許澤美
(北京中聯水工業工程咨詢公司) 生物膜法60年代末期開始出現，在工業廢水處理方面曾研究了高負荷生物濾池、塔式生物濾池等，后來則主要研究了接觸氧化法，并在紡織、印染、化纖等行業廢水中廣泛應用。接觸氧化工藝由于缺乏經久耐用和價格低廉的填料、大型池的均勻布水布氣尚有困難等原因，在市政污水處理上特別是在大中型污水處理廠中沒有得到應用。80年代中期在研究A/O、AA/O、AB法、SBR工藝、新型氧化溝等懸浮生長工藝技術的同時，也開展了高負荷生物濾池/固體接觸(TF/SC)和生物曝氣濾池(BAF)等附著生長技術方面的試驗研究。研究結果表明生物膜法在市政污水處理方面前景良好。 1 高負荷生物濾池/固體接觸(TF/SC)工藝 高負荷生物濾池/固體接觸(TF/SC)是美國在80年代初根據其城市污水處理廠70%為高負荷生物濾池，其出水達不到提高后的出水水質標準而開發出來的新工藝。我國于1990年由中國市政工程西北設計研究院和蘭州鐵道學院合作進行試驗室、中間試驗和工程生產試驗，獲得了完整的設計參數。國內設計公司據此成果進行了兩座污水量為10×104m3/d規模處理廠設計建設。TF/SC的典型工藝流程如圖1。? 
生物濾池可以是卵石填料高負荷生物濾池，也可以是塑料填料的深式或塔式濾池。TF/SC工藝中生物濾池系按不完全處理設計，采用了較一般高負荷生物濾池還要高的負荷，美國采用的負荷為0.4～1.4 kgBOD5/(m3·d)(填料體積)，最終出水BOD5可達10 mg/L以下。我國的研究結果是卵石填料的負荷在3.5 kgBOD5/(m3·d)時最終出水BOD５可在30 mg/L以下。生物濾池設計的BOD５去除率以50%左右較為經濟，其主要功能是去除溶解性BOD５和將大分子等難降解的物質降解為易降解物質。在我國采用卵石填料比較經濟，因塑料填料的價格要高20倍以上。
固體接觸池是TF/SC工藝高效的關鍵之一，它是將回流污泥與生物濾池出水混合曝氣，進行生物絮凝和生物吸附，將廢水中細小顆粒和凝聚性差的生物膜絮凝成易于沉淀的絮體，同時吸附和降解污水中的有機污染物，因而污水在固體接觸池中的停留時間一般都較短(美國典型TF/SC處理廠最短的僅2.0min，一般為30min左右)，我國設計的停留時間較長，多在45min左右，因濾池負荷較美國高。固體接觸池的污泥負荷比一般活性污泥法高1倍，若出水BOD５要求低于30mg/L，污泥負荷為0.4～0.8kgBOD５/(kgMLSS·d)。
絮凝沉淀池與一般二沉池最大的不同之處是設有進水絮凝區，借助于外力進行再絮凝。它是根據生物可以再絮凝原理設計的，從而較大幅度提高了表面負荷并使細小不易絮凝沉淀的生物膜得以去除，出水懸浮物可達10mg/L。
從以上TF/SC工藝的單元特性討論中說明了TF/SC工藝具有以下優點：?
①出水水質好。美國的數處工程實例和我國示范工程都說明出水懸浮物和BOD５均可達到10mg/L以下。一般活性污泥法出水懸浮物和BOD５達到20 mg/L已是高水準，尤其是懸浮物達到20 mg/L以下是很困難的。所以，有人稱之為“二級處理工藝，三級出水標準”。
②TF/SC的工藝單元--生物濾池、固體接觸池和絮凝沉淀池均是高效設施，負荷高、停留時間短，因而工程造價低，運行能耗少。研究結果說明TF/SC工藝污水處理廠工程總投資和運行費用均較傳統活性污泥法低約20%(未包括污泥處理，TF/SC工藝污泥量少1/4)。美國Corvallis市政污水處理廠(Oregon州)改造為TF/SC工藝后，節約用電20%，鼓風機所需動力由186.4kW降至44.7kW，尤為重要的是污泥量減少了24%，大幅度減少了污泥處理費用。
③具有生物膜法的特點，耐沖擊、運行穩定、操作比較簡單。 2 生物曝氣濾池 生物曝氣濾池(BAF)70年代末起源于歐洲大陸，在90年代初已發展成法國、英國、奧地利和澳大利亞等國設備制造公司的技術和設備產品。使用BAF的污水處理廠規模也已擴大到8.0×104m3/d。同時發展為可以脫氮除磷的工藝。
采用生物曝氣濾池的市政污水處理廠流程有兩類，見圖2。? 
