生物粒子浮動床處理城市污水
生物粒子浮動床是綜合了接觸生物氧化法、生物膜流化床的優點并加以改進的一種新型生物處理工藝。它主要采用懸浮粒子作為載體，微生物附著在懸浮粒子上形成生物膜，并以鼓風曝氣或機械曝氣為動力，使填料處于流化狀態，讓污水與生物膜充分接觸，加速對污水中污染物的降解、凈化。同時，通過懸浮粒子之間劇烈的碰撞，使老化的生物膜自行脫落。該方法在北歐國家尤其是挪威，已應用在城市污水處理以及造紙、食品等工業廢水的處理上，在去除污水中的有機物污染以及脫氮除磷方面都取得了令人滿意的效果。該工藝可用于好氧、缺氧、厭氧三種處理環境，在處理城市污水方面，挪威Lillehammer市以該技術為基礎改造了原有傳統處理方法，在同樣低溫、低濃度的條件下，脫氮達70%以上(挪威規范要求)，該方法只需大約3 h，而傳統活性污泥法則需15～20 h。在處理食品廢水方面，挪威最大的土豆生產廠曾于1994年以該方法為基礎增強原有生物轉盤的處理效果，興建了最大處理能力為400 m3/d的處理裝置，進水COD為9 175 mg/L，出水COD為74 mg/L，去除率為99.2%。進水P為37.8 mg/L，出水P為2.2 mg/L，去除率為94.2%。在處理造紙廢水方面，挪威Sande造紙廠的污水處理廠是一個成功的例子。該廠主要為中性亞硫酸鹽半化學紙漿工藝，原水COD在300～38 000 mg/L之間變化，最大設計流量為110 m3/h，控制有機負荷＜60 kgCOD/(m3．d)時，COD、BOD7去除率可達70%和96%。
1 中試工藝流程及研究情況
1.1 中試工藝流程
1997年在中挪株洲環保項目中，以株洲市南區城市污水為研究對象，建立了一座污水處理中試廠(水質分析見表1)。
表1 株洲市南區城市污水水質分析 mg/L COD BOD SS TP TN NO-3-N
81～300 40～132 52～246 0.45～3.07 9.6～23.1 0.03～0.84
通過對三套不同工藝(活性污泥法、生物膜法、化學混凝法)的比較研究，選擇最佳工藝及其運行參數(主要針對去除有機物污染)。中試廠的總處理能力約為150 m3/d，其工藝流程見圖1，本文僅介紹生物粒子浮動床處理城市污水的試驗情況。
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1.2 填料
懸浮粒子采用挪威KMT公司贈送的新形填料，其結構形狀合理，類似長7mm、直徑9 mm的圓柱體顆粒，比表面積為330 m2/m3(一般為300～500 m2/m3)，體積質量為0.95 g/cm3(一般為0.92～0.95 g/cm3)，主要為聚乙烯材料。停止曝氣時，能懸浮于水中，并結實耐用，抗機械攪拌之磨損。掛膜時間短，一般為20 d，無需特設脫膜裝置。此次填充率為水容積的67%，流化狀態好，無堵塞、擁擠現象出現，管理非常方便。
2 試驗情況與結果
2.1 HRT與填料負荷的影響
曝氣池的水力停留時間(HRT)及填料容積負荷對該工藝處理效果的影響比較明顯。由表2可知，當流量為1 m3/h的COD、BOD去除率最高分別為80%和87%。在各種不同水力停留時間下的出水COD變化在30～70 mg/L之間，BOD變化在10～20 mg/L的范圍，均達到了國家二級排放標準。根據中試廠原設計，該裝置可承受進水COD負荷范圍為2～20 kgCOD/(m3．d)。但由于原水濃度太低，進水COD為150 mg/L左右，致使反應器中生物膜養料不充足。為了保證工況試驗條件，必須靠提高流量來增加負荷，而提高流量則縮短了曝氣時間，影響了處理效果。當填料負荷為10.5 kgCOD/(m3．d)時，COD去除率只達到69%，即使這樣，處理負荷也較傳統工藝大有提高。
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2.2 水溫、DO的影響和對氨氮的去除
水溫對該工藝處理影響不大。由表3可知，當水溫高于10 ℃時，COD、BOD去除率基本維持不變；當水溫低于8 ℃時，COD、BOD去除率才有明顯下降，但適當延長曝氣時間就可使出水水質變好，可見該工藝抗低溫的能力是很強的。
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DO值對處理效果的影響不如前兩者明顯，只要反應器中DO值保持在2～3 mg/L時，COD、BOD的去除率基本保持不變，一般選擇水氣比1∶6較合適。
由于整個中試裝置設計只考慮好氧狀態去除有機物污染為主，故TN、TP去除效果不佳。而NH3-N的去除效果在流量為1 m3/h時，可使出水達3 mg/L左右，去除率可達70%。
3 結論
① 中試研究表明：生物粒子浮動床工藝完全適合我國一般城市污水的現行處理要求。對于處理一般城市污水，浮動床曝氣時間48 min，容積負荷6.1 kgCOD/(m3．d)，水氣比1∶6，CODCr、BOD5的去除率分別達73.5%、83.5%。出水CODCr≤70.4 mg/L，BOD5≤18.8 mg/L，SS≤16 mg/L，基本達到國家城市污水二級處理的出水標準。
② 該工藝的特點
a. 高負荷，抗沖擊能力強。
b. 無堵塞和污泥異常等現象出現。由于該工藝生物膜載體采用懸浮粒子，避免了接觸氧化法中采用固定生物膜載體經常堵塞難于維護的缺點。同時因是生物膜法，不以活性污泥為載體，基本不需要回流污泥，故也少有污泥異常現象。
c. 建設投資少。由于該工藝具有高負荷、曝氣時間短、抗沖擊能力強的特點，所以處理環節緊湊，處理構筑物結構簡單，其容積也比傳統的活性污泥法所用容積大大縮小，可大幅度節省建設投資。
d. 曝氣池中的曝氣方式靈活。該工藝可用鼓風曝氣及機械曝氣兩種方式保持其流化狀態，因此在設計工藝流程中很容易通過采用不同曝氣方式來提供微生物所需好氧、缺氧、厭氧的各種環境，達到去除污水中不同有害成分的目的。
e. 便于傳統工藝的改造。由于該工藝在曝氣方式上與傳統工藝有相近之處，因此只需對原有傳統工藝稍加改造，即可大大提高其處理效果(在挪威已有不少成功的例子)。
f. 能耗低。由于相對傳統工藝未增加更多耗能部分，并省去了回流污泥所需能耗，故新工藝的能耗低于傳統工藝的能耗，降低了運行成本。
g. 適合自動控制。由于該工藝抗沖擊能力強，并且曝氣過程對均勻布氣要求并不高，基本上沒有污泥異常現象，管理上無需太多的監測人員，完全可實現全流程的自動化控制。
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