生物膜法在市政污水處理中的應(yīng)用前景

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簡(jiǎn)介： 生物膜法60年代末期開(kāi)始出現(xiàn)，在工業(yè)廢水處理方面曾研究了高負(fù)荷生物濾池、塔式生物濾池等，后來(lái)則主要研究了接觸氧化法，并在紡織、印染、化纖等行業(yè)廢水中廣泛應(yīng)用。接觸氧化工藝由于缺乏經(jīng)久耐用和價(jià)格低廉的填料、大型池的均勻布水布?xì)馍杏欣щy等原因，在市政污水處理上特別是在大中型污水處理廠(chǎng)中沒(méi)有得到應(yīng)用。80年代中期在研究A/O、AA/O、AB法、SBR工藝、新型氧化溝等懸浮生長(zhǎng)工藝技術(shù)的同時(shí)，也開(kāi)展了高負(fù)荷生物濾池/固體接觸(TF/SC)和生物曝氣濾池(BAF)等附著生長(zhǎng)技術(shù)方面的試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明生物膜法在市政污水處理方面前景良好。
關(guān)鍵字：生物膜法 高負(fù)荷生物濾池 生物曝氣濾池

　生物膜法60年代末期開(kāi)始出現(xiàn)，在工業(yè)廢水處理方面曾研究了高負(fù)荷生物濾池、塔式生物濾池等，后來(lái)則主要研究了接觸氧化法，并在紡織、印染、化纖等行業(yè)廢水中廣泛應(yīng)用。接觸氧化工藝由于缺乏經(jīng)久耐用和價(jià)格低廉的填料、大型池的均勻布水布?xì)馍杏欣щy等原因，在市政污水處理上特別是在大中型污水處理廠(chǎng)中沒(méi)有得到應(yīng)用。80年代中期在研究A/O、AA/O、AB法、SBR工藝、新型氧化溝等懸浮生長(zhǎng)工藝技術(shù)的同時(shí)，也開(kāi)展了高負(fù)荷生物濾池/固體接觸(TF/SC)和生物曝氣濾池(BAF)等附著生長(zhǎng)技術(shù)方面的試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明生物膜法在市政污水處理方面前景良好。

1 高負(fù)荷生物濾池/固體接觸(TF/SC)工藝

　　高負(fù)荷生物濾池/固體接觸(TF/SC)是美國(guó)在80年代初根據(jù)其城市污水處理廠(chǎng)70%為高負(fù)荷生物濾池，其出水達(dá)不到提高后的出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)而開(kāi)發(fā)出來(lái)的新工藝。我國(guó)于1990年由中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院和蘭州鐵道學(xué)院合作進(jìn)行試驗(yàn)室、中間試驗(yàn)和工程生產(chǎn)試驗(yàn)，獲得了完整的設(shè)計(jì)參數(shù)。國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)公司據(jù)此成果進(jìn)行了兩座污水量為10×10⁴m³/d規(guī)模處理廠(chǎng)設(shè)計(jì)建設(shè)。TF/SC的典型工藝流程如圖1。

