淹没式生物膜法污水处理厂的设计及运行

王宝贞， 李高奇， 王 琳， 王 黛， 曹向东， 司朝晖?
（哈尔滨建筑大学 市政环境工程学院， 黑龙江 哈尔滨 150008）

　　摘　 要： 采用淹没式生物膜工艺的广东省番禺市祈福新村生活污水处 理厂,自1998年5月投产以来运行性能良好，在正常条件下出水水质BOD₅为0.7～1.5mg/L(平均1.1 mg/L),COD_Cr为8～20mg/L(平均13.6mg/L),TSS为19～30mg/L(平均25mg/L)，NH₃-N为0.17～0.25mg/L(平均0.2mg/L)，TP为0.7～1.4 mg/L (平均1.1mg/L)。由于在填料上附着生物膜的食物链长，致使曝气池出水SS＜30mg/L，在二沉池中几乎没有污泥沉淀，因而自投产至今1年多，污泥浓缩池和脱水机从未用过。
　　关键词： 淹没式生物膜法； 填料； 剩余污泥； 设计与运行
　　中图分类号：X505
　　文献标识码： A
　　文章编号：1000-4602(2000)03-0016-04

Design and Operation of Submerged Biofilm WWTP
WANG Bao?zhen, LI Gao?qi, WANG Lin, WANG Dai， CAO Xiang dong,? SI Zhao hui
(School of Munic. and Environ. Eng., Harbin Univ. of Civi l Eng. and Architec., Harbin 150008,China)

　　Abstract： This paper describes the design and operation of a wastewater trea tment plant in Clifford Villa, Panyu, Guangdong. The plant employing submerged b iofilm process achieved good performance under normal conditions in the first ye ar operation with effluent quality of BOD₅ 0.7～1.5 mg/L (1.1 mg/L in aver age); COD_Cr8～20 mg/L (13.6 mg/L in average); TSS19～30 mg/L (25mg/L in average); NH₃-N 0.17～0.25 mg/L (0.2 mg/L in average) and TP 0.7 ～1.4 mg/L (1.1 mg/L in average). Due to longer food chains of the biofilm attac hed on the carrier, SS in effluent from the aeration basin was lower than 30 mg/ L and there was no sludge settled in final settling tank. Therefore, the thicken er and dewatering device were never used since the plant was put into operation.
　　Keywords:submerged biofilm process; carrier; excess sludge; design and operation

　　淹没式生物膜法在80年代中期随着新型填料和载体的出现，被广泛用于处理生活污水、垃圾 渗滤液和工业废水，与常规活性污泥法相比，其曝气池的水力停留时间短，二沉池出水水质好，SS、BOD₅、NH₃-COD_Cr和NH₃-N的去除效率高，剩余污泥量相当少，这样就大大降低了处理、处置及运行维护的费用^[1、2]。?
　　祈福新村位于广东省番禺市郊，拥有40000人口，8000m³/d的污水处理厂1998年投入运行。

1 设计依据

1.1 水温及水质
　　 生活污水的温度冬季为12～15℃，夏季为23～26℃，其他季节为16～22℃，这样的水温条件十分适宜于细菌生长，并具有较高的代谢活性。?
　　根据在线自动取样设备全天4h一次的取样分析结果，采用如表1所示的设计参数。?

表1 污水水质和设计参数 参数 设计浓度（mg/L) 实际浓度（mg/L) CODcr 200 57-195(89) BOD5 100 29-80(43) TP 5 1.3-2.5(2.2) TKN 20 11.0-15.0(13) TSS 120 140-537(318) 注 括号的数据均为平均值。

　　 污水处理厂的出水水质要求达到广东省的出水标准(DB 4437—907)，如表2所示。?

