我國(guó)南方城市人均生活用水量大，加之南方城市雨水較多，以及排水系統(tǒng)多為合流制，使得城市污水濃度較低。工程實(shí)踐證明，活性污泥法不適宜處理低濃度城市污水，生物膜法卻對(duì)此類污水有很好的處理效果。本研究在生物濾池和生物接觸氧化工藝的基礎(chǔ)上研究開發(fā)出一種特殊結(jié)構(gòu)的復(fù)合生物膜反應(yīng)器，采用該復(fù)合生物膜反應(yīng)器處理低濃度的城鎮(zhèn)生活污水，并對(duì)其運(yùn)行效果進(jìn)行了探討。

一、材料與方法

    復(fù)合生物膜反應(yīng)器如圖1 所示。復(fù)合生物膜反應(yīng)器采用雙套筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)筒填充半軟性懸掛填料，外筒填充立體球狀填料，兼具生物接觸氧化池和生物過(guò)濾池的功能。外筒壁上開有通風(fēng)口，在外筒填料層內(nèi)形成較強(qiáng)的抽風(fēng)狀態(tài)。主要參數(shù)為：外筒：高度為5．5 m，直徑為2．8 m，高徑比約為2 ∶ 1。有效水深為4．8 m，有效容積為30．0 m3，水力停留時(shí)間為1．5 h；內(nèi)筒：直徑為1．8 m，內(nèi)筒底端與外筒底端的距離為0．3 m，內(nèi)筒頂端與外筒頂端的距離為0．3 m，內(nèi)筒半軟性填料上部穩(wěn)定水層深0．5 m，配水區(qū)高度為0．8 m，填料層高度為3．5 m，體積為21．2 m3，填料充填率為70．6％。試驗(yàn)設(shè)計(jì)污水處理能力為20 m3/h。

CODCr的平均質(zhì)量濃度為85 mg/L 左右，NH3-N 的平均質(zhì)量濃度為9.5 mg/L，TP 的平均質(zhì)量濃度為0.86 mg/L。

二、試驗(yàn)原理

     由于城鎮(zhèn)生活污水往往存在污水中各組分比例不協(xié)調(diào)的問(wèn)題，特別是NH3-N 濃度比較高而CODCr濃度不足［4］，導(dǎo)致脫氮比較困難，因此本試驗(yàn)所采用的復(fù)合生物膜反應(yīng)器在其外筒添加了2 層立體球狀生物填料，通過(guò)增大底部的通風(fēng)口和適當(dāng)降低外筒超高的方式，使得外筒同時(shí)具有良好的通風(fēng)和采光條件，在其上形成以藍(lán)細(xì)菌等微藻類為主的生物膜，通過(guò)藍(lán)細(xì)菌等微藻類生物的同化作用［5-7］去除污水中的NH3-N，同時(shí)進(jìn)一步去除CODCr等污染物。在氣溫比較高的情況下，外筒內(nèi)、外的水溫和氣溫的溫差比較大（試驗(yàn)運(yùn)行期間，白天氣溫平均為27 ℃，水溫平均為18 ℃），可以利用比較強(qiáng)的自然對(duì)流［8］為系統(tǒng)供氧，起到降低能耗的作用；在氣溫比較低的情況下，外筒內(nèi)、外的水溫和氣溫的溫差比較小，導(dǎo)致自然對(duì)流不足，采用曝氣機(jī)曝氣可以保障系統(tǒng)的充氧需要，使得系統(tǒng)在低溫下也可以穩(wěn)定運(yùn)行。

三、分析方法

CODCr采用重鉻酸鉀法；NH3-N 采用紫外分光光度法；TP 采用鉬銻抗分光光度法。

四、結(jié)果與討論

1、對(duì)CODCr的去除效果，系統(tǒng)對(duì)CODCr的去除效果如圖2 所示。

系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行期間，CODCr容積負(fù)荷為1．1 kg／（m3·d），進(jìn)水CODCr的平均質(zhì)量濃度為85 mg/L，系統(tǒng)出水CODCr的質(zhì)量濃度維持在20 mg/L，平均去除率為76．5％。復(fù)合生物膜反應(yīng)器采用多層的彈性生物填料和立體球狀濾料，這些填料上的微生物通過(guò)降解、吸附和攔截等作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)CODCr的穩(wěn)定去除。

圖2 系統(tǒng)對(duì)CODCr的去除效果

2、對(duì)NH3-N 的去除效果，系統(tǒng)對(duì)NH3-N 的去除效果如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)對(duì)NH3-N 的去除效果

穩(wěn)定運(yùn)行期間，系統(tǒng)的進(jìn)水NH3-N 的平均質(zhì)量濃度為9．5 mg/L，出水NH3-N 的平均質(zhì)量濃度為4．6 mg/L，平均去除率為51．6％。復(fù)合生物膜反應(yīng)器外筒中的填料在足夠的通風(fēng)和采光條件下，可以為藍(lán)細(xì)菌等微藻類創(chuàng)造出良好的生長(zhǎng)環(huán)境，而藍(lán)細(xì)菌等微藻類的氮元素的含量可以達(dá)到自身干重的30％左右［9］，遠(yuǎn)超一般微生物5％的含量，因此，可以通過(guò)藍(lán)細(xì)菌等微藻類自身的生物同化作用去除污水中的氨氮。

3、對(duì)TP 的去除效果，系統(tǒng)對(duì)TP 的去除效果如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)對(duì)TP 的去除效果

從圖4 可以看出，穩(wěn)定運(yùn)行期間系統(tǒng)進(jìn)水TP的平均質(zhì)量濃度為0．86 mg/L，出水TP 的平均質(zhì)量濃度為0．41 mg/L，系統(tǒng)對(duì)TP 的平均去除率為52．3％。雖然復(fù)合生物膜反應(yīng)器和其它的生物膜反應(yīng)器一樣，通過(guò)排泥實(shí)現(xiàn)生物除磷，但是在處理低濃度生活污水時(shí)，由于進(jìn)水TP 負(fù)荷比較低，依舊可以通過(guò)填料上微生物的同化作用［10］實(shí)現(xiàn)污水中TP 的去除，并獲得較為良好的效果。

五、經(jīng)濟(jì)效益分析

與傳統(tǒng)活性污泥工藝相比，復(fù)合生物膜反應(yīng)器具有占地面積小、處理效率高的優(yōu)點(diǎn)，投資和運(yùn)行費(fèi)用較低，處理每噸水耗電0．16 kW·h，電費(fèi)按0．6元／kW·h 計(jì)算，處理每噸水電費(fèi)為0．1 元，與傳統(tǒng)活性污泥工藝相比，電費(fèi)下降了大約50％。

（1）復(fù)合生物膜反應(yīng)器對(duì)于低濃度的工業(yè)廠區(qū)生活污水有著較好的去除效果，對(duì)CODCr的平均去除率為76．5％，對(duì)NH3-N 的平均去除率為51．6％，對(duì)TP 的平均去除率為52．3％。

（2）復(fù)合生物膜反應(yīng)器兼具生物接觸氧化池和生物濾池的作用，在曝氣裝置的推動(dòng)作用下，污水在內(nèi)筒和外筒之間形成環(huán)流，依次經(jīng)過(guò)生物接觸氧化和生物過(guò)濾，處理效果因此得以提高。

（3）由于復(fù)合生物膜反應(yīng)器的水力停留時(shí)間較短并具有較大的高徑比，因此，占地面積比較小，基建費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用都比較低，經(jīng)濟(jì)效益明顯。