地埋式MBR污水處理設(shè)備
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微生物作為人工濕地除污的主體和核心, 在物質(zhì)的礦化、硝化、反硝化等過程中起到關(guān)鍵作用低溫微生物是極端微生物之一, 其所具有的*的生理功使其能適應(yīng)環(huán)境, 因此, 研究這類微生物不僅具有重要的理論意義, 還在實(shí)際推廣應(yīng)用中產(chǎn)生了日益明顯的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境.國外對低溫微生物處理污水技術(shù)的研究起步較早, 主要是通過低溫微生物去除污水中的油烴類、氯酚類、表面活性劑、氮和磷等達(dá)到凈化水質(zhì)的目的, 而且已經(jīng)提出其低溫適應(yīng)性的分子機(jī)制及相關(guān)理論我國從20世紀(jì)90年代初開始針對低溫微生物資源(主要是南極及深海微生物)的初步收集、但低溫微生物在廢污水處理過程中, 由于水力停留時間過長, 致使人工濕地對污水處理量受到限制.而且, 由于直接投放菌體, 游離微生物進(jìn)入實(shí)際污染環(huán)境中后, 其生存繁殖和降解能力易受外界因素干擾, 降解作用難以充分發(fā)揮, 還會造成大量菌體流失, 難以控制其長期的處理效果.

微生物固定化技術(shù)是20世紀(jì)60年代后期迅速發(fā)展起來的一種新型技術(shù), 具有實(shí)驗(yàn)速度快, 便于培養(yǎng)優(yōu)勢微生物種群, 微生物密度高、流失量少, 處理過程的穩(wěn)定性高, 對環(huán)境耐受力強(qiáng)(如pH、溫度、有毒物質(zhì)等), 固液分離效果好, 處理過程便于控制等優(yōu)點(diǎn), 因而在諸多廢水處理中體現(xiàn)出了非常大的優(yōu)勢, 并逐漸成為國內(nèi)外生物科學(xué)及相關(guān)學(xué)科研究的熱點(diǎn).近年來, 很多學(xué)者采用竹炭、活性炭、棉纖維、疏水性聚氨酯泡沫等材料將微生物固定化后進(jìn)行廢水處理, 均取得了很好的處理效果.生物炭作為一類新型環(huán)境功能材料近年來引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注, 它的孔隙結(jié)構(gòu)可以為微生物提供棲息地, 使微生物能夠耐受外界不良環(huán)境.

曝氣生物濾池工藝原理曝氣生物濾池(BAF，Biological Aerated Filter)也叫淹沒式曝氣生物濾池。國外從20世紀(jì)初開始進(jìn)行研究，于80年代末基本成型，后不斷改進(jìn)，并已開發(fā)出多種形式。在開發(fā)過程中，充分借鑒了污水處理接觸氧化法和給水快濾池的設(shè)計思路，集曝氣、高濾速、截留懸浮物，定期反沖洗等特點(diǎn)于一體。

曝氣生物濾池工藝是普通生物濾池的一種變形形式，也可看成是生物接觸氧化法的一種特殊形式，其基本原理是：在濾池中裝填一定量粒徑較小的顆粒狀濾料，濾料表面附著生長生物膜，濾池內(nèi)部曝氣。污水流經(jīng)時，污染物、溶解氧及其它物質(zhì)首先經(jīng)過液相擴(kuò)散到生物膜表面及內(nèi)部，利用濾料上高濃度生物膜的強(qiáng)氧化降解能力對污水進(jìn)行快速凈化，此為生物氧化降解過程；同時，因污水流經(jīng)時，濾料呈壓實(shí)狀態(tài)，利用濾料粒徑較小的特點(diǎn)及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的大量懸浮物，且保證脫落的生物膜不會隨水漂出，此為截留作用；運(yùn)行一定時間后，因水頭損失的增加，需對濾池進(jìn)行反沖洗，以釋放截留的懸浮物并更新生物膜，此為反沖洗過程。

曝氣生物濾池工藝作為一種新型生物處理技術(shù)，從誕生至今經(jīng)歷了一段快速發(fā)展的過程，最初僅用于污水的三級處理，后發(fā)展成直接用于二級處理，現(xiàn)在已經(jīng)應(yīng)用到水體富營養(yǎng)化控制，中水回用和微污染水、高濃度廢水、城市生活污水處理等各個領(lǐng)域，其最大特點(diǎn)是集生物氧化和截留懸浮固體功能于一身，節(jié)省了后續(xù)二沉池，在保證處理效果的前提下使處理工藝簡化。

