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生物接觸氧化法的基本原（yuán）理（lǐ）

1、生物接觸氧（yǎng）化法的特點

生物接觸氧（yǎng）化法是生（shēng）物（wù）膜法的一種形式。它是在生物濾池法的基礎上發展起來的，從生物膜固定和汙水（shuǐ）流動來說，相似於生物（wù）濾池法。從汙水充滿曝（pù）氣（qì）池和采（cǎi）用（yòng）人工曝氣看，它又相似於活性汙泥法。所以（yǐ），生物接觸（chù）氧化法兼（jiān）有生物濾池法和活性汙泥法的特點。

實踐表明，生物接觸氧化法具有BOD負荷高（gāo），處理（lǐ）時間短，占地麵積小，不（bú）需汙泥回流，不產生（shēng）汙泥膨脹，運轉比較靈活，維護（hù）管理（lǐ）方便等一係列（liè）優點，因此，是一種有發展前途的處理方法。

2、生（shēng）物膜對廢水的淨化作用

在生物（wù）接觸氧化（huà）法中，微生物主要以生物（wù）膜的狀態固（gù）著（zhe）在填料上，同時又有部分絮體或碎裂生物膜（mó）懸浮於處理水中。生物（wù）接觸氧化池中的（de）生（shēng）物膜重量，比曝氣池內懸浮活性汙泥的重量大得多，一般生物膜重量為（wéi）6000-14000mg/L，而氧化池中呈懸浮狀的（de）微（wēi）生物（wù）（活性汙泥）濃度一般為（wéi）200-1000 mg/L。由此，可粗略地用（yòng）生物膜重量表示生（shēng）物接觸氧化法中的微生物重量，用生物（wù）膜濃度表示微生物濃度（dù）。

附著在填料表麵的生物膜對（duì）廢水的淨（jìng）化作（zuò）用：

最初，稀疏（shū）的細菌附著於填料表麵，隨著細菌的繁殖逐漸形成很薄的生物膜。在溶（róng）解氧和（hé）食料（有（yǒu）機物）都充足的條件下，微（wēi）生物的繁殖十分（fèn）迅速（sù），生物膜逐漸加厚。生物（wù）膜的厚度通常為1.5-2.0mm，其中外表麵到1.5 mm深處為好氣菌，1.5 mm深處到（dào）內表麵（miàn）與填料壁相接（jiē）的部分為弱厭氣菌。

廢水（shuǐ）中的溶解氧和有機（jī）物擴散到生物膜內為好氣菌利用（yòng）。但是，當生物膜（mó）長到一定厚度時（shí），溶解氧無法向生物膜內擴散（sàn），好氣菌死亡（wáng）、溶化，而內層的厭氣菌得以繁殖發（fā）展。經過一段時間後，厭氣菌在數量上亦（yì）開始下降，加上代（dài）謝氣體的逸出，使（shǐ）內層生物膜出（chū）現許多空隙（xì），附著力（lì）減弱（ruò），終於（yú）大塊脫（tuō）落。在生物膜脫落的填料表（biǎo）麵上，新的生物膜又重新生（shēng）長發展。實際上，新陳代謝過程在生物接觸氧化池中生物膜（mó）發展的每一個階段都是同時存在著的，這樣就使其去除有機物的能力（lì）保持在一個水平上（shàng）。

3、流態

生物接觸氧化（huà）法的固定生（shēng）物膜與一般（bān）的生物膜不同。在氧化池（chí）中采用曝氣方式，不僅提（tí）供較充分的溶解氧，而且由於曝氣攪動加速了生物膜的更新，從而更加提高膜的活力與氧化能力。另外，曝氣會形成水（shuǐ）的紊流，使固著在填料上的生物（wù）膜可（kě）以連續地（dì）、均勻地與汙（wū）水相接觸，避免生（shēng）物濾池中存在的接觸不良的缺陷（xiàn）。

