采用高效填料的新型生物接触氧化法
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摘要：介绍采用高效填料的新型生物接触氧化法在兰州某生物制品研究所生产、生活污水处理站的应用情况，综述该生物接触氧化法的优缺点，介绍高效填料与传统填料相比所具有的优点，阐述离心式油水分离器的工作原理及结构组成，指出该接触氧化设备在调试运行中常见的问题和运行管理中应注意的事项。
关键词：污水 生物接触氧化 填料 生物膜 除油
1 概述
目前我国城市污水的处理量仅为排放总量的10%左右[1]，大量的污水进入自然水体导致了严重的水环境污染，使已十分严重的水资源短缺状况更加严峻，尤其是含有病原菌、传染病菌的污水进入自然水体，更是给病菌的传播创造了条件。
目前采用生物接触氧化法处理生活污水等有机污水的技术已相当成熟，本文介绍的生物接触氧化法系甘肃经纬环境工程技术有限公司多年的研究成果。该生物接触氧化法的实质之一是在池内充填经特殊加工后充满微孔、比表面积极大的JW-Ⅰ填料，已经充氧的污水浸没全部填料，并以一定流速流经填料；在填料上布满生物膜，污水与生物膜广泛接触，在微生物的新陈代谢功能的作用下，污水中有机污染物得到去除，污水得到净化。另一项技术实质是采用与曝气池相同的曝气方法，向微生物提供其所需氧的同时气浮除去水中的油污，并起到搅拌与混合作用。
由甘肃经纬公司设计、加工的生物接触氧化设备为GJW-ⅡS型，整套设备包括生物接触氧化池和生物过滤沉淀池两部分，在兰州某生物制品研究所的生产、生活污水处理站都成功的应用了该项高效生物接触氧化处理技术与设备，并取得了良好的处理效果。
2 生物接触氧化设备
2.1 生物接触氧化池
接触氧化池由池体、填料、支架、曝气装置、布水装置及排泥管道等部件所组成。池体为矩形钢结构，JW-Ⅰ填料均匀分层装填，下部中心进水、PPR穿孔管布气，水、气同向流动。污水处理设备运行15~20d后，填料微孔发生堵塞造成接触氧化池涌水，加大曝气量，定期进行反冲洗。接触氧化池构造示意见图1。
图1 接触氧化池构造示意图
2.2 生物过滤沉淀池
该过滤沉淀池的结构下部为沉淀区，为减小设备整体占地面积并增加沉淀体积，沉淀区设计为矩形结构，下部设置排泥管，将沉淀区污泥排出。在滤池上部装填一定量粒径较小的JW-Ⅰ滤料，滤料表面生长着高活性的生物膜，使滤池系统具有较好的抗冲击负荷能力，污水流经时，利用滤料的高比表面积带来的高浓度生物膜的氧化降解能力对污水进行快速净化。最上部装填一定量的石英砂，截留污水中的悬浮物，且保证脱落的生物膜不会随水流漂出。运行一定时间后，随着生物膜的新陈代谢，脱落的生物膜及滤料上截留的杂质不断增加，滤料水头损失增大，需对滤池进行反冲洗，以释放截留的悬浮物以及更新生物膜，此为反冲洗过程。生物过滤沉淀池特点为需定量曝气、高过滤速度、截留悬浮物、定期反冲洗。过滤沉淀池构造示意见图2。
图2 过滤沉淀池构造示意图
3 处理站规模、水质及处理效率
兰州某生物制品研究所生活污水处理站设计处理水量150m3/d，主要处理住宅区生活污水；生产废水处理站设计处理水量300m3/d，主要处理实验室与试制车间产生的有机废水。生活污水水质较简单，生产废水与生活污水水质相似，但其中含有大量的病原菌和传染病菌。处理前后污水水质由兰州市环境监测站监测，水质及处理效率见表1、表2。
生活污水污染物处理率表
表1 时间：2004年1月5日~1月7日 单位：mg/L
