生物轉(zhuǎn)盤法在處理工業(yè)污水的探究

生物轉(zhuǎn)盤法在處理工業(yè)污水的探究姓名:李翔摘要生物轉(zhuǎn)盤是污水處理的一種有效手段。從生物轉(zhuǎn)盤的基本特性和處理原理出發(fā)，對不同的生物轉(zhuǎn)盤類型進(jìn)行比較，討論了生物轉(zhuǎn)盤的應(yīng)用進(jìn)展、在實(shí)際應(yīng)用中的影響因素等問題，并在此基礎(chǔ)上對生物轉(zhuǎn)盤的改進(jìn)措施及研究前景進(jìn)了展望。關(guān)鍵詞生物轉(zhuǎn)盤生活污水工業(yè)廢水AbstractRBCisoneoftheeffectiveactorsinwastewatertreatment．Basedonthefundamentalcharacteristicsandtreatmentprinciple0fRBC，differenttypes0fRBCarec0qPared，pn3blems，such柏theapplicationprogress0fRBCandtheaffectingfactorsinpracticalapplication，arediscussed，someimprovementsareraisedandatlastthefutureresearchisprospected.KeywordsRBC(RotatingBiologicalContactor)domesticsewageindustrialwastewater前言：隨著城市化進(jìn)程的加快和城鎮(zhèn)工業(yè)的不斷增長，工業(yè)污水已成為水環(huán)境的重要污染源，日益加劇我國湖泊的富營養(yǎng)化和水環(huán)境的惡化，直接威脅著人民群眾的飲用水安全和城市經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。生物膜技術(shù)是近年發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，利用現(xiàn)代生物工程技術(shù)形成生物膜投放到被污染的水體中，對富營養(yǎng)元素進(jìn)行分解轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)凈水目的[1]。1．生物轉(zhuǎn)盤法的特點(diǎn)：目前我國城市污水處理率僅為２０％，大量城市生活污水未能實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。國內(nèi)企業(yè)處理工業(yè)污水通常用活性淤泥法，主要包括Ａ／Ｏ法、Ａ２／Ｏ法、氧化溝法、ＳＢＲ法等，但存在成本高、處理不徹底和容易造成對環(huán)境的“二次污染”問題，既不經(jīng)濟(jì)，處理效果也不理想。

生物法中的生物轉(zhuǎn)盤法可以很好的解決這些問題。當(dāng)前生物轉(zhuǎn)盤處理技術(shù)已被公認(rèn)為是一種凈化效果好、能源消耗低的生物處理技術(shù)[2]。1.1生物轉(zhuǎn)盤法的原理：生物膜是高度親水的物質(zhì)，在廢水不斷在其表面更新的條件下，在其外側(cè)總是存在著一層附著水層。生物膜又是微生物高度密集的物質(zhì)，在膜的表面和一定深度的內(nèi)部生長繁殖著大量的各種類型的微生物和微型動(dòng)物，并形成有機(jī)污染物-細(xì)菌-原生動(dòng)物的食物鏈[3]生物轉(zhuǎn)盤工藝是生物膜法污水生物處理技術(shù)的一種，是污水灌溉和土地處理的人工強(qiáng)化[3]。轉(zhuǎn)盤表面覆有空氣罩，從曝氣管中釋放出的壓縮空氣驅(qū)動(dòng)空氣罩使轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)轉(zhuǎn)盤離開污水時(shí)，轉(zhuǎn)盤表面上形成一層薄薄的水層，水層也從空氣中吸收溶解氧。生物膜的厚度約為0.5～2.0nm，隨著膜的增厚，內(nèi)層的微生物呈厭氧狀態(tài)，當(dāng)其失去活性時(shí)則使生物膜自盤面脫落，并隨同出水流至二次沉淀池。1.2生物轉(zhuǎn)盤的結(jié)構(gòu)：生物轉(zhuǎn)盤由接觸反應(yīng)槽、填料、轉(zhuǎn)軸、空氣罩等組成。一般填料為蜂窩狀塑料，由鋼結(jié)構(gòu)支撐，中心貫以轉(zhuǎn)軸,轉(zhuǎn)軸兩端安放在半圓形接觸反應(yīng)槽(即氧化槽)的支座上，如圖1、圖2和圖3。微生物生長并形成一層生物膜附著在盤片表面，約40%～45%的盤面（轉(zhuǎn)軸以下的部分）浸沒在廢水中，上半部敞露在大氣中[4]。工作時(shí)廢水流過水槽，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤，生物膜和大氣與廢水輪替接觸，浸沒時(shí)吸附廢水中的有機(jī)物，敞露時(shí)吸收大氣中的氧氣。圖1圖2圖32.生物轉(zhuǎn)盤的優(yōu)缺點(diǎn)：2.1優(yōu)點(diǎn)：與傳統(tǒng)活性淤泥法相比，生物膜技術(shù)用于城市污水處理具有明顯優(yōu)點(diǎn)[5]：①、管理方便,無活性污泥膨脹及泡沫現(xiàn)象,無污泥回流系統(tǒng),生產(chǎn)上易于控制;②、結(jié)構(gòu)簡單,無通風(fēng)回流和曝氣設(shè)備.③、投資省。目前國內(nèi)的城市污水處理廠基礎(chǔ)建設(shè)投資大，需要大量機(jī)械設(shè)備、管網(wǎng)和其他工程設(shè)施，投資成本在１０００元/噸左右；而應(yīng)用生物膜技術(shù)投資設(shè)備少，占地小，處理每噸污水不到５００元，相比節(jié)約成本５０％以上。

