美麗鄉(xiāng)村一體化生活污水處理設(shè)施
生物膜法是與活性污泥法并列的一類廢水好氧生物處理技術(shù)，是一種固定膜法，是生物凈化過(guò)程的人工化和強(qiáng)化，主要去除廢水中溶解性的和膠體狀的有機(jī)污染物。
生物膜法污水處理技術(shù)主要是利用附著生長(zhǎng)于某些固體物表面的微生物(即生物膜)進(jìn)行有機(jī)污水處理。生物膜是由高度密集的好氧菌、厭氧菌、兼性菌、真菌、原生動(dòng)物以及藻類等組成的生態(tài)系統(tǒng)，其附著的固體介質(zhì)稱為濾料或載體。生物膜自濾料向外可分為厭氣層、好氣層、附著水層、運(yùn)動(dòng)水層。
技術(shù)原理
生物膜法凈化污水機(jī)理是：
(1)依靠固定于載體表面上的微生物膜來(lái)降解有機(jī)物，由于微生物細(xì)胞幾乎能在水環(huán)境中的任何適宜的載體表面牢固地附著、生長(zhǎng)和繁殖，由細(xì)胞內(nèi)向外伸展的胞外多聚物使微生物細(xì)胞形成纖維狀的纏結(jié)結(jié)構(gòu)，因此生物膜通常具有孔狀結(jié)構(gòu)，并具有很強(qiáng)的吸附性能。
(2)生物膜附著在載體的表面，是高度親水的物質(zhì)，在污水不斷流動(dòng)的條件下，其外側(cè)總是存在著一層附著水層。生物膜又是微生物高度密集的物質(zhì)，在膜的表面上和一側(cè)深度的內(nèi)部生長(zhǎng)繁殖著大量的微生物及微型動(dòng)物，形成由有機(jī)污染物→細(xì)菌→原生動(dòng)物(后生動(dòng)物)組成的食物鏈。生物膜是由細(xì)菌、真菌、藻類、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物和其他一些肉眼可見的生物群落組成。其中細(xì)菌一般有：假單苞菌屬、芽苞菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬和動(dòng)膠菌屬以及球衣菌屬，原生動(dòng)物多為鐘蟲、獨(dú)縮蟲、等枝蟲、蓋纖蟲等。后生動(dòng)物只有在溶解氧非常充足的條件下才出現(xiàn)，且主要為線蟲。污水在流過(guò)載體表面時(shí)，污水中的有機(jī)污染物被生物膜中的微生物吸附，并通過(guò)氧向生物膜內(nèi)部擴(kuò)散，在膜中發(fā)生生物氧化等作用，從而完成對(duì)有機(jī)物的降解。生物膜表層生長(zhǎng)的是好氧和兼氧微生物，而在生物膜的內(nèi)層微生物則往往處于厭氧狀態(tài)，當(dāng)生物膜逐漸增厚，厭氧層的厚度超過(guò)好氧層時(shí)，會(huì)導(dǎo)致生物膜的脫落，而新的生物膜又會(huì)在載體表面重新生成，通過(guò)生物膜的周期更新，以維持生物膜反應(yīng)器的正常運(yùn)行。
(3)生物膜法通過(guò)將微生物細(xì)胞固定于反應(yīng)器內(nèi)的載體上，實(shí)現(xiàn)了微生物停留時(shí)間和水力停留時(shí)間的分離，載體填料的存在，對(duì)水流起到強(qiáng)制紊動(dòng)的作用，同時(shí)可促進(jìn)水中污染物質(zhì)與微生物細(xì)胞的充分接觸，從實(shí)質(zhì)上強(qiáng)化了傳質(zhì)過(guò)程。生物膜法克服了活性污泥法中易出現(xiàn)的污泥膨脹和污泥上浮等問(wèn)題，在許多情況下不僅能代替活性污泥法用于城市污水的二級(jí)生物處理，而且還具有運(yùn)行穩(wěn)定、抗沖擊負(fù)荷強(qiáng)、更為經(jīng)濟(jì)節(jié)能、具有一定的硝化反硝化功能、可實(shí)現(xiàn)封閉運(yùn)轉(zhuǎn)防止臭味等優(yōu)點(diǎn)。
