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。主要參數為：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定水層深0．5 m，配水區高度為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皖維集團生活區東區，試驗用水取自該生活區的污水沉淀池，因其地處工業區，污水中含有少量工業廢水。

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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由于城鎮生活污水往往存在中各組分比例不協調的問題，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的充氧需要，使得系統在低溫下也可以穩定運行。

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

系統對CODCr的去除效果如圖2 所示。

系統穩定運行期間，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，實現對CODCr的穩定去除。

圖2 系統對CODCr的去除效果

Fig. 2 Removal rate of CODCr

2．2 對NH3-N 的去除效果

系統對NH3-N 的去除效果如圖3 所示。

圖3 系統對NH3-N 的去除效果

Fig. 3 Removal rate of NH3-N

穩定運行期間，系統的進水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造出良好的生長環境，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

系統對TP 的去除效果如圖4所示。

圖4 系統對TP 的去除效果

Fig. 4 Removal rate of TP

從圖4 可以看出，穩定運行期間系統進水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廠區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。