④、運(yùn)行費(fèi)用低。目前國內(nèi)城市污水處理廠運(yùn)行成本在每天處理每噸污水０.５元至０.８元之間；而應(yīng)用生物膜技術(shù)處理污水每天每噸只需０.２元左右。

⑤、淤泥少，沒有“二次污染”。傳統(tǒng)的活性淤泥法處理城市污水，常由于大量淤泥的堆放造成對環(huán)境的“二次污染”；而制成生物膜的微生物菌一旦把污水凈化后，便會(huì)由于缺乏“營養(yǎng)”而自動(dòng)消亡，不會(huì)造成“二次污染”。

⑥、效率高。由于生物膜比表面積大，微生物菌密度高，每克制劑的微生物菌含量達(dá)５０－２００億個(gè)，大大高于淤泥中的自然微生物活性成份，同時(shí)還可以多次投放，方便快捷，處理效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的活性淤泥法。⑦、適合城市生活小區(qū)等小規(guī)模、有機(jī)負(fù)荷不高的污水處理。由于投資省，運(yùn)行費(fèi)用低，并可節(jié)省管網(wǎng)建設(shè)成本，應(yīng)用生物膜技術(shù)處理城市生活小區(qū)等城市污水具有活性淤泥法不可比擬的優(yōu)勢。

⑧、污泥齡長，在轉(zhuǎn)盤上能夠生長世代時(shí)間長的微生物，如硝化菌，因此具有硝化、反硝化的功能，采取適當(dāng)措施，可用以除磷；缺點(diǎn)：但它也有自己的缺點(diǎn):①適用于小水量和低濃度污水;②在北方寒冷地區(qū)，生物轉(zhuǎn)盤宜建于室內(nèi)，限制了在寒冷地區(qū)建設(shè)大規(guī)模生物轉(zhuǎn)盤污水處理廠[6].3.生物轉(zhuǎn)盤的應(yīng)用：生物轉(zhuǎn)盤用于廢水的脫氮除磷，Weng[7]、Torpey[8]等采用多級(jí)生物轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)對合成廢水及城市污水中的碳、氮去除進(jìn)行了研究，而碳氮比對系統(tǒng)處理效果的影響也已見報(bào)道[9]。起初，生物轉(zhuǎn)盤脫氮工藝中反硝化過程靠缺氧部分的加入來完成，其可放在好氧的前或后，若在好氧之后，反硝化過程則需補(bǔ)加碳源[10]；若在之前，則不需外加碳源[11]。后來，研究發(fā)現(xiàn)硝化、反硝化過程可在同一反應(yīng)器內(nèi)同時(shí)完成，Watanabe[12]、Gupta[13]等采用單級(jí)和多級(jí)生物轉(zhuǎn)盤進(jìn)行了這類研究。3.1生物轉(zhuǎn)盤的流程：以淮陰市北京新村污水處理廠為例，該廠日處理能力40000噸，其處理工藝流程如下：本流程中氣動(dòng)生物轉(zhuǎn)盤采用直徑3m高效轉(zhuǎn)盤32臺(tái)，每臺(tái)轉(zhuǎn)盤填料折表面積1500m2。每四臺(tái)轉(zhuǎn)盤設(shè)在鋼筋混凝土接觸反應(yīng)槽中，槽直徑3.5米，供氣由鼓風(fēng)機(jī)房送出，鼓風(fēng)機(jī)房裝有三臺(tái)LG300×400-1羅茨鼓風(fēng)機(jī)，每臺(tái)風(fēng)機(jī)配用電機(jī)功率15KW，設(shè)計(jì)二用一備，實(shí)際只開一臺(tái)風(fēng)機(jī)。全部生物盤設(shè)在室內(nèi)，起保溫作用。轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)速度每分鐘2轉(zhuǎn)，接觸氧化槽內(nèi)溶解氧濃度大于2mg/L，容積面積比8L/m2。設(shè)計(jì)水力負(fù)荷86L/m2.d，BOD面積負(fù)荷9g/m2.d。3.2生物轉(zhuǎn)盤的運(yùn)行：生物轉(zhuǎn)盤的技術(shù)管理有日常水質(zhì)分析及轉(zhuǎn)盤的養(yǎng)護(hù)維修工作，分析項(xiàng)目有PH、水溫、COD、BOD、NH3-N、SS等，觀察轉(zhuǎn)盤盤面生物膜與出流水中的生物相和生物負(fù)荷[14]。3.2.1、掛膜情況11月份運(yùn)行，當(dāng)時(shí)平均室溫11℃，水溫13℃，經(jīng)過1個(gè)月時(shí)間，生物膜生長良好，出水水質(zhì)穩(wěn)定。轉(zhuǎn)盤生物膜形態(tài)如表1：表1輕盤級(jí)數(shù)一二三四生物膜厚度（mmm）4321.5生物膜顏色灰淺褐黃黃氧化槽內(nèi)污水顏色色褐黃淺黃微清轉(zhuǎn)速（r/minn）22223.2.2、處理效果