指标较长，因此在生物膜上能够生长世代时间较长、比增殖速度很小的微生物。在生物膜上还可能大量出现丝状菌，而且没有污泥膨胀的可能。生物膜上生长繁育的生物类型广泛，种属繁多，食物链长且较为复杂。
9 本生物接触氧化法主要特征
9.1 优点
（1）生物膜上能够形成稳定的生态系统与食物链，微生物丰富，除细菌和多种种属原生动物和后生动物外，还能够生长氧化能力较强的球衣菌属的丝状菌。
（2）由于进行曝气，生物膜表面不断地接受曝气吹脱，有利于保持生物膜的活性，抑制厌氧膜的增殖，能够保持较高浓度的活性生物量。
（3）对冲击负荷有较强的适应能力，在间歇运行条件下，仍能够保持良好的处理效果。
（4）污水在生物接触氧化法组合池总停留时间一般控制在1.5～2.0h，
比活性污泥法(4～8h)和氧化沟工艺(15～20h)的要短得多。
（5）污泥生成量少，污泥颗粒较大，易于沉淀，不会产生污泥膨胀。
（6）操作简单、运行方便、易于维护管理，不需污泥回流，不产生污泥膨胀现象，也不产生滤池蝇。
9.2 缺点
（1）如设计或运行不当，容易造成填料堵塞。
（2）布水、曝气不易均匀，容易在局部部位出现死角。
10 除油
生物制品生产过程产生的废液中含有油类物质，包括乳化油和浮油。生产过程中产生的废水水量及水质均不稳定，据生产废水处理站运行情况知，污水中油类物质浓度过大时，容易造成填料堵塞，影响处理效果，出水水质不达标。根据实际情况，甘肃经纬公司自主研发出了除油设备。
10.1 油类性质
乳化油的油珠粒径小于10μm，一般为0.1~2μm。往往因水中含有表面活性剂使油珠成为稳定的乳化液。乳化油油滴表面上有一层由乳化剂形成的稳定薄膜，阻碍了油滴的合并，使油滴不易用沉淀法从废水中分离出来。去除乳化油主要是破乳，消除乳化剂的作用。
浮油的油珠粒径较大，一般大于100μm，易浮于水面，形成油膜或油层。
10.2 油水分离器工作原理
该油水分离器在化学絮凝剂的作用下能有效地去除工业和生活污水中油脂和固体悬浮物并自动分离出这些物质，大大降低污水因油脂而引起的CODcr和BOD5含量，使污水达到排放标准。该离心式油水分离器采用先进的附壁效应及溶气气浮原理，合理的解决去除乳化油的技术。
未经处理的污水与化学絮凝剂一起经污水泵混合后进入附壁效应室和扩散反应室旋转。此时，垂直水流转化为水平流，在旋转作用下水流射向分离室壁。由于附壁效应重量较轻的油珠偏转分离，同时使部分处理后的污水加压、溶气、释放、形成微气泡，它能粘附憎水性油珠，使之上浮分离。溶气量可通过调整溶气罐工作压力来实现。
化学絮凝剂的作用是使含有表面活性剂的乳化油凝聚成较大的油珠。浮渣可通过池表面刮板刮至油渣收集器。该浮渣含水率低、浓度高可供有关部门生产含油副产品或焚烧。水中泥渣沉入分离室罐底，在重力作用下排入泥渣收集器。泥渣可焚烧处理。分离出的水经金属筒体下边的出口进入溢流槽，由出水管排出。
10.3 油水分离器的组成
该离心式油水分离器主要由以下几部分组成：
（1）油水分离器主体：由附壁效应室、扩散反应室、分离室、气浮释放器、刮泥机、浮渣排放管、溢流槽和排放出水口等组合焊接制成；
（2）溶药投药装置；
（3）溶气发生装置；
10.4 油水分离器与传统隔油池优缺点比较
该油水分离器与传统的隔油池相比，具有投资少、运行费用低，操作简单、效率高等优点。
11 设备安装运行调试中的问题
11.1 安装环境
为了便于设备的运输和处理过程中污水在设备中的均匀分配，设备体积不能太大，故GJW-ⅡS系列污水设备的设计采用模块式组合。
