生物膜法污水處理工藝中微生物量的對比研究
摘要：采用生物膜法污水處理工藝，對深圳布吉秀峰工業城污水進行現場中試研究．出水中有機物BODs，COD 及懸浮物去除率一般在80% 以上，曝氣生物濾池工藝中的污泥質量濃度2倍于生物接觸氧化工藝，曝氣生物濾池中的原生動物及后生動物密度比生物接觸氧化工藝高出1—2個數量級．試驗中曝氣生物濾池的去除效果比生物接觸氧化工藝稍好，從反應器中污泥質量濃度(p(MLSS))及原生動物、后生動物數量的比較進一步證實這一結論。
關鍵詞：生物膜；反應器中污泥質量濃度；原生動物；后生動物
在小規模分散型污水處理中大量使用生物膜污水處理工藝，比使用活性污泥工藝更有優勢，具體體現在：①微生物相方面，各種生物膜工藝中參與凈化反應的微生物多樣化，微生物的食物鏈較長，世代時間較長的微生物易于存活，在分段運行中每段都能夠形成優勢菌種；② 在處理工藝上，各種生物膜工藝對水質水量變化均有較強的適應性，污泥沉降性能良好、易于固液分離，能夠處理低濃度的污水，易于維護、節能[1-3]。
生物接觸氧化工藝起源于歐洲，其在中國也得到了廣泛應用，是生物膜法污水處理工藝中使用較廣泛的一種；而曝氣生物濾池是近年來研究開發的污水處理工藝，具有有機負荷高、占用土地少、節約投資等優點，在新建污水處理設施中被廣泛采用[4-7]。筆者選擇生物膜作為主要處理工藝，對比研究生物接觸氧化工藝和曝氣生物濾池工藝在中試規模上處理實際污水的效果，從2種工藝進、出水水質和污泥質量濃度、原生動物和后生動物密度的角度比較2種工藝的運行效果，進一步認識生物膜法污水處理工藝的規律。
1 裝置與方法
1．1 研究對象
深圳布吉秀峰工業城污水處理站位于布吉河流域與沙灣河流域的交界線上．秀峰工業城內有集體宿舍、各類工廠(如食品廠、電子廠、印刷廠、塑膠五金廠、玻璃廠)等．試驗污水取自該污水處理站厭氧池出水，通過水泵進人高位水池，由高位水池流人試驗裝置．該站原有的污水處理設施雖在運行，但出水水質達不到排放要求，進水水質見表1。試驗在2005年9月一2006年4月進行，試驗正常運行約6個月。
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1．2 試驗裝置
1．2．1 裝置
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試驗采用2種工藝[8]：曝氣生物濾池工藝(見圖1)和生物接觸氧化工藝(見圖2)．每種工藝分別由3個鋼罐組成，每個鋼罐尺寸為 φ0．8 m×2．0 m．曝氣生物濾池為自行研制的處理單元，前2個為曝氣生物濾池，池體中間放置懸浮填料，填料高度1．2 m，底部為曝氣頭；第3個為清洗水池，罐內放置反沖洗清水泵及清洗填料，罐體中間放置攪拌漿，由固定在頂部的電機及減速器帶動．曝氣生物濾池反洗采用攪拌機攪動及水清洗相結合的方法。
生物接觸氧化工藝，前2個是生物接觸氧化池，內放填料，填料高度1．2 m，底部為曝氣頭；第3個為沉淀池．
1．2．2 填料[8]
曝氣生物濾池的填料為高分子中空懸浮型填料，其具有優良的機械性能和化學惰性[9-10]，相對密度為0．91；尺寸為聲φ10 mm×12 111111．采用上向流運行方式。
與礫石、陶粒等沉在水中的填料相比，懸浮填料不需要承托層，且節省空間．采用上向流方式，填料中可以存儲更多的污泥，不易堵塞．采用機械一水力聯合反沖洗方式，節省動力及用水量。
生物接觸氧化池的填料采用彈性高分子填料，由架子固定在生物接觸氧化鋼罐中。
1．3 試驗方法
為比較曝氣生物濾池與生物接觸氧化池的處理效果，在污水停留時間、曝氣量均相同的條件進行對比試驗：比較同一工藝中兩級處理的效率；比較曝氣生物濾池與生物接觸氧化池在相同水力停留時間下不同曝氣方式的處理效果；比較2種工藝中的污泥質量濃度(p(MESS))及微生物密度：2 種工藝的水力停留時間均為1．2～4．8 h，平均污染負荷為1．0～4．0 kg／(m3·d)。
1．4 分析項目及方法
BOD 5采用稀釋接種法測定；CODcr采用重鉻酸鉀法測定；SS采用濾膜法測定；NH，．N采用納氏試劑光度法測定；TP采用過硫酸鉀消解、鉬銻抗分光光度法測定；DO采用溶解氧儀現場測定；原生動物采用浮游生物計數框全片計數法測定．主要儀器包括：XJ一1 CODcr密閉消解裝置；分光光度計；遠紅外快速干燥箱；電子天平；YSI 550A野外便攜式溶解氧儀；鳳凰ME一1000型光學顯微鏡；S—R浮游生物計數框等。