對於接觸氧化池的單池（或單格）來說，其流態是（shì）一種混合型，各點水質比較均勻，各部分的（de）工況基本一致，具有（yǒu）完全混合型的特點。

對於將氧化池（chí）分格按照推流式設置的（de）接（jiē）觸氧化池來說，則全池又具有推（tuī）流式（shì）活性汙（wū）泥法的特點。由於按推流式設置時，水在池子內不斷地沿著池的（de）縱向逐步推流至出口，使生物膜上的微生物與汙水中的有機物得到充分混合和接觸，從而使汙水逐漸淨化。全池的水質（zhì）是有變化的，進水端（duān）COD值最大，以後逐漸減小（xiǎo），出口端最小。

4、生物相及其演化規律

生物接觸氧（yǎng）化法生物膜上的生物相（xiàng）是（shì）豐富的，起作用的微生物包（bāo）括許多門類，由細菌、真菌、原生動物、後生動物組（zǔ）成比較穩定的生態係（xì）。

（1）細菌類

生物相中（zhōng）數量最多的是細菌。它們的形態有：

①遊（yóu）離菌

大多為體形較小的杆狀菌，有時也可能是比較大型而自身又能運動的螺旋菌（jun1）。細菌的（de）種屬因處理的汙水（shuǐ）種類（lèi）不同而異，一般生長繁殖的細菌有無色杆菌屬、假單孢菌屬、芽孢杆菌屬、產堿杆菌屬等。它們多（duō）數在掛膜（mó）培菌（jun1）初期出（chū）現，然後消（xiāo）失。

②菌膠團

它是低等細菌建立的膠粘物，有良好的吸附能力（lì），對被粘附的有機物加以分解利（lì）用，使有機物無機化。菌膠團多半呈垂絲狀，也有呈蘑菇狀、分枝狀。

③絲狀菌

這是（shì）由低等細菌密切結合的高等細菌。絲狀菌（jun1）多數是（shì）真菌球衣細（xì）菌，是生物膜中起重要作用的微生物。它們的菌（jun1）絲（sī）體較長，常呈亂（luàn）發狀。絲狀（zhuàng）菌的繁殖和（hé）廢水的硝化有著密切聯係。在生物接觸氧化法中，絲（sī）狀菌是固著在填料表麵上的，它的繁殖不僅不會引起（qǐ）活性汙泥法中的（de）那種汙泥膨脹，反（fǎn）而使（shǐ）出水（shuǐ）水質變好。

（2）真（zhēn）菌類

生物膜中的（de）真菌主要是鐮（lián）刀黴菌（jun1）、地黴菌和各（gè）類（lèi）酵母菌等（děng）。真菌（jun1）對某些人工合成的有機物（如丙烯腈等）有一定降解能力。

（3）原生（shēng）動物（wù）

在正常（cháng）運行和生物膜降解能力（lì）良好時，生物相中占優勢的原生動物以固著性的纖毛蟲為主，如鍾蟲、小口鍾蟲、等枝蟲、蓋纖蟲、無柄鍾蟲等。有時也有遊泳性纖毛（máo）蟲，如草履蟲、豆形蟲、漫遊（yóu）蟲等。

運行穩定時，生物膜上的（de）生物相也是相對穩定的，細菌和原生動（dòng）物之間存（cún）在著（zhe）製約關係。一方麵，原生動物纖毛蟲吞噬細菌，抑製細菌群體的（de）蔓延；另一方麵，細（xì）菌被破壞後（hòu），又不斷繁殖生長，這就需要（yào）以廢水中的大量有機物作為食料（liào），從而（ér）淨化了廢水。所以，原生動物纖毛蟲特別是鍾蟲、等枝蟲、蓋纖蟲是生物接觸（chù）氧化係統運轉良好的有價值的指示性生物。

在運（yùn）行時，若有機物負荷或營養狀（zhuàng）況（kuàng）有較大變化，則原生（shēng）動物中的固著性鍾蟲、等枝蟲突然消失，絲狀菌稀少，菌膠團結構鬆散，而遊泳性草履蟲、鍾蟲遊泳體大量出現，出水水質變差；反之，若原來出水水質較差，一旦出現（xiàn）鍾蟲、等枝蟲、絲狀菌叢生，菌膠團結構緊密，而遊泳性纖毛蟲減少，則說明（míng）環境條件有了改善，出水水質（zhì）變好。

