生物接触氧化工艺的研究讨论

在本工艺中的中空纤维实际上是生物膜的载体，微生物种群在本工艺中的分布与常规的生物膜法和活性污泥法不同，所以在降解污染物的能力方面有其独特之处。
首先分析生物膜的特点。常规的生物膜法有机物和溶解氧由生物膜同一侧进入膜内部，所以在生物膜的表面好氧微生物生长条件较内部深处要好得多。在表面旺盛生长的微生物消耗了大部分溶解氧，使生物膜内部处于供氧不足甚至无氧状态，于是从生物膜表面至底部出现了供氧充足、缺氧和无氧区域，各区域内分别对应生长的是好氧、兼性和厌氧微生物。这就带来了以下问题：首先，如果污水中有机物浓度过大则表面旺盛生长的微生物将使生物膜生长过厚，从而堵塞载体或滤料间的空隙；其次，因为厌氧细菌产生的代谢物质的作用，导致生物膜脱落；另外，为了保证给微生物足够的溶解氧，一般采用污水流速较快或曝气的方法，这也易使生物膜脱落水中，所以要在其后设一个沉淀池将其分离。
在本工艺中污水的有机物和氧气分别从生物膜的两侧进入，即二者的浓度梯度方向是相反的。这对分解水中的有机物很有好处，如在生物膜的最外层有机物浓度最大但溶解氧浓度最小，而在生物膜的底部则恰好相反，这样好氧微生物的两个生长控制因子得以相互协调和抑制，其结果是使生物膜协调地生长于一个相对固定的厚度范围，不会因有机物的浓度大而过度生长形成堵塞。在试验中观察到的生物膜沿水流方向的生长状态也证明了这一点，从污水进水端至出水端，有机物浓度相差逾十倍，生物膜的厚度却基本一样，仅仅是生物膜的密实程度进水端较出水端密实一些，颜色也略深一些。同样因为本工艺充纯氧，生物膜上不存在厌氧层，全部生物膜都是活性生物膜。在生物膜的最外层有一个微溶解氧层，在该层有机物的浓度最大。这一情况极适于衣球细菌生长，这种细菌对有机物有着极强的分解能力。 由试验结果可知，随着试验时间的推移，处理水中的亚硝酸盐浓度在增加，到45d时，氨氮的去除率已达到60%，但亚硝酸盐氮浓度增加量与氨氮的下降量并不一致。按照硝化过程：
氨氮的减少数量与亚硝酸盐氮的增加数量应当是对应的，但在本试验中并非如此。合理的解释应当是同时还进行着另外两个过程：
由于出水的pH值并未显著降低，猜测以过程(3)为主，但因条件限制，本次试验未能就此加以验证。
去除氨氮效果较好的原因与本工艺中微生物所处的特别环境及其特殊的微生物种群分布有关：在生物膜的最内层即与中空纤维相接部分是溶解氧浓度最大的部分，而污水中的有机物浓度经过外层微生物的降解后抵达此部位时已经大大降低，在该部位污水中的C/N比值也大大下降，这非常有利于硝化微生物生长。所以笔者认为与其他工艺不同，在本工艺中硝化作用不仅仅是发生在反应器的末端，待污水中总有机物浓度降低到一定程度后才开始，而是在原污水接触到生物膜一段时间，当有机物浓度略有下降后就已经在其后的生物膜内层开始了。如果原污水的有机物浓度较低，则可以认为几乎全部生物膜内层都有一个生长良好的硝化细菌膜存在。所以得出结论：降解有机物和去除氨氮在本工艺中是同步或部分同步进行的。
本工艺脱除氨氮效果较好的另一个原因就是采用了纯氧，这可使硝化微生物的活性提高数倍。 ①本工艺的一次性投资比较高，主要是目前中空纤维膜的生产并未形成规模，所以售价比较高。随着膜工业的发展，这一问题会得到解决。
②本工艺除有氧化降解有机物的功能外，尚有良好的硝化功能，但这并未完成污水脱氮过程。如能对中空纤维组件加以改进，使中空纤维外侧或附近有一些能让厌氧微生物附着生长的普通载体，则可利用污水中的有机物作为碳源，完成反硝化，实现脱氮，同时也提高了氧的利用率。
③虽然本试验在中空纤维中充入的是纯氧，但是通过前面的分析可以发现，经过一段时间的运行，气体循环回路中的气体已不完全是纯氧，而是混有许多在分压差作用下从水中溶出的氮气、二氧化碳等其他气体，在气体循环回路中充入纯氧仅提高了气体中的氧分压。这就有了一个启示：可否直接用空气进行充氧，其结果将会大大降低运行成本。
④由于本工艺中微生物种群分布的特殊性，生物膜上微生物的种类和数量等可能与其他常规微生物法有所不同，这需要作进一步的研究，为本工艺的完善找出生物学的指导依据。 ①用本工艺处理城市污水，可以在一个反应器内使BOD5、CODCr和SS的去除率分别达到92%、83%和94%。
②本工艺去除氨氮的效果良好，去除率可达60%。
③本工艺有特殊的微生物生长环境和种群分布，使各类具有特殊降解污染物能力的微生物都有良好的生长环境，并且可以将生物膜厚度自动维持在一定范围内而无堵塞问题，所以运行管理非常简单。
④本工艺产生的剩余污泥非常少。
⑤本工艺采用的无泡充氧方法可使污水处理过程在密闭条件下进行，对环境几乎没有影响。