌氧和好氧反应池串联，或通过增加内循环来满足污水排放标准，但是这势必会增加设备的投资管理费用［1］。除此之外，活性污泥法存在污泥膨胀，剩余污泥处理处置困难等问题。而生物膜法水处理技术具有容积负荷高、脱氮除磷效果好、占地面积少、出水水质好等特点，因而近年来它在污水生物处理的发展和应用中，一直占据主导地位。笔者经过几年来从事污水生物处理的工作经验，对生物膜法(塔生物转盘、生物接触氧化)处理废水的方案有了初步了解，现将这些方案简要分析如下，以供同行在设计、施工改造时参考。

1 生物转盘方案分析

如图1所示，生物转盘(RBC)又称浸没式生物滤池，是由盘片、接触反应槽、转轴及动力减速装置和氧化槽所组成。转轴的两端安设在半圆形接触反应槽的支座上。转盘面积的40%～50%浸没在槽内的污水中，转轴高出水面10 cm～25cm。转轴是用来固定盘片并带动其旋转，一般采用实心钢轴或无缝钢管，直径介于50 mm～80mm，长度一般在0.5～7.0之间。转轴在水面以上，驱动装置以0.8 r/min～3 r/min左右的低速转动。盘片一般多采用圆形平板或表面呈波纹形状的圆板，圆盘直径一般为1.5 m～4.0 m。盘片面上生长着一层约1 mm～4 mm的生物膜，盘片与污水和空气交替接触，圆盘每转动一圈，即进行一次吸附有机物—吸氧—氧化分解的过程，如此反复循环，使污水中的有机物不断分解氧化，污水得到净化。在运行过程中，生物膜将逐渐变厚，圆盘在水中不停地转动产生的剪切力会使过厚的生物膜不断脱落，进而使盘片上的生物膜厚度基本稳定。

图1 生物转盘示意图

生物转盘的优点是不会堵塞，生物膜与污水接触均匀不会出现“短流”现象，COD、氨氮去除效率较高。李莎等在生物转盘处理城镇污水的试验研究中得出:城镇污水经生物转盘处理后，COD、氨的去除率较高。在水力停留时间6 h，转速为2 r/min时，COD的去除率达到了90%以上，而当COD与氨氮的质量比大于3.3时，总氮的去除率达到87%［2］。相比塔式生物滤池氨氮去除率明显提高。除此之外，通过调整转盘转速来改善接触条件和充氧能力，采取延长生物膜与污水接触时间即可提高处理效果。

缺点是盘料较贵，初始投资较大，同时受气候因素影响较大，在北方天气寒冷地区，生物转盘一般要设在室内或加盖，并采取一定保温措施，增加了基建投资。对于含有挥发性有毒物质的工业废水，由于转盘的充氧过程中会促使有毒气体的挥发，因此不适合于生物转盘法处理。

在使用过程中，生物转盘应注意以下几点:1)C/N至少3～5，以保证良好的脱氮效果。2)采取延长生物膜与污水接触时间即可提高处理程度，一般取HRT=4 h为操作参数［3］。3)生物转盘适合在气温较高的地方建造(不太适合气温较低的北方)，以减少运行投资。4)不适合处理含挥发性有毒有害气体的废水。

2 生物接触氧化法方案分析

如图2所示，生物接触氧化法又称淹没式生物滤池，它是在滤池内部布设浸没于水中的挂膜介质填料，生物接触氧化池具有曝气系统，废水中的有机物被吸附于填料表面的生物膜上，并在微生物的作用下进行氧化降解。它是一种介于活性污泥法与生物滤池两者之间的生物处理技术，兼具两者的特点，具有如下优点:污水中BOD5的去除率较高;填料比表面积大，池内充氧条件良好;不需要污泥回流，不存在污泥膨胀，运行管理简便;由于生物量多，水流属于完全混合型，因此对水质的骤变具有较强的适应性;有机容积负荷高时，其F/M保持在较低的水平，污泥产率低;相比其他工艺，具有节能降耗，污水处理效率高的优势。通过不断的发展改进，出现了一些新工艺如悬浮填料生物接触氧化法、序批式生物接触氧化法、跌水曝气生物接触氧化法等。这些新工艺主要应用于中小型污水处理厂，尤其是在除磷脱氮方面有着显著的效果，发展前景非常广泛［1］。目前，生物接触氧化法在国内的污水处理中得到广泛的应用，特别是有机废水生物处理、小型生活污水处理中得到广泛的应用，成为污水处理的主流工艺之一［4］。

