流离生化技术研究及在污水处理领域中的应用

苗雪杉，王 帆，2*，康 华，2，杨凯伦，2，欧子平，许 可，张 彤

（1.长春工程学院 水利与环境工程学院，吉林 长春 130012；2.吉林省城市污水处理重点实验室，吉林 长春 130012）

流离生化技术是一项新型生物膜污水处理技术，通过向水中投加流离球填料，使微生物附着生长。具有工艺流程简单、运行简便、启动快，处理效果好、占地面积小、运行费用低等优点。我国对流离生化技术的研究与应用已有30余年，技术相对成熟，在工业废水、生活污水、中水处理等领域均得到了广泛应用。

本文介绍流离生化技术的基本原理，综述了近年来流离生化技术在水处理领域的研究与工程应用情况，在此基础上对该技术未来发展进行了初步探讨，以期为流离生化技术的研究与应用提供一定的参考价值。

1 流离生化技术基本原理

1.1 污染物净化机理

流离（又称速分）是自然界中一种固液分离现象，即流动液体中悬浮物总是自发的由流速快的一侧向流速慢的一侧聚集[1-2]。流离是除沉淀、过滤外的另一种固液分离技术。流离生化技术巧妙地将“流离现象”与微生物降解有机结合，以流离球作为微生物载体。球壳一般为聚乙烯材质，球内可填充海绵、鲍尔环、石料、组合填料等，供微生物附着生长[3-4]。污水流经流离球时，球内阻力大、流速慢，水中悬浮物会自发向球及球内聚集，利用微生物吸附、降解作用达到污水净化的目的。流离球延缓了气体在水中的释放过程，提高了氧的利用效率，随着微生物对氧的消耗，流离球间及流离球内部填料之间能够形成交替好氧、缺氧、厌氧多种氧环境，这为同时硝化反硝化（SND）创造了条件，也有利于不同种微生物协同作用，实现良好的有机物和总氮去除效果[4-11]。

1.2 污泥消解机理

首先，流离生化技术属于生物膜法，污泥龄较长，因此污泥产量低。其次，较长泥龄形成了由细菌到后生动物完整的食物链，进一步降低了污泥产量。最后，流离球形成外部好氧、内部厌氧的特殊环境，强化流离作用，使剩余污泥向球上聚集，聚集的污泥在好氧环境中被分解，在厌氧环境中被水解液化，以上过程不断循环往复，使大部分有机污泥消解，仅少量无机污泥及有机残体需定期排放[5，7]。

2 流离生化技术研究进展

2.1 流离生化技术低温研究

我国北方冬季温度在10℃以下，低温抑制了微生物的生长和活性，严重影响脱氮效果，污水处理厂出水难以达标。有报道指出，投加悬浮填料能有效提升低温脱氮能力[12-13]。研究表明，填充海绵和K3填料的流离球，综合考虑去除效果与资源节约，低温下最佳内部填充率为30.5%[14]。

王帆等[15]构建三级AO耦合流离生化系统，探究低温下进水流量分配比对低C/N城市污水处理效果的影响，并分析了脱氮规律。实验结果显示，各级好氧区硝化作用是制约系统脱氮的主要因素，进水比3∶2∶1工况合理分配了NH4+-N负荷，各级硝化效率在85%以上，脱氮效率最高，COD、NH4+-N和TN平均去除率分别为87.44%、96.63%和76.81%。流离球填料提高了系统同步硝化反硝化（SND）性能，强化了TN去除能力，（SND）率为26.05%[16]。

艾胜书等[17]对比了3种填料低温下污染物去除性能，稳定运行时内置海绵与鲍尔环的流离球填料处理能力最强且培养时间短，微生物活性最高，分泌的胞外聚合物（EPS）最多，可认为内置海绵与鲍尔环的流离球填料更适用于低温污水的处理。

2.2 流离生化与脱氮新技术

为探索厌氧氨氧化颗粒污泥（Anammox Granular Sludge，AGS）的快速培养，唐鹏等[18]采用上流式厌氧污泥床反应器，并加入内部填充海绵的流离球填料。结果表明，填充的流离球填料截留了大量污泥，在127 d内成功培养出直径1.0～3.0 mm的AGS，有效地加快了反应器启动，总氮去除率达85%以上，且AGS能承受更高的氨和亚硝酸盐抑制浓度，有利于反应器稳定运行。

王卿等[19]探讨了高溶解氧（DO）含量下的海绵生物膜反应器处理低负荷的市政污水在不同温度条件下的短程硝化性能。于25℃以海绵为载体，成功培养出具有短程硝化性能的生物膜，并维持稳定。温度调整至20℃后，短程硝化性能因温度降低遭到破坏。将海绵填充入流离球内，短程硝化性能得到恢复，亚硝氮积累率（NAR）由3.97%升高至95%以上并维持稳定。王卿等认为在高DO时，流离球加强了氧抑制作用，抑制了内部亚硝酸氧化菌（NOB），从而恢复了短程硝化性能。

2.3 流离球内部填料研究

填料影响着微生物的附着、生长繁殖和脱落，是流离生化技术的核心。填料的材质、性能和造价等因素更是直接影响着污水处理效果和工程可行性。

詹博等[6]探究了珊瑚砂作为内部填料的可行性，并将其用于处理岛礁生活污水，考察了污染物去除效果，同时研究了稳定运行阶段SND性能。结果表明，珊瑚砂表面粗糙，具有良好的机械强度和微生物亲和性，适合作为流离球内部填料；另外，珊瑚砂释放的Ca+有助于实现SND。稳定运行期间，系统平均出水COD、NH4+-N、TN浓度分别为（43.09±9.78）mg/L、（1.25±1.06）mg/L、（14.39±4.37）mg/L；系统具有良好的同步硝化反硝化性能，SND率为（80.50±9.38）%。

