一、前言
雖然我國擁有大量的淡水資源，但是由于我國是一個人口大國，因此人均淡水資源較少，排名處于全世界的中后段。同時在工業(yè)化水平不斷發(fā)展的過程中，我國的淡水資源已經(jīng)受到了大量的污染，在此情形下，我國對于水污染的治理開始不斷加大力度。
在水污染治理不斷深入的背景下，我國的污水處理系統(tǒng)開始不斷發(fā)展，在這其中，一體化污水處理裝置由于其投入資金少、建設(shè)面積小并能夠緩解市政管網(wǎng)建設(shè)以及能夠有效實(shí)現(xiàn)中水回用等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸成為了我國污水處理的一個研究熱點(diǎn)。一體化污水處理裝置的主要工藝大多是根據(jù)目前的污水處理主體工藝優(yōu)化改造而來的，如：A/O、MBR等。根據(jù)一體化污水處理設(shè)備制造結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)思路的不同，一體化污水處理裝置主要有兩個方向，一個方向是采用單一工藝進(jìn)行污水處理的一體化污水處理裝置，例如，一體化A2/O反應(yīng)器、一體化SBR處理裝置、一體化膜生物反應(yīng)器等，另一個方向是結(jié)合不同工藝共同去進(jìn)行污水處理的一體化污水處理裝置，包括一體化A2/O+土地處理系統(tǒng)裝置、一體化A2/O+生物轉(zhuǎn)盤處理裝置、一體化A2/O+SBR裝置、一體化厭氧池+好氧池+MBR處理裝置、好氧流化床與厭氧反應(yīng)器的工藝組合、一體化A/O+曝氣生物濾池處理裝置、一體化A/O+MBBR生物膜反應(yīng)器等。本文主要介紹的是生物膜法工藝在一體化污水設(shè)備中的應(yīng)用。
二、生物膜法
生物膜法主要包括生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤以及生物接觸氧化法等一系列以附著微生物膜對污染物進(jìn)行降解的污水處理工藝，生物膜法具有對污水水質(zhì)變化的高耐受性、生物相豐富、剩余污泥少等優(yōu)點(diǎn)。因此，生物膜法常常被應(yīng)用在一體化污水處理設(shè)備當(dāng)中。
2.1 生物濾池工藝
生物濾池主要由濾床、布水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)三大部分組成，當(dāng)污水從布水系統(tǒng)導(dǎo)入后，在污水流過濾料的時候，濾料上附著生長的微生物便可以通過吸附和新陳代謝的方式，對污水中的COD、氨氮等污染物進(jìn)行降解。生物濾池根據(jù)構(gòu)造不同可以分為塔式生物濾池和膨脹床生物濾池等。目前，一體化生物濾池工藝的研究方向主要分為兩大類，一類是內(nèi)部填料的選取與研發(fā)，如：活性炭、PVC生物填料等，另一類是組合工藝和布水方式的開發(fā)利用，如：生物濾池+土地處理系統(tǒng)、生物轉(zhuǎn)鼓+反硝化池等。
牟彪采用實(shí)驗(yàn)室配制的人工生活污水為處理對象，考察了以鐵+聚氨酯泡沫為濾料的一體化塔式循環(huán)濾池對污染物的去除效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)循環(huán)流量為45L/h，HRT=2h時，COD的去除效果可以達(dá)到85%，出水濃度在100mg/L以下，總氮的去除率可以達(dá)到42%左右，總磷的去除率可以達(dá)到70%左右。朱安東在一體化復(fù)合滴濾池處理生活污水研究中，考察了5種不同濾料的組合方式對生活污水的處理效果，研究發(fā)現(xiàn)，利用沸石、活性炭、陶粒組合而成的混合濾料對COD、TN、TP的去除效果最好，平均去除率可以達(dá)到90.84%、32.14%、59.37%，且該混合填料在后期對于實(shí)際生活污水的處理中，平均去除率更是提升到了97.15%、40.35%、92.51%，利用沸石、活性炭、礫石組成的混合填料對NH4+-N處理效果最好，平均去除率可以達(dá)到84.76%。