技術(shù)特點(diǎn)
生物膜法具有以下特點(diǎn)：
(1)對(duì)水量、水質(zhì)、水溫變動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)；
(2)處理效果好并具良好硝化功能；
(3)污泥量小(約為活性污泥法的3/4)且易于固液分離；
(4)處理效率高、耐沖擊負(fù)荷性能好；
(5)占地面積少、動(dòng)力費(fèi)用省、便于運(yùn)行管理等優(yōu)點(diǎn)。
常規(guī)處理技術(shù)包括一級(jí)處理、二級(jí)處理和二級(jí)強(qiáng)化處理。
1、一級(jí)處理
是以去除水中呈懸浮狀態(tài)的固體污染物質(zhì)為主的處理過(guò)程，一般采用物理處理方法，主要處理單元包含格柵、沉砂池、初沉池。
（1）（適用范圍）一級(jí)處理宜作為二級(jí)處理的預(yù)處理步驟。
（2）（技術(shù)特點(diǎn)）去除SS為主，可部分去除生化需氧量（BOD5）。
（3）（運(yùn)行參數(shù)）格柵：過(guò)柵流速宜采用0.6-1.0m/s；平流沉砂池：流速宜為0.15-0.3m/s，zui高時(shí)流量時(shí)停留時(shí)間不小于30s；曝氣沉砂池：水平流速宜為0.1m/s，zui高流量時(shí)停留時(shí)間應(yīng)大于2min，處理每立方米污水的曝氣量宜為0.1-0.2m3；旋流沉砂池：zui高流量時(shí)停留時(shí)間不應(yīng)小于30s，水力表面負(fù)荷宜為150-200m3/(m2•h)；初沉池：水力表面負(fù)荷宜為1.5-4.5m3/(m2•h)。
（4）（處理效果）正常運(yùn)行條件下，以生活污水為主的城鎮(zhèn)污水經(jīng)過(guò)一級(jí)處理后，BOD5可去除30%左右，SS可去除50%左右。
二級(jí)處理
以去除懸浮態(tài)和溶解態(tài)有機(jī)污染物為主要目的生物處理技術(shù)，包括普通活性污泥法、吸附再生法、生物接觸氧化法等。
（1）（適用范圍）適用于對(duì)營(yíng)養(yǎng)鹽去除要求不高的城鎮(zhèn)污水再生處理。
（2）（技術(shù)特點(diǎn)）可有效去除BOD5、SS和氨氮。
（3）（運(yùn)行參數(shù)）BOD5污泥負(fù)荷（Ls）宜為0.2-0.5kgBOD5/(kgMLSS•d)，污泥回流比宜為25-100%。
（4）（處理效果）正常運(yùn)行條件下，城鎮(zhèn)污水經(jīng)過(guò)二級(jí)處理后出水水質(zhì)可達(dá)到：CODCr<60mg/L，BOD5<20mg/L，SS<20mg/L，氨氮<15mg/L，總氮<50mg/L，總磷<5mg/L。
美麗鄉(xiāng)村一體化生活污水處理設(shè)施活性污泥法是利用好氧微生物與污水混合并曝氣，利用微生物將污水中的有機(jī)污染物分解，利用生物絮凝體膠團(tuán)對(duì)無(wú)機(jī)、有機(jī)污染物進(jìn)行吸附，從而將污染物從被處理水體中分離，達(dá)到進(jìn)行污水凈化處理的目的。傳統(tǒng)活性污泥法凈化水體，主要建立沉淀池、曝氣池、濃縮池等構(gòu)筑物組成污水處理工藝流程，生活污水進(jìn)入處理廠區(qū)后經(jīng)過(guò)格柵截留大部分漂浮物和懸浮物；在沉淀池中分離可沉淀的無(wú)機(jī)物和部分有機(jī)物；污水進(jìn)入活性污泥池后經(jīng)過(guò)曝氣裝置與污泥充分混合，利用微生物分解有機(jī)物、利用膠團(tuán)吸附懸浮物和有機(jī)物，從而形成新的活性污泥；處理后的混合液經(jīng)過(guò)二次沉淀池進(jìn)行固液分離，凈化后的水體經(jīng)過(guò)消毒基本達(dá)到排放水體的保證，可以進(jìn)行外排。
