一、一體化生物接觸氧化工藝

　　生物接觸氧化又稱淹沒式生物濾池，一體化生物接觸氧化池是由池體、填料、支架、曝氣裝置、進水裝置等部分組成，主要工作原理是在反應(yīng)器內(nèi)通過各種方式安置一定數(shù)量的填料、曝氣系統(tǒng)為微生物提供氧氣使其附著在填料上形成生物膜，再通過生物膜中微生物的代謝分解作用將污水中的污染物質(zhì)去除，達到凈化的目的，是一種介于活性污泥法與生物濾池之間的生物膜法污水處理工藝。一體化生物接觸氧化技術(shù)的主要工藝流程是將調(diào)節(jié)池、水解酸化池、接觸氧化池、沉淀池、消毒池等集中在一個構(gòu)筑物中，形成一個簡單易操作的一體化工藝。

　　1、基本技術(shù)原理

　　填料是一體化生物接觸氧化的核心部分，在生物接觸氧化塔內(nèi)設(shè)置一定密度的填料，充氧的條件下，微生物會以生物膜的形式固著生長在填料表面，部分則懸浮生長在水中，由于微生物的繁殖代謝分解而逐漸形成一層很薄的生物膜。在溶解氧和營養(yǎng)物質(zhì)都適當?shù)纳L環(huán)境下，微生物的繁殖速度加快，生物膜逐漸增厚，當填料上附著的生物膜發(fā)展到一定厚度時，池體內(nèi)的溶解氧已經(jīng)無法進入生物膜內(nèi)層，好氧菌的生長受到抑制直至死亡，而厭氧菌和兼氧菌在生物膜內(nèi)層開始逐漸繁殖，并以死亡的好氧菌為基質(zhì)，形成厭氧/缺氧微環(huán)境。運行過程中，水解酸化池出水自流至生物接觸氧化池內(nèi)，污水浸沒一體化生活污水處理設(shè)備中的全部填料并與填料上的生物膜廣泛接觸，微生物利用污水中的有機物作為其自身生長的養(yǎng)料進行代謝，將污水中的有機物轉(zhuǎn)化為新生質(zhì)和CO2，從而使有機物得到降解和凈化。經(jīng)過一段時間后微生物在數(shù)量上開始逐漸下降，加上新陳代謝氣體產(chǎn)物的形成和曝氣設(shè)備的沖刷作用，填料上附著的生物膜開始大量脫落。與此同時，生物膜借助填料在反應(yīng)器內(nèi)呈立體結(jié)構(gòu)，保持著較高的比表面積，并在填料的表面形成新的生物膜，確保其在污染物的去除上保持一定的穩(wěn)定能力。

　　2、主要工藝特點

　　生物接觸氧化法具有生物膜法的基本特點，但又與一般生物膜法有不同之處。一是供微生物棲附的填料全部浸在污水中，使填料上形成的生物膜與污水充分接觸反應(yīng)；二是采用機械設(shè)備向生活污水中充氧，而不同于一般生物濾池靠自然通風供氧，相當于在曝氣池中添加供微生物棲附的填料；三是生物接觸氧化池還存在2%～5%的懸浮狀態(tài)的活性污泥，對污水起到進一步的凈化作用。一體化生物接觸氧化技術(shù)，在工藝設(shè)計上得到進一步提高，主要工藝特點：

　?。?）抗沖擊負荷能力強，可間歇運轉(zhuǎn)。生物接觸氧化法因獨特的結(jié)構(gòu)特點使其具有較強的抗沖擊負荷能力，在間斷運行時對污染物仍具有良好的去除效果。當斷電或發(fā)生其它突發(fā)事故時，微生物均可進入休眠狀態(tài)。系統(tǒng)重啟動后，生物膜不就便會恢復(fù)正常。

　?。?）能夠克服污泥膨脹，剩余污泥產(chǎn)量少。在生物接觸氧化系統(tǒng)中，良好的生長環(huán)境促使絲狀菌分解氧化能力增強，提高了對有機物的去除效果。在池內(nèi)，附著在填料上的生物膜脫落與增長保持著動態(tài)平衡，污泥產(chǎn)量少，無需設(shè)置污泥回流裝置。