（1）低負(fù)荷時(shí)

當(dāng)日處理量為2000噸時(shí)，轉(zhuǎn)盤水力負(fù)荷為41.7L/m2·d，BOD面積負(fù)荷為4.1g/m2·d，末級(jí)轉(zhuǎn)盤出水DO濃度大于4.5mg/L，處理效果如表2：表2BOD5（mg//L)SS（mg/L）COD（mg/LL）高值低值平均高值低值平均高值低值平均進(jìn)水227.2120.38140.59214.1250.96122.06450.4525.14364.16出水19.835.1310.6129.038.0214.3260.710.6720.71去除率（%）91.374.892.586.484.388.686.657.694.3（2）滿負(fù)荷時(shí)

當(dāng)日處理量為3900噸時(shí)，轉(zhuǎn)盤水力負(fù)荷為81.2L/m2.d，BOD面積負(fù)荷為7.7g/mm2.d，末級(jí)轉(zhuǎn)盤出水DO值大于2mg/L，處理效果如下表3:表3BOD5（mg//L)SS（mg/L）COD（mg/LL）高值低值平均高值低值平均高值低值平均進(jìn)水183.1526.83135.61196.1742.34119.14364.5234.58298.43出水28.175.7125.2740.137.0620.5450.2516.5240.52去除率（%）84.678.781.479.583.382.886.252.286.由于滿負(fù)荷時(shí)，只開一臺(tái)風(fēng)機(jī)，供氣量偏低，處理效果有所下降，但出廠水質(zhì)已達(dá)到GB8979--1996規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.3、與傳統(tǒng)工藝比較（1）處理效果

以無錫蘆村污水處理廠為例進(jìn)行比較，蘆村廠采用傳統(tǒng)曝氣法，日處理能力5萬噸。94年處理水量1778萬噸，進(jìn)、出廠水質(zhì)情況如下表4：表4BOD5（mg//L)SS（mg/L)COD(mg/LL)進(jìn)水253.57222.88340.75出水10.6723.8123.38去除度（%）94.2889.3292.33與生物轉(zhuǎn)盤法處理效果相比，二者處理效果相差不大?？梢钥闯觯捎蒙镛D(zhuǎn)盤法的北京新村污水處理廠能耗最低，平均只有傳統(tǒng)活性泥法的一半。

（2）能耗:將幾座采用傳統(tǒng)活性污泥法的城市污水處理廠的能耗與淮陰市北京新村污水處理廠的能耗比較如下表5：表5廠名工藝處理能力（萬噸//日）94年處理水量（萬噸噸）耗電量（萬度）噸水耗電量（度//噸）無錫蘆村污水處理理廠傳統(tǒng)活性污泥法51778.00286.270.16蘇州城西污水處理理廠同上1.25391.17116.870.30蘇州城南污水處理理廠同上0.5114.9323.100.21蘇州城東污水處理理廠同上2.5775.26106.470.14淮陰北京新村污水水廠氣動(dòng)生物盤法0.4140.1515.240.11（3）投資:現(xiàn)將上述幾座城市污水處理廠的工程的造價(jià)列表如表6：表6廠名處理能力（萬噸//日）建設(shè)年月總造價(jià)（萬元）噸處理能力造價(jià)（萬/噸）無錫蘆村污水處理理廠51998.86753.01350.6蘇州城西污水處理理廠1.251981.91300.91040.7蘇州城南污水處理理廠0.51984.3114.8229.6蘇州城東污水處理理廠2.51988.101081.4432.6淮阻北亦新村污水水廠0.41986.7300.0750.0(備注：無錫蘆村廠還包括另有5萬噸的一級(jí)處理投資)氣動(dòng)生動(dòng)轉(zhuǎn)盤法處理工藝與普通生物轉(zhuǎn)盤法相比，少了污泥回流系統(tǒng)，卻多了昂貴的生物轉(zhuǎn)盤，因而造價(jià)應(yīng)該是比較高的。

