多級(jí)生物膜污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李如海 朱慶芹 封旭佳 陳劍美

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

摘要：據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)2020年污水排放總量高達(dá)900億m，且每年呈現(xiàn)出持續(xù)性上漲的勢(shì)態(tài)，伴隨著淡水資源的過度消耗，需針對(duì)大體量的污水進(jìn)行凈化處理，應(yīng)用于市政、園林行業(yè)中，提高水資源的復(fù)用效果，契合到我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中。基于此，文章以多級(jí)生物膜污水處理為切入點(diǎn)，闡述多級(jí)生物膜污水處理技術(shù)原理，指出多級(jí)生物膜污水處理中存在的問題，并對(duì)多級(jí)生物膜污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：多級(jí)生物膜 ??污水處理 ??系統(tǒng)設(shè)計(jì) ?過濾池

中圖分類號(hào)：U664.9 2 ???文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ??文章編號(hào)：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多級(jí)生物膜污水處理技術(shù)原理

現(xiàn)有的市政污水處理模式是將城區(qū)內(nèi)所產(chǎn)生的污水進(jìn)行集中處理，使得生活污水、工業(yè)廢水等進(jìn)行融合，產(chǎn)生污染物種類繁多的問題，例如COD、BOD、N、P等。需要在實(shí)際處理過程中，針對(duì)不同污染物屬性與實(shí)際回用基準(zhǔn)，設(shè)定出相對(duì)應(yīng)的污水處理技術(shù)，保證從經(jīng)濟(jì)成本與技術(shù)成本兩方面，對(duì)水體污染起到全面凈化的效果。生物膜法污水處理手段在具體實(shí)踐過程中，是針對(duì)污水中的微生物進(jìn)行膜過濾與降解，因?yàn)樵谖鬯倪m宜生長(zhǎng)條件下，微生物本身所具備的適應(yīng)性功能可以精準(zhǔn)契合到污染水基底表面上。除此之外，細(xì)胞的多聚合功能，也可以令微生物之間產(chǎn)生富集現(xiàn)象，進(jìn)而形成具有纖維特征的物理結(jié)構(gòu)，此過程中利用生物膜的吸附功能則可以將污水中纖維狀污染體進(jìn)行處理，利用生物膜將污水與凈化后的水體進(jìn)行分割，有效杜絕微生物的再生問題，同時(shí)也可以為凈化水體提供一個(gè)定向的流通渠道。

2多級(jí)生物膜處理存在的問題

目前，基于生物膜而實(shí)現(xiàn)的水污染處理是整個(gè)水系統(tǒng)循環(huán)中的重要工序。從技術(shù)應(yīng)用角度來講，生物膜處理技術(shù)的濾水等級(jí)較高，且具有低成本、占地面積小的優(yōu)勢(shì)。多級(jí)生物膜技術(shù)的延伸手段較多，既可以搭載生物濾池實(shí)現(xiàn)大范圍的水體凈化，也可以在單獨(dú)的水體循環(huán)系統(tǒng)中進(jìn)行加設(shè)，提高實(shí)際處理精度。例如：生物濾池脫氮技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是利用水體進(jìn)行硝化作用，增強(qiáng)污水處理質(zhì)量。但是在實(shí)際應(yīng)用過程中，生物濾池的應(yīng)用也存在一定局限性，造成施工工藝以及技術(shù)無法達(dá)到預(yù)設(shè)指標(biāo)，產(chǎn)生資源浪費(fèi)或者是水體污染凈化不達(dá)標(biāo)的問題。

第一，由于生物濾池對(duì)生活污水進(jìn)水量的指標(biāo)需求較高，如果污水中存有較多的懸浮物，則將導(dǎo)致實(shí)際處理精度下降的問題。從現(xiàn)有的生物膜處理技術(shù)來講，大約在100 mg/L的SS含量作為生物濾池的一個(gè)極限點(diǎn)，如果超出此類指標(biāo)，則生物濾池的過濾效果將面臨著失效的問題。

第二，在對(duì)污水進(jìn)行處理時(shí)，生物濾池只是針對(duì)污水內(nèi)部微生物結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物，具有一定的去除效果，而相對(duì)于部分微量元素的雜質(zhì)問題則整體去除效果較低。例如：氮元素以及磷元素等，單純利用生物膜進(jìn)行處理，則無法達(dá)到廢水回用的基準(zhǔn)，需要在實(shí)際處理過程中，融合化學(xué)元素處理的各類藥劑，且藥劑不影響生物膜的過濾，才可以達(dá)到技術(shù)協(xié)調(diào)的作用，提高污水處理精度。

