生活污水处理中对生物转盘的成功应用

本文从生物转盘技术中最基本的处理原理和特点为研究的出发点，综合论述了生物转盘技术在处理生活污水和一些其他的工业废水中的应用情况，并且分析了生物转盘中影响处理的几个原因。经过一系列的实验数据和研究成果，最后提出了转盘材料的研制和维护该生物系统长期有效运行的条件等问题。
生物转盘，简称RBC，是一种生物膜法处理生活废水的技术。生物转盘的构成主要有盘片、转轴、驱动设备和接触反应槽四部分组成，具体的工作流程为：转盘浸入到充满废水的接触反应槽内部，然后在驱动设备的带动下，转轴会带动转盘同时进行规则性的线性运动，转盘交替部分的废水和空气进行接触，经过一段时间的转动之后，盘片上就会附着一层生物膜。生物膜在废水中会吸附有机的污染物，然后进行氧化和分解。等到转盘离开废水的时候，空气的连续溶解会进入到水膜中，增加溶解氧，这个过程就是连续的吸氧、吸附和分解的过程。
一、研究和应用
1.生活废水的处理。以前很多城市中的生活污水都是利用悬浮生长的活性污泥方法进行处理，但是因为污染水量的不断加大，负荷高，并且对曝气量的需求也在逐渐的增加，所以能源消耗的消耗费用也在不断的增加，占地面积也是越来越大，但是最终污水处理的效率确实越来越低。因为这样的问题，国内很多的生物专家特意研究了很多基于生物膜法的一种高效反应器，最常见的有曝气生物滤池、生物流化床和生物转盘等。表1非常全面的列举了部分生物转盘利用在生活污水处理方面的研究数据和工程使用的实例。从表1的数据中我们可以看出来，生物转盘技术是一种工作效率非常高的废水处理反应器，而且在水力停留时间低于2.5小时这个情况下，能够处理生活污水的平均效率高达90%。但是这个时候出现一个小的问题，就是因为生物转盘在实际应用中的处理污水的面积并不是很大，所以在少部分的污染量非常大的城市中，生物转盘技术还需要进一步的研究。
2.处理废水中的脱氮除磷。生物脱氮技术包含了好氧和缺氧两种截然相反的环境，主要是用在氮气废水中因为处理工艺非常的复杂，而且氮气环境中微生物的生长都是依靠悬浮生长或者附着生长两种方式。时间一久，生物转盘法运用在这个方面的成功处理实例也是越来越多。刚开始的时候，生物转盘脱氮技术中反硝化的整个过程都是通过缺氧部分的加入才顺利完成的，而且缺氧部分可以随意的放置在好氧部分的前面或者后面都可以。如果缺氧部分放在好氧部分的前面，就不需要加入碳源；如果缺氧部分放在好氧部分的后面，反硝化过程中就需要额外再加入碳源。但是通过后来的研究数据表明，发现硝化和反硝化的过程可以同时在一个生物反应器内部完成。表2就列举了利用生物转盘处理氨氮生活废水的有效数据，从实验数据中我们可以看出，在碳氮比例非常低的情况下，碳氮的平均去除率也同样达到90%。除此之外，对于含有磷物质废水的处理当中，生物转盘也曾经做过研究，欧阳教授曾经就利用了A2/O这种生物转盘技术对含有磷物质的4mg/L的废水进行中试的实验，在这个实验过程中，具体的材料有四级生物转盘，盘片的材质是PVC，每一级的生物转盘都有12个盘片，整个系统的总体积是160L，每个阶段的HRT为1.65、0.71、2.01等不同的情况下，含有磷物质的废水去除率达到85%，出水中含磷物质的比例是0.6mg/L。通过试验数据表明，生物转盘技术可以很好的处理含磷物质的废水，处理效率达到85%左右。
