气动生物转盘工艺在污水处理中的应用

一、引言
　　 1、气动生物转盘处理工艺概述
　　生物转盘工艺是生物膜法污水生物处理技术的一种，是污水灌溉和土地处理的人工强化。这种处理法使细菌和菌类的微生物、原生动物一类的微型动物在生物转盘境料载体上生长繁育，形成膜状生物性污泥——生物膜。污水经沉淀池初级处理后与生物膜接触，生物膜上的微生物摄取污水中的有机污染物作为营养，使污水得到净化。在气动生物转盘中，微生物代谢所需的溶解氧通过设在生物转盘下侧的曝气管供给。转盘表面覆有空气罩，从曝气管中释放出的压缩空气驱动空气罩使转盘转动，当转盘离开污水时，转盘表面上形成一层薄薄的水层，水层也从空气中吸收溶解氧。

　　气动生物转盘由接触反应槽、填料、转轴、空气罩等组成。一般填料为蜂窝状塑料，由钢结构支撑，中心贯以转轴。填料四周的空气罩由环氧玻璃钢构成。转轴两端安放在半圆形接触反应槽(即氧化槽)的支座上。转盘的40％一50％浸没在槽内污水中，转轴高出水面10—25cm。一般情况下，三到四只转盘串联成一个系列，多个系列转盘之间并联布置。
　　气动生物转盘的主要设计及运行参数有：转盘级数(一般三到四级)；容积面积比(可介于5—9之间)：BOD面积负荷(≤20g／m2·d)；水力负荷(＜200L／m2·d)；浸没率(一般介于40—50％之间)；转盘旋转速度(一般每分钟0.8—3转，转盘边缘线速度以每分钟20m左右为宜)。

　　 2、气动生物转盘法的特征
　　(1)微生物相方面特征
　　a.参与净化反应的微生物多样化
　　气动生物转盘有适于微生物生长栖息、繁殖的稳定环境，宜于生长繁殖。生物膜固定在填料上，其污泥龄较长。在生物转盘上能够生长世代时间较长，生物转盘上有时还出现丝状菌，而且没有污泥膨胀之虞。在日光照射的部位，还出现藻类。
　　b.每级都有优占微生物
　　气动生物转盘法分级处理，在每级都有生长繁育与进入本级污水水质相适应的微生物，并自然地成为优占种属，这种现象对有机污染物的降解是十分有利的。
　　c.微生物浓度高
　　 特别是最初几级的生物转盘，据统计，转盘上生物膜如折算成曝气池的MLVSS，可达40000—60000mg／L，F／M比为0.05—0.1。而活性污泥法的MLVSS一般在1500—3000mg/L之间，F／M值在0.2一0.4之间，这是气动生物转盘效率较高的一个主要原因。

　　 (2)处理工艺方面特征
　　a.对水质、水量变动具有较强的适应性气动生物转盘处理工艺，对人流水量、水质的变化具有较强的适应性。即使中间停止一段时间进水，对生物膜的净化功能也不会带来明显的障碍，能够很快地得到恢复。
　　b.易于固液分离，即使产生大量的丝状菌，在二沉池中也无污泥上浮现象发生
　　c.能够处理低浓度污水
　　活性污泥法处理系统，如进水BOD5在50—60mg/L以下，絮凝体形成恶化，处理水质低下，但是，气动生物盘法处理系统对浓度低的污水，也能够取得较好的处理效果，可使BOD5为20mg/L的污水降至5-10mg/L。
　　d、动力费用低
　　气动生物转盘法去除单位质量BOD5的耗电量较传统活性泥法少。
　　e、产生的污泥量少
　　一般说来，产生的污泥量比活性污法减少1/4。
　　f、具有较好的硝化与脱氮功能
　　气动生物转盘具有良好的硝化功能，如采取措施得当，还有进行脱氨水的功能。
　　g、驱动装置简单
　　与普通生物转盘法相比，气动生物转盘法驱动装置简单，无需多台电机及减速装置，而且在相同转速下，接触反应槽内的溶解氧浓度比普通生物转盘高。