表2 广东省出水水质设计标准 参数 出水浓度（mg/L) BOD5 ＜30 CODcr ＜120 SS ＜30 pH 6-9

1.2 工艺选择?
　　污水处理厂的污水性质和我国许多污水处理厂的情况类似，有机物浓度偏低，一般BOD₅＜100mg/L，而广东省有些污水厂更低，进水BOD₅通常在50～70 mg/L范围内^［3、4］。在这样低的有机负荷条件下常规活性污泥工艺很难正常运行，会出现活性污泥 负增长和污泥膨胀等问题，而用淹没式生物膜法处理低有机物浓度的污水则不会出现污泥膨 胀和泥/水分离困难等问题^［5］。基于祈福新村污水水质特点，在工艺设计上采用了淹没式生物膜法。?
1.3 处理流程
　　处理流程如图1所示。

　　各处理单元的设计参数如下：?
　　粗格栅：两套全自动pheonixpure型格栅除污机，栅条间距20mm。?
　　细格栅：两套全自动同上型号的细格栅除污机，栅条间距5mm。?
　　曝气沉砂池：两池并联，单池尺寸(L×B×H)为12.0m×1.4m×1.5m，装有移动式吸砂机和砂水分离设备。
?　淹没式生物膜曝气池：两个系列并联运行,每个系列三个廊道,设计尺寸(L×B× H)为40.0m×12.0m×4.7m，有效容积为2000m³，设计水力停留时间(HRT)为6h，在池底装有不锈钢管系统的穿孔管压缩空气扩散器。生物膜填料由合成丝制成(型号PWT-50)，该填料除了起挂膜作用外，还起到了水流均匀分布和在剪切力作用下将大气泡变成微气泡的扩散作用。?
　　二沉池：两个直径为18m的辐流式二沉池，沉淀区水深为3m，设计停留时间为2.3h。?
　　流量计量设备：装有Miltronics型敞口式超声波流量计的巴式计量堰。?
　　鼓风机：两台SSR150型鼓风机，空气流量为16m³/min，压力为49kPa，功率为30kW。?
　　污泥浓缩池：两个直径为6.0m的浓缩池，有效高度为4.0m，设计污泥停留时间为24h。?
　　污泥脱水：一套Teknofanghi型带式压滤机，带宽1.2 m，处理能力为产脱水污泥380 kg/d。

2 运行结果及讨论 ?

2.1 启动及运行条件
　　开始运行时，首先接种微生物，用原水注入曝气池，在没有出水的条件下静曝3d，当填料表面形成厚的生物膜后，曝气池开始连续进水和出水，初期按照设计推荐的气水比(6∶1)运行，但发现气水比太高导致曝气池壁和二沉池中藻类大量繁殖，因此将气水比调为2.5∶1。?
　　此外，进水实际流量仅为设计流量一半左右，为此污水在1个系列(4000m³/d)中处理。全年进水流量连续变化，其中20%进水流量＞3500m³/d，65%在2500～3500m³/d之间，15%为≤2500m³/d，这使得曝气池中的HRT高于设计标准的6h，同样在其他 处理单元中也有类似情况。
2.2 出水水质和去除率
　　BOD₅和NH₃-N的去除率相当高，分别为95.8%～98.6%(平均97.2%)和97.2%～98.8%(平均98.1%)，出水BOD₅在0.7～1.5 mg/L范围(平均1.1mg/L)，出水NH₃-N在0.17～0.25 mg/L范围(平均0.2mg/L)。
　　COD_Cr去除率在74.6%～90.5%之间，平均84.6%，出水COD_Cr为8～20mg/L(平均13.6mg/L)。TSS去除率在86.2%～96.8%之间，平均91.8%，出水TSS在19～30mg/L(平均25.2mg/L)。TP被部分去除，去除率在31.8%～58%(平均36%)，出水TP为0.7～1.4mg/L(平均1.1mg/L)，这主要是微生物代谢的作用。?
　　为了确定最佳气水比，根据运行要求对曝气量进行控制，当气水比为(2.5～3)∶1时，出水 BOD₅平均为1.33mg/L， BOD₅去除率超过97%；出水TSS平均为23mg/L，具有92%的去除率；出水 COD_Cr为16.5 mg/L，去除率为82%。当气水比 为2∶1时，上述参数没有太大的波动。?
　　当气水比为(2.5～3)∶1时，NH₃-N的去除率高达98%，出水NH₃-N的平均值为0.2mg/L。当气水比减少到2∶1时，NH₃-N去除率减少到76%，出水平均为3.10mg/L，这说明对于NH₃-N的去除，气水比起重要作用。
2.3 HRT 对去除效率的影响
　　根据污水在不同廊道中(HRT不同)有机物的去除率，HRT对有机物去除效率的影响如表3所示 。

表3 HRT对去除率的影响 HRT（h） 去除率（%） CODcr BOD₅ NH₃-N 2 81 94 96 4 83 97 97.6 6 85 97.3 98.5