反硝化除磷是一種新型高效低能耗的生物脫氮除磷技術(shù)，其利用反硝化聚磷微生物(DNPAOs)在缺氧環(huán)境下以硝酸鹽作為最終電子受體，以 PHB 作為電子供體，通過“一碳兩用”途徑來實(shí)現(xiàn)同步反硝化和過量吸磷.反硝化除磷緩解了反硝化過程和生物除磷過程對有機(jī)碳源需求的矛盾，以及硝化菌和聚磷菌(phosphate accumulating organisms，PAOs)所需污泥齡迥異的矛盾，因此被視為一種可持續(xù)的污水處理技術(shù).反硝化除磷與傳統(tǒng)生物除磷技術(shù)相比，可節(jié)省能源和資源，也正是這個原因，上述一系列工藝被譽(yù)為適合可持續(xù)發(fā)展的綠色除磷脫氮工藝.

A2/O工藝作為當(dāng)今最常用的生物脫氮除磷工藝，已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外大型污水處理廠，但是A2/O工藝的缺陷在于硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有機(jī)負(fù)荷、泥齡以及碳源需求上存在著矛盾和競爭，很難在單一系統(tǒng)中同時獲得氮、磷的高效去除.陳永志等研究發(fā)現(xiàn)內(nèi)循環(huán)對A2/O系統(tǒng)的反硝化除磷有影響.試驗(yàn)結(jié)合醛化纖維式組合填料的優(yōu)勢及對填料應(yīng)用于生活污水脫氮除磷研究極少的現(xiàn)狀，提出了在A2/O工藝的厭氧池、缺氧池和好氧池中添加醛化纖維式組合填料的設(shè)想，將傳統(tǒng)活性污泥法與生物膜法相結(jié)合組成一套脫氮除磷的新系統(tǒng).添加生物填料于好氧段可使池內(nèi)的硝化細(xì)菌能夠附著在填料上從而增加了污泥齡，提高硝化效率;縮短好氧段的停留時間，而將更長的時間用于厭氧段和缺氧段的釋磷和吸磷作用，提高了除磷效率.于缺氧段可在載體環(huán)境下提高回流比，使反硝化聚磷菌富集，強(qiáng)化反硝化除磷現(xiàn)象，無需外加碳源，即可完成“超量”吸磷過程，適合低碳源污水的生化處理，使該系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行并更好的進(jìn)行脫氮除磷.

曝氣生物濾池工藝（Biological Aerated Filter，簡稱BAF），是一種采用顆粒濾料固定生物膜的好氧或缺氧生物反應(yīng)器，該工藝集生物接觸氧化與懸浮物濾床截留功能于一體，可有效去除水中的SS，COD，BOD，NH3-N，TN，TP，AOX（有害物質(zhì))及濁度、色度等，適用于市政污水、工業(yè)污水、再生回用水深度處理及給水污染水源的預(yù)處理等。由于BAF具有其他工藝無法比擬的諸多特點(diǎn)，近年來已在國內(nèi)外取得廣泛應(yīng)用。

工藝特點(diǎn)
BAF屬第三代生物膜反應(yīng)器，不僅具有生物膜工藝技術(shù)的優(yōu)勢，同時也起著有效的空間過濾作用，通過使用特殊的濾料和正確的配氣設(shè)計，BAF具有以下工藝特點(diǎn)：
采用氣水平行上向流，使得氣水進(jìn)行*均分，防止了氣泡在濾料層中凝結(jié)和氣堵現(xiàn)象，氧的利用率高，能耗低。
與下向流過濾相反，上向流過濾維持在整個濾池高度上提供正壓條件，可以更好的避免形成溝流或短流，從而避免通過形成溝流來影響過濾工藝而形成的氣阱。
上向流形成了對工藝有好處的半柱推條件，即使采用高過濾速度和負(fù)荷，仍能保證BAF工藝的持久穩(wěn)定性和有效性。

采用氣水平行上向流，使空間過濾能被更好的運(yùn)用，空氣能將固態(tài)物質(zhì)帶人濾床深處，在濾池中能得到高負(fù)荷、均勻的固體物質(zhì)，從而延長了反沖洗周期，減少清洗時間和清洗時用的氣水量。

濾料層對氣泡的切割作用使氣泡在濾池中的停留時間延長，提高了氧的利用率。由于濾池*的截污能力，使得BAF后面不需要再設(shè)二次沉淀池。
整套系統(tǒng)采用PLC控制，自動化程度高。

