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生物接觸氧化法的基本原理

1、生物接觸氧化法的特點

生物接觸氧化法是生物膜法的一種形式。它是在生物濾池法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,，從生物膜固定和污水流動來說,，相似于生物濾池法,。從污水充滿曝氣池和采用人工曝氣看,，它又相似于活性污泥法。所以,，生物接觸氧化法兼有生物濾池法和活性污泥法的特點。

實踐表明,，生物接觸氧化法具有BOD負荷高,，處理時間短，占地面積小,，不需污泥回流,，不產(chǎn)生污泥膨脹，運轉(zhuǎn)比較靈活,，維護管理方便等一系列優(yōu)點,，因此，是一種有發(fā)展前途的處理方法,。

2,、生物膜對廢水的凈化作用

在生物接觸氧化法中，微生物主要以生物膜的狀態(tài)固著在填料上,，同時又有部分絮體或碎裂生物膜懸浮于處理水中,。生物接觸氧化池中的生物膜重量，比曝氣池內(nèi)懸浮活性污泥的重量大得多,，一般生物膜重量為6000-14000mg/L,，而氧化池中呈懸浮狀的微生物（活性污泥）濃度一般為200-1000 mg/L。由此,，可粗略地用生物膜重量表示生物接觸氧化法中的微生物重量,，用生物膜濃度表示微生物濃度。

附著在填料表面的生物膜對廢水的凈化作用：

最初,，稀疏的細菌附著于填料表面,，隨著細菌的繁殖逐漸形成很薄的生物膜。在溶解氧和食料（有機物）都充足的條件下,，微生物的繁殖十分迅速,，生物膜逐漸加厚。生物膜的厚度通常為1.5-2.0mm,，其中外表面到1.5 mm深處為好氣菌,，1.5 mm深處到內(nèi)表面與填料壁相接的部分為弱厭氣菌。

廢水中的溶解氧和有機物擴散到生物膜內(nèi)為好氣菌利用,。但是,，當生物膜長到一定厚度時，溶解氧無法向生物膜內(nèi)擴散,，好氣菌死亡,、溶化,，而內(nèi)層的厭氣菌得以繁殖發(fā)展。經(jīng)過一段時間后,，厭氣菌在數(shù)量上亦開始下降,，加上代謝氣體的逸出，使內(nèi)層生物膜出現(xiàn)許多空隙,，附著力減弱,，終于大塊脫落。在生物膜脫落的填料表面上,，新的生物膜又重新生長發(fā)展,。實際上，新陳代謝過程在生物接觸氧化池中生物膜發(fā)展的每一個階段都是同時存在著的,，這樣就使其去除有機物的能力保持在一個水平上,。

3、流態(tài)

生物接觸氧化法的固定生物膜與一般的生物膜不同,。在氧化池中采用曝氣方式,，不僅提供較充分的溶解氧，而且由于曝氣攪動加速了生物膜的更新,，從而更加提高膜的活力與氧化能力,。另外，曝氣會形成水的紊流,，使固著在填料上的生物膜可以連續(xù)地,、均勻地與污水相接觸，避免生物濾池中存在的接觸不良的缺陷,。

對于接觸氧化池的單池（或單格）來說,，其流態(tài)是一種混合型，各點水質(zhì)比較均勻,，各部分的工況基本一致,，具有完全混合型的特點。

對于將氧化池分格按照推流式設(shè)置的接觸氧化池來說,，則全池又具有推流式活性污泥法的特點,。由于按推流式設(shè)置時，水在池子內(nèi)不斷地沿著池的縱向逐步推流至出口,，使生物膜上的微生物與污水中的有機物得到充分混合和接觸,，從而使污水逐漸凈化。全池的水質(zhì)是有變化的,，進水端COD值最大,，以后逐漸減小，出口端最小。

4,、生物相及其演化規(guī)律

生物接觸氧化法生物膜上的生物相是豐富的,，起作用的微生物包括許多門類，由細菌,、真菌,、原生動物、后生動物組成比較穩(wěn)定的生態(tài)系,。

（1）細菌類

生物相中數(shù)量最多的是細菌,。它們的形態(tài)有：

①游離菌

大多為體形較小的桿狀菌，有時也可能是比較大型而自身又能運動的螺旋菌,。細菌的種屬因處理的污水種類不同而異，一般生長繁殖的細菌有無色桿菌屬,、假單孢菌屬,、芽孢桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬等,。它們多數(shù)在掛膜培菌初期出現(xiàn),，然后消失。

