工艺技术 详解 | 生物转盘 [3]

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过程控制

生物转盘处理过程控制的最重要操作是请训练有素的运行管理人员每天检查转轴的运转情况。基本的观察指标一般包括每级转盘上的生物膜性状，以及每级转盘池内的潜解氧水平。

对第一级生物转盘上生物膜的观察通常是最关键的。第一级健康的生物膜通常是分布均匀的、棕色的薄层生物膜。如果第一级生物转盘上的生物膜较厚，而且呈毛茸状，说明有机负荷超标，这可能是由于生物转盘数目不够、工业废水进入污水处理厂或侧流系统(即消化池上清班回流，引起第一级转盘有机负荷升高)影响造成的。

美国环境保护局(U.S.EPA)的一篇报道(Chesner and         Iannoe，1968)总结概括了进水端几级生物转盘系统出现运行问题的几项表征，包括生物膜急速增殖、出现不良微生物(即贝日阿托氏菌Beggiatoa)、BOD5去除速率显著下降，这些问题都可归于有机负荷过高的问题。

当有机负荷过高时，溶解氧浓度下降，相继会导致贝日阿托氏菌Beggiatoa的生长和处理过程效能的下降。贝日阿托氏菌Beggiatoa一一属于自养硫细菌一一在有氧存在的情况下，可利用硫化氢和硫作为能源，进行生物转化过程。

贝日阿托氏菌Beggiatoa在与异养菌对生物转盘表面空间的氧进行竞争时，可占据优势，进而可大量增殖。贝日阿托氏菌Beggiatoa的大量生长可促进盘片上生物量增加，而单位盘片面积上BOD5的去除率却显著下降。研究表明，当第一级生物转盘的有机负荷超过20-40gBOD5(m2·d）时，盘片表面就会大量出现贝日阿托氏菌Beggiatoa或硫化物氧化菌。将该BOD5负荷值折合成溶解性BOD5负荷范围为12-20gBOD5/(m2·d）。

如果盘片表面的生物膜出现白色或灰色斑点，则说明盘片上生物膜中的贝日阿托氏菌Beggiatoa或发硫菌属Thiothrix的数量已经很多，并已严重影响生物转盘的处理效能了。发硫菌属Thiothrix和贝日阿托氏菌Beggiatoa都是丝状菌，都会降低生物转盘除污染能力，并会引起二次沉淀澄清池污泥沉淀性能变差。这些微生物一般是在硫化氢(H2S)被度较高时出现。污水中的硫化物可由以下因素引起：

(1)第一级生物转盘有机负荷极高，导致溶解氧水平很低；

(2)腐蚀性污染物质排入系统：

(3)工业废水排入系统；

(4)生物转盘池底出现厌氧的污泥沉积区；

(5)在温暖季节时，生物转盘池内溶解氧浓度降低。

通过对生物转盘的密切观察，便于发现的第二个指标是各级转盘中溶解氧浓度的变化。高有机负荷会引起溶解氧浓度降低。对于含碳BOD的去除过程来讲，第一级生物转盘末端的溶解氧浓度不能低于0.5-l.0mg/L，在最后一级生物转盘来端的溶解氧浓度不能低于23mg/L。

根据对生物膜和溶解氧指标的观察，运行管理人员可以根据需要对过程控制作出以下调整：

(1)设置或调整其他处理过程；
(2)采用分级处理或火车型组合模式；
(3)增加辅助曝气过程；
(4)阶段进水或扩建第一级生物转盘；
(5)处理水回流；
(6)调整转轴的旋转速度；
(7)调整二次沉淀澄清池的运行。

1.其他处理过程

在很大程度上，生物转盘的处理效能都依赖于前处理过程对高浓度进水中固体或BOD的有效去除。如果前处理过程效能较差，则生物转盘的除污染过程就会出现干扰或负荷越高的情况。

例如，通过有效的除砂和格栅截留回体物质，可以防止固体物质在盘片上过多地积累。为了降低生物转盘处理系统的有机或硫化氢负荷，需在生物转盘前设置效能良好的初级处理系统。

