污水處理中生物膜工藝的應用分析論文

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摘要：本文主要介紹了幾種現(xiàn)今比較常用的生物膜污水處理工藝的特點、原理及其優(yōu)勢所在。包括顆粒型、水力自旋傳質(zhì)填料型、活性污泥一生物膜一體化型、無泡曝氣膜型。每種類型都有其特點與適用性，在使用時應該視具體情況進行選擇。

關(guān)鍵詞：生物膜；污水處理工藝。

引言：生物膜法是污水生物處理的主要技術(shù)之一，在污水處理工藝中在幾十年的不斷研究和進步下，如今已經(jīng)有多種生物膜反應器應用于污水處理中。下面簡要介紹一下比較常見的幾種生物膜污水處理工藝.

1、顆粒型生物膜反應器

1.1上流式污泥床(USB)

上流式污泥床(USB)是20世紀70年代末由荷蘭Lettinga開發(fā)的又一項新的顆粒型生物膜反應器，主要用于厭氧生物處理系統(tǒng)中，即UASB。它主要由配水系統(tǒng)、污泥床、三相分離器等組成。反應過程中產(chǎn)生的氣體將污泥和污水進行充分混合，三相分離器將顆粒污泥、氣體和污水進行分離，污泥保留在反應器中，氣體和處理后的出水排出反應器，其結(jié)構(gòu)示意見圖1-1。

1.2污泥膨脹床(EGSB)

2O世紀8O年代后，又出現(xiàn)了新的顆粒污泥反應器，其中以污泥膨脹床(EGSB)和內(nèi)循環(huán)反應器(Ic)最具有代表性。EGSB與USB的結(jié)構(gòu)類似，但其高徑比更大，上升流速更快，顆粒污泥處于膨脹狀態(tài)。

1.3氣提生物膜反應器(BAS)

以上兩種是在以前污水處理中應用較多的兩種類型，隨著技術(shù)的進步與提高，在2O世紀8O年代末，一種新型的顆粒型生物膜反應器被開發(fā)并應用于工業(yè)。它與以往的顆粒型生物膜反應器不同的是，混合方式是由外部引入的氣體將污泥和污水進行混合，是完全混合的方式，被稱為氣提生物膜反應器(BAS)。它主要由上升區(qū)、下降區(qū)和污泥沉降區(qū)組成，根據(jù)氣源的不同，可分為好氧型氣提床和厭氧型氣提床。其中好氧型的氣源為空氣，厭氧型的氣源一般為惰性氣體或循環(huán)利用的空氣。由于它既可用于好氧處理系統(tǒng)，又可用于厭氧處理系統(tǒng)，因此應用領(lǐng)域非常廣泛。

2.、水力自旋傳質(zhì)填料生物膜反應器

2.1常規(guī)填料的主要缺陷：

填料是生物反應器的關(guān)鍵部位，但目前應用中的填料所起的作用卻較為單一，只是作為生物的載體，提供反應場所，并為生物反應器提供較高的微生物量，卻不能為生物反應創(chuàng)造良好的傳質(zhì)擴散條件。由于結(jié)構(gòu)形式不合理，現(xiàn)有的生物反應填料為混合液提供的流道無規(guī)律可循，對生物反應過程中流體的流態(tài)控制不符合多相流體力學的物系傳質(zhì)機理，使得多相物系之間，即生物細胞與有機底物之間的傳質(zhì)擴散效率不高，從而導致生物底物利用率低、生物反應時間長、能耗大、效率低等現(xiàn)象的出現(xiàn)。

SCMT(self-circle-mass-transfer)型自旋傳質(zhì)生物載體填料便是針對上述情況開發(fā)出一種在形狀、結(jié)構(gòu)等方面能夠創(chuàng)造和滿足反應器內(nèi)理想傳質(zhì)條件的填料。

2.2SCMT的特點及優(yōu)勢：

(1)SCMT型自旋傳質(zhì)填料與常規(guī)聚丙烯階梯環(huán)填料相比，具有相近的技術(shù)參數(shù)，但卻能夠在保持出水水質(zhì)的前提下，有效地減少反應時間和降低能耗，通過對對比試驗數(shù)據(jù)的分析認為，其原因在于SCMT型自旋傳質(zhì)填料能夠在反應器內(nèi)創(chuàng)造更為理想的傳質(zhì)條件，提高傳質(zhì)速率，從而減少反應時間，并降低能耗。

(2)SCMT型自旋傳質(zhì)填料在氣流作用下的無規(guī)則旋轉(zhuǎn)，提高了整個反應器內(nèi)的水流、氣流的紊流程度。SCMT型自旋傳質(zhì)填料可將水中的氣泡剪切成更加微小的氣泡，增大了傳質(zhì)接觸表面，使物相接觸表面不斷更新，并減小傳質(zhì)接觸表面的氣膜、液膜厚度，從而提高了傳質(zhì)速度。