李嘉樹[7]針對農(nóng)村生活污水特點(diǎn)，研究開發(fā)了一體化膨脹床復(fù)合生物濾池處理工藝，該工藝由三個塔式生物濾池串聯(lián)而成，污水以降流+升流+降流的形式依次流過一體化膨脹床復(fù)合生物濾池的一級預(yù)處理池、二級硝化池、三級膨脹床后排放，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)水水溫為23—25℃，水力負(fù)荷為4m3/(m2/h)，回流比為150%，氣水比為3∶1，在二級硝化池出水處投加60mg/L的三氯化鐵時，一體化膨脹床復(fù)合生物濾池對COD、NH4+-N、TN、SS、TP的去除率分別為90.2%、92.2%、68.2%、98.6%、90.0%，污染物出水可以滿足«城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)»(GB18918-2002)中的一級A標(biāo)準(zhǔn)。
2.2 生物轉(zhuǎn)盤工藝
生物轉(zhuǎn)盤(RBC)工藝是生物膜處理工藝中的一種，其污染物去除原理主要是通過附著在盤片上的生物膜在交替接觸空氣與水體時通過自身的吸附和新陳代謝作用對污水中的污染物進(jìn)行降解。生物轉(zhuǎn)盤的物理構(gòu)造與生物濾池相差較大。生物轉(zhuǎn)盤的組成部分主要有轉(zhuǎn)軸及動力裝置、半圓形生物接觸反應(yīng)槽和轉(zhuǎn)盤盤片三大部分組成。生物轉(zhuǎn)盤具有設(shè)計(jì)簡單、操作方便、能耗低、維護(hù)費(fèi)用少和處理效果高的特點(diǎn)，因此，生物轉(zhuǎn)盤在一體化污水處理裝置中有著一定的應(yīng)用優(yōu)勢。
目前，一體化污水裝置中的生物轉(zhuǎn)盤工藝應(yīng)用較為廣泛，使用形式也多種多樣，如：生物轉(zhuǎn)鼓等新型應(yīng)用方式。生物轉(zhuǎn)盤工藝的污染物去除效果主要受盤片材料、轉(zhuǎn)速、浸沒比、水力停留時間和有機(jī)負(fù)荷等因素影響，因此，這些影響因素一直是國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)所在。
王濱等人在利用改良型生物轉(zhuǎn)盤一體化設(shè)備技術(shù)處理鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)水COD濃度在100~150mg/L，NH4+-N濃度在8~15mg/L，TP濃度在1.2~2.0mg/L范圍內(nèi)時，改良型的生物轉(zhuǎn)盤一體化設(shè)備對COD、NH4+-N和TP的去除效果明顯，平均去除率分別可以達(dá)到71.3%、52%、80%以上。晁雷等人在利用新型一體化生物轉(zhuǎn)盤裝置處理乳制品廢水時發(fā)現(xiàn)，當(dāng)乳制品廢水依次流經(jīng)新型一體化生物轉(zhuǎn)盤裝置的水解酸化單元+新型生物轉(zhuǎn)盤單元+接觸氧化單元后(分別控制水解酸化池、生物轉(zhuǎn)盤以及接觸氧化池的HRT為5、10、4h，調(diào)節(jié)生物轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為12r/min)，其系統(tǒng)出水中TP的質(zhì)量濃度在1.5mg/L以下，主體單元新型生物轉(zhuǎn)盤對COD、NH4+-N、TP的去除率分別可達(dá)83%、60%、51.1%，處理效果顯著。楊婷等人在利用升級強(qiáng)化后的一體化新型生物轉(zhuǎn)鼓式裝置+人工濕地組合工藝處理錦溪鎮(zhèn)紅霞村分散型農(nóng)村生活污水中發(fā)現(xiàn)，組合工藝對COD、NH4+-N、TP、SS的去除率分別可達(dá)到90.20%、94.40%、91.82%、95.80%，COD、NH4+-N、TP、SS經(jīng)過處理之后的出水濃度不高于30.00、40.00、0.32、8.0mg/L，處理后的水質(zhì)可長時間穩(wěn)定滿足«城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)»中的一級A標(biāo)準(zhǔn)，該組合工藝與傳統(tǒng)工藝相比，其在處理污水時所消耗的能源僅為傳統(tǒng)工藝的50%，長期運(yùn)行下可節(jié)約大量能源，還可防止由能源消耗所引起的環(huán)境問題。