虽然，所有的生物转盘都需要定期清洗或冲洗，如果生物转盘需频繁地清洗维护，则说明其预处理或初级处理过程效能较差，有必要提升预处理或初级处理效能。

侧流系统(即厌氧或好氧消化池的上清液、污泥脱水的滤液或浓缩液，污泥干化床或氧化塘的上清液回流)也会显著影响生物转盘处理系统进水的BOD和氨氮浓度水平。因此，需要对回流液进行仔细的监控，以防止对生物转盘的运行造成不良影响(U.S.EPA,1984）。

2.分级处理或火车型组合模式

火车型组合套数和生物转盘级数是基本的过程控制变量，该变量可显著影响生物转盘过程效能。适当控制生物转盘的级数可以强化生物转盘过程效能(这里假设第一级没有超负荷运行）。当采用生物转盘处理生活污水时，最小为2-3级串联系统即可以达到稳定的二级处理要求。当生物转盘的级数增加到3-4级时，出水BOD5浓度一般会低于20mg/L。

需依据进水的有机负荷变化而改变生物转盘的级数。增设另一套火车型组合系统可有效降低每套组合系统中的生物转盘有机负荷。一般来讲，处理系统中所有的生物转盘所能承受的有机负荷限值一般为1.5-2.0kgBOD5/(l00m2·d)，而第一级生物转盘可承受的有机负荷限值为2.0-2.9kgBOD5/(l00m2·d)。

一般都是基于SBOD5指标对生物转盘处理系统进行设计和运行过程分析的。以SBOD5指标为基准时，生物转盘处理系统的可承受有机负荷限值应是上述总BOD5负荷值的50%左右。

为了防止生物转盘内缺氧的情况，可以考虑对进水进行预曝气处理。

可以调整生物转盘的级数和火车型组合套数来改变水力停留时间。一般认为，与有机负荷相比，水力负荷对生物转盘处理系统效能的影响较小。生物转盘池体容积和污水流量直接决定了水力停留时间值。

研究表明，水力停留时间缩短到一定程度，即相当于每平方米盘片对应池容仅占4.9L的水平时，生物转盘的处理效能并不会变差(然而，此试验未提供水力停留时间更短时的数据）。含碳BOD去除的水力负荷一般为0.4-0.12m3/(m2·d)，而硝化过程所需的水力负荷一般为0.04-0.10m3/(m2·d）或者低于0.04m3/(m2·d）。

3.辅助曝气

溶解氧在好氧污水处理过程中的重要性是众所周知的。如果溶解氧浓度不足，则会引起处理过程效能变差。在生物转盘处理系统中，当第一级生物转盘的BOD5负荷较高或进水溶解氧浓度较低时，需采用辅助曝气过程(Surrampalli and Baumann,1989）。根据报道，辅助曝气的优点主要有以下几方面：

(1)抑制贝日阿托氏菌Beggiatoa生长：

(2)盘片上生物膜变薄；

(3)增加池内溶解氧水平；

(4)提高SBOD5去除速率；

(5)增加氨氮去除速率；

(6)延长转铀和盘片介质的使用寿命。

通过辅助曝气以增强生物转盘处理系统的除污染效能，主要是归于辅助曝气可增加池内溶解氧浓度，曝气产生剪切力促进生物膜脱落并变薄，曝气充氧抑制贝日阿托氏菌Beggiatoa的增殖，以上综合作用可促进底物和氧向深层活性生物膜内扩散，进而增强了除污染效能。

4.阶段进水或扩建第一级生物转盘

在生物转盘污水处理厂中，当采用多级处理模式时，最好要扩建第一级生物转盘，尤其是当第一级生物转盘有机负荷超高的情况(Surampalli and Baumann,l993）。在活性污泥污水处理厂中，一直广泛应用阶段进水或分段曝气，以合理调节处理系统首端的需氧量，否则会引起处理系统首端有机负荷过高，供氧量不足的情况。为了避免活性污泥曝气池进水端需氧量过高，可将污水沿曝气池长度方向多点分布进入，则曝气池沿程需氧量尽量保持均匀。同样地，通过扩建第一级生物转盘也可以避免负荷超高和缓解污水特性波动的幅度，进而解决溶解氧受限和不良微生物增殖的问题。而且，对第一级生物转盘扩容很容易操作，只是撤掉第一级和第二级生物转盘之间的挡板即可，这样原来的两级生物转盘即可合并成一级生物转盘。