第三，生物濾池對(duì)污水內(nèi)部的氮元素進(jìn)行處理時(shí)，主要是通過硝化反應(yīng)，降解水體中的有害物質(zhì)，但是在實(shí)際反應(yīng)過程中，整個(gè)反應(yīng)原理需對(duì)水質(zhì)具有較高的需求，例如：水質(zhì)含碳量低于反應(yīng)基準(zhǔn)時(shí)，則硝化菌無法形成氮硝反應(yīng)，降低了后期二次反應(yīng)效率，增加消化池中的氮含量。對(duì)此，在實(shí)際脫氮過程中，必須針對(duì)整個(gè)污水中的雜質(zhì)含量情況，設(shè)定反硝化池并向污水中適當(dāng)添投碳源，保證凈化的持續(xù)性，但是此過程增加前期的污水凈化成本。

第四，生物濾池所占用的空間較小，固然可以節(jié)約資源，但是單結(jié)構(gòu)的特征將造成水流停留時(shí)間縮短的現(xiàn)象，與其他污水凈化處理相比，則將增加水量消耗，在大排量的污水處理時(shí)，將降低微生物的節(jié)流效果。

3生物膜法工藝改進(jìn)方案設(shè)計(jì)原則

在對(duì)多級(jí)生物膜污水處理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，此類工藝以及各類處理技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，必須確保對(duì)當(dāng)前污水區(qū)域形成高流速、高效率的處理，既需要從進(jìn)水水質(zhì)以及處理程度進(jìn)行改造，同時(shí)也需要針對(duì)整體排放量以及處理效率進(jìn)行基準(zhǔn)核定。與此同時(shí)，充分借鑒國(guó)內(nèi)外的技術(shù)以及經(jīng)驗(yàn)，確保工藝方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施，可以起到全域凈化的效果，降低實(shí)際運(yùn)行過程中的水體耗用成本，提高水體凈化質(zhì)量。此外，考慮到水體凈化過程中所產(chǎn)生的一些問題，將對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境造成氣體污染現(xiàn)象，則需要結(jié)合工藝方案中所呈現(xiàn)出的氣體排放問題進(jìn)行解決，降低水處理中的環(huán)境污染問題。在成本性方面，則需要兼具工藝設(shè)施的應(yīng)用可靠性以及經(jīng)濟(jì)成本耗損的節(jié)約性，確保污水達(dá)到回用指標(biāo)的前提下，盡可能地縮減前期成本投入，才可以保證每一項(xiàng)設(shè)計(jì)方案所具備的功能特征是符合當(dāng)前污水凈化訴求的。同時(shí)，應(yīng)對(duì)污水處理系統(tǒng)增加可拓展功能，其是針對(duì)污水處理中的多樣化問題進(jìn)行調(diào)整，以符合污水處理的持續(xù)性運(yùn)作訴求。

4多級(jí)生物膜污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

從功能角度來講，多層生物膜污水處理系統(tǒng)主要是針對(duì)污水中的各類影響因素進(jìn)行排除，確保處理后的污水達(dá)到二次回用基準(zhǔn)。該次設(shè)計(jì)主要是針對(duì)污水中所存在的TN以及TP有機(jī)物等進(jìn)行處理，重點(diǎn)考慮的是污水中脫氮除磷部分，確保后期污水處理過程的可靠性，增強(qiáng)系統(tǒng)的處理效率，為此，此類系統(tǒng)必須具有硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)功能。

通常來講，利用生物過濾池進(jìn)行處理時(shí)是需要在過濾池前方設(shè)定反硝化工藝，可以在污水處理中去除內(nèi)部的碳氮元素。但是從現(xiàn)有的市政生活污水來講，碳氮含量相對(duì)較低，如果仍然采用原有的反硝化系統(tǒng)，則將降低地污水處理精度。對(duì)此，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，可以將硝化與反硝化作用作為雙重過濾的一個(gè)反應(yīng)機(jī)體，確保在過濾池中進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，既可以通過生長(zhǎng)環(huán)境的抑制作用達(dá)到精度化過濾的效果，同時(shí)也可以創(chuàng)設(shè)出一個(gè)具有良好反映環(huán)境的試用區(qū)，保證各類工藝實(shí)現(xiàn)可以達(dá)到實(shí)際反應(yīng)機(jī)制，逐步規(guī)避反應(yīng)過程中的問題。

對(duì)此，該文在設(shè)定多級(jí)生物的反應(yīng)系統(tǒng)，實(shí)則應(yīng)以前置反硝化生物濾池+曝氣生物濾池+后置反硝化生物濾池的三級(jí)生物濾池工藝。