序批式活性污泥法(SBR)工藝由于具有生化反應(yīng)推動力大, 脫氮除磷效果好, 耐沖擊負(fù)荷強(qiáng), 工藝簡單, 運(yùn)行方式靈活和防止污泥膨脹等優(yōu)點(diǎn), 已成為污水生物脫氮的主流工藝之一.胞外聚合物(extracellular polymeric substance, EPS)是在一定環(huán)境條件下由微生物(主要是細(xì)菌), 分泌于體外的一些高分子聚合物.主要成分與微生物的胞內(nèi)成分相似, 是一些高分子物質(zhì), 如蛋白質(zhì)(PN)、多糖(PS)和核酸(DNA)等聚合物. EPS普遍存在于活性污泥絮體內(nèi)部及表面, 具有重要的生理功能, 可將環(huán)境中的營養(yǎng)成分富集, 通過胞外酶降解成小分子后吸收到細(xì)胞內(nèi), 還可以抵御殺菌劑和有毒物質(zhì)對細(xì)胞的危害.根據(jù)EPS空間位置不同, 分為緊密附著在細(xì)胞壁上的孢囊聚合物——緊密型EPS(TB-EPS)和以膠體和溶解狀態(tài)松散于液相主體中的黏性聚合物——松散型EPS(LB-EPS).

溫度對生物脫氮效果和EPS產(chǎn)量均有重要影響, 該方面研究總結(jié)為以下3個方面：① 單一研究溫度對生物脫氮效果的影響.汪志龍以合成廢水為研究對象, 以丙酸鈉作為單一碳源, 分別設(shè)置溫度為5、15、25、35℃的4組序批式反應(yīng)器考察了溫度對單級好氧工藝生物脫氮除磷性能的影響. Guo等在5~30℃條件下, 研究了同時氮化和脫硝(SBR-SND)順序間歇反應(yīng)器的性能. Hendrickx等采用UASB, 以實(shí)際生活污水為研究對象, 探究了10℃和20℃條件下氮的去除. ② 單一考察了溫度對EPS產(chǎn)量及組分的影響.

可樂廢水好氧污泥和可樂廢水厭氧污泥3種污泥的EPS產(chǎn)量. Song等研究了常溫(28℃)和低溫(10℃)條件下EPS產(chǎn)量對活性污泥脫水性能的研究. Gao等研究了在30、20和10℃條件下, EPS在膜污染中的作用. ③ 同步研究了溫度對生物脫氮效能及EPS的影響.EPS總含量及各組分均與溫度成負(fù)相關(guān).在生物脫氮過程中, 活性污泥是實(shí)現(xiàn)氮去除的功能主體, EPS是活性污泥的重要組成部分.因此, 同步考察溫度對生物脫氮效能和EPS的影響, 可深入解析基于微生物EPS變化角度揭示生物脫氮本質(zhì).此外, 相關(guān)報道大多基于短期實(shí)驗(yàn)獲得研究結(jié)果, 因此較難反映溫度對EPS變化長期影響規(guī)律, 難以獲得準(zhǔn)確的EPS與生物脫氮相關(guān)性.

生物膜與活性污泥的培養(yǎng)和馴化
1、生物膜的培養(yǎng)
    生物膜的培養(yǎng)采用接種培養(yǎng)法，即采取污水處理廠曝氣池內(nèi)活性污泥與水樣混合液，由旋轉(zhuǎn)布水器連續(xù)由塔濾上部向塔內(nèi)噴灑的方法，大約經(jīng)15d左右，載體上就可出現(xiàn)透明生物膜，若無此條件，也可用生活污水由塔濾上部向塔內(nèi)連續(xù)噴灑，單相比之下時間較長，20℃大約30d左右。當(dāng)生物膜成熟后，即沿水流方向，膜上細(xì)菌和微型動物組成的生態(tài)系統(tǒng)和對有機(jī)物降解能力達(dá)到平衡后，便可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。
BAF生物曝氣濾池，主要由顆粒生物填料床、曝氣系統(tǒng)、反沖洗系統(tǒng)三部分組成。
顆粒狀生物濾料（陶粒），表面粗糙，比表面積大，并滲入活性酶在濾料上附著生長高濃度的專性微生物膜，這些專性微生物以污水中的有機(jī)物作為氮源、碳源及能量來源而生長繁殖，通過其新陳代謝降解水中的污染物。