　?。?）占地面積小，管理方便。生物接觸氧化法容積負荷高，體積小，占地面積比生物濾池、活性污泥法和生物轉(zhuǎn)盤都小，且由于沒有污泥膨脹和上浮等問題，所以運營管理方便。

　　（4）動力消耗低。生物接觸氧化池內(nèi)因填料的存在，對曝氣設(shè)備產(chǎn)生的氣泡具有劃割作用，增強了池體內(nèi)流體的紊動作用，使溶解氧傳遞比較均衡。同時無需設(shè)置污泥回流裝置，減少了設(shè)備耗能。

　　3、關(guān)鍵運行技術(shù)

　?。?）生物接觸氧化塔內(nèi)填料的選擇：填料是生物接觸氧化法的核心組件，不同的水質(zhì)應(yīng)配以不同的填料。生物接觸氧化系統(tǒng)在運行的過程中填料易發(fā)生老化、板結(jié)等問題，影響系統(tǒng)的處理效能，給運行帶來許多不便，填料的材料、性質(zhì)、比表面積、孔隙率會影響掛膜、微生物生長以及氧利用率等，因此需采用比表面積大、壽命長、易掛膜、耐腐蝕的填料，從而不斷提高污水處理效率，還可以達到擴大處理規(guī)模而無需增大池容的要求。

　　（2）污水與微生物有效接觸時間：在生物接觸氧化法中，污染物氧化速度取決于污水與微生物的有效接觸時間和基質(zhì)的濃度，時間越長，處理效果越好，但時間過長，附著的微生物自身發(fā)生氧化分解，處理效果降低。另外，時間過長會增加能源的消耗，提高一體化生活污水處理設(shè)備的運行成本。因此，必須尋求污水與微生物極佳的有效接觸時間。

　?。?）反應(yīng)溫度的控制：水溫是影響微生物生長和代謝活性的主要因素。水溫低、微生物活性小、繁殖速率慢。實驗生物膜主要由室溫性微生物構(gòu)成，生長溫度20～30℃，因此在一體化生活污水處理設(shè)備中使用微生物接觸氧化法時要注意控制溫度。

　?。?）進水pH值的控制：每種微生物的生長與繁殖通常都有一個適宜的pH值范圍。生活污水中大多含有碳酸鹽、磷酸鹽和銨鹽等具有緩沖性質(zhì)的化學(xué)成分，因此對外來的酸堿有一定的緩沖作用，但如果pH值超過允許范圍，會損害微生物細胞表面的滲透能力和細胞內(nèi)部的酶反應(yīng)，抑制微生物的正常生長與繁殖，影響處理效果，因此pH值一般控制在6～10。

　　二、一體化生物濾池工藝

　　一體化生物濾池是一種好氧新型污水處理工藝，具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地小、出水水質(zhì)好等突出優(yōu)點。在研究開發(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、定期反沖洗于一體。隨著新型填料開發(fā)、反沖洗技術(shù)的改進，生物濾池工藝流程、技術(shù)方法取得了不斷的完善。一體化生物濾工藝具有去除SS、COD、BOD、硝化、脫氮、除磷、去除AOX的作用，其特點是集生物氧化和截留懸浮固體于一體，節(jié)省了二沉池，容積負荷、水力負荷大，水力停留時間短，所需基建投資少，出水水質(zhì)好，運行能耗低，運行費用省等。

　　1、基本技術(shù)原理

　　生物濾池是以土壤自凈原理為依據(jù)，在污水灌溉的實踐基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來的人工生物處理技術(shù)。一體化生物濾池主要由初沉池、高效生物濾池系統(tǒng)、二沉池等單元組成。一體化生物濾池主要包括一體化曝氣生物濾池和一體化復(fù)合生物濾池兩大類。

　　污水首先經(jīng)過預(yù)處理，去除懸浮物、砂粒等可堵塞填料的污染物后進入生物濾池。生物濾池由濾床、布水裝置和排水系統(tǒng)組成，污水通過布水器均勻的分布在濾池表面，充分發(fā)揮填料的物理吸附、過濾截留以及生物膜的氧化分解作用。污染物及脫落的生物膜被填料截留，當濾層的截污量大大一定限度時，對濾層進行反沖洗，脫落的生物膜隨后續(xù)二沉池排出。

