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污水中磷的去除主要依靠悬浮生长活性污泥工艺生物除磷或化学除磷, 而单纯利用生物膜 法实现强化生物除磷(EBPR) 的成功范例至今还不多见。相对于传统悬浮生长活性污泥工艺, 生物膜 工艺自诞生以来凭借其集约紧凑的占地、高效的除 碳硝化性能及较低的污泥产率等特点而彰显优势, 构型各异的生物膜工艺一直是竞相追逐的热点研究 领域, 如曝气生物滤池( BAF) 、流化床生物膜反应器 ( FBBR) 、移动床生物膜反应器(MBBR) 等, 但是, 利用生物膜工艺实现生物除磷的研究还很有限 , 生物膜技术在实现EBPR 方面一直面临挑战并因此遭受质疑 , 如连续流淹没式生物膜系统, 很多研究者认为, 该工艺只能有效去除有机物及氨氮, 但却不能有效除磷 ; 此外, 固定床生物膜工艺在常规运行模式下难以实现高效生物除磷, 须辅以化学除磷方能达到严格的排放标准, 但化学除磷将产生大量的化学污泥并导致运行成本的提高, 因此, 如何提高生物膜工艺的除磷效能是摆在研究者面前的一个紧迫课题。 近些年, 强化生物膜法除磷技术, 如固定床生物膜工艺尝试通过运行模式的变换实现EBPR、生物膜与活性污泥的复合集成工艺等逐步得到了开发与应用, 但是, 这些改良式的生物膜工艺在实现EBPR方面仍然暴露出许多矛盾和弊端。如BAF为强化生物除磷而采用间歇运行模式, 但这无疑为本已较为复杂的BAF 控制回路又增加了控制系统上的复杂性; 此外, 如果反应器内部微生物主要以附着形式存在, 那么要增强除磷效果必须加大排泥, 这样势必导致生物膜上富磷污泥排放量与生物持有量之间的矛盾, 同时, 生物膜污泥排放量在实践中不像 常规活性污泥工艺那样易于控制。EBPR 对厌氧/ 好氧的交替环境有着为苛刻的要求, 与传统悬浮生长工艺不同, 生物膜反应器中微生物主要以附着形式生长, 要使其处于交替A/ O 状态则受时间和空间的制约, 因此, 要实现生物膜高效除磷将会面临很复杂的工艺难题, 如反应器构型调整、运行模式优化及过程控制集成等一系列问题需要解决和优化。
EBPR 生物膜反应器构型的选择
要实现生物膜除磷, 必须为生物膜上聚磷菌 ( PAOs) 的富集提供厌氧/ 好氧或厌氧/ 缺氧的交替环境, 同时在厌氧段要提供足够的快速降解有机物, 为实现这个目的, 有两种不同反应器构型可供选择:
一是若采用单一生物反应器实现除磷, 则需要单一反应器内部顺序提供厌氧/ 好氧环境, 如间歇曝气生物膜反应器( SBBR) 或FBBR, 常见的反应器构型, 固定床SBBR在厌氧段需要循环回流强 化搅拌功能(见图1a) ; FBBR在中心筒升流区域曝气进行好氧吸磷过程, 而在外环筒区域不曝气处于厌氧状态进行释磷过程 。
二是采用两个( 组) 单独的生物反应器, 即厌氧/ 好氧系统, 生物载体在反应器内以悬浮流化状态存在, 并使生物膜载体在A/ O 系统内实现回流循环, 但问题关键在于能否顺利将富磷生物膜污泥适度剥落并排出系统, 这在工程实践中目前还难以实现, 同时要求同步脱氮除磷时还面临硝化液回流与污泥回流之间难以分离的矛盾。
单纯生物膜工艺很难真正意义上实现EBPR, 但复合工艺就完全有可能实现, 近些年涌现的/ 活性污泥- 生物膜0组合工艺( 见图1c) 为实现高效生 物除磷展现了前景, 该工艺特点在于系统中微生物以悬浮( 活性污泥) 和附着( 生物膜) 两种形式存在, 研究证明该技术可以实现高效脱氮除磷 。 目前国内城市污水的主流处理方法
(一)活性泥技术
简单来说活性泥技术就是利用活性污泥去除水中的有机物。首先是回流的活性污泥和污水同时进入曝气池，并将空气打入曝气池，使污水和活性污泥充分混合，曝气池中微生物吸附、混合液进入二次沉淀池进行分离操作。后就可以向外排放净化后的水，分离出一部分活性污泥通过回流系统，回流至曝气池，另一部分将从系统出中排出。
(1)AB法
该工艺将曝气池分为高低负荷两段,各有独立的沉淀和污泥回流系统。高负荷段(A段)停留时间约20—40分钟,以生物絮凝吸附作用为主,同时发生不完全氧化反应,生物主要为短世代的细菌群落,去除BOD达50%以上。B段与常规活性污泥法相似,负荷较低,泥龄较长。
