生物接觸氧化工藝:技術原理,專長特點,套用範圍,工藝分類,處理釀造廢水,處理甲醛和

生物接觸氧化工藝是一種於20世紀70年代初開創的污水處理技術，其技術實質是在生物反應池內充填填料，已經充氧的污水浸沒全部填料，並以一定的流速流經填料。在填料上布滿生物膜，污水與生物膜廣泛接觸，在生物膜上微生物的新陳代謝的作用下，污水中有機污染物得到去除，污水得到淨化。

基本介紹

中文名：生物接觸氧化工藝
外文名：Biological Contact Oxidation
別稱：淹沒式生物濾池、接觸曝氣法
別稱：固著式活性污泥法
性質：污水處理技術
發明時間：20世紀70年代初

技術原理,專長特點,套用範圍,工藝分類,處理釀造廢水,處理甲醛和廢水,工藝研究,相關實驗,材料與方法,試驗過程,原因分析,試驗結果,研究討論,去除有機物,SS的去除,去除氨氮,抗有機負荷衝擊能力,改進展望,所得結論,

技術原理

生物接觸氧化法兼有活性污泥法及生物膜法的特點，池內的生物固體濃度（5~10g/l）高於活性污泥法和生物濾池，具有較高的容積負荷（可達2.0~3.0kgBOD5/m3.d），另外接觸氧化工藝不需要污泥回流，無污泥膨脹問題，運行管理較活性污泥法簡單，對水量水質的波動有較強的適應能力。

生物接觸氧化法是一種好氧生物膜法工藝，接觸氧化池內設有填料，部分微生物以生物膜的形式固著生長在填料表面，部分則是絮狀懸浮生長於水中。該工藝兼有活性污泥法與生物濾池二者的特點。

生物接觸氧化工藝流程及高程圖

池內加設適宜形狀和比表面積較大的生物膜載體填料，這樣在填料表面形成生物膜，由於內部的缺氧環境勢必形成生物膜內層供氧不足甚至處於厭氧狀態，這樣在生物膜中形成了由厭氧菌、兼性菌和好氧菌以及原生動物和後生動物形成的長食物鏈的生物群落，能有效地將不能好氧生物降解的COD部分厭氧降解為可生化的有機物。

由於池內填充了大量的生物膜載體填料，填料上下兩端多數用格線狀支架固定，當填料下部的曝氣系統發生故障時，維修工作將十分麻煩。填料易老化，一般4－6年需更換一次。由於前端物化處理後廢水中SS含量較低，生物膜固著的載體較少，導致生物膜比重較小，極易造成脫膜，掛膜不穩定。脫落的生物膜和絮狀污泥在二沉池沉澱效果較差，易導致出水SS超標。

專長特點

容積負荷高，占地相對較小。

抗衝擊負荷，可間歇運行。

生物種類多，活性生物量大。

無污泥膨脹問題。

流程較為複雜。

布水、曝氣不易均勻，易出現死區。

需定期反洗，產水率低。

套用範圍

生活污水及城市污水處理

生物接觸氧化工藝

食品加工類工業廢水處理

小區及樓宇建築中水回用微污染飲用水生物預處理。

生物接觸氧化工藝是一種介於活性污泥法與生物濾池之間的生物膜法工藝，其特點是在池內設定填料，池底曝氣對污水進行充氧，並使池體內污水處於流動狀態，以保證污水同浸沒在污水中的填料充分接觸，避免生物接觸氧化池中存在污水與填料接觸不均的缺陷。

生物接觸氧化工藝中微生物所需的氧常通過鼓風曝氣供給，生物膜生長至一定厚度後，近填料壁的微生物由於缺氧而進行厭氧代謝，產生的氣體及曝氣形成的沖刷作用會造成生物膜的脫落，並促進新生物膜的生長，形成生物膜的新陳代謝，脫落的生物膜將隨出水流出池外。

工藝分類

處理釀造廢水

1、根據釀造廢水的特點，主要的污染指標為CODcr、BOD5和色度等，由於BOD5/CODcr（=0.66）值較高，所以適宜採用以生化為主的處理工藝。釀造廢水中的色度基本是以有機狀細小微粒懸浮於廢水中而形成的，為了減輕生化處理的負擔，保證廢水達標排放，因此在生化的前面增加一級物化處理單元，以降低廢水中的大部分色度和部分CODcr、BOD5。生化處理部分可採用多種方式：如普通活性污泥法、接觸氧化法、SBR法等。因接觸氧化法具有流程簡單，抗衝擊性能好，操作運行穩定、方便，成為我們的首選工藝。