②菌膠團

它是低等細菌建立的膠粘物,，有良好的吸附能力,，對被粘附的有機物加以分解利用，使有機物無機化,。菌膠團多半呈垂絲狀,，也有呈蘑菇狀、分枝狀,。

③絲狀菌

這是由低等細菌密切結(jié)合的高等細菌,。絲狀菌多數(shù)是真菌球衣細菌，是生物膜中起重要作用的微生物,。它們的菌絲體較長,，常呈亂發(fā)狀。絲狀菌的繁殖和廢水的硝化有著密切聯(lián)系,。在生物接觸氧化法中,，絲狀菌是固著在填料表面上的，它的繁殖不僅不會引起活性污泥法中的那種污泥膨脹,，反而使出水水質(zhì)變好,。

（2）真菌類

生物膜中的真菌主要是鐮刀霉菌、地霉菌和各類酵母菌等,。真菌對某些人工合成的有機物（如丙烯腈等）有一定降解能力,。

（3）原生動物

在正常運行和生物膜降解能力良好時，生物相中占優(yōu)勢的原生動物以固著性的纖毛蟲為主，如鐘蟲,、小口鐘蟲,、等枝蟲、蓋纖蟲,、無柄鐘蟲等,。有時也有游泳性纖毛蟲，如草履蟲,、豆形蟲,、漫游蟲等。

運行穩(wěn)定時,，生物膜上的生物相也是相對穩(wěn)定的,，細菌和原生動物之間存在著制約關(guān)系。一方面,，原生動物纖毛蟲吞噬細菌,，抑制細菌群體的蔓延；另一方面,，細菌被破壞后,，又不斷繁殖生長，這就需要以廢水中的大量有機物作為食料,，從而凈化了廢水,。所以，原生動物纖毛蟲特別是鐘蟲,、等枝蟲,、蓋纖蟲是生物接觸氧化系統(tǒng)運轉(zhuǎn)良好的有價值的指示性生物。

在運行時,，若有機物負荷或營養(yǎng)狀況有較大變化,，則原生動物中的固著性鐘蟲、等枝蟲突然消失,，絲狀菌稀少,，菌膠團結(jié)構(gòu)松散，而游泳性草履蟲,、鐘蟲游泳體大量出現(xiàn),，出水水質(zhì)變差；反之,，若原來出水水質(zhì)較差,，一旦出現(xiàn)鐘蟲、等枝蟲,、絲狀菌叢生,，菌膠團結(jié)構(gòu)緊密,，而游泳性纖毛蟲減少，則說明環(huán)境條件有了改善,，出水水質(zhì)變好,。

（4）后生動物

與活性污泥法不同的是，在生物接觸氧化法中的生物膜上存在著大量的后生動物如輪蟲,、線蟲,、紅斑瓢體蟲。這些是以食死肉為主的動物,，能軟化生物膜,，促進生物膜脫落，從而經(jīng)常保持活性和良好的凈化功能,。當輪蟲等后生動物數(shù)量多且活躍,，個體肥大，則處理后出水水質(zhì)好,；反之,，則處理效果差。一旦發(fā)現(xiàn)生物呆滯,，個體死亡，則預(yù)示著處理效果急劇下降,。

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影響處理效果的因素

1,、進水水質(zhì)

①PH值

環(huán)境條件對生物處理的影響是重要的，有時甚至是決定性的,。其中PH值是重要的環(huán)境因素之一,。

對于大多數(shù)細菌來說，雖然PH的最廣范圍為4-10,，但是由于異常的PH值會損害細胞表面的滲透功能和細胞內(nèi)部的酶反應(yīng),，因此適宜的PH值范圍應(yīng)為6-8。

在污水處理中,，特別是在工業(yè)廢水處理中,，污水的PH值往往不能適應(yīng)微生物的生長繁殖。此時,，當在培菌馴化時考慮到PH值因素,，并使PH值逐漸偏于某一側(cè)，那么,，即使在較高的堿性和酸性條件下,，也能夠使整個經(jīng)過馴化的微生物群體具有一定的凈化能力。

