生物接触氧化法.doc

生物接触氧化法是生物膜法的主要设施之一，生物膜法是一大类生物处理法的统称，其主要利用附着生长于某些固体物表面的微生物（即生物膜）进行有机污水处理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。生物膜自滤料向外可分为庆气层、好气层、附着水层、运动水层。其原理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好气层的好气菌将其分解，再进入厌气层进行厌气分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的。老化的生物膜不断脱落下来，随水流入二次沉淀被沉淀去除。 生物接触氧化法的处理构筑物是浸没曝气式生物滤池，也称生物接触氧化池。图所示其基本流程。 生物接触氧化池内设置填料，填料淹没在废水中，填料上长满生物膜，废水与生物膜接触过程中，水中的有机物被微生物吸附、氧化分解和转化为新的生物膜。从填料上脱落的生物膜，随水流到二沉池后被去除，废水得到净化。在接触氧化池中，微生物所需要的氧气来自水中，而废水则自鼓人的空气不断补充失去的溶解氧。空气是通过设在池底的穿孔布气管进入水流，当气泡上升时向废水供应氧气，有时并借以回流池水。参见图2。图2 集中布气式浸没曝气生物滤池图2布气式浸没曝气生物生物接触氧化法的特点：（1）由于填料的比表面积大，池内的充氧条件良好。生物接触氧化池内单位容积的生物固体量高于活性污泥法曝气池及生物滤池，因此，生物接触氧化池具有较高的容积负荷；（2）生物接触氧化法不需要污泥回流，也就不存在污泥膨胀问题，运行管理简便；（3）由于生物固体量多，水流又属完全混合型，因此生物接触氧化池对水质水量的骤变有较强的适应能力；（4）生物接触氧化池有机容积负荷较高时，其F/M保持在较低水平，污泥产量较少。生物接触氧化法的优点 BOD容积负荷高，污泥生物量大，相对而言处理效率较高，而且对进水冲击负荷（水力冲击负荷及有机浓度冲击负荷）的适应力强。 处理时间短。因此在处理水量相同的条件下，所需装置的设备较小，因而占地面积小。 能够克服污泥膨胀问题。生物接触氧化法同其他生物膜法一样，不存在污泥膨胀问题，对于那些用活性污泥法容易产生膨胀的污水，生物接触氧化法特别显示出优越性。容易在活性污泥法中产生膨胀的菌种（如球衣细菌等），在接触氧化法中，不仅不产生膨胀，而且能充分发挥其分解氧化能力强的优点。 可以间歇运转。当停电或发生其它突然事故后，生物膜对间歇运转有较强的适应力。长时间的停车，细菌为适应环境的不利条件，它和原生动物都可进入休眠状态，显示了对不利生长的环境有较强的适应力；一旦环境条件好转，微生物又重新开始生长、代谢。有人试验，即使停止运转一个月，再重新开始运行，生物膜数日内即可恢复正常。 维护管理方便，不需要回流污泥。由于微生物是附着在填料上形成生物膜，生物膜的剥落与增长可以自动保持平衡，所以无需回流污泥，运转十分方便。 剩余污泥量少。接触氧化法高效处理的原理： 接触氧化法高效处理的原理分析如下： 生物活性高（泥龄低）。国内采用的接触氧化池中，绝大多数的曝气装置设在填料之下，不仅供氧充足，而且对生物膜起到了搅动作用，加速了生物膜的更新，使生物的活性提高。如果从“泥龄”来看，活性污泥法的“泥龄”为34天，而第一级氧化池的生物膜“平均泥龄”为12天。由于平均泥龄低，微生物总是处在很高的活力下工作。经耗氧速度测定，同样湿重的带有丝状菌的生物膜，其耗氧速度较活性污泥法的高1.81倍。 传质条件好，微生物对有机物的代谢速度比较快。