　　由表3可见，有机物和NH₃-N主要在第一廊道中去除，这说明增加HRT对有机物和NH₃-N的去除没有太大的影响。
2.4 气水比对系统效能的影响
　　根据设计推荐的6∶1的气水比运行，引起了曝气池壁和二沉池中藻类过度繁殖，但当气水比 调整为 2∶1或更少时，在曝气池的前端有轻微的臭味。因此，最优的气水比控制在2.5∶1。在气水比为6∶1和2∶1时，曝气池中溶解氧的分布如表4所示。

表4 在不同廊道中DO随气水比的变化 气水比 溶解氧（mg/L) 进水 第1廊道 第2廊道 曝气池出水 二沉池出水 6:1 0.6 8.6 8.8 8.1 8.9 2:1 0.4 1.7 3.1 3.7 3.8

　　由表4可见，在气水比为6∶1时，溶解氧较高，出水水质较好，但当气水比减少到2∶1 时，尽管控制了藻类的过度繁殖，但在第一廊道的前部有恶臭气味，因此最佳气水比为2.5∶1或略高。?
2.5 无剩余污泥
　　该污水处理厂第一年运行中没有剩余污泥产生及排放，这主要是由于吸附生长的生物膜固定在载体填料上，并形成了由菌、藻、原生动物(如轮虫)及后生动物(如线虫)组成的较长的食物链，它们能维持生物膜的平衡。?
　　此外，在曝气池中微生物以生物膜的形式附着在载体上，这大大减少了曝气池出水中污泥的流失，出水中TSS＜30mg/L，而且在二沉池中沉淀的剩余污泥很少，以致污泥浓缩池、污泥脱水机和污泥排放系统从未用过。?
2.6 低能耗
　　由于脱水机不运行，无污泥回流系统，能耗只来自于鼓风机、除砂机、自动格栅除污机的运行。鼓风机的装机容量为30kW，每天运行6h；格栅的装机容量为1.5kW，每天运行时间为3h；除砂机的装机容量为2.15 kW,每天运行2h。该污水厂处理污水的能耗为0.05kW·h/m³，这远低于常规活性污泥系统的处理能耗(0.15～0.3kW·h/m³)。

3 结论

　　祈福新村污水处理厂采用淹没式生物膜法新工艺，第一年全年运行效果良好， BOD₅平均去除率为97.2%，COD_Cr为84.6%，NH₃-N为98.1%，TP为36%。在正常运行条件下，溶解氧 为3～5mg/L，气水比为2.5∶1，曝气池出水中 BOD₅平均为1.1mg/L、COD_Cr为13mg/L、TSS为25mg/L、NH₃-N为0.2mg/L、TP为1.1mg/L 。二沉池无剩余污泥排放，自投产以 来浓缩池及带式压滤机从未使用过，污水处理能耗为0.05kW·h/m³。

参考文献：
　　［1］LIU J X, WANG Baozhen. Removal of nitrogen and phosphorus using a new biofilm?activated sludge process, Appropriate Waste Technology?Wast e Stabilization Ponds［A］.Proceedings of Water Quality International’96［ C］.Sin gapore:1996.
　　［2］WANG Baozhen,LI Jun, WANG Lin. Mechanism of Phosphorus Removal by SBR Submerged Biofilm System［J］.Water research,1998,32(9):2633-2638.
　　［3］WANG Baozhen,LI Gaoqi,WANG Lin.Treatment of wastewater from a dye ?printing factory in China by a physicochemical?biological system［J］.Europea n Water Management,1998,1(1).?
　　［4］WANG Baozhen, LI Jun, WANG Lin ?et al?. A pilot scale study on t he treatment of high strength sanitary landfill leachate［J］.Journal of Europea n Water Pollution Control,1997,7(6):33-39.
　　［5］WANG Baozhen,YANG Q D, LIUR F et al?. A study on simultaneous o r ganic and nitrogen removal by extended aerated submerged biofilm process［J］.Wa ter Science and Technology,1991,24(5):197-213.

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作者简介：王宝贞(1932- ),男,山东青岛人,哈尔滨建筑大学教授,博士生导师,研究方向：水处理技术。
电　话：(0451)6282108(O) 2307127(H)?
收稿日期： 1999-11-19