　　2、主要工藝特點

　?。?）一體化曝氣生物濾池

　　一體化生物濾池是將接觸氧化和懸浮物過濾工藝結(jié)合在一起的污水處理工藝。曝氣生物濾池內(nèi)底部設(shè)承托層，其上部為填料，在承托層設(shè)置空氣管及空氣擴散裝置進行曝氣。一體化曝氣生物濾池由初沉池、曝氣生物濾池等組成，氣液在填料間充分接觸，氧的轉(zhuǎn)移率高，動力消耗低；由于 設(shè)備自身有截留污染物的功能，因此不需另設(shè)沉淀池和回流設(shè)備。

　?。?）一體化復(fù)合生物濾池

　　復(fù)合生物濾池是曝氣生物濾池的改良工藝，與傳統(tǒng)曝氣生物濾池在工作原理上的區(qū)別主要是曝氣為主的不同。復(fù)合式生物濾池同步中間位置曝氣，將濾池分為上下兩層，下部為缺氧區(qū)，上部為清華好氧段。復(fù)合生物濾池下部區(qū)域即為DN反硝化反應(yīng)功能段，其原理與前置反硝化濾池相同，主要是利用原水中本身含有的碳源及回流硝化液中的NO3-N進行反硝化，從而實現(xiàn)脫氮的目的；上部區(qū)域為C/N強制生物氧化功能段，主要是將污水中有機物碳化并把NH3-N轉(zhuǎn)化為NO3-N。復(fù)合生物濾池在曝氣生物濾池的基礎(chǔ)上強化了反應(yīng)器脫氮功能可充分利用水中的碳源，減少外加碳源的投加量，同時還保證了在一定的沖擊負荷下多余的碳源可以經(jīng)過C/N段實現(xiàn)降解，從而確保了出水水質(zhì)穩(wěn)定，并在同一單元反應(yīng)器內(nèi)同時實現(xiàn)了硝化和反硝化功能。一體化復(fù)合生物濾池相比曝氣生物濾池在除碳、硝化合反硝化等過程中能達到更好的效果，由于其具有缺氧和好氧兩層反應(yīng)區(qū)，抗沖擊負荷能力進一步提高。

　　三 、一體化SBR工藝特點

　?。?）工藝簡單穩(wěn)定，操作維修方便；

　?。?）低能耗、效率高；

　?。?）工藝流程短，在同一池內(nèi)可進行生物反應(yīng)及泥水分離過程，無需初沉池和二沉池，占地小；

　?。?）抗沖擊負荷能力強，無需進行大量污泥回流；

　　（5）組合簡單，靈活多變，自動化程度高。

　　四、一體化A/O工藝

　　A/O工藝是由缺（厭）氧段、好氧段、沉淀池三部分組成，即缺氧/好氧生物脫氮工藝和厭氧/好氧生物除磷工藝，由于其工藝流程較為復(fù)雜，操作繁瑣且占地面積大，所以一體化A/O反應(yīng)器逐漸被提出并發(fā)展起來。一體式A/O反應(yīng)器是將多個除理單元在同一個反應(yīng)器內(nèi)完成的處理設(shè)備，相比傳統(tǒng)的A/O工藝具有投資運行成本低、占地面積小、操作管理靈活方便等特點，在各類分散式污水處理中得到廣泛應(yīng)用。

　　1、技術(shù)原理

　　A/O工藝的主要原理是通過硝化和反硝化兩個過程進行脫氮。硝化過程是在好氧狀態(tài)下，經(jīng)亞硝化細菌和硝化細菌將污水中的氨氮氧化成硝酸鹽氮的過程。它包括兩個基本步驟：第一階段是亞硝酸菌將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，稱為亞硝化反應(yīng)；第二階段則由硝酸菌將亞硝酸鹽進行一步氧化為硝酸鹽。反硝化過程是在缺氧條件下，由于反硝化菌作用，在氫供體充分的條件下，將亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮還原成N2的過程。磷通常是以磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機磷的形式存在于廢水中。聚磷菌在厭氧時釋放磷酸鹽到混合液中，然后在好氧條件下，聚磷菌從污水中過量攝取磷存于體內(nèi)，形成高磷污泥并以剩余污泥的形式排出，因此污水中的含磷量很低。