在接触氧化法中由于空气的搅动，整个氧化池的污水在填料之间流动，使生物膜和水流之间产生较大的相对速度，加快了细菌表面的介质更新，增强了传质效果，加快了生物代谢速度，缩短了处理时间。 利于丝状菌的生长。在有填料的接触氧化池中，对丝状菌的生长很有利。丝状菌的存在，能提高对有机物的分解能力。 充氧效率高。接触氧化法的填料有增进充氧效果的作用，动力效率在3kgO1h以上，比无填料的曝气提高30%。充氧效率高，则有机物的氧化速度相应提高。2/kw。 有较高的生物浓度。一般活性污泥法的污泥浓度为23g/L，而接触氧化法可达1020g/L。由于微生物浓度高，故大大提高了BOD5容积负荷和处理效率。由于生物量大，对低浓度的污水，也能有效地进行处理；而且由于填料表面有利于硝化菌的生长，故能适应污水中氨氮硝化的要求。生物接触氧化缺点： 生物接触氧化存在的一些缺点： 生物膜的厚度随负荷的增高而增大，负荷过高则生物膜过厚，引起填料堵塞。故负荷不易过高，同时要有防堵塞的冲洗措施。 大量产生后生动物（如轮虫类）。后生动物容易造成生物膜瞬时大块脱落，则易影响出水水质。 填料及支架等往往导致建设费用增加。生物接触氧化池的构造；接触氧化池目前虽已运用于生产，但是还没有形成比较定型的构造型式。接触氧化池的主要组成部分有池体、填料和布水布气装置。 池体用于设置填料、布水布气装置和支承填料的栅板和格栅。池体可为钢结构或钢筋混凝土结构。由于池中水流的速度低，从填料上脱落的残膜总有一部分沉积在池底，池底可做成多斗式或设置集泥设备，以便排泥。填料要求比表面积大、空隙率大、水力阻力小、强度大、化学和生物稳定性好、能经久耐用。目前常采用的填料是聚氯乙烯塑料、聚丙烯塑料、环氧玻璃钢等做成的蜂窝状和波纹板状填料。近年来国内外都进行纤维状填料的研究，纤维状填料是用尼龙、维纶、腈纶、涤沦等化学纤维编结成束，呈绳状连接（如图4）。为安装检修方便，填料常以料框组装，带框放人池中。当需要清洗检修时，可逐框轮替取出，池子无需停止工作。布气管可布置在池子中心（中心曝气），侧面（侧面曝气）和全池（全面曝气，即整个池底安装穿孔布气管，管子相互正交，形成0.3m的方格）。具体结构介绍：（1）池体池体的作用除了进行净化污水外，还要考虑填料，布水、布气等设施的安装。当池体容积较小时，可采用圆形钢结构，池体容积较大时可采用矩形钢筋混凝土结构。池体的平面尺寸以满足布水、布气均匀，填料安装、维护管理方便为准。池体的底壁须有支承填料的框架和进水进气管的支座。池体厚度根据池的结构强度要求来计算。高度则由填料、布水布气层、稳定水层以及超高的高度来计算。同时，还必须考虑到充氧设备的供气压力或提升高度。一般总池高在3.56.0m左右。（2）填料填料是生物膜赖以栖息的场所，是生物膜的载体，同时也有截留悬浮物的作用。因此，载体填料是接触氧化池的关键，直接影响生物接触氧化法的效能。载体填料的要求是：易于生物膜附着，比表面积大，空隙率大，水流阻力小，强度大，化学和生物稳定性好，经久耐用，截留悬浮物质能力强，不溶出有害物质，不引起二次污染，与水的比重相差不大，避免氧化池负荷过重，能使填料间形成均一的流速，价廉易得，运输和施工方便。目前，国内主要采用合成树脂类作填料，如硬聚氯乙烯塑料、聚丙烯塑料、环氧玻璃钢、环氧纸蜂窝等硬性填料；还开发出多种新颖的软性填料、半软性填料、弹性生物环填料以及漂浮填料等多种形式的填料。这些填料在生物接触氧化系统的建设费用中约占5560%。所以载体填料直接关系到接触氧化法的经济效果。（3）布水布气装置接触氧化池均匀地布水布气很重要，它对于发挥填料作用，提高氧化池工作效率有很大关系。供气的作用有三：使生物接触氧化池溶解氧一般控制在45mg/L左右；充分搅拌形成紊流，有利于均匀布水，紊流愈甚，被处理水与生物膜的接触效率愈高，传质效率良好，从而处理效果也愈佳；防止填料堵塞，促进生物膜更新。