摘要： 對(duì)采用生物膜法進(jìn)行市政給水污水以及污水廠二級(jí)出水的處理進(jìn)行綜述。表明采用生物膜法水處理技術(shù)在市政給排水處理及污水回用領(lǐng)域有著廣泛的運(yùn)用前景。尤其是在對(duì)處理微污染水體中運(yùn)用前景看好。 關(guān)鍵詞： 生物膜 市政污水處理 市政給水處理 微污染 生物膜法水處理技術(shù)在市政水處理中的運(yùn)用領(lǐng)域主要有：市政給水中的微污染水體水處理，其主要目的是去除水體中的氨氮、亞硝酸鹽氮以及CODMn等指標(biāo)；市政污水處理中采用生物膜法去除水體中COD、BOD、氨氮等污染物，降低出水中N、P等導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化元素；以及對(duì)污水廠二級(jí)出水的深度處理，以達(dá)到回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，提高水的重復(fù)利用率，節(jié)約有限的水資源。 生物膜法技術(shù)在市政給水處理中的運(yùn)用 目前我國(guó)不少城市飲用水水源為微污染水源，原水受到生活性有機(jī)污染，水中總氮、總磷、氨氮、亞硝酸鹽氮、生化需氧量、高錳酸鉀指數(shù)等均有不同程度的超標(biāo)。對(duì)各常規(guī)給水處理工藝流程的常規(guī)項(xiàng)目測(cè)定分析表明，濁度的去除主要是靠常規(guī)處理工藝，而對(duì)氨氮、亞硝酸鹽氮和生化需氧量的去除必須靠生物作用才能獲得滿意效果。為滿足日益提高的出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，在常規(guī)處理工藝上增加生物預(yù)處理工藝是無(wú)疑是提高水質(zhì)的最佳選擇。 八十年代以來(lái)，由于生物預(yù)處理工藝因其在處理有機(jī)污染物、氨氮、色、嗅、味等方面的特點(diǎn)及其經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越受到重視并得到較快的發(fā)展。這一領(lǐng)域的研究和應(yīng)用，總體上都處于以去除氨氮、BOD5、CODCr等有機(jī)物綜合指標(biāo)為代表的污染質(zhì)的階段。 用于市政給水處理中生物預(yù)處理工藝主要有：生物過(guò)濾反應(yīng)器、生物濾塔、生物接觸氧化反應(yīng)器、生物轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器、生物流化床以及土地處理系統(tǒng)等[1]。其中以生物過(guò)濾反應(yīng)器中的生物陶粒濾池與生物接觸氧化反應(yīng)器最為常用。前者有一定的機(jī)械過(guò)濾能力適合處理較低濃度或低溫原水，后者則因?yàn)樘盍峡障堵蚀螅灰锥氯m合處理較高濃度的微污染原水。 國(guó)內(nèi)采用生物接觸氧化池對(duì)灤河以及黃河水處理后表明該法對(duì)多項(xiàng)主要水質(zhì)指標(biāo)均有良好去除效果，高錳酸鉀指數(shù)去除率為10-25％，氨氮去除率為40-70％，藻類去除率為15－30％[2]。 在臭氧—生物活性炭吸附工藝這一生物膜法處理工藝中，顆粒活性炭是微生物生長(zhǎng)的載體。活性炭表面及微孔形成的微生物膜通過(guò)生物降解作用，可進(jìn)一步降解在活性炭表面及微孔富集的有機(jī)物，從而降低了活性炭的吸附飽和度，延長(zhǎng)了其使用壽命。70年代中期，德國(guó)對(duì)臭氧—生物活性炭吸附工藝的研究發(fā)現(xiàn)，與單純的活性炭吸附比較，活性炭的再生周期延長(zhǎng)4～6倍[3]。其后，歐洲的許多現(xiàn)代化水廠逐步推廣使用了臭氧－生物活性炭吸附對(duì)微污染水源的深度凈化工藝。 在“八五”、“九五”國(guó)家科技攻關(guān)計(jì)劃中，“飲用水微污染凈化技術(shù)”作為專題進(jìn)行研究，并將取得的重要成果中的生物預(yù)處理技術(shù)成果成功運(yùn)用于工程實(shí)踐。其中位于深圳水庫(kù)庫(kù)尾，設(shè)計(jì)處理規(guī)模400萬(wàn)m3／d的廣東省東深源水生物硝化工程是國(guó)內(nèi)目前規(guī)模最大的采用生物接觸氧化法的預(yù)處理工程[4]。源水經(jīng)沉砂區(qū)、粗、細(xì)隔柵后，進(jìn)入采用YDT彈性立體填料的生物處理池，水力停留時(shí)間55min.填料接觸時(shí)間40min.，氣水比1：1。自1998年12月試運(yùn)行以來(lái)，通過(guò)工藝啟動(dòng)過(guò)程的自然接種，培養(yǎng)馴化，使填料掛膜，形成系統(tǒng)的生物硝化能力，并使氨氮去除率和硝酸鹽氮生成率趨于穩(wěn)定。