2、釀造廢水首先經粗、細格柵攔截雜物後進入預曝氣調節池，待藥劑與廢水充分混合反應後由污水泵提升進入初沉池進行固液分離，出水進入生物接觸氧化池，廢水中的有機物經微生物氧化分解後進入二沉地進行泥水分離，二沉池出水經微珠過濾器過濾後出水直接排放。

3、因廢水含鹽量較高，調試中根據食鹽量濃度大小，分為四個階段（0.5%，1.0%，1.25%，1.5%）對生物接觸氧化池進行掛膜馴化。先將廢水稀釋至含鹽量為0.5%的濃度，投加生活污泥，20d後掛膜成熟，再依次提高廢水濃度，每7d為一個周期，40d後按正常排水水質滿負荷投入運行。

4、過濾器作為把關單元可有效截留二沉池帶出的細碎老化污泥（去除率可達99%以上），對水質的穩定達標排放是有必要的。

處理甲醛和廢水

1、採用Fenton氧化—生物接觸氧化工藝處理含甲醛和烏洛托品的模擬廢水(簡稱廢水)，在H2O2（體積分數30%）加入量2.50g/L、H2O2與Fe2+質量濃度比3.75、反應時間3h、不調節廢水初始pH的Fenton氧化預處理最佳操作條件下，廢水COD從1000mg/L左右降至300mg/L，COD去除率達72%。原廢水完全無法直接進行生化處理，經Fenton氧化預處理後其BOD5。

2、COD約為0.5，易於生化處理。Fenton氧化—生物接觸氧化工藝處理廢水，生物接觸氧化停留時間為12h時，廢水COD去除率高達94%，處理後出水COD小於70mg/L，處理效果很好。

生物接觸氧化工藝處理醫院廢水

研究水解酸化-接觸氧化工藝處理醫院廢水的工程套用，為醫院廢水處理提供一種科學的方法。方法處理工程採用水解酸化+二氧化氯消毒組合工藝，處理流程分為兼性段和好氧段。結果經過半年多的實際運行表明，該工藝在進水生化需氧量(BOD5)150mg/L、化學需氧量(CODCr)300mg/L、固體懸浮物(SS)300mg/L、pH值6～9、糞大腸菌群50000個/L的條件下，污水經處理後，水質達到GB8978-1996《污水綜合排放標準》表4中二級標準。結論該工藝處理醫院廢水的工程具有較好的實際套用價值和明顯的經濟效益。

工藝研究

用好氧微生物處理污水的一個關鍵環節是要保證有足夠的氧氣供微生物氧化水中的有機物。為保證氧氣供應，一般採用向污水中充氧的方法。生物膜在氧化有機物的過程中，由於溶解氧的濃度梯度方向與有機物的濃度梯度方向一致，造成生物膜的底部出現厭氧層，導致生物膜脫落而混入處理水中。因此，要設二沉池進行膜水分離。若想獲得一種高效、經濟、緊湊的生化處理系統，關鍵是找出一個能“靜靜”地將氧氣溶解到水中的方法，而微孔膜和選擇性透氣膜材料的出現與推廣使得解決這個關鍵問題成為可能，這就是所謂的無泡充氧法。無泡充氧法即用疏水性的微孔膜或選擇性透氣膜材料將液、氣兩相相互隔離，根據Henry定律，氣體可藉助於氣、液間的分壓差透過微孔之間的氣、液界面或選擇性透氣膜而溶入或溶出液體。這一過程中沒有肉眼可見的氣泡產生，氧氣自然也可藉此充入水中完成充氧過程。

相關實驗

材料與方法

1、材料。聚偏氟乙烯中空纖維，外徑0.8mm，內徑0.5mm，微孔最大孔徑0.2μm，開孔率80%，由天津紡織工學院提供。

2、試驗裝置。試驗流程如圖1所示。其中反應器用玻璃量筒改制而成，內徑60.3mm，有效容積1.27L。中空纖維組件兼充氧及生物膜載體雙重功能。該組件用塑膠片做成支架將中空纖維盤繞其上製成。中空纖維組件間水平間隔5mm，上下層間隔5mm，交錯布置。膜總表面積為416cm2，總體積為504cm3(相當於生物膜載體堆積體積)，折算成比表面積為82.5m2/m3，空隙率97%。試驗在室溫下進行。

3、試驗水質。原水為唐山市西郊污水廠一沉池出水，其水質為：CODCr=100～300mg/L，BOD5=50～150mg/L，SS=100～150mg/L，pH=7.0～7.3。