目前生产上常采用的布气方式有喷射器（水射器）供氧、穿孔管布气、曝气头布气等。布水方式分顺流和逆流两种。顺流指进水与供气同向，氧化池中水、气同向流动，此种工艺中填料不易堵塞，生物膜更新情况较好，较易控制；逆流指进水与供气方向相反，池内水、气逆向相对流动，气液接触条件好，增加了气水与生物膜的接触面积，故去除效果好，但由于进水部分的水力冲刷作用较小，填料上的生物膜不易脱落更新。国内通常采用的是顺流工艺。生物接触氧化法的反应机理原理介绍： 生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法工艺，其特点是在池内设置填料，池底曝气对污水进行充氧，并使池体内污水处于流动状态，以保证污水与污水中的填料充分接触，避免生物接触氧化池中存在污水与填料接触不均的缺陷。该法中微生物所需氧由鼓风曝气供给，生物膜生长至一定厚度后，填料壁的微生物会因缺氧而进行厌氧代谢，产生的气体及曝气形成的冲刷作用会造成生物膜的脱落，并促进新生物膜的生长，此时，脱落的生物膜将随出水流出池外。生物接触氧化法也称淹没式生物滤池，其在反应器内设置填料，经过充氧的废水与长满生物膜的填料相接处，在生物膜的作用下，废水得到净化。生物接触氧化法在运行初期，少量的细菌附着于填料表面，由于细菌的繁殖逐渐形成很薄的生物膜。在溶解氧和食物都充足的条件下，微生物的繁殖十分迅速，生物膜逐渐增厚。溶解氧和污水中的有机物凭借扩散作用，为微生物所利用。但当生物膜达到一定厚度时，氧已经无法向生物膜内层扩散，好氧菌死亡，而兼性细菌、厌氧菌在内层开始反之，形成厌氧层，利用死亡的好氧菌为基质，并在此基础上不断发展厌氧菌。经过一段时间后在数量上开始下降，加上代谢气体产物的逸出，使内层生物膜大量脱落。在生物膜已脱落的填料表面上，新的生物膜又重新发展起来。在接触氧化池内，由于填料表面积较大，所以生物膜发展的每一个阶段都是同时存在的，使去除有机物的能力稳定在一定的水平上。生物膜在池内呈立体结构，对保持稳定的处理能力有利。常用流程及其选择：生物接触氧化法的处理流程通常有两种，即一段法（一次生物接触氧化）和二段法（即两次接触生物氧化）。实践证明，在不同的条件下，这两种系统各有其特点，其经济性和适用性范围简介如下：1）一段法亦称一氧一沉法。原水先经调节池，再进入生物接触氧化池，尔后流入二次沉淀池进行泥水分离。处理后的上层水排放或作进一步处理，污泥从二次沉淀池定期排走。这种流程虽然在氧化池中有时会引起短路，但全池填料上的生物膜厚度几乎相等，BOD负荷大体相同，具有完全混合型的特点，营养物（F）与活性微生物的重量（M）之比较低，微生物的生长处于下降阶段。此时微生物的增殖不再受自身生理机能的限制，而是由污水中营养物质的量起主导作用。2） 二段法 亦称二氧二沉法。采用二段法的目的，是为了增加生物氧化时间，提高生化处理效率，同时更适应原水水质的变化，使处理水质稳定。原水经调节池调节后，进入第一生物接触氧化池，然后流入中间沉淀池进行泥水分离，上层水继续进入第二接触氧化池，最后流入二次沉淀池，再次泥水分离，出水排放，沉淀池的污泥定期排出。在二段法流程中，需控制第一段氧化池内微生物处于较高的F/M条件，当F/M2.1时，微生物生长率可处于上升阶段。此时营养物远远超过微生物生长所需，微生物生长不受营养因素的影响，只受自身生理机能的限制。因而微生物繁殖很快，活力很强，吸附氧化有机物的能力较高，可以提高处理效率。