5.处理水回流

通过回流生物转盘的处理水(既可从二次沉淀池之前，也可从其之后开始回流)并不会显著提升生物转盘的处理效能。尽管如此，在特定的条件下(即在生物转盘的启动阶段或当有高浓度工业废水排入系统时），通过回流处理水还是可以避免生物转盘负荷超高的问题，进而增强生物转盘的处理效能。当生物转盘处理系统的水力负荷波动幅度较大时(即工业园区或学校的废水流量出现改变），也可以通过回流处理水来加以缓解。然而，由于污泥中产生硫化物，导致回流上清液硫化物浓度较高，会引起生物转盘中不良微生物的增殖，故不宜由储水池或浓缩池上清液回流。

6.旋转速度

应依据设备厂家的推荐值确定生物转盘的旋转速度。一般旋转速度在1.0-1.6 r/min范围内。

转速较低时，生物转盘的起能也少，而且转速减慢，也会减弱氧传输效能。通过观事发现，对于某些类型的生物转盘，通过调整转盘与进水流向逆向旋转，可以增加氧传输效率(当进水流向垂直于转铀时）；而其他生物转盘，不论怎样调整转盘的旋转方向，氧传输效率都没有改变。

7.二次沉淀澄清池

与生物转盘处理过程组合的沉淀澄清池，其运行模式与滴滤池的沉淀澄清池相似。二次沉淀澄清池的主要作用是对污泥浓缩，同时避免池内污泥发生反硝化过程或污泥固体随处理水流失。

毒性物质、温度波动或正常的水力剪切作用都会导致盘片上的生物膜脱落。通过每日监控沉淀澄清池内污泥层深度和计算污泥泵输送的污泥量［kg/d］，都有助于运行管理人员预先判断池内市泥是否会累积过多或可能会出现其他问题。

8.硝化过程

生物转盘也常用来对二级处理水进行硝化处理。在生物转盘硝化系统之前的二级处理过程一般包括活性污泥和附着式生长系统。当处理水有氨氮(NH3-N)指标的限制时，常采用生物转盘硝化系统作为已有的二级处理过程的附加步骤，以促进处理水氨氮指标进一步降低。

生物转盘处理系统中，影响氨氮硝化的主要变量是进水有机氮和氨氮浓度，溶解氧浓度，污水温度、pH、碱度和进水流量和负荷的变化。为了促进硝化菌的增殖，一般采用分级式生物转盘或活塞流结构的生物转盘系统。

这样，为了保证生物转盘处理系统中发生硝化过程，需要对生物转盘进行分级。生物转盘上硝化菌的生长取决于每级进水中SBOD5的浓度。一般来讲，当SBOD5浓度低于15mg/L时，即可观察到生物转盘内的硝化现象，当SBODs降至l0mg/L或更低时，硝化效率也显著升高。

当污水的温度低于13℃时，水温是控制生物转盘内硝化过程的主要变量。当水温接近4℃时，关于温度引起硝化效能变化的文献记录也越来越多。而当污水温度高于13℃时，由于控制硝化反应的因素是氧传输速率，而非微生物生长速率，故生物转盘内的硝化速率并不会出现大幅度升高。

硝化过程比异养除碳过程对溶解氧浓度更为敏感。据报道，硝化所需的最低溶解氧水平为2mg/L。如果污水中SBOD5浓度很低，且处理水溶解氧浓度很高，则会促进高等生物增殖，进而大量吞噬硝化菌，造成硝化效能变差。


为了防止硝化菌被选择性地捕食，一般建议火车型生物转盘组合系统的终级生物转盘内溶解氧浓度不高于3.5mg/L，且SBOD5浓度要保持在6-8mg/L。

硝化过程是产酸的生物化学反应。大约每氧化lmg的氨氮，需要消耗碳酸钙碱度为7.lmg。硝化过程会消耗、污水中的碱度，根据污水原有的碱度和处理水中未被氧化的氮浓度，硝化过程一般会引起pH降低到6.5或低于6.0。当pH介于7.0-8.5时，可观察到硝化效能增强；而当pH从7.0降低到6.0时，硝化效率急剧下降。