污水自上而下進(jìn)入生物曝氣濾池，空氣從填料床下端進(jìn)入，在濾料空隙間曲折上升，與污水及濾料上附著的生物膜充分接觸，在好氧條件下發(fā)生氣、液、固三相反應(yīng)。由于生物膜附著在濾料上，不受泥齡限制，因而種類豐富，對于污染物的降解十分有利。污染物被吸附、攔截在濾料表面，作為降解菌的營養(yǎng)基質(zhì)，加速降解菌形成生物膜，生物膜又進(jìn)一步“俘獲”基質(zhì)，將其同化、代謝、降解。在碳氧化／硝化合并處理時，靠近濾池進(jìn)水口的濾層段內(nèi)有機(jī)污染濃度高，異養(yǎng)菌群占優(yōu)勢，大部分BOD5在此得以降解，濃度逐漸降低。
在濾池運(yùn)行過程中，隨著生物膜的新陳代謝，脫落的生物膜及濾料上截留的雜質(zhì)不斷增加，濾料中水頭損失增大，水位上升，到一定時期，需對濾料進(jìn)行反沖洗。BAF生物曝氣濾池以其儲存在加氯消毒池中清澈的出水作為反沖用水，不另設(shè)反沖水池，反沖洗廢水通過排水管回流到一級處理設(shè)施。

CANON工藝具有脫氮途徑短、節(jié)省曝氣量、無需外加碳源、溫室氣體產(chǎn)量少等優(yōu)點(diǎn), 成為了目前具前景的污水脫氮工藝.

CANON工藝適合處理高溫、高氨氮污水, 而生活污水是常溫、低氨氮水質(zhì).如何將CANON工藝推廣到市政污水處理廠中是長久以來的難點(diǎn).目前, 國外CANON工藝的研究主要以高氨氮廢水處理為主, 國內(nèi)雖然有常溫低氨氮環(huán)境中運(yùn)行CANON工藝的報道, 也僅局限于人工配水和短期運(yùn)行, 實(shí)際污水處理廠中長期運(yùn)行CANON工藝的研究極少.

常溫低氨氮環(huán)境中, CANON工藝的難點(diǎn)在于硝化細(xì)菌的抑制.如果硝化細(xì)菌過量增殖, 將會出現(xiàn)總氮去除率下降、出水總氮超標(biāo)的現(xiàn)象.在常溫、低氨氮條件下, 只調(diào)節(jié)DO從而抑制NOB活性已被證明難以實(shí)現(xiàn).因此, 在工程應(yīng)用中, 需要通過其他策略抑制硝化細(xì)菌的活性.有研究表明, 在CANON生物膜反應(yīng)器中, NOB主要分布在生物膜的外層.對生物膜進(jìn)行沖洗, 理論上洗脫生物膜表面的NOB。

活性生物濾池在進(jìn)水時由于采用了較多的活性污泥回流，濾床中具有大量的活性微生物，濾池中就發(fā)生了較高的微生物的同化作用，也就是說活性生物濾池猶如高效的微生物合成器，進(jìn)水中大量的有機(jī)物首先在此被活性污泥所吸附和氧化，并進(jìn)行微生物的大量合成。但由于污水與活性污泥在此濾池中的停留時間較短，微生物對吸附在活性污泥上的有機(jī)物還未*氧化，故濾池出水尚需在曝氣池中進(jìn)一步曝氣處理以達(dá)到良好的出水水質(zhì)。也正是由于活性生物濾池的這種作用，使得后續(xù)曝氣池的負(fù)荷大為減輕且波動減小。

地埋式MBR污水處理設(shè)備與傳統(tǒng)脫氮工藝相比, 厭氧氨氧化工藝節(jié)省了62.5%曝氣量、脫氮途徑短、無需外加碳源、溫室氣體產(chǎn)量低, 成為目前具前景的污水脫氮工藝.
厭氧氨氧化菌適合處理高溫、高氨氮污水, 而城市生活污水是典型的低溫、低氨氮水質(zhì), 如何將厭氧氨氧化工藝應(yīng)用于市政污水處理廠是長久以來的難點(diǎn).在國外, 厭氧氨氧化工藝已成功應(yīng)用于污水處理廠中, 以處理垃圾滲濾液、消化上清液、養(yǎng)殖業(yè)廢水等高氨氮廢水, 而市政污水處理廠厭氧氨氧化工藝的研究仍處于小試階段.國內(nèi), 厭氧氨氧化工藝主要局限于實(shí)驗(yàn)室研究, 在實(shí)際污水處理廠中長期運(yùn)行厭氧氨氧化工藝的報道鮮見.

常溫低氨氮環(huán)境中, 厭氧氨氧化工藝處理負(fù)荷低.通常認(rèn)為, 常溫馴化可以使厭氧氨氧化菌逐步適應(yīng)低溫環(huán)境.前人的研究在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行, 以人工配水為基質(zhì), 氨氮濃度為100~350 mg ·L-1, 運(yùn)行溫度為18~25℃, 且馴化時間較短.而實(shí)際生活污水成分復(fù)雜, 亞硝化后的生活污水氨氮濃度為10~25 mg ·L-1, 水溫為10~24℃.因此, 在市政污水處理廠中, 研究長期常低溫馴化對厭氧氨氧化菌的影響有著重大的意義.