　　生物濾池可以是卵石填料高負(fù)荷生物濾池，也可以是塑料填料的深式或塔式濾池。TF/SC工藝中生物濾池系按不完全處理設(shè)計(jì)，采用了較一般高負(fù)荷生物濾池還要高的負(fù)荷，美國(guó)采用的負(fù)荷為0.4～1.4 kgBOD₅/(m³·d)(填料體積)，最終出水BOD₅可達(dá)10 mg/L以下。我國(guó)的研究結(jié)果是卵石填料的負(fù)荷在3.5 kgBOD₅/(m³·d)時(shí)最終出水BOD_５可在30 mg/L以下。生物濾池設(shè)計(jì)的BOD_５去除率以50%左右較為經(jīng)濟(jì)，其主要功能是去除溶解性BOD_５和將大分子等難降解的物質(zhì)降解為易降解物質(zhì)。在我國(guó)采用卵石填料比較經(jīng)濟(jì)，因塑料填料的價(jià)格要高20倍以上。
　　固體接觸池是TF/SC工藝高效的關(guān)鍵之一，它是將回流污泥與生物濾池出水混合曝氣，進(jìn)行生物絮凝和生物吸附，將廢水中細(xì)小顆粒和凝聚性差的生物膜絮凝成易于沉淀的絮體，同時(shí)吸附和降解污水中的有機(jī)污染物，因而污水在固體接觸池中的停留時(shí)間一般都較短(美國(guó)典型TF/SC處理廠(chǎng)最短的僅2.0min，一般為30min左右)，我國(guó)設(shè)計(jì)的停留時(shí)間較長(zhǎng)，多在45min左右，因?yàn)V池負(fù)荷較美國(guó)高。固體接觸池的污泥負(fù)荷比一般活性污泥法高1倍，若出水BOD_５要求低于30mg/L，污泥負(fù)荷為0.4～0.8kgBOD_５/(kgMLSS·d)。
　　絮凝沉淀池與一般二沉池最大的不同之處是設(shè)有進(jìn)水絮凝區(qū)，借助于外力進(jìn)行再絮凝。它是根據(jù)生物可以再絮凝原理設(shè)計(jì)的，從而較大幅度提高了表面負(fù)荷并使細(xì)小不易絮凝沉淀的生物膜得以去除，出水懸浮物可達(dá)10mg/L。
　　從以上TF/SC工藝的單元特性討論中說(shuō)明了TF/SC工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：
　　①出水水質(zhì)好。美國(guó)的數(shù)處工程實(shí)例和我國(guó)示范工程都說(shuō)明出水懸浮物和BOD_５均可達(dá)到10mg/L以下。一般活性污泥法出水懸浮物和BOD_５達(dá)到20 mg/L已是高水準(zhǔn)，尤其是懸浮物達(dá)到20 mg/L以下是很困難的。所以，有人稱(chēng)之為“二級(jí)處理工藝，三級(jí)出水標(biāo)準(zhǔn)”。
　?、赥F/SC的工藝單元--生物濾池、固體接觸池和絮凝沉淀池均是高效設(shè)施，負(fù)荷高、停留時(shí)間短，因而工程造價(jià)低，運(yùn)行能耗少。研究結(jié)果說(shuō)明TF/SC工藝污水處理廠(chǎng)工程總投資和運(yùn)行費(fèi)用均較傳統(tǒng)活性污泥法低約20%(未包括污泥處理，TF/SC工藝污泥量少1/4)。美國(guó)Corvallis市政污水處理廠(chǎng)(Oregon州)改造為T(mén)F/SC工藝后，節(jié)約用電20%，鼓風(fēng)機(jī)所需動(dòng)力由186.4kW降至44.7kW，尤為重要的是污泥量減少了24%，大幅度減少了污泥處理費(fèi)用。
　?、劬哂猩锬しǖ奶攸c(diǎn)，耐沖擊、運(yùn)行穩(wěn)定、操作比較簡(jiǎn)單。

2 生物曝氣濾池

　　生物曝氣濾池(BAF)70年代末起源于歐洲大陸，在90年代初已發(fā)展成法國(guó)、英國(guó)、奧地利和澳大利亞等國(guó)設(shè)備制造公司的技術(shù)和設(shè)備產(chǎn)品。使用BAF的污水處理廠(chǎng)規(guī)模也已擴(kuò)大到8.0×10⁴m³/d。同時(shí)發(fā)展為可以脫氮除磷的工藝。
　　采用生物曝氣濾池的市政污水處理廠(chǎng)流程有兩類(lèi)，見(jiàn)圖2。

　　BAF的構(gòu)造基本上與污水三級(jí)處理的濾池相同，只是濾料不同，BAF一般用單一均粒濾料，其構(gòu)造見(jiàn)圖3。
　　BAF有兩種運(yùn)行方式，一種是從池上進(jìn)水，水流與空氣逆向運(yùn)行，稱(chēng)之為逆向流或向下流。另一種是池底進(jìn)水，與空氣流同向運(yùn)行，即同向流或向上流。同向流負(fù)荷高，出水水質(zhì)略差，必須設(shè)二沉池。而逆向流在流速較小時(shí)，可不設(shè)二沉池。

　　國(guó)內(nèi)主要是研究逆向流BAF，國(guó)外廠(chǎng)商提供的工藝設(shè)備也主要是逆向流。中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院和蘭州鐵道學(xué)院合作研究提出的工藝設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 BAF工藝設(shè)計(jì)參數(shù)處理程度容積負(fù)荷[kgBOD5(m³.d)]水力停留時(shí)間（h）設(shè)計(jì)出水水質(zhì)
（mg/L）BOD₅去除90%0.7～2.81～2BOD₅≤20
SS≤20硝化（90%以上）0.5～2.02～3BOD5≤20
SS≤20
NH₃^-N≤5
TKN≤10

