地埋式MBR污水处理设备
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微生物作为人工湿地除污的主体和核心, 在物质的矿化、硝化、反硝化等过程中起到关键作用低温微生物是极端微生物之一, 其所具有的*的生理功使其能适应环境, 因此, 研究这类微生物不仅具有重要的理论意义, 还在实际推广应用中产生了日益明显的经济效益和环境.国外对低温微生物处理污水技术的研究起步较早, 主要是通过低温微生物去除污水中的油烃类、氯酚类、表面活性剂、氮和磷等达到净化水质的目的, 而且已经提出其低温适应性的分子机制及相关理论我国从20世纪90年代初开始针对低温微生物资源(主要是南极及深海微生物)的初步收集、但低温微生物在废污水处理过程中, 由于水力停留时间过长, 致使人工湿地对污水处理量受到限制.而且, 由于直接投放菌体, 游离微生物进入实际污染环境中后, 其生存繁殖和降解能力易受外界因素干扰, 降解作用难以充分发挥, 还会造成大量菌体流失, 难以控制其长期的处理效果.

微生物固定化技术是20世纪60年代后期迅速发展起来的一种新型技术, 具有实验速度快, 便于培养优势微生物种群, 微生物密度高、流失量少, 处理过程的稳定性高, 对环境耐受力强(如pH、温度、有毒物质等), 固液分离效果好, 处理过程便于控制等优点, 因而在诸多废水处理中体现出了非常大的优势, 并逐渐成为国内外生物科学及相关学科研究的热点.近年来, 很多学者采用竹炭、活性炭、棉纤维、疏水性聚氨酯泡沫等材料将微生物固定化后进行废水处理, 均取得了很好的处理效果.生物炭作为一类新型环境功能材料近年来引起国内外学者的广泛关注, 它的孔隙结构可以为微生物提供栖息地, 使微生物能够耐受外界不良环境.

曝气生物滤池工艺原理曝气生物滤池(BAF，Biological Aerated Filter)也叫淹没式曝气生物滤池。国外从20世纪初开始进行研究，于80年代末基本成型，后不断改进，并已开发出多种形式。在开发过程中，充分借鉴了污水处理接触氧化法和给水快滤池的设计思路，集曝气、高滤速、截留悬浮物，定期反冲洗等特点于一体。

曝气生物滤池工艺是普通生物滤池的一种变形形式，也可看成是生物接触氧化法的一种特殊形式，其基本原理是：在滤池中装填一定量粒径较小的颗粒状滤料，滤料表面附着生长生物膜，滤池内部曝气。污水流经时，污染物、溶解氧及其它物质首先经过液相扩散到生物膜表面及内部，利用滤料上高浓度生物膜的强氧化降解能力对污水进行快速净化，此为生物氧化降解过程；同时，因污水流经时，滤料呈压实状态，利用滤料粒径较小的特点及生物膜的生物絮凝作用，截留污水中的大量悬浮物，且保证脱落的生物膜不会随水漂出，此为截留作用；运行一定时间后，因水头损失的增加，需对滤池进行反冲洗，以释放截留的悬浮物并更新生物膜，此为反冲洗过程。

曝气生物滤池工艺作为一种新型生物处理技术，从诞生至今经历了一段快速发展的过程，最初仅用于污水的三级处理，后发展成直接用于二级处理，现在已经应用到水体富营养化控制，中水回用和微污染水、高浓度废水、城市生活污水处理等各个领域，其最大特点是集生物氧化和截留悬浮固体功能于一身，节省了后续二沉池，在保证处理效果的前提下使处理工艺简化。

反硝化除磷是一种新型高效低能耗的生物脱氮除磷技术，其利用反硝化聚磷微生物(DNPAOs)在缺氧环境下以硝酸盐作为最终电子受体，以 PHB 作为电子供体，通过“一碳两用”途径来实现同步反硝化和过量吸磷.反硝化除磷缓解了反硝化过程和生物除磷过程对有机碳源需求的矛盾，以及硝化菌和聚磷菌(phosphate accumulating organisms，PAOs)所需污泥龄迥异的矛盾，因此被视为一种可持续的污水处理技术.反硝化除磷与传统生物除磷技术相比，可节省能源和资源，也正是这个原因，上述一系列工艺被誉为适合可持续发展的绿色除磷脱氮工艺.

A2/O工艺作为当今最常用的生物脱氮除磷工艺，已广泛应用于国内外大型污水处理厂，但是A2/O工艺的缺陷在于硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有机负荷、泥龄以及碳源需求上存在着矛盾和竞争，很难在单一系统中同时获得氮、磷的高效去除.陈永志等研究发现内循环对A2/O系统的反硝化除磷有影响.试验结合醛化纤维式组合填料的优势及对填料应用于生活污水脱氮除磷研究极少的现状，提出了在A2/O工艺的厌氧池、缺氧池和好氧池中添加醛化纤维式组合填料的设想，将传统活性污泥法与生物膜法相结合组成一套脱氮除磷的新系统.添加生物填料于好氧段可使池内的硝化细菌能够附着在填料上从而增加了污泥龄，提高硝化效率;缩短好氧段的停留时间，而将更长的时间用于厌氧段和缺氧段的释磷和吸磷作用，提高了除磷效率.于缺氧段可在载体环境下提高回流比，使反硝化聚磷菌富集，强化反硝化除磷现象，无需外加碳源，即可完成“超量”吸磷过程，适合低碳源污水的生化处理，使该系统能稳定运行并更好的进行脱氮除磷.