試驗過程

試驗分為對中空纖維特性的測試(包括耐壓性能和微生物生長試驗)和污水處理試驗。測試中空纖維浸在水下時內部充氣最大安全壓力的具體作法是：將幾根中空纖維兩端用環氧樹脂封在玻璃管中，然後向浸沒在水中的中空纖維內充氣，同時觀察中空纖維表面是否有氣泡出現。結論是內外壓力差≯4.5kPa就可以保證安全運行，且無氣泡產生。微生物生長試驗是將上述試驗用水換成污水。為提高充氣效率，須提高中空纖維膜中的氧氣分壓，故向中空膜中充入純氧並維持內外壓力差為3.0kPa。在向污水中加入從污水廠曝氣池中取得的活性污泥進行接種後，發現靠近氧氣進氣端的中空纖維表面微生物膜生長較好，而遠端則較差，封口端甚至不長。將封口端也接通氧氣後，該端附近的生物膜生長情況好轉。

原因分析

經分析原因有二：

①中空纖維內充入的是純氧，其中的氮氣、二氧化碳等氣體分壓為零，故水中的上述氣體會從水中溶出而進入中空纖維內部使其中的氧氣分壓降低。在遠端隨著氧氣溶入水中導致氧分壓降低幅度較大，使得向水中充氧能力下降，從而影響了微生物的生長。②中空纖維內氣體的溶進與溶出是沿全長進行的，所以中空纖維內氧氣流動速度在封口端為零，進氣端則最大，這樣就會將已溶入中空纖維的氮氣等氣體帶至遠端。所以在中空纖維內沿長度方向氧氣的濃度(分壓)不是均勻分布的，並且由於進氣端氧氣流動速度最大，產生的湍流也最強，因而氧氣滲入水中的條件最有利。

根據以上分析，在氣路中加裝一個循環泵後得到了沿中空纖維全長均勻生長的生物膜。

污水處理試驗過程則是將裝置按流程裝配完畢之後接通氧氣，注入污水並加入活性污泥進行接種。為了加快生物膜的培養過程，在污水中還加入了用可濕性澱粉、肉汁和一些無機鹽組成的營養物質。經2周的培養，生物膜的厚度穩定在約為1.2mm左右，出水變清後停止添加營養物質，並讓生物膜在原污水中適應一周后開始測試。

試驗結果

1、去除有機物和SS，用本法處理污水前後BOD5、CODCr和SS的結果見表1。

表1中可以發現，本工藝對BOD5、CODCr和SS的去除率分別達到89.5%～92%、78.7%～83%和90%～94%。

2、出水中的原生動物。通過顯微鏡觀察，發現在出水端生物膜上有大量的草履蟲和游仆蟲。另外，出水中也可觀察到微小的水生生物遊動。

3、脫除氨氮的效果。從試驗的26d開始測定進、出水的氨氮和亞硝酸鹽濃度(見表2)。由於本工藝的特點是生物膜幾乎不脫落，所以泥齡較長，且隨著泥齡的增長，硝化效果開始顯現出來。

研究討論

去除有機物

在本工藝中的中空纖維實際上是生物膜的載體，微生物種群在本工藝中的分布與常規的生物膜法和活性污泥法不同，所以在降解污染物的能力方面有其獨特之處。

首先分析生物膜的特點。常規的生物膜法有機物和溶解氧由生物膜同一側進入膜內部，所以在生物膜的表面好氧微生物生長條件較內部深處要好得多。在表面旺盛生長的微生物消耗了大部分溶解氧，使生物膜內部處於供氧不足甚至無氧狀態，於是從生物膜表面至底部出現了供氧充足、缺氧和無氧區域，各區域內分別對應生長的是好氧、兼性和厭氧微生物。這就帶來了以下問題：首先，如果污水中有機物濃度過大則表面旺盛生長的微生物將使生物膜生長過厚，從而堵塞載體或濾料間的空隙；其次，因為厭氧細菌產生的代謝物質的作用，導致生物膜脫落；另外，為了保證給微生物足夠的溶解氧，一般採用污水流速較快或曝氣的方法，這也易使生物膜脫落水中，所以要在其後設一個沉澱池將其分離。

在本工藝中污水的有機物和氧氣分別從生物膜的兩側進入，即二者的濃度梯度方向是相反的。這對分解水中的有機物很有好處，如在生物膜的最外層有機物濃度最大但溶解氧濃度最小，而在生物膜的底部則恰好相反，這樣好氧微生物的兩個生長控制因子得以相互協調和抑制，其結果是使生物膜協調地生長於一個相對固定的厚度範圍，不會因有機物的濃度大而過度生長形成堵塞。在試驗中觀察到的生物膜沿水流方向的生長狀態也證明了這一點，從污水進水端至出水端，有機物濃度相差逾十倍，生物膜的厚度卻基本一樣，僅僅是生物膜的密實程度進水端較出水端密實一些，顏色也略深一些。同樣因為本工藝充純氧，生物膜上不存在厭氧層，全部生物膜都是活性生物膜。在生物膜的最外層有一個微溶解氧層，在該層有機物的濃度最大。這一情況極適於衣球細菌生長，這種細菌對有機物有著極強的分解能力。

