一、一體化生物接觸氧化工藝

　　生物接觸氧化又稱淹沒式生物濾池，一體化生物接觸氧化池是由池體、填料、支架、曝氣裝置、進水裝置等部分組成，主要工作原理是在反應器內通過各種方式安置一定數量的填料、曝氣系統為微生物提供氧氣使其附著在填料上形成生物膜，再通過生物膜中微生物的代謝分解作用將污水中的污染物質去除，達到凈化的目的，是一種介于活性污泥法與生物濾池之間的生物膜法污水處理工藝。一體化生物接觸氧化技術的主要工藝流程是將調節池、水解酸化池、接觸氧化池、沉淀池、消毒池等集中在一個構筑物中，形成一個簡單易操作的一體化工藝。

　　1、基本技術原理

　　填料是一體化生物接觸氧化的核心部分，在生物接觸氧化塔內設置一定密度的填料，充氧的條件下，微生物會以生物膜的形式固著生長在填料表面，部分則懸浮生長在水中，由于微生物的繁殖代謝分解而逐漸形成一層很薄的生物膜。在溶解氧和營養物質都適當的生長環境下，微生物的繁殖速度加快，生物膜逐漸增厚，當填料上附著的生物膜發展到一定厚度時，池體內的溶解氧已經無法進入生物膜內層，好氧菌的生長受到抑制直至死亡，而厭氧菌和兼氧菌在生物膜內層開始逐漸繁殖，并以死亡的好氧菌為基質，形成厭氧/缺氧微環境。運行過程中，水解酸化池出水自流至生物接觸氧化池內，污水浸沒一體化生活污水處理設備中的全部填料并與填料上的生物膜廣泛接觸，微生物利用污水中的有機物作為其自身生長的養料進行代謝，將污水中的有機物轉化為新生質和CO2，從而使有機物得到降解和凈化。經過一段時間后微生物在數量上開始逐漸下降，加上新陳代謝氣體產物的形成和曝氣設備的沖刷作用，填料上附著的生物膜開始大量脫落。與此同時，生物膜借助填料在反應器內呈立體結構，保持著較高的比表面積，并在填料的表面形成新的生物膜，確保其在污染物的去除上保持一定的穩定能力。

　　2、主要工藝特點

　　生物接觸氧化法具有生物膜法的基本特點，但又與一般生物膜法有不同之處。一是供微生物棲附的填料全部浸在污水中，使填料上形成的生物膜與污水充分接觸反應；二是采用機械設備向生活污水中充氧，而不同于一般生物濾池靠自然通風供氧，相當于在曝氣池中添加供微生物棲附的填料；三是生物接觸氧化池還存在2%～5%的懸浮狀態的活性污泥，對污水起到進一步的凈化作用。一體化生物接觸氧化技術，在工藝設計上得到進一步提高，主要工藝特點：

　　（1）抗沖擊負荷能力強，可間歇運轉。生物接觸氧化法因獨特的結構特點使其具有較強的抗沖擊負荷能力，在間斷運行時對污染物仍具有良好的去除效果。當斷電或發生其它突發事故時，微生物均可進入休眠狀態。系統重啟動后，生物膜不就便會恢復正常。

　　（2）能夠克服污泥膨脹，剩余污泥產量少。在生物接觸氧化系統中，良好的生長環境促使絲狀菌分解氧化能力增強，提高了對有機物的去除效果。在池內，附著在填料上的生物膜脫落與增長保持著動態平衡，污泥產量少，無需設置污泥回流裝置。

　　（3）占地面積小，管理方便。生物接觸氧化法容積負荷高，體積小，占地面積比生物濾池、活性污泥法和生物轉盤都小，且由于沒有污泥膨脹和上浮等問題，所以運營管理方便。

　　（4）動力消耗低。生物接觸氧化池內因填料的存在，對曝氣設備產生的氣泡具有劃割作用，增強了池體內流體的紊動作用，使溶解氧傳遞比較均衡。同時無需設置污泥回流裝置，減少了設備耗能。

　　3、關鍵運行技術

　　（1）生物接觸氧化塔內填料的選擇：填料是生物接觸氧化法的核心組件，不同的水質應配以不同的填料。生物接觸氧化系統在運行的過程中填料易發生老化、板結等問題，影響系統的處理效能，給運行帶來許多不便，填料的材料、性質、比表面積、孔隙率會影響掛膜、微生物生長以及氧利用率等，因此需采用比表面積大、壽命長、易掛膜、耐腐蝕的填料，從而不斷提高污水處理效率，還可以達到擴大處理規模而無需增大池容的要求。

