工艺技术聊聊：固定床生物处理技术及其影响因素[滴滤/滤池/转盘]

查看全部 · 发表于 2021-5-10 07:09:33

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固定床生物处理技术概述

滴滤池、塔式生物滤池和生物转盘(RBCs)都是微生物附着生长的固定床式处理过程。在这3种处理过程当中，滴滤池开发要早于塔式生物滤池和生物转盘，然后是附着生长和悬浮生长的组合式处理过程(FF/SG）。

事实上，虽然滴滤池比大多数处理过程，都开发的更早，但滴滤池仍然是切实有效的处理过程。现在，很多新型的滤池填料介质巳经投入使用，但砾石材料仍被认为是滴滤池的专用填料，塑料介质材料则被认为是塔式生物滤池专用填料。滴滤池常与新型或改进的污水处理过程联合起来，为此，很多砾石滤池也重新整修，以便继续投入使用。

目前，在美国已经有上百套组合处理系统，即固定床的滴滤池、塔式生物滤池或生物转盘与悬浮生长(活性污泥)处理过程组合。FF/SG组合处理过程的设计主要是基于对附着生长和悬浮生任处理过程的优势联合、弱势抵消的原则。很多情况下，可通过减少整体池容来减少基建费用。对于一些工业废水或高浓度废水的处理，FF/SG组合过程有利于消减活性污泥处理过程所受到的冲击负荷。通过不同生物处理过程进行藕合，可以解决很多问题，当然也会产生新的控制标准和问题。

附着生长的生物处理过程可去除溶解性有机物和细小的有机固体颗粒。对污染物质的去除过程主要是滤池载体上附着生长的生物膜对溶解性和胶体物质的生物转化。生活、污水和工业废水中一般含有可沉降固体、漂浮物质和其他杂质。如果污水未经去除这些固体类物质而直接进入固定床生物反应器．就会干扰氧传输过程，堵塞滤池滤床，导致固体负荷升高或产生其他运行问题。因此，在固定床或组合处理过程之前，都要设置格栅或除砂过程。为了减小固定床处理过程的负荷，一般要对固定床处理过程的进水进行预处理。

固定生长的生物膜或载体上的生物膜可以去除溶解性BOD，并产生生物固体。通常，该过程主要去除含碳BOD；而且，固定床处理系统中，慢速生长、氮转化自养菌有时会在与生长较快、除含碳BOD的异养菌竞争中占据优势。因此，固定床处理系统可以用来对污水进行硝化处理。

在FF/SC组合处理过程中，第二段处理过程去除溶解性BOD的量会有很大波动，主要取决于第一段处理过程负荷和效能。组合处理过程有很多命名方式，主要取决于去除大量SBOD是哪个单元的贡献，以及生物固体除污染机制的不同。

为了确保处理过程有良好的效能，在设计和运行固定床生物膜过程和组合处理过程时，需考虑、以下原则。

固定床系统和组合式处理系统对有机物的去除主要是通过载体上附着生长的生物膜完成的。这种生物膜一一黏状、胶质一一通常是由大量、多种的活性微生物菌群组成的（即细菌、原生动物、藻类、真菌、虫和昆虫幼体）。大多数的微生物都是好氧的。好氧微生物需要氧来维持正常的生命活动。

当生物膜层增厚时，说明被吸附的有机物在到达载体表面的微生物菌群之前，已经被微生物新陈代谢转化了。其结果是，载体表面微生物面临进入内源呼吸阶段，进而丧失粘附在载体表面的能力(Metcalf and Eddy, 1979）。这就使得流动的污水冲刷掉载体表面的生物膜一一此过程称为剥落生物膜一一然后，新的生物膜再次生长出来。生物膜的剥落过程是在整个滤池沿程持续存在的。然而，通过增加水力负荷，补充曝气，改变温度，操作人员调整处理系统或改变环境条件等，可以强化生物膜剥落过程。

对溶解性有机物质的去除是快速的过程。当固定床反应器负荷较低或中等时，则其对溶解性有机物的去除效能通常较好。然而，在去除溶解性有机物的过程中，会增殖微生物固体，这部分微生物固体的稳定和老化也是很长的过程。完成这一过程所需的时间是不同的，主要取决于滤池载体的类型，有机负荷率，水力剪切力，温度和其他因素(Water Pollution Control Federation, 1988）。

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固定床生物处理技术影响因素

2.1 负荷变化

固定床反应池(滴滤池或RBCs)对季节性或工业废水负荷引起的进水特性冲击的耐受能力是不同的。对于任何一种处理过程来讲，极端的进水特性冲击可能都会引起BOD泄漏、甚至更严重的生物膜脱落或微生物死亡等问题。通常可采用滤池出水回流以稀释进水污染物浓度和增加滴滤池、塔式生物滤池或第一级RBCs的供氧量。通过采用回流技术，固定床反应地可以处理的污水BOD5浓度可达l0000mg/L。尤其是对于食品加工废水而言，回流对增强固定床反应池的效能很适用，此时通常采用滴滤池。

2.2 pH和碱度

固定床反应池内的菌群可在pH为5.5-9.0的范围内生长．最适宜的pH范围为6.8-7.2。通常，pH的快速披动比其长期处于某一极限值更能引起处理过程中的问题。

虽然工业废水或缓冲性差的水排人处理系统．往往会引起pH降低。但固定床或组合反应池负荷较低或温度适中的时候，处理水的pH也会降低。这表明，处理过程中发生了硝化过程。硝化过程氧化氨，引起碱度消耗和相应的pH降低。