SS的去除

從工藝流程中可看出反應器內水流是由下向上流動的，可將其視為一個豎流式沉澱池與一個接觸氧化池的組合體。由於試驗的接觸時間是3～4h，上升流速僅為0.018～0.024mm/s，只相當於一般豎流式沉澱池所採用上升流速的1/10～1/5，所以污水中所挾帶的懸浮物除膠體外幾乎全部可以通過沉澱作用而去除。試驗中觀察到反應器靠近進水口處的混濁程度明顯大於其上部，這一現象佐證了上述分析。另外生物膜吸附也去掉了一部分SS。

去除氨氮

由試驗結果可知，隨著試驗時間的推移，處理水中的亞硝酸鹽濃度在增加，到45d時，氨氮的去除率已達到60%，但亞硝酸鹽氮濃度增加量與氨氮的下降量並不一致。按照硝化過程：

氨氮的減少數量與亞硝酸鹽氮的增加數量應當是對應的，但在本試驗中並非如此。合理的解釋應當是同時還進行著另外兩個過程：

由於出水的pH值並未顯著降低，猜測以過程(3)為主，但因條件限制，本次試驗未能就此加以驗證。

去除氨氮效果較好的原因與本工藝中微生物所處的特別環境及其特殊的微生物種群分布有關：在生物膜的最內層即與中空纖維相接部分是溶解氧濃度最大的部分，而污水中的有機物濃度經過外層微生物的降解後抵達此部位時已經大大降低，在該部位污水中的C/N比值也大大下降，這非常有利於硝化微生物生長。所以筆者認為與其他工藝不同，在本工藝中硝化作用不僅僅是發生在反應器的末端，待污水中總有機物濃度降低到一定程度後才開始，而是在原污水接觸到生物膜一段時間，當有機物濃度略有下降後就已經在其後的生物膜內層開始了。如果原污水的有機物濃度較低，則可以認為幾乎全部生物膜內層都有一個生長良好的硝化細菌膜存在。所以得出結論：降解有機物和去除氨氮在本工藝中是同步或部分同步進行的。

本工藝脫除氨氮效果較好的另一個原因就是採用了純氧，這可使硝化微生物的活性提高數倍。

抗有機負荷衝擊能力

本試驗中進水的有機物濃度最高值與最低值之間相差2.5倍，但出水的BOD5數值波動不大。每次受到有機負荷衝擊後經2～3d的適應，出水水質便恢復良好，這說明本工藝與其他生物膜法一樣，有較好的抗有機負荷衝擊能力。

改進展望

①本工藝的一次性投資比較高，主要是目前中空纖維膜的生產並未形成規模，所以售價比較高。隨著膜工業的發展，這一問題會得到解決。

②本工藝除有氧化降解有機物的功能外，尚有良好的硝化功能，但這並未完成污水脫氮過程。如能對中空纖維組件加以改進，使中空纖維外側或附近有一些能讓厭氧微生物附著生長的普通載體，則可利用污水中的有機物作為碳源，完成反硝化，實現脫氮，同時也提高了氧的利用率。

③雖然本試驗在中空纖維中充入的是純氧，但是通過前面的分析可以發現，經過一段時間的運行，氣體循環迴路中的氣體已不完全是純氧，而是混有許多在分壓差作用下從水中溶出的氮氣、二氧化碳等其他氣體，在氣體循環迴路中充入純氧僅提高了氣體中的氧分壓。這就有了一個啟示：可否直接用空氣進行充氧，其結果將會大大降低運行成本。

④由於本工藝中微生物種群分布的特殊性，生物膜上微生物的種類和數量等可能與其他常規微生物法有所不同，這需要作進一步的研究，為本工藝的完善找出生物學的指導依據。

所得結論

①用本工藝處理城市污水，可以在一個反應器內使BOD5、CODCr和SS的去除率分別達到92%、83%和94%。

②本工藝去除氨氮的效果良好，去除率可達60%。

③本工藝有特殊的微生物生長環境和種群分布，使各類具有特殊降解污染物能力的微生物都有良好的生長環境，並且可以將生物膜厚度自動維持在一定範圍內而無堵塞問題，所以運行管理非常簡單。

④本工藝產生的剩餘污泥非常少。

⑤本工藝採用的無泡充氧方法可使污水處理過程在密閉條件下進行，對環境幾乎沒有影響。