有学者从污泥资源化角度出发，利用制药厂污泥、黏土、粉煤灰为原料制备了流离球内部填料，对制药厂污水COD去除率可达92.4%[20]。

曹凤云等[21]对比了不同内部填料流离球的性能，认为污泥陶粒流离球在挂膜启动速度和污染物去除效果方面均优于碎石流离球。

3 流离生化技术应用现状

3.1 用于生活污水处理

刘志强等[22]研发出一种以生物流离球为核心的一体化微动力污水处理装置，流离球内填充紫砂矿填料以改善微生物亲和性，该技术具有处理效果好、运行能耗低、抗冲击能力强、无须专人管理等优点，该装置用于处理仁博高速丹霞服务区的生活污水，出水水质达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级排放标准。

石家庄市裕园广场应用流离生化技术处理洗浴废水和酒店污水，日处理水量308 m3，无任何排泥设施，COD、BOD、NH4+-N、TP去 除 效 率 分 别 为78.14%、91.25%、85.34%、34.77%，除TP外均达到国家一级排放标准，且运行2年无任何堵塞现象，说明没有剩余污泥产生[7]。

天津市某雨水泵站污水临时处理工程采用流离生化工艺，工程处理规模为500 m3/d，流离球内填充陶料滤料，并设置加药除磷装置以提高整体工艺对磷的去除效果，处理后出水达到天津市DB12/599—2015《城镇污水处理厂污染物排放标准》A标准[23]。

某大学校区采用流离生化技术处理生活废水，系统运行稳定，自动化程度高，出水各项指标满足中水回用要求，全年节省自来水费150.84万元[24]。

流离生化技术流程简单、占地面积小、无须专人管理，适用于农镇等分散式污水的处理。临潼区零口镇污水处理工程好氧处理工艺采用流离生化技术，设计处理能力120 m3/d，出水水质达到一级A标准，COD、BOD5、NH4+-N、SS去除效率分别为87.5%、95%、80%、95%[25]。

3.2 用于工业废水处理

工业废水包括生产废水、冲洗排水、员工生活污水等，具有污染物含量高、成分复杂、水质水量变化大、难生物降解等特点。工程实际证明，用流离生化技术处理工业废水能取得良好的效果与经济效益。

3.2.1 垃圾渗滤液

卢国满等[26]采用流离生化技术针对垃圾渗滤液进行中试实验，生物处理工艺采用一级厌氧+二级好氧工艺。其中，厌氧池内流离球填充改性火山岩，填充率为40%；曝气池内流离球填充化学涂层的碎石块，填充率为70%。研究了不同水力停留时间（HRT）、溶解氧（DO）、容积负荷（Fr）条件下各池内处理效果。结果表明：随着HRT的增加，厌氧池内COD去除效率逐渐提高，曝气池内COD、NH4+-N、TN去除率逐渐增加；随着DO增大，曝气池内COD去除效率逐渐升高，氨氮去除效率也逐步增加；随着Fr的增加各池内COD去除效率均呈现先增加后下降的趋势。

3.2.2 制药废水

何大伟等[27]向高负荷生物池内投加FSB流离球对高浓度制药废水进行中试研究，流离球内填充火山岩，控制曝气量（保持DO＜1 mg/L）进行挂膜培养。考察了系统在高负荷、缺氧条件下对有机物的去除性能以及系统pH变化情况。结果表明：投加流离球填料的反应器具有很高的耐冲击负荷能力，氧气消耗量低，负荷为7 kgCOD/（m3·d）时，COD去除率仍能达到80%，投加填料后，B/C比由原来的0.3提升至0.4，可生化性提高。

投加流离球填料无须对生物池进行结构性改动，便于污水处理系统提标改造。刘志伟等[28]利用流离生化技术对北京某制药厂废水处理工艺进行技术改造，改造后的废水处理系统COD去除率达99%以上，且具有很强的抗冲击负荷能力，出水水质满足DB11/307—2005《北京市水污染物排放标准》一级B标准。

3.2.3 其他工业废水

某工业园采用以流离球生化技术为核心的组合处理工艺，并在流离球生化反应池后设置高密度沉淀池+Ⅴ型滤池组合工艺，弥补流离生化法除磷的不足。该工艺运行稳定，冬季低温条件下仍能高效运行，出水水质可达到一级A标准。运行成本较低，在经济性上具备一定的盈利能力和偿还能力[29]。

乔建国等[30]探索开发了一种基于流离生化技术的卷烟厂废水处理与回用系统，运行管理简单，污泥产量低，各项出水水质满足国家废水排放和回用标准，与厂区原系统相比运行费用大幅降低，每年可节约运行维护费用约137.5万元，中水回用每年可节约自来水费约76.2万元，经济效益显著。

4 结束语

流离生化技术是一项高效、经济、符合我国国情的污水处理技术。对强化低温脱氮与新技术研究应用有重大意义，在工程中已取得良好效果，结合我国水环境保护政策，该技术拥有广阔的发展前景和应用空间。目前，相关研究集中在污染物去除效率与实际工程应用效果等方面，关于其内在机理方面研究尚少。此外，随着材料合成技术的发展，开发更多价格低廉、生物亲和性强的内部填料也是研究的重要方向。