AB法A段效率很高,并有较强的缓冲能力。但是,AB法污泥产量较高,A段污泥有机物含量极高,污泥后续稳定化处理是必须的,将增加一定的投资和费用。另外，A段在运行中如果控制不好,很容易产生臭气,影响附近的环境卫生，产生硫化氢、大粪素等恶臭气体。对于污水浓度较低的场合，B段运行较为困难,也难以发挥优势。目前有仅采用A段的做法,效果要好于一级处理。当对脱氮除磷要求很高时,A段不宜按AB法的原来去除有机物的分配比去除BOD,因为B段曝气池的进水含碳有机物含量的碳/氮比偏低,不能有效地脱氮。 序批式反应池(SBR)属于"注水——反应——排水"类型的反应器，在流态上属于完全混合式，氮有机污染物确实随着反应时间的推移而被降解的。其操作流程由进水、反应、沉淀、出水和闲置五个基本过程组成，从污水流入到闲置结束构成一个周期，所有处理过程都是在同一个设有抱起或搅拌装置的反应器内依次进行，混合液始终留在池中，从而不需另外设置沉淀池。
该工艺将传统的曝气池、沉淀池由空间上的分布改为时间上的分布,形成一体化的集约构筑物,并利于实现紧凑的模块布置,大的优点是节省占地,可以减少污泥回流量,有节能效果。但是,SBR工艺对自动化控制要求很高,并需要大量的电控阀门和机械撇水器,稍有故障将不能运行,一般必须引进全套进口设备。
(3)CAST法
CAST工艺SBR工艺的一种变形，池体内用隔油墙隔出生物选择区、兼性区和主反应区三个反应区，三个反应区的体积比大致为1:2:20，混合液由第三区回流到*区，回流比一般为20%，在*区内活性污泥与进入的新鲜污水混合、接触。创造微生物种群在高浓度、高负荷环境下竞争生存的条件，从而选出适合该系统的独特的微生物种群，并有效抑制丝状菌的过分增值，避免污泥膨胀现象的发生，提高系统的稳定性。
(4)氧化沟
氧化沟是活性污泥法的一种变形,是延时曝气法的一种特殊形式。一般采用圆形或椭圆形廊道，池体狭长,池深较浅，在沟内设有机械曝气和推进装置，近年来也有采用局部区域鼓风曝气外加水下推进器的运行方式。通过曝气或搅拌作用在廊道中形成0.25—0.30m/s的流速，使活性污泥成悬浮状态，在这样的廊道流速下，混合液在5—15min内完成一次循环，而廊道中大量的混合液可以稀释进水20—30倍，廊道中水流虽然呈推流式。当污水离开曝气区后，溶解氧浓度降低，有可能发生反消化反应。 CoMag工艺是经过认证的去除悬浮物、总磷和其他水中污染物质的技术，其出水可媲美超滤，但其投资和操作费用只是超滤的一小部分。CoMag系统可靠、高效、简易（操作简单）并且占地面积小，它已逐渐成为高成效、低成本处理市政污水和工业废水的典型代表工艺之一。
CoMag工艺优化传统沉淀方式，采用增强型化学助凝剂、絮凝剂和加载高效可回收的磁粉的方式，提高沉降速度、增加表面负荷、缩短水力停留时间，所以只需很小的占地面积，也因此降低了设置安装费用。
CoMag工艺的颗粒去除效果及整体价值是显而易见的：以CoMag为局部工艺的系统成本低廉，而且其出水水质效果佳。
CoMag工艺的优势与特点：
1、投资*安装成本低： CoMag工艺的快速加载沉淀意味着可以使用小型沉淀池，这使得建设成本相对较低。由于CoMag系统沉淀池中不需设置经常清洗的斜板和斜管，因此其维护费用也很低。
2、行成本低： 零部件均为常规件，耗电低，系统操作可靠，并且针对常规的混凝沉淀，CoMag能够节省10%~50%的药剂用量，节省了大量的药剂费用。 4、可靠性高：CoMag系统的设备部件和基础工艺已经在40多年的工业实践中得到了验证。自1999年开始不断地发展和试验，CoMag工艺在水和污水处理方面的可靠性也不断得到证明。
5、操作灵活：CoMag工艺抗水力负荷冲击能力较强，污染物去除率始终维持在较高水平，而且运行稳定。操作简单，灵活，可随时根据实际情况进行调整和选择。
6、低水头要求：CoMag系统与常规混凝沉淀一样，具有较低的水头要求，其从进水到出水均靠重力作用进行依次通过，且其水头损失极小。
7、抗冲击负荷能力高：由于其高比重的絮体、较高的沉降速度以及更为稳定的污泥层，所以其耐冲击负荷很高，在高水量或高污染负荷的情况下依然可以稳定的运行。
8、絮凝剂类型选择灵活：CoMag工艺所用药剂为常规絮凝剂，如铝、氯化铁、铁或PAC等，选择范围广泛，并可依据具体水质情况选择的絮凝剂进行添加。在确保处理效果良好的同时，还能进一步优化其加药量，保障运行成本的经济性。
9、节省紫外线消毒费用：由于CoMag系统出水清澈，透射率高，因此可以使用清洁无毒的紫外线消毒技术进行污水的终净化。 |
