L、氨氮≤15 mg/
L、石油類≤5 mg/L。隨著國家對污水排放標準的不斷提高及污染物種類和數(shù)量的增加，原污水處理廠出水水質(zhì)已不滿足現(xiàn)有標準要求。受池容及結(jié)構限制，亟待對現(xiàn)有生物處理系統(tǒng)進行改造。
生物膜法能大幅提高反應系統(tǒng)中微生物的濃度及容積負荷，近年來多被應用到活性污泥法工藝中，形成復合式活性污泥-生物膜共生系統(tǒng)強化處理工藝，可發(fā)揮2種工藝各自的優(yōu)勢〔1〕。該系統(tǒng)的應用對于已運行的污水處理廠改造有重要意義。復合式生物系統(tǒng)的重要是能夠形成高污泥濃度的生物膜載體即填料，微生物在填料表面生長的同時，填料在水中充分流化，使得微生物能夠有效利用溶解氧及吸收營養(yǎng)物質(zhì)。國內(nèi)研究者曾采用焦炭、石英砂、活性炭、陶粒等填料〔2〕，其密度較大，需要較大的動力消耗才能使填料流化。許建民開發(fā)的實用新型專利卍字形嵌(qiàn)套填料〔3〕可大大提高復合式生物系統(tǒng)篩除有機物和氨氮的能力。
筆者在某石化企業(yè)進行復合式生物系統(tǒng)中試研究，驗證其在污水處理場改造項目中的應用效果。膜生物反應器在污水處理，水資源再利用領域，MBR又稱膜生物反應器（Membrane Bio-Reactor ）,是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合的新型水處理技術。
1 項目背景
該污水處理場原有工藝流程為：廢水經(jīng)隔油、氣浮預處理后進入A/O2生化系統(tǒng)，隨后經(jīng)混凝沉淀處理后出水。原處理量為600 m3/h，生化停留時間25 h。現(xiàn)污水量增加至800 m3/h，且部分設備陳舊，導致出水COD>100 mg/
L、氨（化學式：NH3） 氮25 mg/
L、石油類>4 mg/L，部分指標超出排放標準50%以上。在此背景下開展了復合式生物系統(tǒng)應用于煉油廢水的研究（research)，在不改變原污水處理場構筑物且增加水量的情況下，依靠投加填料使出水滿足排放標準要求。
由于煉油廢水含有電脫鹽、焦化等污水，含油較高，水樣中的油可達100 mg/L以上，最大超過140 mg/L。中空纖維膜紡絲機通過膜技術進行水處理，應用于制藥、釀造、餐飲、化工、市政污水回傭、醫(yī)院、小區(qū)污水會用、造紙等生產(chǎn)生活污水處理。膜分離技術是一種廣泛應用于溶液或氣體物質(zhì)分離、濃縮和提純的分離技術。膜壁微孔密布，原液在一定壓力下通過膜的一側(cè)，溶劑及小分子溶質(zhì)透過膜壁為濾出液，而大分子溶質(zhì)被膜截留，達到物質(zhì)分離及濃縮的目的。膜分離過程為動態(tài)過濾過程，大分子溶質(zhì)被膜壁阻隔，隨濃縮液流出，膜不易被堵塞，可連續(xù)長期使用。有研究表明污水中的油<10 mg/L時，對活性污泥性能沖擊很小;油在10~20 mg/L左右時有一定沖擊，但不影響系統(tǒng)正常運行;含油20~30 mg/L左右時有明顯沖擊，系統(tǒng)內(nèi)的活性污泥需要馴化;油>30 mg/L時系統(tǒng)無法正常運行〔4〕。復合式生物系統(tǒng)中形成的生物膜可不斷吸附水中的石油類物質(zhì)，最終在固定相形成油包泥，抑制了微生物的生長。
為保證復合式生物系統(tǒng)中微生物的生長環(huán)境，研究采用前置排泥技術消除水中溶解油的影響。前置排泥主要特性為：在進水端設置厭氧生物選擇區(qū)，剩余污泥在此厭氧區(qū)進行排放。后段回流的活性污泥在反應初期對水中的油進行吸附，通過(tōng guò)排泥將油帶走，防止油類在生化反應池內(nèi)富集，有利于改善后段生化反應環(huán)境，保證系統(tǒng)穩(wěn)定（解釋:穩(wěn)固安定；沒有變動)運行。
2 試驗用水、填料及設備
2.1 試驗用水