　　二、工艺流程
　　以淮阴市北京新村污水处理厂为例，该厂日处理能力40000吨
　　本流程中气动生物转盘采用直径3m高效转盘32台，每台转盘填料折表面积1500m2。每四台转盘设在钢筋混凝土接触反应槽中，槽直径3.5米，供气由鼓风机房送出，鼓风机房装有三台LG300×400-1罗茨鼓风机，每台风机配用电机功率15KW，设计二用一备，实际只开一台风机。全部生物盘设在室内，起保温作用。
　　转盘旋转速度每分钟2转，接触氧化槽内溶解氧浓度大于2mg/L，容积面积比8L/m2。设计水力负荷86L/m2.d，BOD面积负荷9g/m2.d。说明：由于厂外管线分流不完善，汛期污水有机物浓度较低。


　　三、运转情况及有关问题讨论
　　 1、挂膜情况
　　以南京锁金村污水处理厂的活性污泥接触挂膜为例，11月份运行，当时平均室温11℃，水温13℃，经过1个月时间，生物膜生长良好，出水水质稳定。转盘生物膜形态如下表：

轻盘级数	一	二	三	四
生物膜厚度（mm）	4	3	2	1.5
生物膜颜色	灰	浅褐	黄	黄
氧化槽内污水颜色	褐	黄	浅黄	微清
转速（r/min）	2	2	2	2

　 　2、处理效果
　　（1）低负荷时
　　当日处理量为2000吨时，转盘水力负荷为41.7L/m2·d，BOD面积负荷为4.1g/m2·d，末级转盘出水DO浓度大于4.5mg/L，现以93年为例，全年进出厂水质情况如表达式：

表1

	BOD5（mg/L)	SS（mg/L）	COD（mg/L）
	高值	低值	平均	高值	低值	平均	高值	低值	平均
进水	227.21	20.38	140.59	214.12	50.96	122.06	450.45	25.14	364.16
出水	19.83	5.13	10.61	29.03	8.02	14.32	60.7	10.67	20.71
去除率（%）	91.3	74.8	92.5	86.4	84.3	88.6	86.6	57.6	94.3

　　（2）满负荷时
　　当日处理量为3900吨时，转盘水力负荷为81.2L/m2.d，BOD面积负荷为7.7g/mm2.d，末级转盘出水DO值大于2mg/L，处理效果如下表2:

表2

	BOD5（mg/L)	SS（mg/L）	COD（mg/L）
	高值	低值	平均	高值	低值	平均	高值	低值	平均
进水	183.15	26.83	135.61	196.17	42.34	119.14	364.52	34.58	298.43
出水	28.17	5.71	25.27	40.13	7.06	20.54	50.25	16.52	40.52
去除率（%）	84.6	78.7	81.4	79.5	83.3	82.8	86.2	52.2	86.

　　由于满负荷时，只开一台风机，供气量偏低，处理效果有所下降，但出厂水质已达到GB8979--1996规定的排放标准。

　 　3、与传统工艺比较
　　（1）处理效果
　　以无锡芦村污水处理厂为例进行比较，芦村厂采用传统曝气法，日处理能力5万吨。94年处理水量1778万吨，进、出厂水质情况如下表3：

表3

	BOD5（mg/L)	SS（mg/L)	COD(mg/L)
进水	253.57	222.88	340.75
出水	10.67	23.81	23.38
去除度（%）	94.28	89.32	92.33

　　与上述气动生物转盘法处理效果相比，可以看出，二者处理效果相差不大。
　　可以看出，采用气动生物转盘法的北京新村污水处理厂能耗最低，平均只有传统活性泥法的一半。

　　（2）能耗
　　笔者在95年四月份参加了全省城市污水处理厂普查，现将普查中得到的几座采用传统活性污泥法的城市污水处理厂的能耗与淮阴市北京新村污水处理厂的能耗比较如下表4：