　　2、工藝特點

　　A/O工藝是一種處理效率高，操作簡單，運行成本低廉，經(jīng)濟效益好的水處理工藝，一體化A/O工藝的構(gòu)筑物整體一般采用矩形組合池體，從結(jié)構(gòu)上講，矩形組合池體的優(yōu)勢在于可以相互共用池壁，且池壁雙面均有水壓力，大大節(jié)省了鋼砼材料。亦有采用筒形池體。筒式一體化A/O反應(yīng)器由預(yù)處理裝置，厭氧區(qū)、好氧區(qū)和沉淀區(qū)等組成，整個設(shè)備主要有內(nèi)、外兩個筒體組成。厭氧區(qū)位于內(nèi)筒，好氧區(qū)位及沉淀區(qū)位于外筒，污水由泵提升首先進入?yún)捬鯀^(qū)，經(jīng)厭氧區(qū)后自流至好氧區(qū)；好氧過程結(jié)束后，混合液利用位差自流入沉淀池，實現(xiàn)泥水分離；沉淀區(qū)底部污泥在攪拌器攪拌形成的負壓推動下自流入?yún)捬鯀^(qū)，該工藝僅需要水泵及曝氣設(shè)備。

　　一體化A/O工藝的主要特點為：A、整體處理效率高，好氧工藝作為厭氧的后續(xù)處理工藝提高了整體的處理效果。同時好氧處理消除了厭氧處理出水不穩(wěn)定的現(xiàn)象。B、生物活性高，剩余污泥少，無污泥膨脹問題：在厭氧池對污泥進行消化，減少了污泥的產(chǎn)量，降低了污泥處置的費用，同時提高了產(chǎn)氣量。C、能源動力消耗低：在厭氧對污水進行預(yù)處理，均化水質(zhì)和水量，有利于后續(xù)供氧的均衡利用，減少能耗。D、當水中含有揮發(fā)性有機物時，其經(jīng)過厭氧段被處理，可以減少該物質(zhì)在好氧段的揮發(fā)，減少惡臭的產(chǎn)生。E、碳化、硝化和反硝化等反應(yīng)過程可在同一反應(yīng)器中進行，占地面積小，操作簡單、投資少且運行成本低。

　　3、關(guān)鍵技術(shù)

　　一體化A/O工藝的關(guān)鍵技術(shù)是控制好氧區(qū)的溶解氧DO的量及填料結(jié)構(gòu)的選擇。好氧區(qū)DO較高時，其內(nèi)部的循環(huán)量就會增大，使得在好氧條件下發(fā)生的碳化和硝化作用進行徹底。

　　五、一體化MBR工藝

　　膜生物反應(yīng)器是高效膜分離技術(shù)與活性污泥法相結(jié)合的高效污水處理技術(shù)，膜組件取代傳統(tǒng)的活性污泥處理系統(tǒng)中的二沉池，實現(xiàn)固液分離而無需污泥回流。一體化MBR是將膜組件置于生物反應(yīng)器中內(nèi)部，主要由預(yù)處理裝置、膜組件、生物反應(yīng)器、供氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及在線清洗系統(tǒng)等單元組成。

　　1、一體化膜生物反應(yīng)器類型

　　一體化膜生物反應(yīng)器是把膜組件直接置于生物反應(yīng)器內(nèi)，通過真空泵或其它類型的泵抽吸，得到過濾液。一體式MBR體積小，運行能耗低，且曝氣時氣液向上的剪切力能夠?qū)崿F(xiàn)錯流效果，也有采用一體式膜組件富集進行葉輪攪拌和膜組件自身的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)錯流效應(yīng)以及紊動，從而使污泥固體很難積聚在膜表面，不易堵塞膜纖維中心孔，同時還可以借助曝氣形成的剪切和紊動來控制膜表面固體的厚度。為了減少膜表面的污染，延長運行周期，一般泵的抽吸是間斷運行的。目前一體式MBR使用較為普遍，一般只用與好氧處理。中空纖維膜、管式陶瓷膜及平板式膜組件應(yīng)用于一體式膜生物反應(yīng)器中。