運行實踐表明,，生物接觸氧化法對PH值的適應(yīng)性比較強,，當污水的PH值為8-9時,，微生物仍然有適應(yīng)能力，對處理效果沒有多大影響,。因此,，生物接觸氧化池進水PH值可為6.5-9.0。否則,，應(yīng)考慮預(yù)先的PH調(diào)整措施,。

②水溫

在生物接觸氧化池中接觸停留時間較短，因此處理過程中污水受氣溫的影響不大,，主要起作用的是水溫,。

溫度對生物處理有一定的影響。一般地,，溫度高,，微生物活力強，新陳代謝旺盛,，氧化與呼吸作用強,，處理效果較好。但溫度過高,，會抑制通常的嗜中溫微生物的生長,。同樣，溫度過低,，微生物的生命活動受到抑制,，處理效果受到影響。

為了保持基本正常運行,，生物接觸氧化池的進水水溫宜控制在10-35℃之間,。

③硫化物及其它有害物質(zhì)

污水中的大量硫化物對生物接觸氧化法處理是有害的。一是,，硫化物是還原劑,，要消耗生物接觸氧化池中的大量溶解氧；二是,，硫化物在充氧作用下,，易產(chǎn)生難聞的硫化氫氣體；三是,，硫化物對微生物代謝過程有抑制作用,。為此，生物接觸氧化池進水中的硫化物含量應(yīng)在30mg/L以下,。

其它有害物質(zhì)的情況,，在此從略。

2,、有機負荷

有機負荷是反映生物接觸氧化法凈化效能的主要指標,。它通常用單位容積填料的污染物（BOD）負荷量來表示,，即

BOD負荷=單位時間內(nèi)供給生物膜的有機物數(shù)量（BOD）÷填料總?cè)莘e單位：Kg BOD/（m3·d）

①BOD負荷同被處理水的污染物質(zhì)有關(guān)

處理對象不同，BOD負荷亦不同,。易于生物降解的污水,，例如城市污水、酵母廢水等,，BOD負荷較高,。而可生化性較低的廢水，如印染廢水等,，BOD負荷較低,。

②BOD容積負荷與處理水水質(zhì)亦有密切關(guān)系

實踐表明，在一定范圍內(nèi),，出水BOD愈高,，則BOD容積負荷也愈高；出水BOD愈低,，則BOD容積負荷也就愈低,。在保持相同處理水水質(zhì)的情況下，允許的BOD容積負荷愈高,，則證明處理設(shè)備效率愈高,。

③BOD容積負荷的實際取值范圍

對于可生化性較高的有機廢水，如城市污水,、食品工業(yè)廢水等,，BOD容積負荷宜取1.0-3.0Kg BOD/（m3·d）；對于可生化性較差的廢水,，如印染廢水等， BOD容積負荷取0.5-1.0Kg BOD/（m3·d）更為穩(wěn)妥,。

3,、接觸停留時間

①接觸停留時間同處理效果有很大關(guān)系

在相同的進水水質(zhì)條件下，若接觸停留時間愈長,，則處理水BOD值愈低,，處理效果亦就愈好；反之亦然,。

這是因為,，微生物對有機物的轉(zhuǎn)化過程同微生物機體的化學(xué)過程緊密地聯(lián)系著。不論是將復(fù)雜的有機物分解氧化成簡單的無機物,，還是將比較簡單的無機物合成復(fù)雜的細胞物質(zhì),，都需要一定時間。特別是被吸附與附著在生物膜上的有機物經(jīng)氧化分解和細胞合成作用全部轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定物質(zhì)（有機物無機化）所需時間較長,，一般為數(shù)小時乃至數(shù)十天,。因此,，處理效果對接觸停留時間的依賴性很大。

②接觸停留時間同所采用的處理工藝流程有關(guān)

在原水水質(zhì)和處理水質(zhì)都相同的條件下,，一段法同多段法相比較,，所需要的接觸停留時間是不相同的。一般地,，二段法或多段法的總接觸停留時間短于一段法,。

對于BOD濃度較低的城市污水，宜采用二段法工藝流程,，總接觸停留時間1.0-3.0h,，一氧池接觸停留時間約占總接觸停留時間的2/3，二氧池約占1/3,。

對于中等濃度的工業(yè)廢水（如BOD濃度為150-300mg/L）,，接觸停留時間宜采用3-6h。

對于高濃度的工業(yè)廢水（BOD濃度為500mg/L以上）,，接觸停留時間宜采用8-16h,。

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填料選擇

（1）填料的作用及要求

填料是生物膜的載體，同時兼有截留懸浮物質(zhì)的作用,。因此載體填料是氧化池的關(guān)鍵,，直接影響著生物接觸氧化法的效能。同時,，載體填料費用在生物接觸氧化處理系統(tǒng)的基建費用中又占較大比重,，所以填料關(guān)系到接觸氧化技術(shù)的經(jīng)濟合理性。