为了维持微生物能处于较高的F/M条件下，BOD负荷随之提高，处理水中有机物浓度也就必然要高一些，这样在第二阶段氧化池内，须根据需要控制适当的F/M条件，一般在0.5左右，此时的微生物处于生长率下降阶段后的内源性呼吸阶段。由此可见，二段法流程的微生物工作情况与推流式活性污泥法或活性污泥AB法相似。上面所述为两种基本流程。随着实践的变化，这两种流程可以随之变化：例如，有将接触氧化池分格，不设中间沉淀池，按推流型运行。氧化池分格后，可使每格的微生物与负荷条件更相适应，利用微生物专性培养驯化，提高总的处理效率。上述两法的比较可以看出，一段法流程简单易行，操作方便，投资较省，但对BOD的降解能力不如二段法。二段法流程处理效果好，可以缩短生物氧化所需的总时间，但增加了处理装置和维护管理工作，投资也比一段法高。一般来说，当有机负荷较低，水力负荷较大时，采用一段法为好。当有机负荷较高时采用二段法或推流式更为恰当。生物接触氧化法的应用：混凝生物接触氧化法处理印染废水工艺研究 纺织印染工业是义乌市支柱产业之一。生产过程中产生的印染废水排放量约占义乌市工业废水总排放量的四分之一。废水中的主要污染物是棉、毛等纺织、纤维上的污物、盐类、油类和脂类及加工过程中投加的各种浆料、染料、表面活性剂、助剂、酸、碱等。义乌市印染废水主要特点是水量小、浓度高，水质波动大。有机污染严重，又由于染料品种的变化及化学浆料的大量使用，废水含难降解有机物，可生化性较差，处理难度大。目前，印染废水常规的处理方法是接触氧化加混凝沉淀处理。但由于印染废水可生化性不是很强，有些染料沉降性能差，处理效果不理想，如果在接触氧化前加上水解酸化，则可将大分子有机物、难降解的有机物降解为小分子有机物，改善废水的可生化性，气浮工艺则可使难沉降的染料颗粒和比重与水一般的悬浮颗粒从废水中分离出来。废水处理工艺、主要构筑物及设备废水水质：以义乌市某印染厂为研究对象。该厂主要从事织物和纤维包括棉、丝和化纤等的印染。使用的浆料有分散染料、硫化染料、阳离子染料和直接染料，其中分散染料和硫化染料的量比较大。正常生产时废水排放量约500 m3/d，水质指标为：pH=810，CODCr1500 mg/L，SS500 mg/L，色度1000倍。废水中CODCr及色度较高。设计出水水质达到国家纺织染整工业水污染物排放标准（GB4287-92）一级标准即pH=69，CODCr=100 mg/L，SS=70 mg/L，色度=40倍。工艺流程该处理工艺充分考虑到水质的特点，强调处理工艺的脱色率以及提高有机污染物的去除效果。为此确定的工艺流程如下： 主要构筑物和主要设备名称基本尺寸/m3数量停留时间/h名称数量调节池一沉池水解酸化池接触氧化池二沉池10103.588.75123.54.51274.5123.54.511111165512自吸泵风机压滤机气浮设备2311表1 主要构筑物和主要设备二段生物接触氧化法处理城市污水研究二段生物接触氧化法(略称二段法)将传统的生物接触氧化池分为二段：第一段充分利用微生物处于对数增长期的吸附特性，以低能耗、高负荷、快速的生物吸附和合成为主，能够去除污水中70%80%的有机物，称为吸附合成期；第二段在低负荷下利用微生物的氧化分解作用，对污水中残留的有机物进行氧化分解，以进一步改善出水水质，称为氧化分解阶段。由于进行了分段，可充分发挥同类微生物种群间的协同作用，克服不同微生物种群间的拮抗作用，故处理效率大大提高。二段法采用的是四池联壁式组合结构，这样既节省了占地和土建费用，又能方便操作管理和运行维护，并能减少水头损失，使厂区总体布局合理、工艺流程简洁流畅。二段法在第二段接触氧化池前后各设一座接触沉淀池，能够截留污水中的悬浮物质，并能将一段和二段完全分开，使其各自成为独立系统以充分发挥各自的效能。