我國南方城市人均生活用水量大，加之南方城市雨水較多，以及排水系統(tǒng)多為合流制，使得城市污水濃度較低。工程實踐證明，活性污泥法不適宜處理低濃度城市污水，生物膜法卻對此類污水有很好的處理效果［1-3］。本研究在生物濾池和生物接觸氧化工藝的基礎上研究開發(fā)出一種特殊結構的復合生物膜反應器，采用該復合生物膜反應器處理低濃度的城鎮(zhèn)生活污水，并對其運行效果進行了探討。

1 材料與方法

1．1 試驗裝置

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復合生物膜反應器如圖1 所示。復合生物膜反應器采用雙套筒結構，內筒填充半軟性懸掛填料，外筒填充立體球狀填料，兼具生物接觸氧化池和生物過濾池的功能。外筒壁上開有通風口，在外筒填料層內形成較強的抽風狀態(tài)。主要參數(shù)為：外筒：高度為5．5 m，直徑為2．8 m，高徑比約為2 ∶ 1。有效水深為4．8 m，有效容積為30．0 m3，水力停留時間為1．5 h；內筒：直徑為1．8 m，內筒底端與外筒底端的距離為0．3 m，內筒頂端與外筒頂端的距離為0．3 m，內筒半軟性填料上部穩(wěn)定水層深0．5 m，配水區(qū)高度為0．8 m，填料層高度為3．5 m，體積為21．2 m3，填料充填率為70．6％。試驗設計污水處理能力為20 m3/h。

1．2 原水水質

本試驗裝置位于安徽省巢湖市居巢區(qū)皖維集團生活區(qū)東區(qū)，試驗用水取自該生活區(qū)的污水沉淀池，因其地處工業(yè)區(qū)，污水中含有少量工業(yè)廢水。

CODCr的平均質量濃度為85 mg/L 左右，NH3-N 的平均質量濃度為9.5 mg/L，TP 的平均質量濃度為0.86 mg/L。

1．3 試驗原理

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由于城鎮(zhèn)生活污水往往存在中各組分比例不協(xié)調的問題，特別是NH3-N 濃度比較高而CODCr濃度不足［4］，導致脫氮比較困難，因此本試驗所采用的復合生物膜反應器在其外筒添加了2 層立體球狀生物填料，通過增大底部的通風口和適當降低外筒超高的方式，使得外筒同時具有良好的通風和采光條件，在其上形成以藍細菌等微藻類為主的生物膜，通過藍細菌等微藻類生物的同化作用［5-7］去除污水中的NH3-N，同時進一步去除CODCr等污染物。在氣溫比較高的情況下，外筒內、外的水溫和氣溫的溫差比較大（試驗運行期間，白天氣溫平均為27 ℃，水溫平均為18 ℃），可以利用比較強的自然對流［8］為系統(tǒng)供氧，起到降低能耗的作用；在氣溫比較低的情況下，外筒內、外的水溫和氣溫的溫差比較小，導致自然對流不足，采用曝氣機曝氣可以保障系統(tǒng)的充氧需要，使得系統(tǒng)在低溫下也可以穩(wěn)定運行。

1．4 分析方法

CODCr采用重鉻酸鉀法；NH3-N 采用紫外分光光度法；TP 采用鉬銻抗分光光度法。

2 結果與討論

2．1 對CODCr的去除效果

系統(tǒng)對CODCr的去除效果如圖2 所示。

系統(tǒng)穩(wěn)定運行期間，CODCr容積負荷為1．1 kg／（m3·d），進水CODCr的平均質量濃度為85 mg/L，系統(tǒng)出水CODCr的質量濃度維持在20 mg/L，平均去除率為76．5％。復合生物膜反應器采用多層的彈性生物填料和立體球狀濾料，這些填料上的微生物通過降解、吸附和攔截等作用，實現(xiàn)對CODCr的穩(wěn)定去除。

圖2 系統(tǒng)對CODCr的去除效果

Fig. 2 Removal rate of CODCr

2．2 對NH3-N 的去除效果

系統(tǒng)對NH3-N 的去除效果如圖3 所示。

圖3 系統(tǒng)對NH3-N 的去除效果

Fig. 3 Removal rate of NH3-N

穩(wěn)定運行期間，系統(tǒng)的進水NH3-N 的平均質量濃度為9．5 mg/L，出水NH3-N 的平均質量濃度為4．6 mg/L，平均去除率為51．6％。復合生物膜反應器外筒中的填料在足夠的通風和采光條件下，可以為藍細菌等微藻類創(chuàng)造出良好的生長環(huán)境，而藍細菌等微藻類的氮元素的含量可以達到自身干重的30％左右［9］，遠超一般微生物5％的含量，因此，可以通過藍細菌等微藻類自身的生物同化作用去除污水中的氨氮。

2．3 對TP 的去除效果

系統(tǒng)對TP 的去除效果如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)對TP 的去除效果

Fig. 4 Removal rate of TP

從圖4 可以看出，穩(wěn)定運行期間系統(tǒng)進水TP的平均質量濃度為0．86 mg/L，出水TP 的平均質量濃度為0．41 mg/L，系統(tǒng)對TP 的平均去除率為52．3％。雖然復合生物膜反應器和其它的生物膜反應器一樣，通過排泥實現(xiàn)生物除磷，但是在處理低濃度生活污水時，由于進水TP 負荷比較低，依舊可以通過填料上微生物的同化作用［10］實現(xiàn)污水中TP 的去除，并獲得較為良好的效果。

2．4 經濟效益分析

與傳統(tǒng)活性污泥工藝相比，復合生物膜反應器具有占地面積小、處理效率高的優(yōu)點，投資和運行費用較低，處理每噸水耗電0．16 kW·h，電費按0．6元／kW·h 計算，處理每噸水電費為0．1 元，與傳統(tǒng)活性污泥工藝相比，電費下降了大約50％。

3 結論

（1）復合生物膜反應器對于低濃度的工業(yè)廠區(qū)生活污水有著較好的去除效果，對CODCr的平均去除率為76．5％，對NH3-N 的平均去除率為51．6％，對TP 的平均去除率為52．3％。

（2）復合生物膜反應器兼具生物接觸氧化池和生物濾池的作用，在曝氣裝置的推動作用下，污水在內筒和外筒之間形成環(huán)流，依次經過生物接觸氧化和生物過濾，處理效果因此得以提高。

（3）由于復合生物膜反應器的水力停留時間較短并具有較大的高徑比，因此，占地面積比較小，基建費用和運行費用都比較低，經濟效益明顯。