多级生物膜污水处理系统设计

李如海 朱庆芹 封旭佳 陈剑美

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2112-5042-0581

摘要：据统计，我国2020年污水排放总量高达900亿m，且每年呈现出持续性上涨的势态，伴随着淡水资源的过度消耗，需针对大体量的污水进行净化处理，应用于市政、园林行业中，提高水资源的复用效果，契合到我国可持续发展战略中。基于此，文章以多级生物膜污水处理为切入点，阐述多级生物膜污水处理技术原理，指出多级生物膜污水处理中存在的问题，并对多级生物膜污水处理系统设计进行研究。

关键词：多级生物膜   污水处理   系统设计  过滤池

中图分类号：U664.9 2    文献标识码：A   文章编号：1672-3791（2022）04（b）-0000-00

Design of Multistage Biofilm Wastewater Treatment System

LI Ruhai 1 ZHU QingQin 2 * FENG Xujia 2 CHEN Jianmei 3

（1.Yachaote New Material Technology Co.， Ltd.; 2.School of mechanical and power engineering， Cangzhou Jiaotong University; 3.School of Electronics and Electrics Cangzhou Jiaotong University， Cangzhou， Hebei Province， 061100 China）

Abstract： According to statistics， China's total sewage discharge will reach 90 billion cubic meters in 2020， and it will continue to rise every year. With the transitional consumption of fresh water resources， it is necessary to purify a large amount of sewage and apply it to municipal and garden industries to improve the reuse effect of water resources， which is in line with China's sustainable development strategy. Based on this， this paper takes multistage biofilm wastewater treatment as the starting point， expounds the technical principle of multistage biofilm wastewater treatment， points out the problems existing in multistage biofilm wastewater treatment， and studies the design of multistage biofilm wastewater treatment system.

Key Words： Multistage biofilm; Sewage treatment; System design; Filter

1多级生物膜污水处理技术原理

现有的市政污水处理模式是将城区内所产生的污水进行集中处理，使得生活污水、工业废水等进行融合，产生污染物种类繁多的问题，例如COD、BOD、N、P等。需要在实际处理过程中，针对不同污染物属性与实际回用基准，设定出相对应的污水处理技术，保證从经济成本与技术成本两方面，对水体污染起到全面净化的效果。生物膜法污水处理手段在具体实践过程中，是针对污水中的微生物进行膜过滤与降解，因为在污水的适宜生长条件下，微生物本身所具备的适应性功能可以精准契合到污染水基底表面上。除此之外，细胞的多聚合功能，也可以令微生物之间产生富集现象，进而形成具有纤维特征的物理结构，此过程中利用生物膜的吸附功能则可以将污水中纤维状污染体进行处理，利用生物膜将污水与净化后的水体进行分割，有效杜绝微生物的再生问题，同时也可以为净化水体提供一个定向的流通渠道。

2多级生物膜处理存在的问题

目前，基于生物膜而实现的水污染处理是整个水系统循环中的重要工序。从技术应用角度来讲，生物膜处理技术的滤水等级较高，且具有低成本、占地面积小的优势。多级生物膜技术的延伸手段较多，既可以搭载生物滤池实现大范围的水体净化，也可以在单独的水体循环系统中进行加设，提高实际处理精度。例如：生物滤池脱氮技术的实现是利用水体进行硝化作用，增强污水处理质量。但是在实际应用过程中，生物滤池的应用也存在一定局限性，造成施工工艺以及技术无法达到预设指标，产生资源浪费或者是水体污染净化不达标的问题。

第一，由于生物滤池对生活污水进水量的指标需求较高，如果污水中存有较多的悬浮物，则将导致实际处理精度下降的问题。从现有的生物膜处理技术来讲，大约在100 mg/L的SS含量作为生物滤池的一个极限点，如果超出此类指标，则生物滤池的过滤效果将面临着失效的问题。

第二，在对污水进行处理时，生物滤池只是针对污水内部微生物结构的有机化合物，具有一定的去除效果，而相对于部分微量元素的杂质问题则整体去除效果较低。例如：氮元素以及磷元素等，单纯利用生物膜进行处理，则无法达到废水回用的基准，需要在实际处理过程中，融合化学元素处理的各类药剂，且药剂不影响生物膜的过滤，才可以达到技术协调的作用，提高污水处理精度。