　　表1中的進(jìn)水濃度為一般城市的市政污水濃度,BOD₅為150～200mg/L。所列設(shè)計(jì)參數(shù)為BAF流程1的參數(shù)，即采用此參數(shù)可不設(shè)二沉池。
　　表1清楚說(shuō)明BAF是高效處理設(shè)施，其容積負(fù)荷高出一般活性污泥法1～2倍，出水可以完全滿(mǎn)足“污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)”二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。BAF的空氣量?jī)H為一般活性污泥法的1/2，其水氣比為1∶2～1∶3，運(yùn)行能耗較低。
　　BAF前可設(shè)置有填料的厭氧濾池而形成AA/O工藝膜法，也可在BAF流程2中二沉池前投加鐵鹽絮凝劑成為除磷脫氮工藝。

3 生物膜法與傳統(tǒng)活性污泥法比較

　　現(xiàn)將生物膜法與活性污泥法的兩類(lèi)代表工藝比較列于表2。
　　表2說(shuō)明膜法的負(fù)荷均遠(yuǎn)高于活性污泥法，因而工程總造價(jià)也要低很多，TF/SC工藝研究專(zhuān)題依托工程的經(jīng)濟(jì)分析說(shuō)明TF/SC工藝的總造價(jià)比標(biāo)準(zhǔn)活性污泥法低20%。另外近年來(lái)我國(guó)所設(shè)計(jì)的兩個(gè)10×10^４m³/d規(guī)模的市政污水處理廠(chǎng)均采用TF/SC工藝，其處理1.0 m³污水的工程造價(jià)一項(xiàng)為900元，另一項(xiàng)為1 015元(工程包括污泥消化與污泥處理)。由于這項(xiàng)工程利用了有利地形，其電耗分別為0.1 kW·h/m³水和0.05 kW·h/m³水(完全自流無(wú)須提升)。一般傳統(tǒng)活性污泥法的工程總造價(jià)為1 200～1500元/m³水，運(yùn)行電耗超過(guò)0.2 kW·h/m³水?。

表2 膜法與傳統(tǒng)活性污泥法比較工藝構(gòu)筑物負(fù)荷初沉池表面負(fù)荷[m³/(m².h)]生物處理構(gòu)筑物容積負(fù)荷[kgBOD₅/(m³.d)]二沉池表面負(fù)荷[m³/(m².h)]總?cè)コ剩?）標(biāo)準(zhǔn)活性污泥法污泥法1.50.62451.090階段曝氣1.50.81.085～90TF/SC1.52.781.590BAF1.51.25無(wú)90

4 生物膜法在我國(guó)城市污水處理中的前景

　　生物膜法在我國(guó)城市污水處理中應(yīng)用的前景是十分廣闊的，將會(huì)與活性污泥法一樣成為城市污水處理廠(chǎng)的主要工藝。
　　我國(guó)城市污水處理廠(chǎng)現(xiàn)僅160座，污水處理率也僅為10%，需要建設(shè)大量的城市污水處理廠(chǎng)，但我國(guó)城市建設(shè)資金遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足這方面的需求。解決資金的途徑，一條是拓寬資金來(lái)源；另一條是采用新的技術(shù)降低工程造價(jià)節(jié)約資金。上述兩生物膜法工藝顯然是可以較大幅度降低工程造價(jià)的新技術(shù)，因而也正是城市污水處理所需要的技術(shù)。

5 物膜法需要研究改進(jìn)的技術(shù)問(wèn)題

　　生物膜法從開(kāi)始研究至今不足20年，在我國(guó)研究的時(shí)間更短，還不到10年，建設(shè)的工程也很少，因而必然存在許多需要改進(jìn)的地方，需主要研究的內(nèi)容如下：
　?、俨徽撌荰F/SC工藝還是BAF技術(shù)，工藝的理論研究還很不夠，如果在理論研究上有所發(fā)展，必然會(huì)極大地推 動(dòng)生物膜法的發(fā)展。
　?、谛枰芯抗に囋O(shè)計(jì)的優(yōu)化，如TF/SC工藝各單元處理程度的優(yōu)化、BAF工藝投配負(fù)荷與反沖洗關(guān)系的優(yōu)化 等。
　　③需要研究TF/SC和BAF適用的輕質(zhì)高強(qiáng)、價(jià)廉、使用壽命長(zhǎng)的濾池濾料，這是兩種工藝的關(guān)鍵問(wèn)題。
　?、蹷AF存在一個(gè)大型濾池的均勻布水布?xì)鈫?wèn)題，它既關(guān)系其工程造價(jià)，也關(guān)系此技術(shù)的適用規(guī)模。
　?、蓦S著對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求的提高，污水脫氮除磷也一定會(huì)在我國(guó)得到加強(qiáng)。TF/SC和BAF工藝的脫氮除磷技術(shù)在 國(guó)外已有一些技術(shù)方案和成功的流程，但在我國(guó)還未很好地開(kāi)展這方面的研究，需要規(guī)劃安排和加強(qiáng)工作。

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