活性污泥法在高原生活污水處理中的應(yīng)用
活性污泥法是目前大多數(shù)城市進(jìn)行污水處理的重要工藝，但由于高原地區(qū)的低氧和低溫環(huán)境，活性污泥法在高原地區(qū)適應(yīng)情況不佳，存在能耗高、污泥產(chǎn)量多、冬季抗沖擊能力弱的現(xiàn)象，且在低溫環(huán)境下運(yùn)行容易出現(xiàn)凈化后水體質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的現(xiàn)象，這種水體進(jìn)行外排同樣會(huì)對(duì)高原地區(qū)地表和地下水系造成污染和破壞，且增加了高原生活污水處理的成本，對(duì)可持續(xù)發(fā)展無(wú)益?；钚晕勰喾m然單獨(dú)使用的效果有所欠缺，但其不失為一種良好的污水處理技術(shù)，可以通過(guò)與其他對(duì)溫度、氧氣量依賴性不強(qiáng)的水處理技術(shù)進(jìn)度搭配，提高高原地區(qū)生活污水處理工藝的效果和抗沖擊能力。
低溶解氧（DO）活性污泥技術(shù)
降低污泥量
活性污泥的低氧工藝是一種較為新型的水處理技術(shù)，尚未能夠得到嚴(yán)格的定義，低氧工藝將好氧、厭氧、兼氧環(huán)境合為一體，利用低溶解氧環(huán)境下活性污泥出現(xiàn)絲狀菌導(dǎo)致污泥膨脹的特性，建立絲狀菌的生物濾網(wǎng)，利用濾網(wǎng)的過(guò)濾作用和生物降解作用去除水中細(xì)小的懸浮物和有機(jī)物，有效改善處理后水體的質(zhì)量，且絲狀菌不會(huì)持續(xù)增殖，降低了爆發(fā)惡性污泥膨脹的幾率，對(duì)維持活性污泥污水處理系統(tǒng)穩(wěn)定性有很大作用。
去除有機(jī)物量
在低氧環(huán)境下，當(dāng)溶解氧濃度在1mg/L時(shí)，污泥產(chǎn)量有大幅度降低，因?yàn)樵诓煌芙庋鯘舛葪l件下，微生物對(duì)有機(jī)物降解的特性有較大差異，例如溶解氧濃度大于2mg/L時(shí)，微生物以溶解氧作為電子受體，被處理水體中大部分有機(jī)物被氧化為無(wú)機(jī)物，微生物從中獲取能量用于增殖；厭氧條件下，作為電子受體的不再是微生物自身，而是以碳氮硫等有機(jī)物為電子受體，進(jìn)行不*的氧化反應(yīng)；當(dāng)溶解氧濃度在1mg/L時(shí)，囊括了好氧、厭氧兩種氧化反應(yīng)，兩種反應(yīng)同時(shí)進(jìn)行，不僅污泥產(chǎn)量有所降低，有機(jī)物去除效果也穩(wěn)定在94%左右。
脫氮除磷
活性污泥法過(guò)程中溶解氧濃度低會(huì)影響硝化反應(yīng)的進(jìn)行，但會(huì)促進(jìn)硝化反應(yīng)與反硝化反應(yīng)同步的狀態(tài)生成，節(jié)省了對(duì)氧氣量的消耗，又不會(huì)影響處理工藝中脫氮的效果。