試運(yùn)行得出的初步結(jié)論是：生物接觸氧化工藝適合于處理東深微污染源水，對(duì)氨氮的處理效果顯著。氨氮去除率在75％以上。同時(shí)，增加了深圳水庫(kù)水體的溶解氧，提高了水庫(kù)的自凈能力，改善了東深源水供水水質(zhì)。[5] 市政污水處理中生物膜法技術(shù)運(yùn)用 生物膜法水處理技術(shù)用在市政污水處理主要有滴濾池（TF）、生物接觸轉(zhuǎn)盤(RBC)、淹沒式附著生長(zhǎng)生物反應(yīng)器(SAGB)等主要形式[6]。 滴濾池是生物膜法水處理技術(shù)在污水處理領(lǐng)域最早運(yùn)用的形式。早在1889年就進(jìn)行了砂礫處理廢水的試驗(yàn)。19世紀(jì)90年代到20世紀(jì)初在英國(guó)進(jìn)行了研究。并于20世紀(jì)前半葉到20世紀(jì)50年代在美國(guó)大規(guī)模應(yīng)用。之后人們趨向采用經(jīng)濟(jì)型操作性更好的活性污泥法。但是隨著新介質(zhì)、工藝構(gòu)造以及對(duì)生物膜過(guò)程的理解增加，導(dǎo)致了滴濾池再次大規(guī)模應(yīng)用[7]。目前滴濾池常與其他的污水處理工藝一起運(yùn)用于城市污水處理，如滴濾池與活性污泥組合工藝（TF/AS工藝），滴濾池與活性生物濾池組合工藝（TF/ABF工藝）[8]。瑞典LÄCKEBY水務(wù)集團(tuán)為馬爾摩市政廢水處理廠承建了4個(gè)大型滴濾池，采用滴濾池作為硝化反應(yīng)器和新的脫氮段，包括Kaldnes固定膜技術(shù)。并于1999年春季將該處理廠投入運(yùn)行，至今運(yùn)行效果良好。 生物接觸轉(zhuǎn)盤是生物膜法污水生物處理技術(shù)的一種，是污水灌溉和土地處理的人工強(qiáng)化。這種處理法使細(xì)菌和菌類的微生物、原生動(dòng)物一類的微型動(dòng)物在生物轉(zhuǎn)盤境料載體上生長(zhǎng)繁育，形成膜狀生物性污泥——生物膜。污水經(jīng)沉淀池初級(jí)處理后與生物膜接觸，生物膜上的微生物攝取污水中的有機(jī)污染物作為營(yíng)養(yǎng)，使污水得到凈化。當(dāng)前生物接觸轉(zhuǎn)盤工藝開發(fā)于20世紀(jì)50年代，20世紀(jì)60年代第一套生物接觸轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)在德國(guó)運(yùn)行，目前全世界有大約3000套裝置在運(yùn)行[9]。盡管生物接觸轉(zhuǎn)盤工藝出水水質(zhì)與活性污泥法接近，運(yùn)行能耗低，平均只有傳統(tǒng)活性泥法的一半費(fèi)用低，但是由于其工程造價(jià)高而限制了其使用。 日處理水量為40000立方米的淮陰市北京新村污水處理廠是目前在國(guó)內(nèi)運(yùn)行較大的采用該工藝的市政污水處理廠[10]。該污水處理廠采用氣動(dòng)生物轉(zhuǎn)盤法，工藝流程如下： 
該工藝中氣動(dòng)生物轉(zhuǎn)盤采用直徑3m高效轉(zhuǎn)盤32臺(tái)，每臺(tái)轉(zhuǎn)盤填料折表面積1500m2。每四臺(tái)轉(zhuǎn)盤設(shè)在鋼筋混凝土接觸反應(yīng)槽中，槽直徑3.5米，供氣由鼓風(fēng)機(jī)房送出，鼓風(fēng)機(jī)房裝有三臺(tái)LG300×400-1羅茨鼓風(fēng)機(jī)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)配用電機(jī)功率15KW，設(shè)計(jì)二用一備，實(shí)際只開一臺(tái)風(fēng)機(jī)。全部生物盤設(shè)在室內(nèi)，起保溫作用。轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)速度每分鐘2轉(zhuǎn)，接觸氧化槽內(nèi)溶解氧濃度大于2mg/L，容積面積比8L/m2。設(shè)計(jì)水力負(fù)荷86L/m2.d，BOD面積負(fù)荷9g/m2.d。此外日處理水量為4000立方米的南京鎖金村污水處理廠也采用生物接觸轉(zhuǎn)盤工藝。