曝气生物滤池工艺（Biological Aerated Filter，简称BAF），是一种采用颗粒滤料固定生物膜的好氧或缺氧生物反应器，该工艺集生物接触氧化与悬浮物滤床截留功能于一体，可有效去除水中的SS，COD，BOD，NH3-N，TN，TP，AOX（有害物质)及浊度、色度等，适用于市政污水、工业污水、再生回用水深度处理及给水污染水源的预处理等。由于BAF具有其他工艺无法比拟的诸多特点，近年来已在国内外取得广泛应用。

工艺特点
BAF属第三代生物膜反应器，不仅具有生物膜工艺技术的优势，同时也起着有效的空间过滤作用，通过使用特殊的滤料和正确的配气设计，BAF具有以下工艺特点：
采用气水平行上向流，使得气水进行*均分，防止了气泡在滤料层中凝结和气堵现象，氧的利用率高，能耗低。
与下向流过滤相反，上向流过滤维持在整个滤池高度上提供正压条件，可以更好的避免形成沟流或短流，从而避免通过形成沟流来影响过滤工艺而形成的气阱。
上向流形成了对工艺有好处的半柱推条件，即使采用高过滤速度和负荷，仍能保证BAF工艺的持久稳定性和有效性。

采用气水平行上向流，使空间过滤能被更好的运用，空气能将固态物质带人滤床深处，在滤池中能得到高负荷、均匀的固体物质，从而延长了反冲洗周期，减少清洗时间和清洗时用的气水量。

滤料层对气泡的切割作用使气泡在滤池中的停留时间延长，提高了氧的利用率。由于滤池*的截污能力，使得BAF后面不需要再设二次沉淀池。
整套系统采用PLC控制，自动化程度高。

序批式活性污泥法(SBR)工艺由于具有生化反应推动力大, 脱氮除磷效果好, 耐冲击负荷强, 工艺简单, 运行方式灵活和防止污泥膨胀等优点, 已成为污水生物脱氮的主流工艺之一.胞外聚合物(extracellular polymeric substance, EPS)是在一定环境条件下由微生物(主要是细菌), 分泌于体外的一些高分子聚合物.主要成分与微生物的胞内成分相似, 是一些高分子物质, 如蛋白质(PN)、多糖(PS)和核酸(DNA)等聚合物. EPS普遍存在于活性污泥絮体内部及表面, 具有重要的生理功能, 可将环境中的营养成分富集, 通过胞外酶降解成小分子后吸收到细胞内, 还可以抵御杀菌剂和有毒物质对细胞的危害.根据EPS空间位置不同, 分为紧密附着在细胞壁上的孢囊聚合物——紧密型EPS(TB-EPS)和以胶体和溶解状态松散于液相主体中的黏性聚合物——松散型EPS(LB-EPS).

温度对生物脱氮效果和EPS产量均有重要影响, 该方面研究总结为以下3个方面：① 单一研究温度对生物脱氮效果的影响.汪志龙以合成废水为研究对象, 以丙酸钠作为单一碳源, 分别设置温度为5、15、25、35℃的4组序批式反应器考察了温度对单级好氧工艺生物脱氮除磷性能的影响. Guo等在5~30℃条件下, 研究了同时氮化和脱硝(SBR-SND)顺序间歇反应器的性能. Hendrickx等采用UASB, 以实际生活污水为研究对象, 探究了10℃和20℃条件下氮的去除. ② 单一考察了温度对EPS产量及组分的影响.

可乐废水好氧污泥和可乐废水厌氧污泥3种污泥的EPS产量. Song等研究了常温(28℃)和低温(10℃)条件下EPS产量对活性污泥脱水性能的研究. Gao等研究了在30、20和10℃条件下, EPS在膜污染中的作用. ③ 同步研究了温度对生物脱氮效能及EPS的影响.EPS总含量及各组分均与温度成负相关.在生物脱氮过程中, 活性污泥是实现氮去除的功能主体, EPS是活性污泥的重要组成部分.因此, 同步考察温度对生物脱氮效能和EPS的影响, 可深入解析基于微生物EPS变化角度揭示生物脱氮本质.此外, 相关报道大多基于短期实验获得研究结果, 因此较难反映温度对EPS变化长期影响规律, 难以获得准确的EPS与生物脱氮相关性.