(3)使用SCMT型自旋傳質(zhì)填料生物反應器處理城市污水，可以在停留時間為1h，氣水比為4：1的情況下，出水水質(zhì)達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準(GB18918-2002)》中規(guī)定的二級標準3、活性污泥一生物膜一體化反應器：

活性污泥一生物膜復合一體化反應器的設計是基于傳統(tǒng)的A／O工藝。反應器為同心圓結(jié)構(gòu)，由內(nèi)到外依次分為厭氧區(qū)、曝氣區(qū)和沉淀區(qū)，其結(jié)構(gòu)及水力運作形式如圖1-3所示。

該反應器的主要特點是：

(1)反應區(qū)和沉淀區(qū)在立體空間上的巧妙結(jié)合實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的一體化。結(jié)構(gòu)一體化是針對傳統(tǒng)污水處理方法通常是由多個單元操作組成的復雜工藝程的弊端而提出和發(fā)展起來的。傳統(tǒng)的污水處理工藝各處理單元分設，必然增加基建投資、污水污泥回流管路設備投資以及占地面積，而結(jié)構(gòu)一體化裝置具有工藝簡捷、結(jié)構(gòu)緊湊、占地少、管理簡便、投資省等優(yōu)點。

(2)反應器厭氧區(qū)采用活性污泥法，曝氣區(qū)內(nèi)安裝填料，將活性污泥工藝和生物膜工藝有機地融合在同一反應器內(nèi)來穩(wěn)定和強化處理效果，實現(xiàn)了兩種常規(guī)生物處理工藝的一體化。厭氧區(qū)采用活性污泥法，便于對泥齡進行控制，有利于除磷菌的生長繁殖。

(3)混合液回流和污泥回流合并為一個系統(tǒng)，節(jié)省了一套回流設施，可降低基建投資和運行費用，同時參與回流的污泥均經(jīng)歷了完整的厭氧、好氧過程，具有一種"群體效應"，有利于生物除磷。

4、無泡曝氣膜生物反應器

4.1工藝原理：

無泡曝氣生物反應器(MembraneAerationBioiflmReactor)，簡稱為MABR，由中空纖維膜填料部分和水流部分組成。生物膜所需要的氧氣是通過纖維束填料供給的，中空纖維膜不僅起著供氧作用，同時又是固著生物膜的載體。圖4為無泡曝氣膜生物反應器處理污水原理圖。即，純氧或空氣通過中空纖維膜的微孔為生物膜進行無泡曝氣．在中空纖維膜的外側(cè)形成的生物膜與污水充分接觸．污水中所含的有機物被生物膜吸附和氧化分解．從而使污水得到凈化。

4.3無泡曝氣的特點:

與常規(guī)曝氣相比，采用中空纖維膜進行無泡曝氣具有如下優(yōu)點：

①由于曝氣不產(chǎn)生氣泡，氧直接以分子狀態(tài)擴散進入生物膜，幾乎百分之百地被吸收，傳質(zhì)效率可高達100％，因此溶解氧不再是限制微生物生長的決定因素。

②由于生物膜生長在中空纖維膜的外表面，所以在供氧過程中，生物膜不會受到氣體摩擦，不易脫落。

③氧在傳遞到生物膜的過程中不經(jīng)過液相邊界層，因此，傳質(zhì)阻力比常規(guī)曝氣法小得多，能耗大大降低。根據(jù)PierreCote等的實驗，單位處理水量的能耗可比常規(guī)生物膜法減少30％左右。

④曝氣過程不產(chǎn)生氣泡，避免了傳統(tǒng)曝氣時污水中易揮發(fā)性物質(zhì)如甲苯、苯酚隨氣泡進入大氣而對環(huán)境造成的污染：同時不會由于表面活性劑的存在而產(chǎn)生泡沫。

⑤曝氣過程中氣液兩相分離，溶液的混合與供氧互不干擾，因此可以各自獨立設計．反應器的形式更加靈活多變。

⑥中空纖維膜的比表面積可高達50l8m2/m3，為氧的傳遞和生物膜的生長提供了巨大的表面

積，有利于反應器向小型化發(fā)展。

⑦MABR反應器中氣液兩相分離，氣體壓力不受容器內(nèi)混合狀態(tài)的影響．因此．可以通過調(diào)節(jié)氣體壓力的辦法來控制氧的供應。對于一般廢水通過供氧控制，在保證生物膜生長需氧的同時，可以避免因過量曝氣而使污水中DO濃度過高，大幅度降低運行費用。對于含氮廢水，通過供氧控制只使靠近纖維膜的內(nèi)層生物膜獲得氧，從而達到同時硝化、反硝化和COD去除的效果Timberlak指出此時的生物膜結(jié)構(gòu)如圖5。

參考文獻：

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