生物轉(zhuǎn)盤工藝在農(nóng)村污水處理中的應(yīng)用研究

高 峰，李 明

（德州市環(huán)境保護(hù)局，山東 德州 253000）

改革開放以來，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，居民生活水平不斷提高，人們對(duì)居住環(huán)境的要求也越來越高。水環(huán)境污染問題不僅制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，還嚴(yán)重影響居民的生活質(zhì)量。隨著十九大的召開，全面建成小康社會(huì)的步伐進(jìn)一步加快，解決好農(nóng)村人居環(huán)境問題、對(duì)農(nóng)村污水進(jìn)行處理是全面建成小康社會(huì)的一項(xiàng)重要任務(wù)。

我國(guó)廣大城市都基本建有完善的管網(wǎng)系統(tǒng)、成熟的集中污水處理系統(tǒng)，城市污水處理已經(jīng)解決，城市人居環(huán)境問題也逐年變好。相比之下，農(nóng)村污水處理率遠(yuǎn)不及城市污水處理率，農(nóng)村污水處理項(xiàng)目作為中央資金重點(diǎn)支持的項(xiàng)目類型，近幾年來也取得了顯著的成果。2006年，我國(guó)的農(nóng)村污水處理率僅為1%，2010年增長(zhǎng)至6%，2014年增長(zhǎng)至9.98%。截止2014年，我國(guó)約有4 000個(gè)村鎮(zhèn)建有農(nóng)村污水處理設(shè)施，農(nóng)村污水處理能力達(dá)2 400萬(wàn)t。生物轉(zhuǎn)盤工藝是一種常見的農(nóng)村污水處理工藝，在農(nóng)村污水處理中顯示出獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，本文重點(diǎn)介紹了生物轉(zhuǎn)盤工藝的基本原理、工藝特征及其在農(nóng)村污水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀。

1 原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1.1 原理

生物轉(zhuǎn)盤工藝概念誕生于20世紀(jì)20年代的德國(guó)，憑借凈化效果優(yōu)良、能耗低等特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛應(yīng)用[1]。生物轉(zhuǎn)盤工藝的凈化機(jī)理主要是利用轉(zhuǎn)盤上的微生物的新陳代謝活動(dòng)，生物轉(zhuǎn)盤通常被排列成一個(gè)系列，通過驅(qū)動(dòng)裝置推動(dòng)轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)。生物轉(zhuǎn)盤在旋轉(zhuǎn)的過程中促使污水與轉(zhuǎn)盤發(fā)生接觸，污水中的污染物會(huì)進(jìn)入附著在轉(zhuǎn)盤中的生物膜上。

生物膜在轉(zhuǎn)盤的不斷循環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)中逐漸成熟，生物膜中的微生物種群會(huì)越來越豐富，微生物系統(tǒng)的生態(tài)穩(wěn)定性增強(qiáng)，生物膜降解污水中污染物的功能逐步發(fā)揮出來。當(dāng)轉(zhuǎn)盤離開接觸槽，生物膜與空氣接觸，大氣中的氧氣在生物膜中附著的水層與外界環(huán)境之間發(fā)生傳質(zhì)作用。生物膜從外到里依次形成好氧膜、兼性膜、厭氧膜。生物膜能夠?qū)崿F(xiàn)有機(jī)污染物的去除，在厭氧與好氧交替的環(huán)境中還能夠?qū)崿F(xiàn)硝化、脫氮除磷的功能。

1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

生物轉(zhuǎn)盤工藝有盤片、接觸反應(yīng)槽、轉(zhuǎn)軸以及驅(qū)動(dòng)裝置組成，也被稱為盤式表面生物膜反應(yīng)器[2]。

1.2.1 盤片

盤片是生物轉(zhuǎn)盤工藝的主要部件，盤片具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度大、易掛膜等特點(diǎn)；盤片的形式多種多樣，通常有網(wǎng)孔板、波紋板[3]；盤片的比表面積通常為150～250 m2/cm3，在較低的水力停留時(shí)間下具有較高的去除效率。

1.2.2 接觸反應(yīng)槽

接觸反應(yīng)槽的作用主要是容納污水，為盤片上的微生物提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)微生物的新陳代謝，降解污染物；接觸反應(yīng)槽的外形應(yīng)該與盤片的形狀相吻合。