　　（2）污水與微生物有效接觸時間：在生物接觸氧化法中，污染物氧化速度取決于污水與微生物的有效接觸時間和基質的濃度，時間越長，處理效果越好，但時間過長，附著的微生物自身發生氧化分解，處理效果降低。另外，時間過長會增加能源的消耗，提高一體化生活污水處理設備的運行成本。因此，必須尋求污水與微生物極佳的有效接觸時間。

　　（3）反應溫度的控制：水溫是影響微生物生長和代謝活性的主要因素。水溫低、微生物活性小、繁殖速率慢。實驗生物膜主要由室溫性微生物構成，生長溫度20～30℃，因此在一體化生活污水處理設備中使用微生物接觸氧化法時要注意控制溫度。

　　（4）進水pH值的控制：每種微生物的生長與繁殖通常都有一個適宜的pH值范圍。生活污水中大多含有碳酸鹽、磷酸鹽和銨鹽等具有緩沖性質的化學成分，因此對外來的酸堿有一定的緩沖作用，但如果pH值超過允許范圍，會損害微生物細胞表面的滲透能力和細胞內部的酶反應，抑制微生物的正常生長與繁殖，影響處理效果，因此pH值一般控制在6～10。

　　二、一體化生物濾池工藝

　　一體化生物濾池是一種好氧新型污水處理工藝，具有結構緊湊、占地小、出水水質好等突出優點。在研究開發過程中，充分借鑒了污水處理接觸氧化法和給水快濾池的設計思路，集曝氣、高濾速、截留懸浮物、定期反沖洗于一體。隨著新型填料開發、反沖洗技術的改進，生物濾池工藝流程、技術方法取得了不斷的完善。一體化生物濾工藝具有去除SS、COD、BOD、硝化、脫氮、除磷、去除AOX的作用，其特點是集生物氧化和截留懸浮固體于一體，節省了二沉池，容積負荷、水力負荷大，水力停留時間短，所需基建投資少，出水水質好，運行能耗低，運行費用省等。

　　1、基本技術原理

　　生物濾池是以土壤自凈原理為依據，在污水灌溉的實踐基礎上逐漸發展起來的人工生物處理技術。一體化生物濾池主要由初沉池、高效生物濾池系統、二沉池等單元組成。一體化生物濾池主要包括一體化曝氣生物濾池和一體化復合生物濾池兩大類。

　　污水首先經過預處理，去除懸浮物、砂粒等可堵塞填料的污染物后進入生物濾池。生物濾池由濾床、布水裝置和排水系統組成，污水通過布水器均勻的分布在濾池表面，充分發揮填料的物理吸附、過濾截留以及生物膜的氧化分解作用。污染物及脫落的生物膜被填料截留，當濾層的截污量大大一定限度時，對濾層進行反沖洗，脫落的生物膜隨后續二沉池排出。

　　2、主要工藝特點

　　（1）一體化曝氣生物濾池

　　一體化生物濾池是將接觸氧化和懸浮物過濾工藝結合在一起的污水處理工藝。曝氣生物濾池內底部設承托層，其上部為填料，在承托層設置空氣管及空氣擴散裝置進行曝氣。一體化曝氣生物濾池由初沉池、曝氣生物濾池等組成，氣液在填料間充分接觸，氧的轉移率高，動力消耗低；由于 設備自身有截留污染物的功能，因此不需另設沉淀池和回流設備。

　　（2）一體化復合生物濾池

　　復合生物濾池是曝氣生物濾池的改良工藝，與傳統曝氣生物濾池在工作原理上的區別主要是曝氣為主的不同。復合式生物濾池同步中間位置曝氣，將濾池分為上下兩層，下部為缺氧區，上部為清華好氧段。復合生物濾池下部區域即為DN反硝化反應功能段，其原理與前置反硝化濾池相同，主要是利用原水中本身含有的碳源及回流硝化液中的NO3-N進行反硝化，從而實現脫氮的目的；上部區域為C/N強制生物氧化功能段，主要是將污水中有機物碳化并把NH3-N轉化為NO3-N。復合生物濾池在曝氣生物濾池的基礎上強化了反應器脫氮功能可充分利用水中的碳源，減少外加碳源的投加量，同時還保證了在一定的沖擊負荷下多余的碳源可以經過C/N段實現降解，從而確保了出水水質穩定，并在同一單元反應器內同時實現了硝化和反硝化功能。一體化復合生物濾池相比曝氣生物濾池在除碳、硝化合反硝化等過程中能達到更好的效果，由于其具有缺氧和好氧兩層反應區，抗沖擊負荷能力進一步提高。