在常規(guī)活性污泥法中硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)是兩個(gè)不同的步驟，但當(dāng)溶解氧濃度在1mg/L時(shí)，硝化反應(yīng)與反硝化反應(yīng)可以在同一個(gè)反應(yīng)空間內(nèi)同時(shí)存在，因?yàn)槿芙庋鯘舛葟奈⑸锱c污水混合絮狀物中心到邊緣逐漸升高，氨氮由絮狀物外向內(nèi)的過(guò)程是硝化反應(yīng)到反硝化反應(yīng)的過(guò)程，且這個(gè)過(guò)程較短，形成硝化反應(yīng)與反硝化反應(yīng)同步的狀態(tài)，溶解氧濃度上升或下降都會(huì)打破這個(gè)平衡。除磷的原理與脫氮原理相似，在絮狀物邊緣進(jìn)行吸磷，在絮狀物中心進(jìn)行釋磷。
與生物轉(zhuǎn)盤相結(jié)合
菌種與生物膜
高原地區(qū)冬季低溫環(huán)境下，活性污泥活性弱，對(duì)水處理的效果波動(dòng)性大，因此單獨(dú)設(shè)置活性污泥法不能良好的dui沖擊進(jìn)行抵御，采用生物轉(zhuǎn)盤與活性污泥進(jìn)行搭配的工藝可以提高水處理技術(shù)的適應(yīng)性和抗沖擊能力，因?yàn)樯镛D(zhuǎn)盤中菌種bacillus（芽孢桿菌）能夠適應(yīng)低溫環(huán)境，在高原地區(qū)低溫環(huán)境中具有優(yōu)勢(shì)。生物轉(zhuǎn)盤的孔隙率在97%以上，比表面積較大，但因采用密度較小的材料制成且不吸水，因此生物轉(zhuǎn)盤運(yùn)行過(guò)程中對(duì)電能的消耗較?。簧镛D(zhuǎn)盤通過(guò)bacillus菌種和其他微生物共同生長(zhǎng)發(fā)育在表面形成一層膜狀生物污泥，也就是被稱為生物膜的物質(zhì)。
生物轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速
在生物轉(zhuǎn)盤與活性污泥相結(jié)合的水處理工藝中，生物轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速對(duì)于處理后水體質(zhì)量有較大影響，轉(zhuǎn)速?zèng)Q定了生物轉(zhuǎn)盤中微生物污水的接觸時(shí)間和溶解氧量，當(dāng)轉(zhuǎn)速過(guò)慢時(shí)，生物轉(zhuǎn)盤的厭氧環(huán)境大于有氧環(huán)境，不利于有機(jī)物的去除；當(dāng)轉(zhuǎn)速過(guò)快時(shí)又容易引起生物膜的脫落，消耗大量能量。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)可知，當(dāng)生物轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速在每分鐘4～8r之間時(shí)，能夠滿足對(duì)氨氮的去除，又不過(guò)早脫落生物膜；當(dāng)生物轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速超過(guò)每分鐘6r時(shí)會(huì)使總氮的去除效率下降；而對(duì)于磷的去除效率則是在轉(zhuǎn)速為每分鐘3～4r時(shí)zui高，因此生物轉(zhuǎn)盤應(yīng)當(dāng)設(shè)置為每分鐘4r。
結(jié)束語(yǔ)：囿于高原地區(qū)的低氧、低壓、低溫環(huán)境，活性污泥法在高原生活污水處理中作用受限，因此不能直接使用，且能耗量上升，需要前置處理技術(shù)，與多種處理技術(shù)進(jìn)行配合，提高污泥活性、提高能源利用率，為我國(guó)高原地區(qū)水資源保護(hù)和污染水體治理提供技術(shù)支持。