2.3 毒性

固定床和组合处理过程较悬浮生伏(活性污泥)系统更耐毒性物质或负荷的冲击。然而，复杂的有机底物、重金属、杀虫剂、无机固体和杀菌剂(即氯)都会引起处理效能显著变差，或引起固定床和组合处理过程中微生物死亡。毒性物质既可引起处理效能变差，也会造成生物膜大量脱落。如果工业废水的肆意排放会引起毒性物质进入污水处理厂，造成冲击，则可通过强化管理工业废水的排放来控制毒性物质的来源。

2.4 营养物质

生活污水因营养物质丰富，故不存在营养物质匮乏而抑制微生物生长的现象。然而，一些工业废水(尤其是食品加工废水)往往缺乏充足的营养物质，而使微生物的正常生长受到限制。生活污水和工业废水的混合污水中，当工业废水的有机负荷占绝对多比例时，也是缺乏营养物质的。

最常见的缺乏型营养物质是氮(N)和磷(P）。微生物生长能够直接利用的氮必须是溶解性氨氮，能够直接利用的磷必须是正磷酸盐形态的磷。根据微生物细胞正常增殖所需营养物质的量，来确定的营养物质经验比为：每45kgBOD5，对应2.3kg氮和0.5kg磷。以方程的形式，比值为90BOD5 : 4.6N : lP(100BOD5 : 5N : 1P）。

2.5 温度

所有处理过程中的生物活性(直接影响BOD去除效果)都是随温度降低而下降的。然而，附着生长的微生物菌群对温度下降比悬浮生长(活性污泥)的微生物菌群似乎更为敏感。例如，在悬浮生长系统中，温度从26℃下降到20℃，会引起污染物质去除率下降50%。而在附着生长系统中，相同幅度的温度下降，会引起污染物质去除率下降2/3或更多。由于冬季气温低，生物滤池处理效能大幅度下降，故有些文献建议美国北部地区的生物滤池容积应比南部地区容积增大25%，以保证冬季效能稳定。通过防止污水中流经处理系统时散热，可以适度减小低温引起的负效应。可采取以下措施来防止污水热散失：

(1) 减少处理过程中的单元构筑物；

(2) 给固定床处理系统加盖；

(3) 减少循环；

(4) 呆用强制通风，而非自然通风；

(5) 减少沉淀池的水力停留时间；

(6) 并联运行处理系统，而非串联运行；

(7) 调整挡水板或孔，以减少溅水；

(8) 建造防风墙，以弱化风的影响；

(9) 滤池间歇进水；

(10) 打开排泄闸或从布水臂上去除挡水板；

(11）给敞开式污水坑和构筑物连接渠道加盖。

2.6 溶解氧

固定床处理过程中好氧微生物需要消耗溶解氧。当水流经固定床床体时，氧就传输到水中。在有出水回流的固定床处理过程中，当固定床出水或处理水中溶解氧浓度较高时，并不意味着第一级RBCs、滴滤池内部或塔式生物滤池不同高度的潜解氧浓度也很高，即与处理水溶解氧浓度是相同的。因床层中氧缺乏会引起一系列运行问题，而RBC将比滴滤池和塔式生物滤池受溶解氧缺乏的影响更为严重。

对于高负荷塔式生物滤池(塑料或红杉木为载体)而言，若不关注滤池下端出水溶解氧较低的问题，其BOD负荷率可设计为320-480kgBOD5/(l00rn3·d)。然而，为了避免滤池下端出水溶解氧过低，产生臭气的问题,一些塔式生物滤池的设计负荷一般都低于240kgBOD5/(l00m3·d）。对于以砾石作为载体的滤池，为确保池内洛解氧充足和降低产生臭气的可能性，其负荷一般都低于90kgBOD5/(100m3·d）。通过对高负荷滴滤池和塔式生物滤池进行调查，发现臭气很少是因负荷高或滤池下端出水洛解氧低引起的，更多是由污水中的组分(即高工业废水负荷)引起的。滴滤池和塔式生物滤池总是会散发一些臭气，故由附近居民对臭气的敏感性来判断其是否对周围大气环境造成了污染。

榕解氧是RBC运行效能的限制因素。阳G的有机负荷应限制在2.9-3.9kgBOD/(100m3·d)或第一级转盘的有机负荷为1.2-2.0kgSBOD5/(100m2·d）。一般来讲，第一级转盘的负荷是所有转盘单元负荷的3-4倍。

为减小溶解氧对RBC系统的效能限制，很多污水处理厂采用了RBC前设置前曝气或对RBC进水预曝气，RBC与滴滤池、活性活泥或固体接触过程相组合等措施来强化整体处理过程的效能。也有在RBC单元中附加曝气系统来强化RBC处理效能的。这些对RBC效能的升级改进措施将在本章的组合过程中阐述。

2.7 微生物

在固定床处理过程去除污水中污染物时，床内载体表面会产生菌胶团薄膜。当固定床反应池用于BOD去除时，微生物菌群中就会包含多种异养菌，以及少量的原生动物和真菌。如果固定床反应池用于硝化处理，生物膜中优势菌群就是自养硝化微生物，而异养菌仅占少数。

在固定床反应池中，当溶解氧较低、pH较低或营养物质缺乏时，去除BOD速率慢且沉降性能差的微生物将成为优势菌群。这些微生物主要是丝状菌，有时会有真菌，且是有害的。

减少丝状菌的做法，一般是先鉴定丝状菌来源，并严格限制促进丝状菌增殖的环境条件。而且，向滤池回流含悬浮细菌的处理水可有妓减少滤池内丝状菌数量。