生物膜与活性污泥的培养和驯化
1、生物膜的培养
    生物膜的培养采用接种培养法，即采取污水处理厂曝气池内活性污泥与水样混合液，由旋转布水器连续由塔滤上部向塔内喷洒的方法，大约经15d左右，载体上就可出现透明生物膜，若无此条件，也可用生活污水由塔滤上部向塔内连续喷洒，单相比之下时间较长，20℃大约30d左右。当生物膜成熟后，即沿水流方向，膜上细菌和微型动物组成的生态系统和对有机物降解能力达到平衡后，便可进行实验应用。
BAF生物曝气滤池，主要由颗粒生物填料床、曝气系统、反冲洗系统三部分组成。
颗粒状生物滤料（陶粒），表面粗糙，比表面积大，并渗入活性酶在滤料上附着生长高浓度的专性微生物膜，这些专性微生物以污水中的有机物作为氮源、碳源及能量来源而生长繁殖，通过其新陈代谢降解水中的污染物。

污水自上而下进入生物曝气滤池，空气从填料床下端进入，在滤料空隙间曲折上升，与污水及滤料上附着的生物膜充分接触，在好氧条件下发生气、液、固三相反应。由于生物膜附着在滤料上，不受泥龄限制，因而种类丰富，对于污染物的降解十分有利。污染物被吸附、拦截在滤料表面，作为降解菌的营养基质，加速降解菌形成生物膜，生物膜又进一步“俘获”基质，将其同化、代谢、降解。在碳氧化／硝化合并处理时，靠近滤池进水口的滤层段内有机污染浓度高，异养菌群占优势，大部分BOD5在此得以降解，浓度逐渐降低。
在滤池运行过程中，随着生物膜的新陈代谢，脱落的生物膜及滤料上截留的杂质不断增加，滤料中水头损失增大，水位上升，到一定时期，需对滤料进行反冲洗。BAF生物曝气滤池以其储存在加氯消毒池中清澈的出水作为反冲用水，不另设反冲水池，反冲洗废水通过排水管回流到一级处理设施。

CANON工艺具有脱氮途径短、节省曝气量、无需外加碳源、温室气体产量少等优点, 成为了目前具前景的污水脱氮工艺.

CANON工艺适合处理高温、高氨氮污水, 而生活污水是常温、低氨氮水质.如何将CANON工艺推广到市政污水处理厂中是长久以来的难点.目前, 国外CANON工艺的研究主要以高氨氮废水处理为主, 国内虽然有常温低氨氮环境中运行CANON工艺的报道, 也仅局限于人工配水和短期运行, 实际污水处理厂中长期运行CANON工艺的研究极少.

常温低氨氮环境中, CANON工艺的难点在于硝化细菌的抑制.如果硝化细菌过量增殖, 将会出现总氮去除率下降、出水总氮超标的现象.在常温、低氨氮条件下, 只调节DO从而抑制NOB活性已被证明难以实现.因此, 在工程应用中, 需要通过其他策略抑制硝化细菌的活性.有研究表明, 在CANON生物膜反应器中, NOB主要分布在生物膜的外层.对生物膜进行冲洗, 理论上洗脱生物膜表面的NOB。

活性生物滤池在进水时由于采用了较多的活性污泥回流，滤床中具有大量的活性微生物，滤池中就发生了较高的微生物的同化作用，也就是说活性生物滤池犹如高效的微生物合成器，进水中大量的有机物首先在此被活性污泥所吸附和氧化，并进行微生物的大量合成。但由于污水与活性污泥在此滤池中的停留时间较短，微生物对吸附在活性污泥上的有机物还未*氧化，故滤池出水尚需在曝气池中进一步曝气处理以达到良好的出水水质。也正是由于活性生物滤池的这种作用，使得后续曝气池的负荷大为减轻且波动减小。

地埋式MBR污水处理设备与传统脱氮工艺相比, 厌氧氨氧化工艺节省了62.5%曝气量、脱氮途径短、无需外加碳源、温室气体产量低, 成为目前具前景的污水脱氮工艺.
厌氧氨氧化菌适合处理高温、高氨氮污水, 而城市生活污水是典型的低温、低氨氮水质, 如何将厌氧氨氧化工艺应用于市政污水处理厂是长久以来的难点.在国外, 厌氧氨氧化工艺已成功应用于污水处理厂中, 以处理垃圾渗滤液、消化上清液、养殖业废水等高氨氮废水, 而市政污水处理厂厌氧氨氧化工艺的研究仍处于小试阶段.国内, 厌氧氨氧化工艺主要局限于实验室研究, 在实际污水处理厂中长期运行厌氧氨氧化工艺的报道鲜见.

常温低氨氮环境中, 厌氧氨氧化工艺处理负荷低.通常认为, 常温驯化可以使厌氧氨氧化菌逐步适应低温环境.前人的研究在实验室内进行, 以人工配水为基质, 氨氮浓度为100~350 mg ·L-1, 运行温度为18~25℃, 且驯化时间较短.而实际生活污水成分复杂, 亚硝化后的生活污水氨氮浓度为10~25 mg ·L-1, 水温为10~24℃.因此, 在市政污水处理厂中, 研究长期常低温驯化对厌氧氨氧化菌的影响有着重大的意义.