有机废水的好氧生物处理技术进展研究

沈万峰

（宁波市城市排水有限公司，浙江 宁波315192）

有机废水的好氧生物处理技术进展研究

沈万峰

（宁波市城市排水有限公司，浙江 宁波315192）

好氧生物处理（Aerobic Biological Treatment）是废水生物处理中应用最为广泛的一大类方法。在有氧条件下，有机污染物作为好氧微生物的营养基质而被氧化分解，使污染物的浓度下降。好氧生物处理方法一般分为两大类：（1）活性污泥法，是利用悬浮生长的微生物絮体处理有机废水的一类好氧生物处理方法，这种微生物絮体就是活性污泥，它由好气性微生物及其代谢和吸附的有机物、无机物组成；（2）生物膜法，利用微生物在固体表面的附着生长对废水进行生物处理的技术。

好氧生物处理；推流式活性污泥法；生物滤池;MBBR

0 引言

好氧生物处理方法早在一百多年前就被用于污水处理，直到今天，好氧生物处理（Aerobic Biological Treatment）是废水生物处理中应用最为广泛的一大类方法。在有氧条件下，有机污染物作为好氧微生物的营养基质而被氧化分解，使污染物的浓度下降。与废水的厌氧生物处理方法相比，具有以下优点[1]：（1）生化反应速度快；（2）好氧消化设备简单，基建投资省；（3）运行特性稳定，操作简单。同时也有一定的缺点：（1）供氧系统必须耗费能量，运行费用比厌氧处理方法高；（2）好氧降解的主要副产物是剩余的微生物，因此产生大量的二次污泥。

好氧生物处理方法一般分为两大类：（1）活性污泥法，是利用悬浮生长的微生物絮体处理有机废水的一类好氧生物处理方法，这种微生物絮体就是活性污泥，它由好气性微生物及其代谢和吸附的有机物、无机物组成。（2）生物膜法，利用微生物在固体表面的附着生长对废水进行生物处理的技术。主要用于固定床（Fixed Bed）生物处理技术和流化床（Fluid Bed）生物处理技术中，如生物滤池、生物转盘、生物接触氧化、生物流化床等工艺。这一类方法的共同特点是通过废水与生物膜的相对运动，使废水与生物膜接触，进行固液两相的物质交换，并在膜内进行有机物的生物氧化与降解，使废水得到净化，同时，生物膜内微生物不断得以生长和繁殖。

1 传统好氧生物处理技术介绍

1.1 推流式活性污泥法(CAS)

废水和回流污泥从曝气池的一端同时进入反应系统，水流呈推流式。其中标准活性污泥法的基本流程如图1所示。它包括初沉池、曝气池、二沉池和污泥回流装置四个单元。在曝气池内，污染物浓度（F）与微生物的生物量（M）的比值F/M值沿流程不断降低，在其末端，污染物浓度，即F值已降到很小，而活性污泥生物则进入稳定生长期，出水水质良好[2]。

图1 标准活性污泥法的流程图

在标准活性污泥法的基础上，人们通过改变曝气池的各种运行参数，如混合液悬浮物浓度、曝气量、停留时间、BOD负荷、废水注入方式等等，以期减少基建投资、降低处理成本或达到节能、提高处理能力等目的。

出现的问题主要有：（1）由于世界各国城市化率的不断提高，用地紧张情况与日俱增，因而需在CAS工艺的基础上，研究开发用地更为节省的新工艺；（2）在工艺运行过程中，产生和存在臭味问题、剩余污泥二次污染问题；（3）日趋严重和普遍的水体富营养化问题，要求污水处理工艺不仅具有有机物的去除功能，同时要求具有对废水中氮、磷的有效去除，CAS做不到这一点；（4）随着能源供应日趋紧张，CAS能耗高的缺点越来越突出；（5）城市人口的快速增加、人们生活水平的不断提高，城市污水的排放量亦与日俱增，且废水中所含污染物的种类日趋复杂化，在一定时期内容易导致CAS工艺的超负荷运行，以及运转不稳定等问题。

1.2 生物滤池（Biofilter）

生物滤池（Biofilter）是最早出现的一种生物处理方法，又称洒滴池，结构简单，管理方便。图2所示为普通生物滤池的工艺流程，它主要包括以下几部分：（1）滤床，一般采用碎石、卵石或炉渣等滤料，铺成厚度约1.5～2.0 m的滤床，生物膜便长在滤料上。（2）配水与布水装置，其作用是使污水均匀洒向滤床。（3）排水装置，在滤层底部汇集经滤床处理的水，通过二沉池排出。