(4)運(yùn)行管理

氣動(dòng)生物轉(zhuǎn)盤法運(yùn)行管理簡單，生動(dòng)膜微生物吸附在轉(zhuǎn)盤填料上，與傳統(tǒng)活性污泥法相比，不需要污泥回流，即使在缺氧條件下，產(chǎn)生絲狀菌，也不會(huì)產(chǎn)生污泥膨脹。如需停止運(yùn)行一段時(shí)間，重新運(yùn)行，處理效果很快得到恢復(fù)。在訊期，由于管網(wǎng)分流不完善，進(jìn)水BOD5小于40mg／L時(shí)，仍能進(jìn)行處理，這是傳統(tǒng)活性污泥法無法企及的。

在正常負(fù)荷下，只要初沉池、二沉池每天排泥一到兩次，生物轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速維持在每分鐘2轉(zhuǎn)左右，出廠水質(zhì)都能達(dá)標(biāo)。

4、存在問題①轉(zhuǎn)盤支撐填料的鋼結(jié)構(gòu)骨架長期在污水中浸泡，腐蝕嚴(yán)重，2—3年需進(jìn)行一次油漆，油漆一次要拆境料、空氣罩等，工作量很大；采用不銹鋼骨架，每臺(tái)轉(zhuǎn)盤的成本增至10多萬元，一次投資太大。轉(zhuǎn)盤填料以及環(huán)氧玻璃鋼制成的空氣罩使用壽命不會(huì)超過10年，需要研制替代材料。

②風(fēng)量調(diào)節(jié)、小區(qū)的污水量時(shí)變化系數(shù)較大，在泵房停止供水時(shí)，為了維持氣動(dòng)生物轉(zhuǎn)盤微生物的活性，羅茨鼓風(fēng)機(jī)仍需照常運(yùn)轉(zhuǎn)供氣，造成電能的嚴(yán)重浪費(fèi)。如安裝變頻調(diào)速裝置，必要時(shí)降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，減少供氣量，無疑對進(jìn)一步降低能耗是非常有意義的。

③因無變頻調(diào)速裝置，在停止供水時(shí)風(fēng)機(jī)也停止運(yùn)行數(shù)小時(shí)，重新啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤，原來浸在水中的部位的膜變黑且重，致使轉(zhuǎn)盤運(yùn)轉(zhuǎn)速度不均勻，均重時(shí)則不能運(yùn)轉(zhuǎn)，尤其是首級(jí)轉(zhuǎn)盤。解決問題的有效措施是給風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速。5、結(jié)論：（1）氣動(dòng)生物轉(zhuǎn)盤處理工藝運(yùn)行可靠，管理簡便，無需污泥回流，無污泥膨脹之虞。（2）氣動(dòng)生物轉(zhuǎn)盤法較傳統(tǒng)活性污泥法節(jié)能近1／2，從而大大降低了日常運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。（3）氣動(dòng)生物轉(zhuǎn)盤法處理效果與傳統(tǒng)活性污泥法相近，但當(dāng)供氣量不足時(shí)，處理效果有所降低。

（4）氣動(dòng)生物轉(zhuǎn)盤的材質(zhì)是該工藝推廣的關(guān)鍵因素，該工藝的造價(jià)也較傳統(tǒng)活性污泥法偏高。參考資料：1.鄭俊吳浩濘程寒飛曝氣生物濾池污水處理新技術(shù)及工程實(shí)例化學(xué)工業(yè)出版社2002.3：12.張自杰排水工程下冊（第四版）中國建設(shè)工業(yè)出版社2007.12：2233.買文寧生物化工廢水處理技術(shù)及工程實(shí)例化學(xué)工業(yè)出版社2002.3：454.柏景方污水處理技術(shù)哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社2006.5：3475.馮敏現(xiàn)代水處理技術(shù)化學(xué)工業(yè)出版社2006.1：1046.南國英張志國給水排水工程專業(yè)工藝設(shè)計(jì)化學(xué)工業(yè)出版社2004.3：2567.TaitSJ，F(xiàn)riedmanAA．Anaerobicrotatingbiologicalcontactorforcarhonaceouswastewaters[J]．JWPCF，1980，52：2257—22698.KHAhn。JSChang．PerformanceevaluationofcompactRBC—sehingtanksystem[J]．watSciTech，1991，23：1467—14769.WengCN，MolofAH．Nitrific