1.2.3 轉(zhuǎn)軸

轉(zhuǎn)軸是連接盤片與驅(qū)動(dòng)裝置的重要部件，轉(zhuǎn)軸安裝在接觸反應(yīng)槽的兩端支座上。在設(shè)計(jì)中時(shí)應(yīng)當(dāng)注意，轉(zhuǎn)軸要位于液面的上方，這樣能夠避免轉(zhuǎn)軸的銹蝕。

1.2.4 驅(qū)動(dòng)裝置

驅(qū)動(dòng)裝置是生物裝盤系統(tǒng)動(dòng)力的源泉，主要由減速裝置、傳動(dòng)裝置與動(dòng)力設(shè)備組成。

2 基本特征

生物轉(zhuǎn)盤工藝是活性污泥法物與生物膜法的有機(jī)結(jié)合，既具有活性污泥法的特點(diǎn)，又具有生物膜法的特點(diǎn)。

2.1 微生物濃度高

盤片上的微生物是固著生長(zhǎng)的，具有很高的生物量，其生物量轉(zhuǎn)換成MLVSS高達(dá)50 000～60 000 mg/L。由于具有很高的生物量濃度，所以生物轉(zhuǎn)盤系統(tǒng)具有很高的污染物去除率。

2.2 生物相分級(jí)

生物相分級(jí)可以分為橫向分級(jí)與豎向分級(jí)兩種情況。橫向分級(jí)指的是每級(jí)串聯(lián)系統(tǒng)中微生物的分級(jí)，每級(jí)生物轉(zhuǎn)盤中都有適應(yīng)本段污水水質(zhì)的生物相；豎向分級(jí)指的是，生物盤片上從外到里的微生物相分級(jí)，依次為好氧微生物、兼性微生物、厭氧微生物。

2.3 污泥齡長(zhǎng)

在生物轉(zhuǎn)盤上生長(zhǎng)著世代周期很長(zhǎng)的微生物，因此生物盤工藝具有脫氮除磷的功能。

2.4 耐沖擊負(fù)荷較高

由于生物盤上的微生物量非常大，食物鏈較復(fù)雜，因此生物盤工藝具有很高的抗沖擊負(fù)荷能力。

2.5 能耗低

無需設(shè)計(jì)污泥回流系統(tǒng)，接觸反應(yīng)槽不需要曝氣裝置，與傳統(tǒng)的活性法相比，生物轉(zhuǎn)盤工藝具有能耗低的特點(diǎn)。

3 生物轉(zhuǎn)盤工藝在農(nóng)村污水處理中的應(yīng)用

我國(guó)幅員遼闊，各地區(qū)之間的發(fā)展水平差異較大，農(nóng)村污水排放特征直接與當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展水平相關(guān)。同一地區(qū)的農(nóng)村污水具有明顯的排放規(guī)律、水質(zhì)成分簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，不同地區(qū)的農(nóng)村污水又具有水質(zhì)成分多樣、污水物理性質(zhì)隨地理位置的差異大等特點(diǎn)。因此，尋求一種工程造價(jià)低、管理方便、適應(yīng)性強(qiáng)、處理效率高的農(nóng)村污水處理工藝尤為關(guān)鍵。實(shí)踐證明，生物轉(zhuǎn)盤工藝具有管理簡(jiǎn)單、處理效率高、能耗低、投資少等特點(diǎn)，能夠滿足農(nóng)村污水處理的基本要求[4]。

韋真周等設(shè)計(jì)了一套規(guī)模為1 500 m3/d的生物轉(zhuǎn)盤工藝用于處理小城鎮(zhèn)生活污水，工藝流程為：進(jìn)水→粗格柵→進(jìn)水泵房→細(xì)格柵→旋流沉砂池→調(diào)節(jié)池→生物轉(zhuǎn)盤→二沉池→紫外線消毒→出水[5]。其中，生物轉(zhuǎn)盤工藝中產(chǎn)生的剩余污泥回流至粗格柵前。由表1工藝的進(jìn)出水水質(zhì)可以看出，系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行后對(duì)化學(xué)需氧量（COD）、固體懸浮物（SS）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）的去除率分別高達(dá)86%、95%、85%、78%，出水水質(zhì)較好，達(dá)到城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002）中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。本工程具有能耗低、易于維護(hù)管理、產(chǎn)生剩余污泥量少、無二次污染等特點(diǎn)，同時(shí)在常年的運(yùn)行管理中也存在轉(zhuǎn)盤材質(zhì)易被腐蝕老化、受季節(jié)性影響較大等缺點(diǎn)。通過經(jīng)濟(jì)效益分析可知，該工程能夠達(dá)到節(jié)能減排的效果，取得良好的環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益，總運(yùn)行費(fèi)用為0.79 元/m3。