2.3 MBBR工藝
移動床生物膜反應(yīng)器(MBBR)的理念最初是由挪威一家公司提出的，后又經(jīng)大量科研人員不斷優(yōu)化改進(jìn)形成的一種全新的污水處理工藝。MBBR作為一種與已有工藝不同的新技術(shù)手段，其具有許多優(yōu)點(diǎn)，例如：巨大的比表面積、高度的生物密集量、處理能力強(qiáng)、污泥停留時間長、剩余污泥少、抗沖擊能力好、無需反沖洗等。MBBR工藝的工作原理主要是通過向反應(yīng)器中投加一定量的適合微生物附著生產(chǎn)的填料，然后通過機(jī)械擾動或其他動力 >
袁書林為研究一體化3段AO+MBBR污水處理裝置中進(jìn)水方式對處理設(shè)備脫氮除磷效果的影響表現(xiàn)，其設(shè)計(jì)了三段進(jìn)水和單點(diǎn)進(jìn)水兩種方式對生活污水進(jìn)行處理，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與單點(diǎn)進(jìn)水模式相比，三段進(jìn)水模式可以將一體化裝置的TN和TP的去除效率分別提升21.6%和30.3%，提升效果顯著，且一體化裝置在三段進(jìn)水模式的處理?xiàng)l件下，對常規(guī)污染物的處理效果能夠穩(wěn)定長期滿足«城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)»(GB18918-2002)中的一級A標(biāo)準(zhǔn)。裴廷權(quán)等人在利用新型A3/O+移動床生物膜反應(yīng)器(MBBR)一體化污水處理裝置處理某生活污水的試驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)一體化裝置的水力停留時間控制在8h到9h之間，好氧池單元的懸浮生物填料填充率為30%，裝置中的DO控制在1.5~3.0mg/L的范圍內(nèi)，設(shè)備反應(yīng)溫度控制在18±4℃的條件下時，該新型一體化污水處理裝置對COD、NH4+-N、TN和TP的處理效果最好，對應(yīng)污染物的平均去除率分別可達(dá)到92.2%、97.6%、79.3%和95.3%。俞駿等人在處理河道中黑臭水體中發(fā)現(xiàn)，利用一體化A/O+MBBR+BAF污水處理設(shè)備處理黑臭水體時，其對COD、NH4+-N、TP等污染物的平均去除率分別為59.23%、69.32%、53.12%，處理效果顯著，尤其是針對氨氮而言，其具體表現(xiàn)為，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)水中COD、NH4+-N、TP的平均濃度為66.18mg/L、5.90mg/L、0.64mg/L時，經(jīng)過設(shè)備處理后，其裝置出水中的平均濃度分別可以下降到26.98mg/L、1.81mg/L、0.30mg/L，能夠滿足地表水標(biāo)準(zhǔn)中Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)。
三、總結(jié)
隨著我國對農(nóng)村分散污水治理的不斷重視和污水排放提標(biāo)改造的政策條件下，一體化污水處理裝置由于自身基建費(fèi)用小、操作簡單、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)，將獲得前所未有的發(fā)展機(jī)遇。生物膜法作為一體化污水處理裝置工藝中的重要組成部分，其在一體化污水處理裝置具有巨大的發(fā)展?jié)摿?。目前，生物膜法在一體化裝置中的應(yīng)用主要以生物轉(zhuǎn)盤、生物濾池和MBBR三大工藝為主體并不斷結(jié)合其他傳統(tǒng)工藝的方式展開。在現(xiàn)今的研究應(yīng)用中，生物膜法對污染物處理效果較好的是生物濾池和MB-BR為主的組合工藝，生物轉(zhuǎn)盤工藝次之。( >
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