生物反應(yīng)器在市政污水處理中的應(yīng)用研究概況

摘 要 生物反應(yīng)器是指在適宜條件下，利用生物體所具有的生物功能，通過自身的代謝等生化反應(yīng)來獲得目標(biāo)產(chǎn)物的設(shè)備。對(duì)用于市政污水脫氮除磷處理的生物反應(yīng)器的種類、特點(diǎn)、處理效果、適用范圍，生物反應(yīng)器在污水處理中的應(yīng)用前景進(jìn)行了綜述。

關(guān)鍵詞 生物反應(yīng)器；市政污水處理；脫氮除磷

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2017.1.004

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市政污水主要包括城市居民、服務(wù)業(yè)、商業(yè)場所及城市公共設(shè)施等生活污水和各類工廠生產(chǎn)過程中排放的廢水，其來源多、成分復(fù)雜、氮磷含量高、各類有機(jī)物比重較大[1]。各類廢水若不經(jīng)處理直接排入自然水體或城市主干水源，會(huì)造成嚴(yán)重污染，引發(fā)“水華”等現(xiàn)象，對(duì)水體生態(tài)系統(tǒng)造成破壞。隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)、水資源危機(jī)感的增加，要求市政廢水排放前必須進(jìn)行脫氮除磷處理，達(dá)到2002年頒布的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GBl8918.2002） [2]。

目前用于市政污水的處理方法主要有物理的、化學(xué)的和生物的方法。物理法包括萃取法、吸附法、液膜分離技術(shù)等，化學(xué)法包括催化氧化法、水解法、微電解法等，生物法有活性污泥法、生物膜法、流化床、曝氣法、高效降解菌法等[3]。目前多采用生物法設(shè)計(jì)、構(gòu)建成生物反應(yīng)器對(duì)市政污水進(jìn)行處理。

1市政污水處理的生物反應(yīng)器

目前用于市政污水處理的生物反應(yīng)器有活性污泥生物反應(yīng)器、膜生物反應(yīng)器、流化床式生物反應(yīng)器三大類。

1.1活性污泥生物反應(yīng)器

又可分為AB（Anaerobic/Oxic的簡稱）法生物反應(yīng)器、氧化溝生物反應(yīng)器、間歇式活性污泥法（SBR）生物反應(yīng)器3種。

1.1.1 AB法生物反應(yīng)器

AB法生物反應(yīng)器是由以生物絮凝吸附作用為主、發(fā)生不完全氧化反應(yīng)的高負(fù)荷A段和泥齡較長、負(fù)荷較低的B段組成的一類生物反應(yīng)器[4]。該反應(yīng)器通過活性污泥聚集各種微生物進(jìn)行有效的廢水處理，系統(tǒng)穩(wěn)定、負(fù)荷能力強(qiáng)、耐沖擊，但是，脫氮除磷要求高時(shí)，B段曝氣池由于進(jìn)水水樣的碳氮比偏低，不能有效地脫氮除磷，污泥產(chǎn)率高，從而對(duì)污泥的最終穩(wěn)定化處置具有較大壓力[1]。

1.1.2 氧化溝生物反應(yīng)器

氧化溝生物反應(yīng)器是由好氧區(qū)、缺氧區(qū)、厭氧區(qū)等幾個(gè)功能結(jié)構(gòu)組成的一類利于生物脫氮除磷的生物反應(yīng)器。氧化溝工藝簡單、能耗低、運(yùn)行穩(wěn)定、耐沖擊，污染物去除效果好、出水水質(zhì)好，有著廣泛的應(yīng)用前景[5]。但是，該工藝泥齡較長，活性污泥剩余量少，不能有效地通過排泥去磷，所以經(jīng)常輔以一定的物化方法除磷。目前國內(nèi)外成熟、高效的脫氮除磷的氧化溝工藝有奧貝爾（Orba）氧化溝、卡魯塞爾（Carrouse）氧化溝、雙溝式氧化溝和一體化氧化溝等。

1.1.3 間歇式活性污泥法（SBR）生物反應(yīng)器

間歇式活性污泥法（SBR）又稱為序批式活性污泥法，SBR生物反應(yīng)器是由調(diào)節(jié)池、曝氣池、沉淀池有機(jī)結(jié)合的污水處理設(shè)備。它具有脫氮除磷效果顯著、運(yùn)行方式靈活簡單、耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)、沉淀效果好、費(fèi)用低等特點(diǎn)，已被各國廣泛應(yīng)用[6]。