表1 工藝進(jìn)出水水質(zhì)

SW一體化污水處理技術(shù)是一種以生物轉(zhuǎn)盤為核心的高效污水處理技術(shù)，該技術(shù)主要是在借鑒國(guó)外相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上開發(fā)的[6]。昆山市錦溪鎮(zhèn)約有30個(gè)村鎮(zhèn)設(shè)有農(nóng)村污水處理系統(tǒng)，其中多半村鎮(zhèn)的生活污水處理采用調(diào)節(jié)池-SW一體化污水處理裝置-人工濕地組合工藝。該工藝后置的人工濕地技術(shù)是該市農(nóng)村污水處理的一大特色，人工濕地的設(shè)置保證了污水處理達(dá)標(biāo)的穩(wěn)定性。項(xiàng)目運(yùn)行后，經(jīng)濟(jì)效益較好，其中電費(fèi)0.48元/m3、藥劑費(fèi)0.1元/m3、人工管理費(fèi)0.33元/m3，工程的總直接費(fèi)用為0.91元/m3。該工藝的日常維護(hù)工作非常簡(jiǎn)單，運(yùn)行效果穩(wěn)定，出水指標(biāo)達(dá)到該市環(huán)境保護(hù)局的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)國(guó)內(nèi)已經(jīng)建成的村鎮(zhèn)污水處理廠實(shí)際工程案例進(jìn)行分析可知，為達(dá)到村鎮(zhèn)水處理廠常規(guī)要求的1級(jí)B出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，保證總氮的達(dá)標(biāo)排放，人們通常需要增設(shè)污水深度處理工藝與回流設(shè)施。這使得工藝過于復(fù)雜，基建投資、運(yùn)行費(fèi)用較高，后期管理變?yōu)楦訌?fù)雜化?；赧纬热酸槼Ｒ姷霓r(nóng)村污水處理工藝難以達(dá)到TN的排放要求設(shè)計(jì)了一種新型生物轉(zhuǎn)盤，與常規(guī)的生物轉(zhuǎn)盤工藝不同的是，該工藝設(shè)計(jì)了二沉池消化液和污泥回流提升系統(tǒng)，從而提升系統(tǒng)的脫氮效率[7]。連續(xù)運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)的出水SS維持在20 mg/L以下，當(dāng)污泥體積回流比分別為0%、100%、200%時(shí)，隨著回流比的增加，SS的去除效率升高；當(dāng)回流比增至300%時(shí)，SS的去除效率反而降低?；亓鞅葘?duì)COD的去除效果的影響不明顯，均能達(dá)到（GB18918－2002）中要求的一級(jí)B出水標(biāo)準(zhǔn)；回流對(duì)系統(tǒng)氨氮的去除影響不大，當(dāng)有回流時(shí)，系統(tǒng)出水中的總氮在7～15 mg/L，對(duì)總氮的去除率高達(dá)80%。

4 結(jié)論

隨著全面建成小康社會(huì)進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)，農(nóng)村環(huán)境治理被提上日程。解決好農(nóng)村農(nóng)業(yè)污染防治問題，是保證農(nóng)村居民人居環(huán)境優(yōu)美、生態(tài)環(huán)境良好的關(guān)鍵。我國(guó)的現(xiàn)代化建設(shè)具有特殊性，污水處理一直集中在城市地區(qū)，而廣大農(nóng)村的農(nóng)村生活污水處理研究起步較晚，主要是借鑒外國(guó)先進(jìn)的農(nóng)村污水處理技術(shù)。人們應(yīng)根據(jù)我國(guó)農(nóng)村實(shí)際情況，選擇低成本、管理方便、綠色環(huán)保的污水處理系統(tǒng)。由于我國(guó)地區(qū)經(jīng)濟(jì)差異的特殊性和南北氣候差異性，人們應(yīng)該根據(jù)我國(guó)的實(shí)際國(guó)情選擇合適的農(nóng)村污水處理技術(shù)。我國(guó)今后的生物轉(zhuǎn)盤工藝研究應(yīng)從以下兩個(gè)方面進(jìn)行：針對(duì)不同地區(qū)農(nóng)村生活污水排放規(guī)模不同，南北氣溫差距大等，開展生物轉(zhuǎn)盤工藝適應(yīng)性研究；研發(fā)抗老化、耐腐蝕的新型轉(zhuǎn)盤材料。

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