淹沒式附著生長(zhǎng)生物反應(yīng)器是一種新一代的生物膜水處理技術(shù)，由于該技術(shù)趨向?qū)⑸镙d體淹沒在流體中，因而叫做淹沒式附著生長(zhǎng)生物反應(yīng)器。該工藝主要類型有下流式填充生物反應(yīng)器（DFPB）、上流式填充生物反應(yīng)器（UFPB）、流化床生物反應(yīng)器（FBBR）、懸浮與附著生長(zhǎng)組合系統(tǒng)（CSAG）。其中好氧類型的下流式填充生物反應(yīng)器（DFPB）和上流式填充生物反應(yīng)器（UFPB）加起來(lái)又叫曝氣生物濾池（biological aeratedfilter），簡(jiǎn)稱BAF，是近年來(lái)國(guó)際上興起的污水處理新技術(shù)，發(fā)展極為迅速[11] [12]。廣泛應(yīng)用于城市污水、小區(qū)生活污水、生活雜排水和食品加工廢水、釀造等有機(jī)廢水處理，具有去除SS、CODcr、BOD5、硝化與反硝化、脫氮除磷、除去AOX(有害物質(zhì))的作用，其最大特點(diǎn)是集生物氧化和截留懸浮固體于一體，并節(jié)省了后續(xù)二次沉淀池。該工藝采用了高比表面積的生物填料，有機(jī)物容積負(fù)荷、水力負(fù)荷大、水力停留時(shí)間短、出水水質(zhì)高，因而所需占地面積小、基建投資少、能耗及運(yùn)行成本低[13]。由于這些優(yōu)點(diǎn)該水處理工藝倍受關(guān)注。 采用不同的工藝組合以及控制不同的工藝參數(shù)，曝氣生物濾池可以用來(lái)進(jìn)行好氧的碳氧化、碳氧化與硝化組合、分段硝化、反硝化和厭氧處理[14]。甚至可以在同一曝氣生物濾池中實(shí)現(xiàn)以上各功能[15]。 目前在歐美和日本等國(guó)家已有上千座大小各異的污水處理廠應(yīng)用了這種工藝，在美國(guó)城市污水處理廠已經(jīng)成功運(yùn)用淹沒式填充床生物反應(yīng)器進(jìn)行三級(jí)脫氮處理[13]。 對(duì)于城市二級(jí)污水處理廠，國(guó)內(nèi)目前采用的曝氣生物濾池多采用二段法處理，第一級(jí)曝氣生物濾池主要設(shè)計(jì)為除碳濾池，目的是去除污水中的有機(jī)污染物。第二級(jí)曝氣生物濾池主要合計(jì)去除污染物為氨氮，目的是將水中氨氮氧化成硝酸鹽和亞硝酸鹽，以確保達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。如有脫氮要求，往往將第一級(jí)曝氣生物濾池下部設(shè)計(jì)成厭氧區(qū)，確保回流硝化液在此脫氮。需除磷時(shí)，多在濾池前采用化學(xué)輔助除磷，以其達(dá)到嚴(yán)格的水質(zhì)要求。 上向流曝氣生物濾池工藝在我國(guó)第一處應(yīng)用為大連馬欄河污水處理廠，采用德國(guó)菲立普•穆勒公司的Biofor工藝，與東北市政設(shè)計(jì)院聯(lián)合設(shè)計(jì)，一期12萬(wàn)噸/天，建成后，出水達(dá)到生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，3萬(wàn)噸/天回用于綠化、小區(qū)中水，其余深海排放，現(xiàn)噸水運(yùn)營(yíng)成本為0.50元左右。 大連馬欄河污水處理廠一期工程占地4公頃,總投資1.6億。進(jìn)水BOD5 200mg/L左右,出水達(dá)到5mg/L以下,進(jìn)水氨氮30mg/L左右，出水達(dá)到5mg/L以下。 沈陽(yáng)仙女河設(shè)計(jì)規(guī)模24萬(wàn)噸,采用二級(jí)生物濾池，現(xiàn)在已經(jīng)投產(chǎn)，目前為國(guó)內(nèi)采用曝氣生物濾池技術(shù)規(guī)模最大的工程。 生物膜法技術(shù)在處理市政二級(jí)排水中的運(yùn)用 隨著水資源的日益匱乏和短缺，大量的市政污水處理廠的排水被視為新的水源越來(lái)越受到人們的重視。城市污水的再生與回用可以有效地緩解水環(huán)境污染和水資源缺乏的矛盾。由于市政污水處理廠二級(jí)排水中尚含有大量的污染物，直接回用必定受到限制。因此城市污水二級(jí)處理后的深度處理，其目的是進(jìn)一步去除污水中的懸浮物(SS)、有機(jī)物、濁度、以及氮和磷等。生物過(guò)濾技術(shù)充分利用濾料的截污吸附作用和濾料上附著生物膜的降解作用，可以獲得較好的污染物去除效果，并且具有流程短、運(yùn)行管理方便、費(fèi)用低的優(yōu)點(diǎn)。 根據(jù)回用水目的的要求不同，采用生物膜法技術(shù)和其他技術(shù)的結(jié)合可以有效去除水中污染物。 根據(jù)國(guó)家有關(guān)規(guī)定，新擴(kuò)改的電廠項(xiàng)目的冷卻循環(huán)補(bǔ)給水水源需要以處理后的二級(jí)市政排水作為水源。據(jù)此，回用于電廠做為電廠冷卻塔冷卻循環(huán)補(bǔ)給水水源時(shí)，需要去除二級(jí)排水中的COD、BOD、氨氮、總磷、硬度、堿度等指標(biāo)。此時(shí)可采用曝氣生物濾池加石灰軟化法來(lái)達(dá)到有效去除水中污染物指標(biāo)。處理水量為40000m3/d的河北衡水2X300MW機(jī)組的冷卻循環(huán)補(bǔ)給水，就是采用衡水污水處理廠二級(jí)排水做為水源，經(jīng)過(guò)除碳曝氣生物濾池和除氮曝氣生物濾池處理后，再經(jīng)由石灰軟化機(jī)械加速澄清池以及變空隙濾池處理后回用。