BAF的構造基本上與污水三級處理的濾池相同，只是濾料不同，BAF一般用單一均粒濾料，其構造見圖3。
BAF有兩種運行方式，一種是從池上進水，水流與空氣逆向運行，稱之為逆向流或向下流。另一種是池底進水，與空氣流同向運行，即同向流或向上流。同向流負荷高，出水水質略差，必須設二沉池。而逆向流在流速較小時，可不設二沉池。 
國內主要是研究逆向流BAF，國外廠商提供的工藝設備也主要是逆向流。中國市政工程西北設計研究院和蘭州鐵道學院合作研究提出的工藝設計參數見表1。 表1 BAF工藝設計參數| 處理程度 | 容積負荷[kgBOD5(m3.d)] | 水力停留時間（h） | 設計出水水質（mg/L） | | BOD5去除90% | 0.7～2.8 | 1～2 | BOD5≤20
SS≤20 | | 硝化（90%以上） | 0.5～2.0 | 2～3 | BOD5≤20
SS≤20
NH3-N≤5
TKN≤10 | 表1中的進水濃度為一般城市的市政污水濃度,BOD5為150～200mg/L。所列設計參數為BAF流程1的參數，即采用此參數可不設二沉池。
表1清楚說明BAF是高效處理設施，其容積負荷高出一般活性污泥法1～2倍，出水可以完全滿足“污水綜合排放標準”二級標準。BAF的空氣量僅為一般活性污泥法的1/2，其水氣比為1∶2～1∶3，運行能耗較低。
BAF前可設置有填料的厭氧濾池而形成AA/O工藝膜法，也可在BAF流程2中二沉池前投加鐵鹽絮凝劑成為除磷脫氮工藝。 3 生物膜法與傳統活性污泥法比較 現將生物膜法與活性污泥法的兩類代表工藝比較列于表2。?
表2說明膜法的負荷均遠高于活性污泥法，因而工程總造價也要低很多，TF/SC工藝研究專題依托工程的經濟分析說明TF/SC工藝的總造價比標準活性污泥法低20%。另外近年來我國所設計的兩個10×10４m3/d規模的市政污水處理廠均采用TF/SC工藝，其處理1.0 m3污水的工程造價一項為900元，另一項為1 015元(工程包括污泥消化與污泥處理)。由于這項工程利用了有利地形，其電耗分別為0.1 kW·h/m3水和0.05 kW·h/m3水(完全自流無須提升)。一般傳統活性污泥法的工程總造價為1 200～1500元/m3水，運行電耗超過0.2 kW·h/m3水?。 表2 膜法與傳統活性污泥法比較| 工藝 | 構筑物負荷 | | 初沉池表面負荷[m3/(m2.h)] | 生物處理構筑物容積負荷[kgBOD5/(m3.d)] | 二沉池表面負荷[m3/(m2.h)] | 總去除率（%） | | 標準活性污泥法污泥法 | | 1.5 | 0.6245 | 1.0 | 90 | | 階段曝氣 | 1.5 | 0.8 | 1.0 | 85～90 | | TF/SC | 1.5 | 2.78 | 1.5 | 90 | | BAF | 1.5 | 1.25 | 無 | 90 | 4 生物膜法在我國城市污水處理中的前景 生物膜法在我國城市污水處理中應用的前景是十分廣闊的，將會與活性污泥法一樣成為城市污水處理廠的主要工藝。
我國城市污水處理廠現僅160座，污水處理率也僅為10%，需要建設大量的城市污水處理廠，但我國城市建設資金遠不能滿足這方面的需求。解決資金的途徑，一條是拓寬資金來源；另一條是采用新的技術降低工程造價節約資金。上述兩生物膜法工藝顯然是可以較大幅度降低工程造價的新技術，因而也正是城市污水處理所需要的技術。 5 物膜法需要研究改進的技術問題 生物膜法從開始研究至今不足20年，在我國研究的時間更短，還不到10年，建設的工程也很少，因而必然存在許多需要改進的地方，需主要研究的內容如下：
①不論是TF/SC工藝還是BAF技術，工藝的理論研究還很不夠，如果在理論研究上有所發展，必然會極大地推 動生物膜法的發展。?
②需要研究工藝設計的優化，如TF/SC工藝各單元處理程度的優化、BAF工藝投配負荷與反沖洗關系的優化 等。
③需要研究TF/SC和BAF適用的輕質高強、價廉、使用壽命長的濾池濾料，這是兩種工藝的關鍵問題。?
④BAF存在一個大型濾池的均勻布水布氣問題，它既關系其工程造價，也關系此技術的適用規模。?
⑤隨著對環境質量要求的提高，污水脫氮除磷也一定會在我國得到加強。TF/SC和BAF工藝的脫氮除磷技術在 國外已有一些技術方案和成功的流程，但在我國還未很好地開展這方面的研究，需要規劃安排和加強工作。
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