中試進水水樣為該企業(yè)污水處理場的預處理出水，其COD在580~779 mg/L，石油類物質(zhì)為14.1~23.6 mg/L，氨氮為48.4~70.4 mg/L。
2.2 填料
采用卍字形嵌套填料，尺寸為25 mm×25 mm×25 mm，材質(zhì)為彈性聚氨酯，實密度0.98 g/cm3，可在正常曝氣條件下形成流化。在曝氣氣泡的攪動下，這種填料會呈現(xiàn)出高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，使填料形成自轉(zhuǎn)的同時能夠上下翻騰，提高了傳質(zhì)效果;此外該填料有內(nèi)凹槽通道，大大增加了比表面積，自轉(zhuǎn)可使填料不會堆積結(jié)塊;在填料高速自轉(zhuǎn)時，填料死膜在水力沖刷及曝氣攪動作用力下及時脫落，提高了生物的新陳代謝。
圖 1 填料外觀
該填料可直接投加在反應池中，無需支架固定，且對曝氣設備及布氣方式方法等沒有特殊要求。
2.3 主要設備
試驗裝置采用鋼結(jié)構集裝箱，如圖 2所示。膜生物反應器在污水處理，水資源再利用領域，MBR又稱膜生物反應器（Membrane Bio-Reactor ）,是一種由膜分離單元與生物處理單元相結(jié)合的新型水處理技術。
圖 2 試驗裝置
其尺寸按原污水處理場水池比例，兼氧槽尺寸1 500 mm×1 000 mm×3 000 mm，一級好氧槽尺寸2 000 mm×1 000 mm×3 000 mm，一級沉淀槽尺寸1 000 mm×1 000 mm×3 000 mm，二級好氧槽、二級沉淀槽與一級尺寸相同，混凝反應槽尺寸1 000 mm×1 000 mm×3 000 mm。槽體有效水深2.4 m，一級好氧槽和二級好氧槽填料填充量為有效水深的30%，即0.75 m。
系統(tǒng)(system)采用接種形式啟動，接種污泥為原污水處理場好氧污泥，其有效菌種接種量為3 g/L。原污水處理場預處理后出水進入兼氧槽，在兼氧槽內(nèi)進水中的殘余油類被一級沉淀槽的回流污泥吸附形成油包泥，通過排泥去除，消除了油類對微生物的抑制作用，向
一、二級好氧槽內(nèi)分別投加卍字形嵌套填料，在形成的復合生物系統(tǒng)中完成有機物及氨氮的去除，二級好氧槽硝化液100%回流一級好氧槽，最后經(jīng)混凝、沉淀后出水，混凝沉淀時PAC投加量為30 mg/L。中試流程見圖 3。
圖 3 中試流程
2.4 分析方法
COD采用重鉻酸鹽法測定;氨（化學式：NH3） 氮采用蒸餾滴定法測定;石油類采用紅外分光光度法測定。
3 結(jié)果與討論
3.1 卍字形填料生物膜的形成
中試研究中，卍字形嵌套填料生物膜的培養(yǎng)與形成是在氣水比∶1、水力停留時間8~12
H、系統(tǒng)連續(xù)進水條件下完成的，經(jīng)過12~15 d后發(fā)現(xiàn)大量菌膠團已大量出現(xiàn)，生物膜逐漸形成，20 d后生物膜已基本成熟，輪蟲、線蟲等后生動物出現(xiàn)。
相比懸浮填料處理工業(yè)廢水時近30 d的成膜時間〔5〕，卍字形嵌套填料的掛膜速度大大提高，與改性PU填料處理生活污水的成膜時間相當〔6〕，這是由于卍字形嵌套填料有許多內(nèi)凹槽，傳質(zhì)距離比起普通方形填料大為減少，提高了傳質(zhì)效率，同時4條內(nèi)凹槽使得生物啟動階段填料可在無碰撞摩擦的狀態(tài)下快速掛膜，啟動時間減少;卍字形嵌套填料有內(nèi)外溝槽，提高了填料表面的粗糙(cū cāo)度，可減少流體流動相生物膜(英文：Biofilm)中細菌細胞所承受的水力剪切力〔7〕，降低了細胞被沖刷的可能性，也有利于填料的初期掛膜。
3.2 復合式生物系統(tǒng)的除油能力