通常,，對載體填料的要求是：

①生物膜的附著性

表面粗糙度是能否很快形成初期生物膜的主要因素,。表面粗糙度大，掛膜快,；表面粗糙度小,，掛膜慢。

生物膜附著還同微生物和載體填料表面的靜電作用有關(guān),。一般微生物常帶負電,，若填料表面的電位愈高，則可以推測生物膜附著愈易,；反之亦然,。由于微生物可以視為親水性粒子，所以在親水性填料表面易附著微生物,。于是,，有的塑料填料在使用前先進行了提高表面親水性處理。

②水力學(xué)特性

載體填料的水力學(xué)特性包括空隙率,、比表面積,、形狀尺寸,、填充率等?？障堵视绊懰膶嶋H停留時間和生物膜量,。空隙率愈高,，氧化池阻力愈小,，同時需要填料少，降低造價,。但是,，空隙率高時機械強度和比表面積都比較小。比表面積影響氧化池單位容積的生物膜量,。

若載體填料的比表面積大,，則不僅對溶解性底質(zhì)，而且對懸浮物質(zhì)的去除效果較好,。但是,，比表面積大的填料帶來的問題是，流經(jīng)填料內(nèi)的水流阻力增大,，能量消耗隨之增大,，同時易于堵塞填料。為了防止堵塞,，就要提高反沖洗強度,，這樣使原生動物、后生動物受到?jīng)_刷,，微生物的食物鏈變短,，產(chǎn)生的剩余污泥量就大。因此,，一般固定床氧化法載體填料的比表面積宜在一至數(shù)個100m2/m3之間,。

填料的形狀尺寸除了同空隙率和比表面積密切相關(guān)以外，也是影響填料間水流態(tài)的重要因素,，一般用雷諾數(shù)Re表示,。Re小于2000為層流,，大于2000為紊流,。若填料間紊流愈甚，則水與生物膜接觸效率愈高,，生物膜更新愈快,，增大了去除污染物質(zhì)的能力。但是,，為了提高Re,，勢必要增大流速,，從而增大能量消耗。若比表面積小,，則Re值大,，提高單位生物膜表面積的凈化效率。因此,，從這一點考慮,，則采用比表面積小的填料是有利的。

若空隙率大,、比表面積大,、形狀尺寸均一，則水流阻力??；反之亦然。從節(jié)能觀點來看,，填料間的水流阻力愈小愈好,，這是一個方面。但另一方面由于填料自身具有整流作用,，阻力愈大,，則填料內(nèi)流速分布比較均一，因此克服氧化池內(nèi)流速偏差是有效的,。

③經(jīng)濟性

影響填料成本的主要因素是材質(zhì),、填料形狀與厚度、加工工藝過程等,。不言而喻,，采制價格低廉、厚度小,、加工工藝簡單,，則成本低。

當建設(shè)資金充足時,，可以考慮一次性采用性能好,、使用壽命長而價格又較貴的填料；若建設(shè)資金比較短缺時,，建議可以先使用性能良好,、價格低廉的填料，如軟性纖維填料,，以滿足污水處理的需要,，而以后再逐漸更換成其它更為理想的填料。

（2）種類

載體填料按形狀分，有：蜂窩管狀,、束狀,、波紋狀、圓環(huán)輻射狀,、盾狀,、板狀、網(wǎng)狀,、筒狀,、不規(guī)則粒狀等；按性狀分,，有：硬性,、半軟性、軟性,；按材質(zhì)分,，有：塑料、玻璃鋼,、纖維填料等,。

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供氣量和曝氣充氧設(shè)備

（1）供氣的作用

①充氧

生物接觸氧化法主要是利用好氣性細菌完成生物凈化作用。微生物的氧化,、合成和內(nèi)源呼吸全部需要氧,。所以，除了營養(yǎng)物質(zhì)外,，氧氣是保持微生物正?；顒拥囊粋€重要條件。供氣使氧化池中的溶解氧控制在一個相當?shù)乃缴稀?

