生物膜法在市政污水處理中的應(yīng)用前景

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簡介： 生物膜法60年代末期開始出現(xiàn)，在工業(yè)廢水處理方面曾研究了高負荷生物濾池、塔式生物濾池等，后來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)久耐用和價格低廉的填料、大型池的均勻布水布氣尚有困難等原因，在市政污水處理上特別是在大中型污水處理廠中沒有得到應(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工藝技術(shù)的同時，也開展了高負荷生物濾池/固體接觸(TF/SC)和生物曝氣濾池(BAF)等附著生長技術(shù)方面的試驗研究。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 高負荷生物濾池 生物曝氣濾池

　生物膜法60年代末期開始出現(xiàn)，在工業(yè)廢水處理方面曾研究了高負荷生物濾池、塔式生物濾池等，后來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)久耐用和價格低廉的填料、大型池的均勻布水布氣尚有困難等原因，在市政污水處理上特別是在大中型污水處理廠中沒有得到應(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工藝技術(shù)的同時，也開展了高負荷生物濾池/固體接觸(TF/SC)和生物曝氣濾池(BAF)等附著生長技術(shù)方面的試驗研究。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 高負荷生物濾池/固體接觸(TF/SC)工藝

　　高負荷生物濾池/固體接觸(TF/SC)是美國在80年代初根據(jù)其城市污水處理廠70%為高負荷生物濾池，其出水達不到提高后的出水水質(zhì)標準而開發(fā)出來的新工藝。我國于1990年由中國市政工程西北設(shè)計研究院和蘭州鐵道學(xué)院合作進行試驗室、中間試驗和工程生產(chǎn)試驗，獲得了完整的設(shè)計參數(shù)。國內(nèi)設(shè)計公司據(jù)此成果進行了兩座污水量為10×10⁴m³/d規(guī)模處理廠設(shè)計建設(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，采用了較一般高負荷生物濾池還要高的負荷，美國采用的負荷為0.4～1.4 kgBOD₅/(m³·d)(填料體積)，最終出水BOD₅可達10 mg/L以下。我國的研究結(jié)果是卵石填料的負荷在3.5 kgBOD₅/(m³·d)時最終出水BOD_５可在30 mg/L以下。生物濾池設(shè)計的BOD_５去除率以50%左右較為經(jīng)濟，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)。在我國采用卵石填料比較經(jīng)濟，因塑料填料的價格要高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，進行生物絮凝和生物吸附，將廢水中細小顆粒和凝聚性差的生物膜絮凝成易于沉淀的絮體，同時吸附和降解污水中的有機污染物，因而污水在固體接觸池中的停留時間一般都較短(美國典型TF/SC處理廠最短的僅2.0min，一般為30min左右)，我國設(shè)計的停留時間較長，多在45min左右，因濾池負荷較美國高。固體接觸池的污泥負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)有進水絮凝區(qū)，借助于外力進行再絮凝。它是根據(jù)生物可以再絮凝原理設(shè)計的，從而較大幅度提高了表面負荷并使細小不易絮凝沉淀的生物膜得以去除，出水懸浮物可達10mg/L。
　　從以上TF/SC工藝的單元特性討論中說明了TF/SC工藝具有以下優(yōu)點：
　　①出水水質(zhì)好。美國的數(shù)處工程實例和我國示范工程都說明出水懸浮物和BOD_５均可達到10mg/L以下。一般活性污泥法出水懸浮物和BOD_５達到20 mg/L已是高水準，尤其是懸浮物達到20 mg/L以下是很困難的。所以，有人稱之為“二級處理工藝，三級出水標準”。
　?、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，負荷高、停留時間短，因而工程造價低，運行能耗少。研究結(jié)果說明TF/SC工藝污水處理廠工程總投資和運行費用均較傳統(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Corvallis市政污水處理廠(Oregon州)改造為TF/SC工藝后，節(jié)約用電20%，鼓風(fēng)機所需動力由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用。
　?、劬哂猩锬しǖ奶攸c，耐沖擊、運行穩(wěn)定、操作比較簡單。

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、英國、奧地利和澳大利亞等國設(shè)備制造公司的技術(shù)和設(shè)備產(chǎn)品。使用BAF的污水處理廠規(guī)模也已擴大到8.0×10⁴m³/d。同時發(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流程有兩類，見圖2。

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

　　國內(nèi)主要是研究逆向流BAF，國外廠商提供的工藝設(shè)備也主要是逆向流。中國市政工程西北設(shè)計研究院和蘭州鐵道學(xué)院合作研究提出的工藝設(shè)計參數(shù)見表1。

表1 BAF工藝設(shè)計參數(shù)處理程度容積負荷[kgBOD5(m³.d)]水力停留時間（h）設(shè)計出水水質(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清楚說明BAF是高效處理設(shè)施，其容積負荷高出一般活性污泥法1～2倍，出水可以完全滿足“污水綜合排放標準”二級標準。BAF的空氣量僅為一般活性污泥法的1/2，其水氣比為1∶2～1∶3，運行能耗較低。
　　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代表工藝比較列于表2。
　　表2說明膜法的負荷均遠高于活性污泥法，因而工程總造價也要低很多，TF/SC工藝研究專題依托工程的經(jīng)濟分析說明TF/SC工藝的總造價比標準活性污泥法低20%。另外近年來我國所設(shè)計的兩個10×10^４m³/d規(guī)模的市政污水處理廠均采用TF/SC工藝，其處理1.0 m³污水的工程造價一項為900元，另一項為1 015元(工程包括污泥消化與污泥處理)。由于這項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(完全自流無須提升)。一般傳統(tǒng)活性污泥法的工程總造價為1 200～1500元/m³水，運行電耗超過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)筑物負荷初沉池表面負荷[m³/(m².h)]生物處理構(gòu)筑物容積負荷[kgBOD₅/(m³.d)]二沉池表面負荷[m³/(m².h)]總?cè)コ剩?）標準活性污泥法污泥法1.50.62451.090階段曝氣1.50.81.085～90TF/SC1.52.781.590BAF1.51.25無90

4 生物膜法在我國城市污水處理中的前景

　　生物膜法在我國城市污水處理中應(yīng)用的前景是十分廣闊的，將會與活性污泥法一樣成為城市污水處理廠的主要工藝。
　　我國城市污水處理廠現(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，但我國城市建設(shè)資金遠不能滿足這方面的需求。解決資金的途徑，一條是拓寬資金來源；另一條是采用新的技術(shù)降低工程造價節(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的技術(shù)問題

　　生物膜法從開始研究至今不足20年，在我國研究的時間更短，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，必然會極大地推 動生物膜法的發(fā)展。
　　②需要研究工藝設(shè)計的優(yōu)化，如TF/SC工藝各單元處理程度的優(yōu)化、BAF工藝投配負荷與反沖洗關(guān)系的優(yōu)化 等。
　?、坌枰芯縏F/SC和BAF適用的輕質(zhì)高強、價廉、使用壽命長的濾池濾料，這是兩種工藝的關(guān)鍵問題。
　?、蹷AF存在一個大型濾池的均勻布水布氣問題，它既關(guān)系其工程造價，也關(guān)系此技術(shù)的適用規(guī)模。
　?、蓦S著對環(huán)境質(zhì)量要求的提高，污水脫氮除磷也一定會在我國得到加強。TF/SC和BAF工藝的脫氮除磷技術(shù)在 國外已有一些技術(shù)方案和成功的流程，但在我國還未很好地開展這方面的研究，需要規(guī)劃安排和加強工作。

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