預處理后的煉油廢水含油仍在14~24 mg/L左右，最大達到30 mg/L。在卍字形填料生物膜形成初期，填料外表面包裹一層油膜，抑制了微生物對氧的吸收，導致生物系統(tǒng)啟動緩慢甚至停滯;重新進水培養(yǎng)時采用前置排泥技術，即將一級沉淀槽排泥回流至兼氧槽，經(jīng)過污泥的吸附作用將污油截留后排放，消除石油類對微生物的抑制，好氧槽內(nèi)填料的掛膜速度迅速提升，微生物生長逐漸達到最佳增殖速度。經(jīng)此處理后一級好氧槽中的油控制在5 mg/L以下，保證了復合式生化系統(tǒng)的良好運行環(huán)境。系統(tǒng)出水石油類在2 mg/L左右，最低可達0.98 mg/L。
3.3 運行結(jié)果分析
采用該中試裝置考察了不同進水條件下有機污染物和氨氮的去除效果，連續(xù)運行15 d以上，采樣頻次為1~2次/d，測定結(jié)果如下所述。
COD去除效果。在進水COD為580~779 mg/L時，混凝沉淀槽出水COD均在50 mg/L以下，去除情況(Condition)見圖 4。如圖 4所示，在復合式系統(tǒng)運行開始的3 d內(nèi)，系統(tǒng)出水COD與原污水場COD接近，這可能是因為微生物還未完全適應水質(zhì)條。隨著來水不斷注入，出水COD逐漸下降，直至穩(wěn)定在<50 mg/L，COD去除率逐漸提高，基本穩(wěn)定在90%以上，目前在國內(nèi)煉油廢水的處理(chǔ lǐ)項目(xiàng mù)中很少做到此去除率。這與復合式生物系統(tǒng)中投加的卍字形填料結(jié)構密不可分，相比其他懸浮填料，卍字形嵌套填料的比表面積大，能夠附著更多的微生物，且其內(nèi)部多條溝槽對有機物的去除能力很強，對培養(yǎng)長泥齡微生物也有很好的效果。經(jīng)測定，生物系統(tǒng)內(nèi)污泥質(zhì)量濃度可達10 000 mg/L，比普通活性污泥法提高2倍以上。投加生物增效菌種同樣可達到提高污泥質(zhì)量濃度、降低COD的目的〔8〕，但成本相對較高，在污水處理廠的應用范圍有限。
圖 4 復合式生物系統(tǒng)對COD的去除效果
NH3-N去除效果。圖 5為復合式生物系統(tǒng)對NH3-N的去除效果。
圖 5 復合式生物系統(tǒng)對NH3-N的去除效果
由圖 5可知，在復合式系統(tǒng)運行的前5 d，出水氨氮不穩(wěn)定且在10 mg/L以上，超出標準要求，與COD篩除情況類似。當微生物適應來水水質(zhì)后，系統(tǒng)出水氨氮逐漸穩(wěn)定在8 mg/L以內(nèi)，氨氮去除率在88%以上。由此說明投加卍字形生物填料的復合式生物系統(tǒng)對煉油廢水氨氮有良好的去除效果。
其他感染物去除效果。投加卍字形嵌套填料的復合式生物系統(tǒng)除對CO
D、NH3-N有較好的去除效果外，對其他污染物的去除同樣有效，石油類 < 3 mg/L，揮發(fā)酚、硫化物的去除率也在60%以上。具體參見
4 結(jié)論
卍字形嵌套填料具有比表面積大、掛膜快、流化狀態(tài)好等特點，對形成的生物膜及活性污泥復合生物系統(tǒng)(system)有良好的有機物及氨氮去除效果。同時采用前置排泥技術也為復合式生物系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了良好的水質(zhì)環(huán)境。中試結(jié)果表明，填料投加率為30%、水力停留時間為18 h的工況下，當進水COD為 580~779 mg/
L、氨氮為 48.4~70.4 mg/
L、石油類為 14.1~23.6 mg/L時，出水COD < 50 mg/
L、氨氮<8 mg/
L、石油類<3 mg/L，對揮發(fā)酚及硫化物的去除率也在60%以上。與傳統(tǒng)活性污泥法相比，該系統(tǒng)內(nèi)污泥質(zhì)量濃度提高了2倍以上;與普通懸浮填料形成的復合生物系統(tǒng)相比，其處理煉油廢水的停留時間更短，效率更高。該中試研究結(jié)果可為煉油污水處理廠的改建提供理論依據(jù)(yī jù)和試驗支持。
