天津市自然科學基金資助項目
朱文亭 劉云奎 閻海英 (天津大學環境工程系)
叢廣志 (大連大窯灣水質凈化廠)

　　該工藝的典型代表是生物轉盤，其生物載體由一片片圓盤狀平板組成。近年來，它的形狀由平板發展到波紋板、網板、蜂窩管、轉籠式、轉鼓式等多種形式。
　　該系統的基本原理是：微生物附著生長在載體表面上，載體在外力驅動下在氧化槽內不斷轉動，從而使載體上的微生物與污水和空氣不斷接觸，達到凈化污水的目的。
　　近年來國內外科技工作者圍繞進一步降低能耗、提高效率這一中心，針對RBC系統存在的問題，對它進行完善改進，取得了很大進展。但是，這些改進都是在動力供給、與其它設施相組合、載體材料及形狀幾個方面上作文章。筆者認為有必要從轉盤體本身的運轉方式上著眼，提出一種新的生物轉盤運行方式--回轉升降生物接觸工藝。工藝實驗裝置如圖1。

　　本裝置改變了傳統轉盤繞軸作圓周運動的運轉方式，在氧化槽頂部設置一套驅動系統，由電動機帶動驅動輪轉動。驅動輪上掛有鏈條，在鏈條之間、垂直方向上按等距離放置串有轉盤體的橫軸。上部驅動輪轉動時，在鏈條的帶動下，一串串轉盤作上下等速回轉運動。

1 工藝和特點

　?、?每個轉盤及轉盤上各部分的線速度均一，盤面上各點的傳質效率、氧傳遞效果及生物膜更新速度均衡。?
　?、?由于運轉方式的改變，氧化槽水深不再受轉盤直徑制約。?
　?、?轉盤面積不變的情況下，由于轉體由數組小盤組合而成，單個轉盤尺寸可以減小。

2 主要工藝參數分析

2.1 轉速和線速度
　　生物轉盤需要有一定的轉速。Hartman的報告指出，基質去除率隨轉速的0.1次方增大而增大^［1］。轉速高可以加劇液體的攪動，充氧條件好，由于轉盤的轉動，在生物膜與污水間形成紊流。因此，生物膜與污水接觸較為充分，有機物分解效率高。同時可防止進水短路和生物膜碎片下沉。通常在半徑一定的情況下，線速度與轉速成正比，由于轉速提高而外緣線速度過高(通常最大線速為20 m/min)，致使轉盤外圍生物膜由于受到過大的水力剪切而脫落嚴重，但是盤中心處的生物膜受剪切力很小而厚度過大，膜內層往往呈厭氧狀態。這樣整個轉盤生物膜生長嚴重不均勻，內外緣生物膜質量差，起作用不太大，浪費了轉盤面積。改進后的生物轉盤(如圖1)轉動時，盤片上各點線速度均一(因為大部分時間整個盤體作上下直線運動)，生物膜生長狀況處于一個工況點，可大大改善生物膜質量和質量傳遞效應。
　　新的運行方式使得轉盤線速度均一，并可按實際需要調節到一定的數值，盤上各點可達到同樣高的線速度，此時，曝氣區攜帶的液體在生物膜上所形成的滯液層厚度加大，因為液膜傳質系數K_m=D_sδ₁/2，所以液膜和主體液一樣，傳質速率增大^［2］。盡管線速度增大時，會減少通過曝氣區的基質降解，但是曝氣區每單位時間去除的基質質量仍稍有增加，因此，線速度的增大有利于浸水區和曝氣區總的基質去除^［1］。
　　因為整個轉盤的線速度達到同樣高的數值，所以可近似認為生物膜表面的溶解性有機物濃度與液體主體相等，使得膜表面始終處于F/M值較高的狀態，微生物處于快速生長期，甚至對數生長期，所以表層微生物活性相當高，此時的生物膜不會過厚呈厭氧狀態^［3］。Douglas B.Spengel綜合考慮到有機物和氧濃度對基質去除率的影響，推出如下公式：

　　Rs=ds/dt=(μ_maxX_sA/Yδ_B)·(S/(K_s+S))·(S_o/K_so+S_o)
　　式中　A --- 表面積，m²?
　　　　　S --- 基質濃度，mg/L
　　　　　t --- 時間，d
　　　　　Y --- 產率系數，g生物/g基質
　　　　　R_s --- 基質去除率，mg/(L·d)
　　　　　X_a --- 微生物濃度，g/m²
　　　　　S_o --- 氧濃度，mg/L
　　　　　δ_B --- 附著生物膜厚度，m
　　　　　μ_max --- 生物最大比增長速率，d^-1?
　　　　　K_s、K_so --- 基質和氧半飽和常數，mg/L
　　上式中，X_a應當是異養菌或自養菌濃度，實際中很難測定，所以該式準確性也只能取決于二者的比例在盤上各點的一致性^[2]。本裝置好氧、活性高的生物膜的X_a值大，生物膜在較高的線速度下δ_B較小，所以有利于R_s的提高。
2.2 生物膜
　　通常RBC系統水力停留時間短，氧化槽內懸浮生物量對基質的去除可忽略，對大多數BOD的去除作用應歸功于附著生物膜^［4］?。對于本裝置以各個盤體為對象，通過以上分析可知，生物膜的厚度、密度及生物相在各點可達到比較一致，這樣，建模時所受的限制條件大大減少，所建立的機理模式更能符合實際。多種微生物對基質的競爭導致了微生物的密度分布、空隙結構和擴散能力在空間上的不連續性和分層布局^［6］，而生物膜的結構也會大大影響基質的去除率^［5］。對于本裝置，均一的線速度和均一的水質可使生物膜處于同一外界條件，這種情況對于研究生物膜結構對去除率的影響會是一個有益的啟示。
2.3 溶解氧
　　好氧生物轉盤的溶解氧供給能力是評價轉盤設計及運轉性能的主要標志。溶解氧含量隨轉速的增大而提高，在一定范圍內，提高溶解氧對處理效果有明顯影響；但達到一定濃度以后，對去除率的提高所起的作用就不大了。溶解氧達到2 mg/L，去除有機物可達到最好效果^［2］。本裝置由于各轉盤的線速度相同，通過調節可望達到統一的最佳充氧效果。由于氧化槽深度加大，充氧性能必須著重考慮，如果單從這一方面著手，可以提高驅動輪的高度，增大圓盤數，在不改變浸濕面積的條件下，轉盤暴露于空氣中的時間增加，即吸氧時間增加。因此，通過以上或其它的調節方法，會改善氧化槽深度加大以后的充氧條件。?

參考文獻

　　1 ［美］小萊斯利·格雷迪 C P，亨利，利姆 C. 廢水生物處理理論及應用
　　2 Biokinetic modeling and scale up considerations for rotating biological contactors.Water Environment Research,1992；164(3),223～235?
　　3 Liquid film diffusion reaction rate in submerged biofilters.Water Research,1995;129(3)
　　4 Ramalh R S. Introduction to Wastewater Treatment Processes.2nd ed ?
　　5 Brower Jennifer B,Barford Carol C，Hao Oliver J.Biological fixed－film systems.Water Environment Research,1996;168(4)?
　　6 增田純雄等. 關于生物轉盤附著生物膜內細菌分布及作用的研究

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作者通訊處：300072 天津大學建工學院環境工程系96研 劉云奎
(收稿日期 1998-08-10)