表4

厂名	工艺	处理能力（万吨/日）	94年处理水量（万吨）	耗电量（万度）	吨水耗电量（度/吨）
无锡芦村污水处理厂	传统活性污泥法	5	1778.00	286.27	0.16
苏州城西污水处理厂	同上	1.25	391.17	116.87	0.30
苏州城南污水处理厂	同上	0.5	114.93	23.10	0.21
苏州城东污水处理厂	同上	2.5	775.26	106.47	0.14
淮阴北京新村污水厂	气动生物盘法	0.4	140.15	15.24	0.11

　　（3）投资
　　现将上述几座城市污水处理厂的工程的造价列表如下（表5）：

表5

厂名	处理能力（万吨/日）	建设年月	总造价（万元）	吨处理能力造价（万/吨）
无锡芦村污水处理厂	5	1998.8	6753.0	1350.6
苏州城西污水处理厂	1.25	1981.9	1300.9	1040.7
苏州城南污水处理厂	0.5	1984.3	114.8	229.6
苏州城东污水处理厂	2.5	1988.10	1081.4	432.6
淮阻北亦新村污水厂	0.4	1986.7	300.0	750.0

　　 ( 备注：无锡芦村厂还包括另有5万吨的一级处理投资)
　　根据笔者经验，气动生动转盘法处理工艺与普通生物转盘法相比，少了污泥回流系统，却多了昂贵的生物转盘，因而造价应该是比较高的。

　　 (4)运行管理
　　气动生物转盘法运行管理简单，生动膜微生物吸附在转盘填料上，与传统活性污泥法相比，不需要污泥回流，即使在缺氧条件下，产生丝状菌，也不会产生污泥膨胀。如需停止运行一段时间，重新运行，处理效果很快得到恢复。在讯期，由于管网分流不完善，进水BOD5小于40mg／L时，仍能进行处理，这是传统活性污泥法无法企及的。
　　长期的运行经验表明，在正常负荷下，只要初沉池、二沉池每天排泥一到两次，生物转盘转速维持在每分钟2转左右，出厂水质都能达标。

　　 4、存在问题
　　①转盘材质
　　转盘支撑填料的钢结构骨架长期在污水中浸泡，腐蚀严重，2—3年需进行一次油漆，采用船用防水防腐漆，油漆一次要拆境料、空气罩等。工作量很大，如采用不锈钢骨架，每台转盘的成本增至10多万元，一次投资太大。
　　转盘填料塑料，以及环氧玻璃钢制成的空气罩使用寿命不会超过10年，需要研制替代材料。
　　②风量调节、小区的污水量时变化系数较大，在泵房停止供水时，为了维持气动生物转盘微生物的活性，罗茨鼓风机仍需照常运转供气，造成电能的严重浪费。如安装变频调速装置，必要时降低电机转速，减少供气量，无疑对进一步降低能耗是非常有意义的。
　　③偏重
　　因无变频调速装置，有时为了节电，在停止供水时，风机也停止运行数小时，重新启动转盘，原来浸在水中的部位，膜变黑且重，致使转盘运转速度不均匀，均重时则不能运转，尤其是首级转盘。
　　解决偏重问题的有效措施是给风机变频调速。


　　四、结论
　　1、气动生物转盘处理工艺运行可靠，管理简便，无需污泥回流，无污泥膨胀之虞。
　　2、气动生物转盘法较传统活性污泥法节能近1／2，从而大大降低了日常运转费用。
　　3、气动生物转盘法处理效果与传统活性污泥法相近，但当供气量不足时，处理效果有所降低。
　　4、气动生物转盘的材质是影响该工艺推广的关键因素，该工艺的造价也较传统活性污泥法偏高。
　　作者感谢本文中提高相关数据的兄弟单位。