　　三 、一體化SBR工藝特點

　　（1）工藝簡單穩定，操作維修方便；

　　（2）低能耗、效率高；

　　（3）工藝流程短，在同一池內可進行生物反應及泥水分離過程，無需初沉池和二沉池，占地小；

　　（4）抗沖擊負荷能力強，無需進行大量污泥回流；

　　（5）組合簡單，靈活多變，自動化程度高。

　　四、一體化A/O工藝

　　A/O工藝是由缺（厭）氧段、好氧段、沉淀池三部分組成，即缺氧/好氧生物脫氮工藝和厭氧/好氧生物除磷工藝，由于其工藝流程較為復雜，操作繁瑣且占地面積大，所以一體化A/O反應器逐漸被提出并發展起來。一體式A/O反應器是將多個除理單元在同一個反應器內完成的處理設備，相比傳統的A/O工藝具有投資運行成本低、占地面積小、操作管理靈活方便等特點，在各類分散式污水處理中得到廣泛應用。

　　1、技術原理

　　A/O工藝的主要原理是通過硝化和反硝化兩個過程進行脫氮。硝化過程是在好氧狀態下，經亞硝化細菌和硝化細菌將污水中的氨氮氧化成硝酸鹽氮的過程。它包括兩個基本步驟：第一階段是亞硝酸菌將氨氮轉化為亞硝酸鹽，稱為亞硝化反應；第二階段則由硝酸菌將亞硝酸鹽進行一步氧化為硝酸鹽。反硝化過程是在缺氧條件下，由于反硝化菌作用，在氫供體充分的條件下，將亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮還原成N2的過程。磷通常是以磷酸鹽、聚磷酸鹽和有機磷的形式存在于廢水中。聚磷菌在厭氧時釋放磷酸鹽到混合液中，然后在好氧條件下，聚磷菌從污水中過量攝取磷存于體內，形成高磷污泥并以剩余污泥的形式排出，因此污水中的含磷量很低。

　　2、工藝特點

　　A/O工藝是一種處理效率高，操作簡單，運行成本低廉，經濟效益好的水處理工藝，一體化A/O工藝的構筑物整體一般采用矩形組合池體，從結構上講，矩形組合池體的優勢在于可以相互共用池壁，且池壁雙面均有水壓力，大大節省了鋼砼材料。亦有采用筒形池體。筒式一體化A/O反應器由預處理裝置，厭氧區、好氧區和沉淀區等組成，整個設備主要有內、外兩個筒體組成。厭氧區位于內筒，好氧區位及沉淀區位于外筒，污水由泵提升首先進入厭氧區，經厭氧區后自流至好氧區；好氧過程結束后，混合液利用位差自流入沉淀池，實現泥水分離；沉淀區底部污泥在攪拌器攪拌形成的負壓推動下自流入厭氧區，該工藝僅需要水泵及曝氣設備。

　　一體化A/O工藝的主要特點為：A、整體處理效率高，好氧工藝作為厭氧的后續處理工藝提高了整體的處理效果。同時好氧處理消除了厭氧處理出水不穩定的現象。B、生物活性高，剩余污泥少，無污泥膨脹問題：在厭氧池對污泥進行消化，減少了污泥的產量，降低了污泥處置的費用，同時提高了產氣量。C、能源動力消耗低：在厭氧對污水進行預處理，均化水質和水量，有利于后續供氧的均衡利用，減少能耗。D、當水中含有揮發性有機物時，其經過厭氧段被處理，可以減少該物質在好氧段的揮發，減少惡臭的產生。E、碳化、硝化和反硝化等反應過程可在同一反應器中進行，占地面積小，操作簡單、投資少且運行成本低。

　　3、關鍵技術

　　一體化A/O工藝的關鍵技術是控制好氧區的溶解氧DO的量及填料結構的選擇。好氧區DO較高時，其內部的循環量就會增大，使得在好氧條件下發生的碳化和硝化作用進行徹底。

　　五、一體化MBR工藝

　　膜生物反應器是高效膜分離技術與活性污泥法相結合的高效污水處理技術，膜組件取代傳統的活性污泥處理系統中的二沉池，實現固液分離而無需污泥回流。一體化MBR是將膜組件置于生物反應器中內部，主要由預處理裝置、膜組件、生物反應器、供氣系統、控制系統及在線清洗系統等單元組成。