设备运行的最佳水温要求在10~20℃，最低水温为0～4℃。北方室内冬季采暖，室内温度一般都保持在15℃左右，完全满足该设备的最佳运行温度。该套设备就是针对北方的气候条件设计，室内安装运行，可间歇运转也可连续运转，年运行天数可达360d。设备置于地面建筑物内，易于控制、管理，操作简单。
11.2 运行管理中应注意的问题
11.2.1 运行中宜出现的问题及解决对策
在调试运行过程中，生物接触氧化池中生物膜脱落、气泡直径变大、出水浑浊、处理效果劣化的现象时有发生。经分析发现这是由于负荷波动或操作不当造成溶解氧不足而引起的。溶解氧不足使得生物膜由好氧状态转变为厌氧状态，其附着力下降，在空气气泡的搅动下生物膜大量脱落，导致水粘度增加、气泡直径增大、氧转移效率下降，这又进一步造成缺氧，如此形成恶性循环致使处理效果恶化。
在调试运行初期，发生这种现象时一般是增大供气量以提高供氧能力来消除缺氧，结果由于气泡搅动强度增大，造成了更大范围的生物膜脱落、水粘度更大、氧转移效率更低，非但没能提高供氧能力反而使情况更糟。正确的处理措施应是减小曝气量，待脱落的生物膜随水流流出后再逐渐增加曝气量使溶解氧浓度恢复到原有水平，若水温适宜则2～3日后生物膜就可恢复正常。
11.2.2 运行管理中应注意的事项
（1）加强生物相观察
在正常运行和生物膜降解能力良好时，生物膜上的生物相相对稳定，细菌和原生动物之间存在着制约关系。
在运行过程中，若有机物负荷或营养状况有较大变化，则原生动物中固着性钟虫、枝虫消失，丝状菌稀少，菌胶团结构松散，而游泳性草履虫、钟虫大量出现，出水水质变差。
反之，若原来出水水质较差，一旦出现钟虫、枝虫、丝状菌，菌胶团结构紧密，而游泳性草履虫、钟虫减少，则说明环境条件有了改善，出水水质变好。因此原生动物纤毛虫，特别是钟虫、枝虫是生物接触氧化系统运转良好的有价值的指示性生物。
（2）控制进水pH值
影响生物接触氧化池正常运转的因素主要有温度、pH值、溶解氧和营养物。pH值较易测定，对于pH值过高或过低的废水，要进行pH值的调节处理，控制生物接触氧化池pH值在6.5-9.5之间。否则，氧化池中微生物易受损害，影响生物相和处理效果。
（3）防止填料的堵塞
防止填料堵塞除在设计过程中选择适宜的填料外，在运行过程应定时加大气量对填料进行反冲洗，通常是15~20d反冲洗一次，每次反冲洗30分钟左右。这对于填料上衰老生物膜的脱落，促进生物膜的新陈代谢，防止填料堵塞很有效。
12 环境经济效益分析
本文提及的兰州某生物制药研究所生产、生活污水处理后，用作景观用水及所内及周边绿化，不仅实现了水资源的循环利用、节省了水资源，也产生了一定的经济效益。环境经济效益估算如下：
工程总投资=101（生活污水处理站）+125.75（生产废水处理站）=226.75万元
运行成本费=（300+150）×1.06=477元/d
节省水费=1.6×450=720元/d
减少排污收费=0.5×150+1.1×300=405元/d
产生经济效益=720+405－477=648元/d
投资回收期=（226.75×104）/（648元/d×360d）=9.7a
13 结束语
生物接触氧化设备是一种发展较快的生物处理技术，具有占地面积小、出水水质好、投资省、运行费用低（处理成本仅为1.06元/m3污水）、运行灵活方便、易于管理、抗冲击能力强等特点。采用该项生物接触氧化法处理工艺处理有机污水是切实可行的。
参考文献
1.张忠祥，钱易.城市可持续发展与水污染防治对策.北京：中国建筑工业出版社，1994.6~7.
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