图2 生物接触氧化串联工艺流程图

生物接触氧化工艺在黑龙江科技大学污水处理厂也得到了应用。经过多年的调试运行，黑龙江科技大学污水厂在正常运营(除假期外)的情况下BOD5的去除率高达90%以上，脱氮除磷效果较好，总氮的去除率高达85%，但是在假期期间，它的处理效果并不理想。这是因为在假期期间罗茨风机的运行和平时一样，由于曝气池水量的减少，这样就会有大量溶解氧剩余(最高时达到19 mg/L，最佳值2 mg/L，允许范围最高值2 mg/L～5 mg/L)，直接导致了池内活性污泥的过度分解，污泥的减少严重的影响了系统对污水的处理能力，BOD5、总氮的去除率显著下降。于是根据实际情况，在生物接触氧化池内增加溶解氧变频探头，这样对生物接触氧化池自动间歇曝气，使溶解氧始终保持在最佳值内，保证了BOD5的去除率始终达到90%以上，总氮的去除率始终达到85%，提高了污水的处理效率。更重要的是，这项技术的改进节约了电能的消耗，仅此一项每年节约电费近19万元。

此外，我们经过几年的管理、运行总结，提出提高处理污水水质应采取的措施如下:

1)在开始试运行时及在生物膜培养挂膜阶段，是在合适的水温、溶解氧等环境条件及合适的pH值，BOD5，C/N等水质条件下，填料表面附着少量的细菌，连续不断进水正常运行，在有机养料及溶解氧充足的条件下，微生物开始大量生长、繁殖，生物膜逐渐增厚，一般经过7 d～10 d就可以完成挂膜过程。

2)一定要尽可能创造微生物生长繁殖所需要的最优越条件，尤其是氮磷营养元素的数量必须充足(可按进水C∶N∶P=100∶5∶1的比例)。

3)采用小负荷进水的方式，流速应大于0.7 m/s，以免发生沉积和堵塞现象，减少对生物膜的冲刷作用，同时增加填料或滤料的挂膜速度。使氧化池溶液的溶解氧浓度控制在5 mg/L～6 mg/L，以维持微生物正常生命活动。

4)避免脱落的生物膜或悬浮污泥在池底积累过多而形成厌氧及污泥腐败发臭，解决的办法是提高预处理和一级处理的沉淀效果，减少进入生物滤池的杂质数量，并及时将生物池底积泥排出。

以上几点措施是在黑龙江科技大学污水厂几年来的管理、运行中得到的成功经验，并证明该系统具有高效、低耗、安全稳定、维修方便等特点。出水水质好，并进行了回用，回用水用于学生宿舍和家属区冲厕。通过几年来管理，运行效果良好。

3 结语

上述两种生物膜工艺方案，各有特点，可以相互借鉴，按照实际废水特点以及当地实际情况(地形、资金、人员)，选择相应的工艺方案，但总的来说，要以简单实用为基本原则。根据笔者多年来管理和运行污水厂的实际经验，生物接触氧化工艺适用性更为广泛，该工艺可充分利用丝状菌的强氧化能力且不产生污泥膨胀，易于管理和操作。具有处理效率高，低温适应性好，耐冲击，负荷性能好，低能耗，占地面积少的特点。若能选用合适的曝气装置，科学管理，则在中小规模城市污水处理厂具有广阔的应用前景。

［1］ 李粉玲，赵庆鹏.城市生活污水处理中活性污泥法与生物膜法工艺综述与比较［J］.河北企业，2010(9):68-69.

［2］ 李 莎，王 凯，王优魁.生物转盘处理城镇污水的试验研究［J］.工业用水与废水，2010，41(4):43-46.

［3］ 王春丽，杨 伟，毛秋喜，等.生物转盘处理污水试验研究［J］.哈尔滨商业大学学报(自然科学版)，2009，25(3):301-302.

［4］ 高廷耀，顾国维，周 琪.水污染控制工程［M］.第3版.北京:高等教育出版社，2007:228-229.