②充分攪拌,，形成紊流

供氣使池內(nèi)水流充分攪動,，形成紊流。紊流愈甚,，被處理水與生物膜的接觸效率愈高,，傳質(zhì)效應(yīng)愈好，從而提高處理效果,。

③填料堵塞,，促進生物膜更新

供氣的攪動作用使填料上衰老的生物膜及時剝落，防止填料堵塞,。同時還促進生物膜更新,，提高處理效果。

（2）供氣量

為了表面層的好氣菌維持良好的生物相,，通過填料后的溶解氧應(yīng)是2-3mg/L,。

關(guān)于供氣量的確定,，一般有以下兩種方法：

①根據(jù)生物膜需氧量來計算供氣量

生物膜的需氧量（R）包括合成用氧量和內(nèi)源呼吸用氧量兩部分,。即

R = a’·ΔBOD+b’·P

式中：

R——生物膜的需氧量（Kg/d）

ΔBOD——單位時間內(nèi)去除的BOD量（Kg/d）

P——活性生物膜數(shù)量（Kg）

a’,、b’——系數(shù)（a’≈0.4~0.7、b’≈0.18）

所需的供氣量（Qs）取決于需氧量（R）和曝氣裝置氧的總轉(zhuǎn)移系數(shù)KLa ,。

②根據(jù)水氣比,，確定實際供氣量

在生物接觸氧化處理廢水實踐中，往往是根據(jù)水氣比確定供氣量,。水氣比為處理水量和供氣量體積比,，視水質(zhì)、水溫,、填料和廢水所需的溶解氧而定,。正常運行時的水氣比為：

城市污水 1：（3-5）

一般工業(yè)廢水 1：（15-20）

高濃度生產(chǎn)廢水 1：（20-25）

但是，在生物接觸氧化中,，曝氣不僅提供溶解氧,，還形成紊流，促進生物膜脫落與更新,，防止填料堵塞,，還有利于污水中有機物和微生物的代謝產(chǎn)物的擴散與傳遞。所以,，在確定供氣量時還應(yīng)考慮反沖填料時須加大供氣量,。一般地，反沖填料時的水氣比為：

城市污水 1：（6-8）

工業(yè)廢水 1：（20-25）

（3）供氣方式

對供氣方式總的要求是：能使水流均勻地流經(jīng)曝氣池和載體填料,，充氧效果好,，能耗低，維護管理方便,。

供氣方式可分為：鼓風(fēng)曝氣,、機械曝氣和射流曝氣。

目前國內(nèi)用得較多的是鼓風(fēng)曝氣,。鼓風(fēng)曝氣就是用鼓風(fēng)機（或空壓機）向曝氣池充入一定壓力的空氣（或氧氣）,。這種方法動力消耗較低，動力效率較高,，供氣量較易控制,，脫落的生物膜沉淀性能較好。但是,，氧的利用率較低,，噪聲大。

射流曝氣,，就是用泵打入混合液,，在射流器的喉管處形成高速射流，與吸入（或壓入）的空氣強烈混合攪拌，將氣泡粉碎為100μm左右,，使氧迅速轉(zhuǎn)移至混合液中,。其氧的利用率較高，管理方便,。但是,，動力消耗較高，動力效率較低,，脫落的生物膜易被擊碎,，質(zhì)輕上浮。

機械曝氣大多以裝在曝氣池水面的葉輪快速轉(zhuǎn)動,，進行表面充氧,。生物接觸氧化法，很少采用這種曝氣方式,。

（4）曝氣充氧設(shè)備

各種不同方式對氧化池的供氣是通過曝氣充氧設(shè)備來實現(xiàn)的,。曝氣充氧設(shè)備的性能不僅影響污水生物處理的效果，而且關(guān)系到處理設(shè)施的投資,、電耗和運行費用,。目前，鼓風(fēng)曝氣充氧設(shè)備常采用穿孔管,、微孔曝氣器,、可變孔曝氣軟管等。

穿孔管,，簡單易行,，安裝方便，一次投資省,。但是,，其氧的利用率較低，孔口易于堵塞,。

微孔曝氣器,、可變孔曝氣軟管等，氧的利用率較高,。但是,，由于它是采用塑料（或橡膠）制成，很容易老化,，使用壽命較低,。