第三，生物滤池对污水内部的氮元素进行处理时，主要是通过硝化反应，降解水体中的有害物质，但是在实际反应过程中，整个反应原理需对水质具有较高的需求，例如：水质含碳量低于反应基准时，则硝化菌无法形成氮硝反应，降低了后期二次反应效率，增加消化池中的氮含量。對此，在实际脱氮过程中，必须针对整个污水中的杂质含量情况，设定反硝化池并向污水中适当添投碳源，保证净化的持续性，但是此过程增加前期的污水净化成本。

第四，生物滤池所占用的空间较小，固然可以节约资源，但是单结构的特征将造成水流停留时间缩短的现象，与其他污水净化处理相比，则将增加水量消耗，在大排量的污水处理时，将降低微生物的节流效果。

3生物膜法工艺改进方案设计原则

在对多级生物膜污水处理系统进行设计时，此类工艺以及各类处理技术的实现，必须确保对当前污水区域形成高流速、高效率的处理，既需要从进水水质以及处理程度进行改造，同时也需要针对整体排放量以及处理效率进行基准核定。与此同时，充分借鉴国内外的技术以及经验，确保工艺方案的设计与实施，可以起到全域净化的效果，降低实际运行过程中的水体耗用成本，提高水体净化质量。此外，考虑到水体净化过程中所产生的一些问题，将对周边生态环境造成气体污染现象，则需要结合工艺方案中所呈现出的气体排放问题进行解决，降低水处理中的环境污染问题。在成本性方面，则需要兼具工艺设施的应用可靠性以及经济成本耗损的节约性，确保污水达到回用指标的前提下，尽可能地缩减前期成本投入，才可以保证每一项设计方案所具备的功能特征是符合当前污水净化诉求的。同时，应对污水处理系统增加可拓展功能，其是针对污水处理中的多样化问题进行调整，以符合污水处理的持续性运作诉求。

4多级生物膜污水处理系统设计

从功能角度来讲，多层生物膜污水处理系统主要是针对污水中的各类影响因素进行排除，确保处理后的污水达到二次回用基准。该次设计主要是针对污水中所存在的TN以及TP有机物等进行处理，重点考虑的是污水中脱氮除磷部分，确保后期污水处理过程的可靠性，增强系统的处理效率，为此，此类系统必须具有硝化反应和反硝化反应功能。

通常来讲，利用生物过滤池进行处理时是需要在过滤池前方设定反硝化工艺，可以在污水处理中去除内部的碳氮元素。但是从现有的市政生活污水来讲，碳氮含量相对较低，如果仍然采用原有的反硝化系统，则将降低地污水处理精度。对此，在实际设计过程中，可以将硝化与反硝化作用作为双重过滤的一个反应机体，确保在过滤池中进行反应时，既可以通过生长环境的抑制作用达到精度化过滤的效果，同时也可以创设出一个具有良好反映环境的试用区，保证各类工艺实现可以达到实际反应机制，逐步规避反应过程中的问题。

对此，该文在设定多级生物的反应系统，实则应以前置反硝化生物滤池+曝气生物滤池+后置反硝化生物滤池的三级生物滤池工艺。

4.1生化处理单元

生化处理单元中反硝化生物滤池的设定，提高前期的过滤效率，降低成本消耗，通过反硝化作用可以将污水中存在的BOD进行部分与处理，同时保证在生物滤池中判断元素的含有量。在后期充氧过程中，则可以通过硝化液回流，确保反硝化反应中对于碳源的消耗是以污水为准，而不是以后续添加的碳源为主。当污水中的碳源消耗完毕时，则可以通过辅助碳源的形式，确保反硝化反应的持续性推进。设置曝气生物滤池，污水进行曝气处理以及硝化反应，原出水中的NH3-N平均值为4.35 mg/L，31天的水质指标检测中，NH3-N低于5 mg/ L的有18天，最高时为9.5 mg/ L。NH3-N去除率最高时为97%，最低时为51%，平均时为74%，数据说明对污水的硝化效果是很好的。此外，生物滤池的曝气环节可以将已经反应后的消化液进行回流处理，并直接推送到反硝化滤池内部，循环式的碳源供应不仅可以提高污水的二次复用能力，还可以降低成本损耗，提高污水污染指标的去除效率。