图2 普通生物滤池工艺流程图

生物滤池根据承受负荷的能力分为普通生物滤池和高负荷生物滤池。生物滤池的优点是结构简单、基建费用低，缺点是占地面积大，处理量小。

2 新型高效好氧生物处理技术介绍

移动床生物膜反应器（moving bed biofilm reactor,MBBR）是一项新型高效的好氧生物处理技术，现介绍如下：

MBBR工艺的核心部分为利用投加到CAS曝气池中、比重接近于水的悬浮载体填料作为微生物的活性载体，依靠曝气池内的曝气和水流的提升作用使其处于流化状态，因而是悬浮生长活性污泥法和流化态附着生长的生物膜法相结合的一种工艺。与一般填料不同的是，悬浮填料能与污水频繁多次接触，并可随混合液的流动而流动并相互充分混合接触，因此被称为MBBR工艺。

MBBR工艺通过在CAS工艺曝气池中投加一定数量的轻质悬浮载体填料，使污水处理的机理和效能发生质的变化[3]。在此工艺中，微生物生存的基础环境由CAS工艺中的气、液两相转变为气、液、固三相，这种转变为微生物创造了良好的条件和更丰富的存在形式，形成了一个更复杂复合式生态系统。悬浮载体表面的生物膜与液相中的悬浮污泥共同发挥作用，各自发挥自己的降解优势。大量吸附生长在生物填料上的生物膜使生物反应器中的活性生物量大大增加，在提高系统抗冲击负荷能力的同时，使系统具有更强的脱氮能力。

在MBBR工艺中，附着生长在悬浮载体中长泥龄生物膜为生长缓慢的硝化菌提供了非常有利的生存环境，可实现有效的硝化效果，而悬浮生长的活性污泥的泥龄相对较短，主要起去除有机物的作用，由此避免了CAS工艺中为了实现硝化作用而需要较长的泥龄并因此而易出现污泥膨胀的问题[4]。

如前所述，特殊的悬浮填料的使用是MBBR工艺的核心部分。其具有以下特征：悬浮填料在无曝气时浮于水的表面，无需固定支架支撑，这使反应池的安装和维修变得很方便；当曝气时，生长了生物膜的填料密度因与水接近，填料依靠曝气的搅拌作用，处于流化状态，这不仅使污水与填料上的生物膜广泛而频繁多次地接触，而且填料在流化过程中切割分散气泡，使布气趋于均匀，提高了氧的利用率，由此产生的固、液、气三相的充分接触混合和碰撞，增大了传质面积，提高了传质速率，强化了传质过程。因此，在达到一定污染物去除率情况下，污水在池内的停留时间更短，同时，即使有冲击负荷，也可以很快地恢复处理效果[5]。另外，悬浮填料受到气流、水流的冲刷，老化的膜能自动脱落，保证了膜的活性，促进了新陈代谢，而且在反应池中随水流化在填料上，还可能大量生长丝状菌，既可利用丝状菌高效降解有机物的功能，使出水改善，又无污泥膨胀之虞。此外，由于填料比重与水接近，只需很小的气量即可使其均匀悬浮于水中，其使用时无需填料支架，只需在曝气池出水处设置栅网拦截，靠曝气水流将其回流至池前端，可节省投资，且投配、更新更方便。因此，操作简单，工作量也较少。

3 有机废水好氧生物处理技术的发展趋势

随着社会和经济的发展,有机废水污染物的种类和污水的数量不断增加,而目前使用的单一的污水处理技术均存在一定的局限性,往往不能取得满意的效果。今后,新工艺的开发和探索将是有机废水处理的一个重要问题。一般认为,下述三个方向将在今后的污水处理中起到重要的作用:

（1）几种处理技术的联用,如先用絮凝、内电解、光催化氧化等技术破坏水中难降解的有机物,改善废水的可生化性,再联用生化方法,如接触氧化工艺、A/O工艺等对废水进行深度处理。

（2）针对废水成分复杂,单元处理装置难以达到处理要求的特点,发展具有高效能、多功能、设备小型化,且便于操作的组合处理装置。

（3）开发新工艺、新产品,以满足越来越严格的环保要求,适应环保发展的需要。

[1]王宝贞,王琳.水污染治理新技术——新工艺,新概念,新理论[M].北京:科学出版社,2002:128-132.

[2]高廷耀主编.水污染控制工程(下册)[M].北京:高等教育出版社, 1989.

[3]雷乐成,汪大晕.水处理高级氧化技术[M].河南:化学工业出版社,2001:105-110.

[4]高廷耀,顾国维.水污染控制工程[M].北京:高等教育出版社, 1999:72-85.

[5]孔繁翔,严国安.环境生物学[M].北京:高等教育出版社,2000: 241-263.

X703.1

B

1009-7716（2017）09-0105-02

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.09.030

2017-06-14

沈万峰（1979-），男，浙江宁波人，硕士，工程师，从事给水排水处理技术研究工作。