4.1生化處理單元

生化處理單元中反硝化生物濾池的設(shè)定，提高前期的過濾效率，降低成本消耗，通過反硝化作用可以將污水中存在的BOD進(jìn)行部分與處理，同時(shí)保證在生物濾池中判斷元素的含有量。在后期充氧過程中，則可以通過硝化液回流，確保反硝化反應(yīng)中對(duì)于碳源的消耗是以污水為準(zhǔn)，而不是以后續(xù)添加的碳源為主。當(dāng)污水中的碳源消耗完畢時(shí)，則可以通過輔助碳源的形式，確保反硝化反應(yīng)的持續(xù)性推進(jìn)。設(shè)置曝氣生物濾池，污水進(jìn)行曝氣處理以及硝化反應(yīng)，原出水中的NH3-N平均值為4.35?mg/L，31天的水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)中，NH3-N低于5?mg/ L的有18天，最高時(shí)為9.5?mg/ L。NH3-N去除率最高時(shí)為97%，最低時(shí)為51%，平均時(shí)為74%，數(shù)據(jù)說明對(duì)污水的硝化效果是很好的。此外，生物濾池的曝氣環(huán)節(jié)可以將已經(jīng)反應(yīng)后的消化液進(jìn)行回流處理，并直接推送到反硝化濾池內(nèi)部，循環(huán)式的碳源供應(yīng)不僅可以提高污水的二次復(fù)用能力，還可以降低成本損耗，提高污水污染指標(biāo)的去除效率。

4.2深度處理單元

從原有的污水處理角度來講，為了節(jié)約成本損耗，一般采用高密度沉淀池對(duì)污水進(jìn)行預(yù)處理，降低內(nèi)部的TP含量。但是此類沉淀池缺少絮凝工序，在一定程度上降低TP的去除效果，需要在二級(jí)處理工序中進(jìn)行投藥除磷，此過程極大增加了成本的損耗負(fù)擔(dān)。深度處理單元的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)是搭載的多級(jí)生物膜過濾系統(tǒng)，在不同環(huán)節(jié)內(nèi)實(shí)現(xiàn)分化式處理，通過工序與工序之間的銜接處進(jìn)行優(yōu)化，有效保證污水中的TP物質(zhì)被有效提出。同時(shí)，在多級(jí)濾池的分端過濾下，還可以增強(qiáng)污水的處理效率，提高污水的排放指標(biāo)。從實(shí)際運(yùn)行角度來講，此類處理工序的實(shí)現(xiàn)主要是針對(duì)纖維轉(zhuǎn)盤濾池結(jié)構(gòu)進(jìn)行特殊性的優(yōu)化，以磁分離技術(shù)來替代傳統(tǒng)的律師結(jié)構(gòu)，不僅可以簡(jiǎn)化地沉淀工序，同時(shí)也可以對(duì)污水內(nèi)部的TP與SS進(jìn)行單獨(dú)處理此類深度處理機(jī)制，能使整個(gè)過濾系統(tǒng)在運(yùn)行過程中不會(huì)產(chǎn)生堵塞問題，極大增加出水效果。

4.3消毒處理單元

污水中所含有的微生物一般附著在懸浮顆粒中，單純地依靠傳統(tǒng)污水處理，僅能對(duì)部分微生物起到剔除的效果，其并沒有深層次的解決水體污染問題。特別是在夏季來臨時(shí)，區(qū)域內(nèi)溫度的升高，將加大污水中微生物病菌的增長(zhǎng)效率。這就需要在過濾工序中單獨(dú)填設(shè)外消毒池，此類工序增加了成本耗用。消毒處理單元的應(yīng)用則是在原有的工藝上進(jìn)行深度改進(jìn)，例如：在處理單元中增加沉淀池，此類工藝可以有效抑制污水內(nèi)部藻類增生的問題，也可以通過外消毒對(duì)水體進(jìn)行持續(xù)性的消毒處理，不僅在處理單元方面解決了水體滯留時(shí)間過長(zhǎng)的現(xiàn)象，同時(shí)也可以持續(xù)性降低水體內(nèi)部微生物的污染問題。

5結(jié)語

綜上所述，基于多級(jí)生物膜實(shí)現(xiàn)污水處理，極大增強(qiáng)了污水處理效率，且通過不同污水處理工藝的整合，提高了污水處理工序的銜接性，增加了污水的回用效率。為此，在后期發(fā)展過程中，必須加強(qiáng)對(duì)生物膜處理技術(shù)的研發(fā)，結(jié)合污水產(chǎn)生特性，打造出大體量的處理系統(tǒng)。同時(shí)，政府部門應(yīng)制定規(guī)章制度，輔助污水管理，從源頭降低污水的產(chǎn)生量，提高頂層與底層的對(duì)接性，踐行可持續(xù)發(fā)展理念、節(jié)能環(huán)保理念。

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作者簡(jiǎn)介：李如海（1988—），男，本科，研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化、工業(yè)控制、MES制造執(zhí)行系統(tǒng)、環(huán)保設(shè)備、污水處理。?????????朱慶芹（1987—），女，碩士，講師，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)、智能制造、故障檢測(cè)、診斷、污水處理。

封旭佳（1992—），女，碩士，講師，研究方向?yàn)榻饘俨牧媳砻娓男浴?/p>