典型的二段法工艺流程及生化组合池水力剖面图见图。污水自初沉池经导流墙进入一段接触氧化池底部，在此处经曝气充氧后自下而上流经填料层，并经顶部集水系统收集后，通过一沉池的导流墙进入一沉池，然后自下而上经砂滤层接触沉淀后进入顶部集水系统，再由导流墙导入二段接触氧化池、二沉池，最后出水进入消毒池。工艺特点： 无污泥回流二段法氧化池的填料上栖息着大量的高活性微生物，它们能够高效快速地吸附合成和氧化分解污水中的有机物。由于填料上老化的生物膜会不断脱落，从而使填料上附着的生物膜能较长时间地保持高活性所以不需污泥回流。又由于生化组合池设有二次接触沉淀池，它能够高效截留和分离污水中的悬浮物质，故也无需再设二沉池。 污泥产量低、无污泥膨胀、运行稳定。与活性污泥法和氧化沟工艺相比，二段法虽然容积负荷高，但污泥产量较低，主要是因为：a.氧化池内的微生物链比较完整和稳定；b.微生物内源呼吸进行得较充分，合成物质被进一步氧化；c.生物填料内部存在缺氧和厌氧区，能部分分解、转化有机物。 在活性污泥法中容易产生膨胀的菌种(如丝状菌)在二段法中不仅不产生膨胀，而且能充分发挥其分解、氧化能力强的特点，但其沉降性能差，在曝气池中易随水流出。由于二段法的第一段以生物吸附合成为主，且生物负荷和活性很高，对第二段起到了缓冲和保护作用，因此在BOD5、毒物、pH值冲击下生物膜受到的影响较小，而且恢复很快、出水水质好、运行稳定。 水力停留时间短，具有脱氮功能二段法的生化组合池总停留时间一般控制在1.01.5h，比活性污泥法(48h)和氧化沟工艺(1520h)的要短得多；二段法还具有去除NH3-N的功能，对于一般的城市污水其去除率能达到50%80%。工艺流程简洁、设备少、工程投资低由于二段法没有污泥回流，也就不需设污泥回流泵房；又由于生化组合池除阀门外没有其他设备，所以整个二段法工艺流程简洁、设备少、工程投资低。生物填料： 填料的选择是二段法的技术关键，填料质量的优劣直接影响着处理效能。笔者单位自行研制开发的两种质优价廉、分别适用于不同污水处理厂的生物填料的性能参数见表1。表1生物填料性能参数项目比表面积(m2/m3)空隙率密度(g/cm3)堆积密度(g/cm3)抗压强度(Pa)磨损率(%)使用年限(a)单价(元/m3)矿渣型2003000.30.51.31.50.60.8493810150200聚丙烯弹性填料1502000.80.90.650.20.319.611520200300脱氮除磷效果： 二段法对NH3-N的去除率与进水NH3-N的浓度、水力停留时间及气水比的关系见表2。表2两段法对NH3-N的去除效果进水NH3-N(mg/L)水力停留时间(h)气水比去除率(%)1001.55110501001.051355030501.051456015301.55150705151.531608051.5317595二段法的除磷效果不太明显，虽然生物填料上附着的生物膜内部有一定的缺氧、厌氧区，但由于这些区域太小，不足以构成生物除磷的必备条件，所以污水中的磷主要由生物合成而得到部分去除，故其去除率很低。技术经济分析：二段法同活性污泥法和氧化沟工艺的技术经济比较见表3。表3二段法与活性污泥法和氧化沟工艺技术经济比较项目活性污泥法氧化沟工艺二段法投资(元/m3产成本(元/m3)1.01(小型污水厂)30.77(中型污 水厂)1.08(小型污水厂)0.76(中型污水厂)0.45(小型污水厂)运行费用(元/m3)0.85(小型污水厂)30.55 (中型污水厂)0.81(小型污水厂)30.50(中型污水厂)0.35(小型污水厂)占地(m2/m3)1001301301506080电耗(kWh)/m30.40.70.30.80.20.