Alkhafaji R.Abood等采用SBR生物反應(yīng)器處理武漢江夏長山口垃圾場污水，該污水固體懸浮物濃度、COD、BOD、NH3-N等都較高。該工藝中先添加活性炭進(jìn)行攪拌，再調(diào)節(jié)pH至11.5，添加Fe2（SO4）3、0.1%的聚丙烯酰胺，攪拌1 h，靜置過濾，然后再用SBR生物反應(yīng)器進(jìn)行處理，靜置0.5 h→缺氧處理2.0 h→好氧處理8.0 h→缺氧處理2.0 h→靜置1.0 h→排污0.5 h，處理后的廢水，COD、BOD、NH3-N的去除率分別達(dá)到了95.5%、93.3%、98.1%，出水水質(zhì)良好，達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)（GB16889-2008）[7]。

1.2膜生物反應(yīng)器

膜生物反應(yīng)器是將生物膜技術(shù)和活性污泥法進(jìn)行有機(jī)結(jié)合來進(jìn)行廢水處理的一類生物反應(yīng)器，有外置式和浸沒式2種最基本的形式。膜生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單、操作簡單、占地面積小、耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)、處理效率高、污泥產(chǎn)量低，但膜污染是制約其實(shí)際應(yīng)用不可忽視的問題。近年來有不少學(xué)者探究出一些的方法來緩解膜污染問題，但很難徹底解決[8]。

高大文等采用綜合厭氧的三相流化床-膜生物反應(yīng)器，對(duì)哈爾濱生活廢水進(jìn)行處理。整個(gè)反應(yīng)器是一個(gè)容積為7.6 L、厚8 mm的有機(jī)玻璃圓柱形容器，反應(yīng)區(qū)通過3根長度、直徑均不相同的圓管和孔徑為0.4 μm、面積為0.19 m2的纖維膜設(shè)計(jì)出了厭氧流化床、厭氧膜、厭氧流化床-膜3種不同的生物反應(yīng)器。在溫度35℃、廢水pH調(diào)至7.5的條件下，使廢水在3種不同的生物反應(yīng)器中分別運(yùn)行160 d，每隔2 d取樣檢測廢水中的COD含量，結(jié)果表明：厭氧流化床-膜生物反應(yīng)器的COD去除率最高[9]。

1.3流化床式生物反應(yīng)器

流化床式生物反應(yīng)器是采用氣體或者液體使反應(yīng)器內(nèi)的固體顆粒呈流態(tài)化，從而大大增強(qiáng)了物質(zhì)的傳質(zhì)、傳熱過程來進(jìn)行廢水處理的一類生物反應(yīng)器。流化床式生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)緊湊、合理，處理效率顯著提高，在污水處理領(lǐng)域備受關(guān)注。但是，流化床能耗大，具有生物相容性載體使用壽命短、高效微生物種群的選擇等問題，成為阻礙其實(shí)用化、工業(yè)化的關(guān)鍵因素[10]。

印度研究者V.Sivasubramanian和K.Haribabu采用逆三相流化床生物反應(yīng)器處理模擬廢水。反應(yīng)器是在直徑為10 cm、高180 cm、厚0.3 cm的圓柱形有機(jī)玻璃容器中進(jìn)行的，由液體分配、液體反應(yīng)和液體放瀉3部分組成。在流化床反應(yīng)區(qū)高度為80 cm、模擬廢水流速為10～80 mL/min、氣體濃度為2 g/L、氣體流速為0.00212 m/s、水力停留時(shí)間為40 h的情況下，廢水處理效果最佳，COD的去除率達(dá)到97.5%[11]。

2生物反應(yīng)器在市政污水處理中的應(yīng)用研究展望

雖然目前各種生物反應(yīng)器在實(shí)驗(yàn)室能夠很好地處理各種來源的污水，但是，應(yīng)用到實(shí)際中去處理市政污水，能耗大、系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定、壽命短、易造成污染等很多因素制約著生物反應(yīng)器的推廣。隨著我國工業(yè)的大力發(fā)展、人民生活水平的提高，市政污水的排放量逐步提高，迫切地需要高效、安全、合理、廉價(jià)的生物反應(yīng)器處理廢水技術(shù)。

因此，宜采用物理、化學(xué)方法預(yù)處理廢水，再用生物反應(yīng)器深度處理；也可以將不同生物反應(yīng)器組合聯(lián)用用于污水處理，這種組合工藝能有效地彌補(bǔ)單一反應(yīng)器的工藝單一、系統(tǒng)不穩(wěn)定、處理能力低、效果差等問題。由于市政污水具有成分復(fù)雜、變化大、廢水處理量大等特點(diǎn)，所以，真正適用于工業(yè)化規(guī)模的廢水處理生物反應(yīng)器技術(shù)研究任重而道遠(yuǎn)。

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（責(zé)任編輯：丁志祥）