我国南方城市人均生活用水量大，加之南方城市雨水较多，以及排水系统多为合流制，使得城市污水浓度较低。工程实践证明，活性污泥法不适宜处理低浓度城市污水，生物膜法却对此类污水有很好的处理效果［1-3］。本研究在生物滤池和生物接触氧化工艺的基础上研究开发出一种特殊结构的复合生物膜反应器，采用该复合生物膜反应器处理低浓度的城镇生活污水，并对其运行效果进行了探讨。
1 材料与方法
1．1 试验装置
复合生物膜反应器如图1 所示。复合生物膜反应器采用双套筒结构，内筒填充半软性悬挂填料，外筒填充立体球状填料，兼具生物接触氧化池和生物过滤池的功能。外筒壁上开有通风口，在外筒填料层内形成较强的抽风状态。主要参数为：外筒：高度为5．5 m，直径为2．8 m，高径比约为2 ∶ 1。有效水深为4．8 m，有效容积为30．0 m3，水力停留时间为1．5 h；内筒：直径为1．8 m，内筒底端与外筒底端的距离为0．3 m，内筒顶端与外筒顶端的距离为0．3 m，内筒半软性填料上部稳定水层深0．5 m，配水区高度为0．8 m，填料层高度为3．5 m，体积为21．2 m3，填料充填率为70．6％。试验设计污水处理能力为20 m3/h。
1．2 原水水质
本试验装置位于安徽省巢湖市居巢区皖维集团生活区东区，试验用水取自该生活区的污水沉淀池，因其地处工业区，污水中含有少量工业废水。
CODCr的平均质量浓度为85 mg/L 左右，NH3-N 的平均质量浓度为9.5 mg/L，TP 的平均质量浓度为0.86 mg/L。
1．3 试验原理
由于城镇生活污水往往存在污水中各组分比例不协调的问题，特别是NH3-N 浓度比较高而CODCr浓度不足［4］，导致脱氮比较困难，因此本试验所采用的复合生物膜反应器在其外筒添加了2 层立体球状生物填料，通过增大底部的通风口和适当降低外筒超高的方式，使得外筒同时具有良好的通风和采光条件，在其上形成以蓝细菌等微藻类为主的生物膜，通过蓝细菌等微藻类生物的同化作用［5-7］去除污水中的NH3-N，同时进一步去除CODCr等污染物。在气温比较高的情况下，外筒内、外的水温和气温的温差比较大（试验运行期间，白天气温平均为27 ℃，水温平均为18 ℃），可以利用比较强的自然对流［8］为系统供氧，起到降低能耗的作用；在气温比较低的情况下，外筒内、外的水温和气温的温差比较小，导致自然对流不足，采用曝气机曝气可以保障系统的充氧需要，使得系统在低温下也可以稳定运行。
1．4 分析方法
CODCr采用重铬酸钾法；NH3-N 采用紫外分光光度法；TP 采用钼锑抗分光光度法。
2 结果与讨论
2．1 对CODCr的去除效果
系统对CODCr的去除效果如图2 所示。
系统稳定运行期间，CODCr容积负荷为1．1 kg／（m3·d），进水CODCr的平均质量浓度为85 mg/L，系统出水CODCr的质量浓度维持在20 mg/L，平均去除率为76．5％。复合生物膜反应器采用多层的弹性生物填料和立体球状滤料，这些填料上的微生物通过降解、吸附和拦截等作用，实现对CODCr的稳定去除。
图2 系统对CODCr的去除效果
Fig. 2 Removal rate of CODCr
2．2 对NH3-N 的去除效果
系统对NH3-N 的去除效果如图3 所示。
图3 系统对NH3-N 的去除效果
Fig. 3 Removal rate of NH3-N
稳定运行期间，系统的进水NH3-N 的平均质量浓度为9．5 mg/L，出水NH3-N 的平均质量浓度为4．6 mg/L，平均去除率为51．6％。复合生物膜反应器外筒中的填料在足够的通风和采光条件下，可以为蓝细菌等微藻类创造出良好的生长环境，而蓝细菌等微藻类的氮元素的含量可以达到自身干重的30％左右［9］，远超一般微生物5％的含量，因此，可以通过蓝细菌等微藻类自身的生物同化作用去除污水中的氨氮。
2．3 对TP 的去除效果
系统对TP 的去除效果如图4所示。
图4 系统对TP 的去除效果
Fig. 4 Removal rate of TP
从图4 可以看出，稳定运行期间系统进水TP的平均质量浓度为0．86 mg/L，出水TP 的平均质量浓度为0．41 mg/L，系统对TP 的平均去除率为52．3％。虽然复合生物膜反应器和其它的生物膜反应器一样，通过排泥实现生物除磷，但是在处理低浓度生活污水时，由于进水TP 负荷比较低，依旧可以通过填料上微生物的同化作用［10］实现污水中TP 的去除，并获得较为良好的效果。
2．4 经济效益分析
与传统活性污泥工艺相比，复合生物膜反应器具有占地面积小、处理效率高的优点，投资和运行费用较低，处理每吨水耗电0．16 kW·h，电费按0．6元／kW·h 计算，处理每吨水电费为0．1 元，与传统活性污泥工艺相比，电费下降了大约50％。。
3 结论
（1）复合生物膜反应器对于低浓度的工业厂区生活污水有着较好的去除效果，对CODCr的平均去除率为76．5％，对NH3-N 的平均去除率为51．6％，对TP 的平均去除率为52．3％。
（2）复合生物膜反应器兼具生物接触氧化池和生物滤池的作用，在曝气装置的推动作用下，污水在内筒和外筒之间形成环流，依次经过生物接触氧化和生物过滤，处理效果因此得以提高。
（3）由于复合生物膜反应器的水力停留时间较短并具有较大的高径比，因此，占地面积比较小，基建费用和运行费用都比较低，经济效益明显。