　　1、一體化膜生物反應器類型

　　一體化膜生物反應器是把膜組件直接置于生物反應器內，通過真空泵或其它類型的泵抽吸，得到過濾液。一體式MBR體積小，運行能耗低，且曝氣時氣液向上的剪切力能夠實現錯流效果，也有采用一體式膜組件富集進行葉輪攪拌和膜組件自身的旋轉來實現錯流效應以及紊動，從而使污泥固體很難積聚在膜表面，不易堵塞膜纖維中心孔，同時還可以借助曝氣形成的剪切和紊動來控制膜表面固體的厚度。為了減少膜表面的污染，延長運行周期，一般泵的抽吸是間斷運行的。目前一體式MBR使用較為普遍，一般只用與好氧處理。中空纖維膜、管式陶瓷膜及平板式膜組件應用于一體式膜生物反應器中。

　　此外，也有一體化復合式膜生物反應器，該反應器由膜組件和復合生物反應器組合而成，其中復合生物反應器由缺氧活性污泥和好氧生物系統組成，好氧區內裝有立體泡沫填料，加裝填料可以提高系統抗沖擊負荷能力，保證系統具有穩定的處理效果，減少膜污染，延長膜組件的清洗周期。特點為：復合生物反應器是由附著生物型微生物和懸浮生長型微生物構成的混合體系，可利用載體容易截留和附著量大的特點改善污泥沉降特性，克服污泥膨脹，改善膜的通透量；并使硝化菌優先附著在載體上，提高硝化效果，大大改善了污水處理能力和運行穩定性。

　　2、技術原理

　　MBR工藝一般由膜分離組件和生物反應器組成，由于膜組件能將截留的污泥回流至生物反應器中，因此可以獲得長泥齡和高污泥濃度，有利于生長緩慢的固氮菌和硝化菌增殖。生物反應器一般由厭氧反應器和好氧反應器組成，膜組件置于好氧生物反應器內，通過膜對污染物的截留作用，使反應器內形成高濃度的生物種群，從而使污水中有機物進行代謝降解。膜腔內在抽吸泵或高低位水頭差的作用下形成負壓，由于膜的空腔大小一定，水體中一定粒度以上的污泥以及大分子物質被截留，水分子以及小分子物質可以通過膜孔進入膜腔，隨后在抽吸泵作用下經膜過濾出水，出水不含懸浮物。膜組件下方的曝氣系統對泥、水混合液進行曝氣，在提供微生物活動所需氧量的同時，產生的水汽合流還會對膜表面產生一定的水力沖刷作用，能夠有效抑制膜表面結垢和結泥，從而降低膜污染，確保穩定運行。

　　3、工藝特點

　　一體式MBR在污水處理工藝中是一個獨立的處理單元和主體設備，在污水處理工藝中可以代替常規的二級生物處理或深度處理系統的二次沉淀池、過濾等過程，與普通生物處理法相比具有很大的優越性，具體表現在以下幾個方面：a、該工藝對污水中的有機污染物具有較高的去除效率，對大分子有機物、懸浮顆粒以及微生物有較好的去除效果，出水水質好；b、由于污水中的微生物別膜組件很好的截留下來，保持了較高的活性污泥濃度和微生物種群密度，使該工藝的脫氮除磷效果大大提高；c、該工藝的剩余污泥產量少，降低了污泥處理的費用；d、該工藝利用膜的截留作用代替二沉池，能夠快速高效的完成固液分離作用，同時也節省了占地面積；e、該工藝實現了水力停留時間與污泥停留時間的分離，使運行穩定性得到很大提高；f、該工藝流程簡單，結構緊湊，占地面積小；g、該工藝膜生物反應器中維持著較高濃度的MLSS，具有較高的抗沖擊負荷能力。

　　4、關鍵技術

　　一體化MBR工藝的關鍵技術主要體現在選擇合適的膜組件及各生物處理單元的結合設計。不同材質的膜組件，由于其材質和孔徑的不同，在處理相同廢水的過程中表現出的分離特性、膜水通量、耐污染性、膜水通量衰減系數等都會有所不同。由于膜組件是一體化MBR工藝的核心部分，合理控制廢水對膜組件的污染至關重要。膜污染的主要危害表現在：a、膜通量下降，增加系統的能耗；b、當膜表面溶質濃度達到其飽和濃度時，便會在膜表面形成沉積或凝膠層，增加了膜分離阻力；c、破壞膜的內部結構，膜表面凝膠層或濾餅層的形成會改變膜的分離特性。