2 結果與討論
2．1 t處理效果
在相同的停留時間、曝氣量等條件下，曝氣生物濾池及生物接觸氧化池出水的ρ(ss)(CODcr)和ρ(BOD5)平均值見表2．從表2可以看出，2種工藝對懸浮物的去除都有較好的效果，且曝氣生物濾池比生物接觸氧化池稍好，這是因為曝氣生物濾池工藝具有過濾的性能決定的．2種工藝的出水p(CODcr)的平均值在60 mg／L以上，曝氣生物濾池出水lD(CODcr)好于生物接觸氧化池．曝氣生物濾池工藝出水p(BODs)平均值為13．6 mg／L，生物接觸氧化工藝出水lD(BODs)平均值為16．4 mg／L．曝氣生物濾池工藝比生物接觸氧化工藝稍好，去除率大約在85%左右。
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2．2 污泥質量濃度
一般活性污泥法的污泥質量濃度較低，而生物膜工藝可以達到較高的污泥質量濃度．由圖3可見，曝氣生物濾池中的污泥質量濃度(以lD(MISS)表示)較高，在曝氣生物濾池1中P(MISS)為3～4 g／L，曝氣生物濾池2中P(MISS)為4～6 g／L．生物接觸氧化池中污泥質量濃度較低，生物接觸氧化池1與生物接觸氧化池2的P(MISS)基本相同，為2～3 L．一般認為，污泥質量濃度高，容積負荷也高，處理效率高。
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從圖3可以看出，曝氣生物濾池中的污泥質量濃度高于生物接觸氧化池，這說明曝氣生物濾池工藝起到了對懸浮物的截流作用．試驗發現，11月到1月期間溫度的變化(27℃ 降至15 ℃)對生物膜反應器中污泥質量濃度影響不大。
2．3 原生動物和后生動物密度
在污水生物處理試驗裝置中，存在著大量的微生物，包括細菌、藻類、原生動物、后生動物及病毒等．試驗裝置中微生物的生長繁殖一方面降解了污水中的有機物，另一方面也能反映其中的水質狀況。
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由于不同種類的原生動物及后生動物對環境條件的要求不同，對環境變化的敏感程度也不同，所以可以利用原生動物的種群生長情況，判斷生物處理系統的運轉情況及對污水的凈化效果。
對污泥中原生動物及后生動物進行鏡檢計數發現，原生動物有草履蟲、累枝蟲、鐘蟲、游仆蟲、黎波豆蟲，后生動物有輪蟲、線蟲、甲殼蟲(見圖4)．從圖4可以看出，曝氣生物濾池中的微型動物密度較高，比生物接觸氧化池高出1～2個數量級。
在2種工藝中都是累枝蟲最多，甲殼蟲及梨波豆蟲最少，說明2種工藝處理環境相似，只是因為生物載體的不同，造成在微生物密度的差異．在曝氣生物濾池中微生物的密度依次為累枝蟲>鐘蟲>輪蟲>游仆蟲>草履蟲>線蟲>甲殼蟲>梨波豆蟲，在生物接觸氧化池中微生物的密度依次為累枝蟲>輪蟲>草履蟲>鐘蟲>游仆蟲>線蟲。
圖5為曝氣生物濾池及生物接觸氧化池中輪蟲密度的變化．由圖5可以看出，其曝氣生物濾池中的密度高于生物接觸氧化池1—2個數量級．從圖5還可以看出，2種工藝都是第1級反應器中的輪蟲密度高于第2級反應器，說明輪蟲更適應有機物濃度高的污水水質。
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圖6為曝氣生物濾池及生物接觸氧化池中累枝蟲密度隨時間的變化．由圖6可見，曝氣生物濾池累枝蟲密度比生物接觸氧化池高1～2個數量級，可能是曝氣生物濾池中的載體比生物接觸氧化池中的載體更有利于原生動物的生長．11月到1月期間水溫從27℃降至15℃ ，而累枝蟲密度的變化并不明顯。
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3 結論
a．采用生物膜法中的曝氣生物濾池及生物接觸氧化池對秀峰工業城污水處理站污水有較好的處理效果，BOD 5，CODcr及懸浮物去除率一般在80%以上．曝氣生物濾池的處理效果比生物接觸氧化池稍好。
b．曝氣生物濾池中生物膜量及微生物量明顯高于生物接觸氧化池，其中污泥質量濃度高1倍左右、微生物密度高1—2個數量級。
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