3.含酚废水的有效处理。苯酚物质属于芳香族的一种化合物，主要的结构是苯环结构和已经连接的氨基、磺酸基以及羟基组合而成。苯酚化合物对于环境的危害性非常大，但是苯酚同时又作为一种很多原料加工厂中的原材料而被广泛应用，也就造成了大量的含酚废水被大量的排放到生活环境中。所以为了遏制这种不良情况的一再继续，生物专家和环境专家联合在一起，对于不同条件下的不同程度的含酚废水进行大规模的实验研究。在这个实验中再次用到了生物转盘技术，就是生物膜法反应器。表3的具体数据证明了含酚废水处理的效果。从实验数据中我们可以看出来，因为生物转盘具有抗冲击能力非常强、微生物浓度也很高的特点，对于这种苯酚类有毒物质的降解非常有效，理论上来说可以完全的去除。
二、影响因素
1.转盘材质。盘片是生物转盘系统中最重要的组成部分，也直接决定了生物转盘的处理效率。而影响盘片处理效率的原因是盘片工作的有效面积和表面的粗糙程度。生物盘片的有效面积越大，有效面积上的微生物生长就会越多；而且表面的粗糙程度越明显，也非常有利于生物膜的生长，并且生物膜生长的厚度也会很厚；盘片的整体质量越小，相对应的耗损值也会越小，运行时期造成的运行费用也会很低。国外的Apilne教授就研究了很多关于盘片材料对于生物膜生长的影响，其中有不锈钢材料、玻璃颗粒材料、聚氯乙烯材料等。通过实验和研究数据表明，转盘材料在转速5～8r\min-1的时候，保持45%的浸没比例，非常有利于生物膜的生长。所以说，盘片材料的粗糙程度越好、有效面积越大、质量越小，生物盘片系统处理废水的能力就会越强。
2.转速效率。转盘速度和系统处理的效果之间存在一种抛物线的关系。就是说达到特定转速的时候，也就是说达到最优转速的时候，生物盘片系统处理污水的效果是最好的，如果低于或者是高于这个最优数值的话，都会影响处理效率的下降。出现这样的原因是，从最开始的0转速上升到最优转速的时候，生物反应器内部的液体混合程度也开始逐渐均匀，生物转盘上附着的生物膜就会得到非常充分的接触，相对应系统处理的效果就会达到最佳。但是如果转盘转速超过了最优转速并且在一直上升的时候，液体的剪力也会随之增大，就会影响生物膜脱落，并且生物膜的边缘部分会变得非常薄，最终就是生物膜已经失效，微生物的浓度也无法达到要求的标准，就造成了生物转盘系统处理效率的下降。所以我们在运作生物转盘之前，需要通过相对应的实验数据选择最合适的转速范围，避免出现达不到最优值产生的能源浪费。
3.转盘浸没的比例。转盘在接触槽内污水的浸没比例和系统处理效果呈现一种正比的增长关系，也就是说浸没的比例越大，处理的效果越好。对于厌氧生物转盘来说，浸没的比例越小，转盘带入氧份就会显得非常轻松，但是厌氧环境的把控确实非常有难度。相比较好氧生物转盘来说，如果浸没越小，转盘带入的空气含量就会越大，那么对于曝气机的要求就会下降很多，能耗虽然减少了，但是转盘的处理效率降低了很多。所以说对于厌氧生物转盘来说，尽可能的把盘片全部浸没在废水中，但是对于好氧盘片来说，就需要找到最小能耗值和最大浸没比例的交点值，才可以完全的控制系统将其效果达到最优。
4.水力停留的时间。随着HRT的增加，基质和生物膜之间的接触也会随着时间的增加而增加，然后就可以很好的降解有机污染物。但是HRT越长的情况下，生物反应器的体积就必须增大才能适应HRT变化的情况，体积大的情况下就会影响占地面积的增多，成本投入也会增加很多。如果HRT过长的话，废水就没有办法得到充分的融合，那么可溶性的物质就没有办法在最佳的时间内浸入到生物膜当中，所以有机污染物就无法得到有效的降解。
三、结语
通过上述材料三个方面的分析，我们看到了生物转盘技术在未来的发展方向和道路。研究和设计低成本、高强度、耐腐蚀性强的转盘材料，可以加快生物转盘技术的发展；在未来的技术应用方面，使用生物技术和新膜法相互结合的方法，发展和创新适应高强度环境下的生物转盘反应器。