　　此外，也有一體化復(fù)合式膜生物反應(yīng)器，該反應(yīng)器由膜組件和復(fù)合生物反應(yīng)器組合而成，其中復(fù)合生物反應(yīng)器由缺氧活性污泥和好氧生物系統(tǒng)組成，好氧區(qū)內(nèi)裝有立體泡沫填料，加裝填料可以提高系統(tǒng)抗沖擊負荷能力，保證系統(tǒng)具有穩(wěn)定的處理效果，減少膜污染，延長膜組件的清洗周期。特點為：復(fù)合生物反應(yīng)器是由附著生物型微生物和懸浮生長型微生物構(gòu)成的混合體系，可利用載體容易截留和附著量大的特點改善污泥沉降特性，克服污泥膨脹，改善膜的通透量；并使硝化菌優(yōu)先附著在載體上，提高硝化效果，大大改善了污水處理能力和運行穩(wěn)定性。

　　2、技術(shù)原理

　　MBR工藝一般由膜分離組件和生物反應(yīng)器組成，由于膜組件能將截留的污泥回流至生物反應(yīng)器中，因此可以獲得長泥齡和高污泥濃度，有利于生長緩慢的固氮菌和硝化菌增殖。生物反應(yīng)器一般由厭氧反應(yīng)器和好氧反應(yīng)器組成，膜組件置于好氧生物反應(yīng)器內(nèi)，通過膜對污染物的截留作用，使反應(yīng)器內(nèi)形成高濃度的生物種群，從而使污水中有機物進行代謝降解。膜腔內(nèi)在抽吸泵或高低位水頭差的作用下形成負壓，由于膜的空腔大小一定，水體中一定粒度以上的污泥以及大分子物質(zhì)被截留，水分子以及小分子物質(zhì)可以通過膜孔進入膜腔，隨后在抽吸泵作用下經(jīng)膜過濾出水，出水不含懸浮物。膜組件下方的曝氣系統(tǒng)對泥、水混合液進行曝氣，在提供微生物活動所需氧量的同時，產(chǎn)生的水汽合流還會對膜表面產(chǎn)生一定的水力沖刷作用，能夠有效抑制膜表面結(jié)垢和結(jié)泥，從而降低膜污染，確保穩(wěn)定運行。

　　3、工藝特點

　　一體式MBR在污水處理工藝中是一個獨立的處理單元和主體設(shè)備，在污水處理工藝中可以代替常規(guī)的二級生物處理或深度處理系統(tǒng)的二次沉淀池、過濾等過程，與普通生物處理法相比具有很大的優(yōu)越性，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：a、該工藝對污水中的有機污染物具有較高的去除效率，對大分子有機物、懸浮顆粒以及微生物有較好的去除效果，出水水質(zhì)好；b、由于污水中的微生物別膜組件很好的截留下來，保持了較高的活性污泥濃度和微生物種群密度，使該工藝的脫氮除磷效果大大提高；c、該工藝的剩余污泥產(chǎn)量少，降低了污泥處理的費用；d、該工藝利用膜的截留作用代替二沉池，能夠快速高效的完成固液分離作用，同時也節(jié)省了占地面積；e、該工藝實現(xiàn)了水力停留時間與污泥停留時間的分離，使運行穩(wěn)定性得到很大提高；f、該工藝流程簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積??；g、該工藝膜生物反應(yīng)器中維持著較高濃度的MLSS，具有較高的抗沖擊負荷能力。

　　4、關(guān)鍵技術(shù)

　　一體化MBR工藝的關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在選擇合適的膜組件及各生物處理單元的結(jié)合設(shè)計。不同材質(zhì)的膜組件，由于其材質(zhì)和孔徑的不同，在處理相同廢水的過程中表現(xiàn)出的分離特性、膜水通量、耐污染性、膜水通量衰減系數(shù)等都會有所不同。由于膜組件是一體化MBR工藝的核心部分，合理控制廢水對膜組件的污染至關(guān)重要。膜污染的主要危害表現(xiàn)在：a、膜通量下降，增加系統(tǒng)的能耗；b、當膜表面溶質(zhì)濃度達到其飽和濃度時，便會在膜表面形成沉積或凝膠層，增加了膜分離阻力；c、破壞膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，膜表面凝膠層或濾餅層的形成會改變膜的分離特性。