二級(jí)排水經(jīng)過(guò)除碳濾池和除氮濾池處理后，CODcr<40mg/L，BOD5<5mg/L，氨氮<2mg/L，污染物去除率分別為66.7％，80.3％，92％。由此可見采用曝氣生物濾池處理市政二級(jí)排水出水水質(zhì)相關(guān)指標(biāo)可以達(dá)到電廠冷卻循環(huán)補(bǔ)給水水質(zhì)要求。 生物膜法水處理技術(shù)具有負(fù)荷高、占地面積小、運(yùn)行維護(hù)管理方便、出水水質(zhì)好等特點(diǎn)被廣泛運(yùn)用于市政給水處理、市政污水達(dá)標(biāo)處理以及污水深度處理回用等眾多領(lǐng)域。隨著人們對(duì)生物膜水處理機(jī)理的進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和掌握，生物膜技術(shù)在水處理領(lǐng)域中必將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。 ［1］王占生等，《微污染水源引用水處理》 ［2］黃廷林等， 揚(yáng)水曝氣技術(shù)的性能及其在水源水質(zhì)改善中的應(yīng)用 中國(guó)水協(xié)科技委凈水專業(yè)委員會(huì)技術(shù)交流2004年論文集 ［3］P.M.Huck, et al. Formation and removal of assimilable organic carbon during biological treatment. J.AWWA,1991.83(12) ［4］葉旭全等，《東深源水生物硝化工程試運(yùn)行的初步小結(jié)》 ［5］郄燕秋，《北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院建院四十五周年論文集》 ［6］C.P.Leslie Grady,Jr, Biological wastewater treatment ［7］Water Environment Federation, Fixed Film Reactors, Draft Facilities Design Manual, Water Environment Federation, Alexandria, Virginia, 1997 ［8］Daigger, G.T., Closure to discussion of ‘Process and kinetic analysis of nitrification in coupled trickling filter/activated sludge processes’. Water Environment Research 67 : 380~382, 1995. ［9］Water Environment Federation, waste water treatment design, Manual of Practice No.8, Water Environment Federation ,Alexandria, Virginia, 1996 ［10］ 張彥亮 ， 氣動(dòng)生物轉(zhuǎn)盤工藝在城市生活污水處理中的應(yīng)用 ［11］ 鄭俊等， 曝氣生物濾池水處理技術(shù) ［12］ Govind, R, L.Lai, and R. Dobbs, Integrated model for predicting the fate of organics in wastewater treatment plants. Environmental Progress 18, 1991 ［13］ Melcer, H., W. P. Bell, D. Thompson, C. M. Yendt, and J. Kemp, Modeling volatile organic contaminant’s fate in wastewater treatment plant. Journal of Environmental Engineering 120: 588~609, 1994 ［14］ Bernard, J., ed., Technical Advances in Biofilm Reactors, Water Science and Technology, 22(1/2), 1990. ［15］ Grady, C. P. L. Jr., Biodegradation of toxic organics: status and potential. Journal of Environmental Engineering ,116; 805-828, 1990 ［16］ U.S. Environmental Protection Agency, Nitrogen Control Manual. EPA/625/r-93/010, U.S. Environmental Protection Agency, Cincinnati, Ohio, 1993 |