4.2深度处理单元

从原有的污水处理角度来讲，为了节约成本损耗，一般采用高密度沉淀池对污水进行预处理，降低内部的TP含量。但是此类沉淀池缺少絮凝工序，在一定程度上降低TP的去除效果，需要在二级处理工序中进行投药除磷，此过程极大增加了成本的损耗负担。深度处理单元的应用与实现是搭载的多级生物膜过滤系统，在不同环节内实现分化式处理，通过工序与工序之间的衔接处进行优化，有效保证污水中的TP物质被有效提出。同时，在多级滤池的分端过滤下，还可以增强污水的处理效率，提高污水的排放指标。从实际运行角度来讲，此类处理工序的实现主要是针对纤维转盘滤池结构进行特殊性的优化，以磁分离技术来替代传统的律师结构，不仅可以简化地沉淀工序，同时也可以对污水内部的TP与SS进行单独处理此类深度处理机制，能使整个过滤系统在运行过程中不会产生堵塞问题，极大增加出水效果。

4.3消毒处理单元

污水中所含有的微生物一般附着在悬浮颗粒中，单纯地依靠传统污水处理，仅能对部分微生物起到剔除的效果，其并没有深层次的解决水体污染问题。特别是在夏季来临时，区域内温度的升高，将加大污水中微生物病菌的增长效率。这就需要在过滤工序中单独填设外消毒池，此类工序增加了成本耗用。消毒处理单元的应用则是在原有的工艺上进行深度改进，例如：在处理单元中增加沉淀池，此类工艺可以有效抑制污水内部藻类增生的问题，也可以通过外消毒对水体进行持续性的消毒处理，不仅在处理单元方面解决了水体滞留时间过长的现象，同时也可以持续性降低水体内部微生物的污染问题。

5结语

综上所述，基于多级生物膜实现污水处理，极大增强了污水处理效率，且通过不同污水处理工艺的整合，提高了污水处理工序的衔接性，增加了污水的回用效率。为此，在后期发展过程中，必须加强对生物膜处理技术的研发，结合污水产生特性，打造出大体量的处理系统。同时，政府部门应制定规章制度，辅助污水管理，从源头降低污水的产生量，提高顶层与底层的对接性，践行可持续发展理念、节能环保理念。

参考文献

[1] 王洋.电-生物耦合技术处理分散式生活污水的试验研究[D].兰州：兰州交通大学，2020.

[2] 麻弛张.两段进水三级A/O-移动床生物膜反应器系统优化研究[D].青岛：青岛理工大学，2020.

[3] 袁红丹.生物滤池-人工湿地组合工艺在农村生活污水处理工程中的应用[J].建筑科技，2018，2（4）：84-87.

[4] 吕子威，何晓礼，赵锐.城市型炼油厂含盐污水处理系统提质提效改造实践[J].石油炼制与化工，2019，50（7）：103-108.

[5] 寇海涛，曹文平，马天仪，等. 污水处理系统中原生动物和微型后生动物的作用研究[J].工业安全与环保，2018，44（5）：42-44，56.

[6] 李金璞，张雯雯，杨新萍.活性污泥污水处理系统中胞外多聚物的作用及提取方法[J].生态学杂志，2018，37（9）：2825-2833.

基金项目：沧州市科技计划项目《新型多级生物膜式生活污水处理工艺研究及应用  》（项目编号：204107006）;沧州市科技计划项目《基于数字信号处理的海洋环境监测系统研究》（项目编号：204107005）。

作者简介：李如海（1988—），男，本科，研究方向为电气自动化、工业控制、MES制造执行系统、环保设备、污水处理。         朱庆芹（1987—），女，硕士，讲师，研究方向为机械设计、智能制造、故障检测、诊断、污水处理。

封旭佳（1992—），女，硕士，讲师，研究方向为金属材料表面改性。