（4）後生動物

與（yǔ）活性汙泥（ní）法不同的是，在生（shēng）物接觸氧化法中的生物膜上（shàng）存在著大量的後生動物如輪蟲、線蟲、紅斑瓢體蟲。這些是以食死肉為主的動（dòng）物（wù），能（néng）軟化生物膜，促進生物（wù）膜脫落，從而（ér）經常保持活性（xìng）和良（liáng）好的（de）淨化功能。當輪蟲（chóng）等後生動物數量多且（qiě）活（huó）躍，個體肥大，則（zé）處理後出水（shuǐ）水質好；反之，則處理效果差（chà）。一（yī）旦發現生物呆滯，個體死亡，則預示著處（chù）理（lǐ）效果急劇下降。

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影響處理效果的因素

1、進水（shuǐ）水質

①PH值

環境條（tiáo）件對生物處理的影（yǐng）響是重要的，有時甚至（zhì）是決定性的。其中（zhōng）PH值是重要的環境（jìng）因素之一。

對於大（dà）多數（shù）細菌來說，雖然（rán）PH的最（zuì）廣範圍為4-10，但是由於異常的PH值會損害細胞表麵的滲透功能（néng）和細胞內部的酶反應，因此適宜的PH值範圍應為6-8。

在汙水處理中，特別是在工業廢水處（chù）理中，汙水的PH值往（wǎng）往不能適應微生物的（de）生長繁殖。此時，當在培菌馴（xùn）化時考慮到PH值因素，並使PH值逐漸偏於某一側，那麽，即使在較高的堿性和酸性條件下（xià），也能夠使整個經過馴化的微生物群體具有一定的淨化能力。

運行實踐表明，生（shēng）物接觸氧化法對PH值的適應性比較強，當汙水的PH值（zhí）為8-9時，微生物（wù）仍然有適應能力（lì），對處（chù）理效果沒有多大影響。因此，生物接觸（chù）氧化池（chí）進水PH值可為6.5-9.0。否則，應考慮預先的PH調整措施。

②水溫

在生物接觸氧化（huà）池中接觸停留時間（jiān）較短（duǎn），因此處理過程（chéng）中汙水受氣溫的影響不大，主要起作用的是水溫（wēn）。

溫度對生（shēng）物處理有一定的影響。一（yī）般地，溫度高，微生物活力強，新陳代謝（xiè）旺盛，氧化與呼吸作用強，處理效果較好。但溫度過高，會抑製通常的嗜中溫微（wēi）生物的（de）生長。同樣，溫度過低，微（wēi）生物的生命活（huó）動受到抑製，處理效果受到影響。

為了保持基本（běn）正常運行，生物接觸氧化池的進（jìn）水水溫宜控製在10-35℃之間（jiān）。

③硫（liú）化物及其它（tā）有害物質

汙水中的大量硫化物對生物接觸氧（yǎng）化法處理是有害的（de）。一（yī）是，硫化物是還原劑（jì），要消耗生物接觸（chù）氧（yǎng）化池中的大量溶解氧；二是，硫化物在充（chōng）氧作用下，易產生難聞的硫化氫氣體；三是，硫化物對（duì）微生物代謝過程有抑製作用。為此，生物接（jiē）觸氧化池進水中的硫化物含量應在30mg/L以（yǐ）下。

其它有害物質的情況，在此從略。

2、有機負荷

有機負荷是反映生物接觸氧化法淨化效能的主要指標。它通（tōng）常用單位（wèi）容積填料的汙染物（BOD）負荷量來表示（shì），即

BOD負（fù）荷=單位時間內供給生物膜的有機物數量（BOD）÷填料總容積單位：Kg BOD/（m3·d）

①BOD負荷同被處理水（shuǐ）的汙染物質有關

處理對象不同，BOD負荷亦不同。易於生物降解的汙水，例如城市汙水、酵母廢水等，BOD負荷較高。而可生化性較低的廢水，如印染廢（fèi）水等，BOD負荷較低。

②BOD容積負荷與處理水水質亦有密切關係

實（shí）踐表明，在一定範圍內（nèi），出（chū）水BOD愈（yù）高，則BOD容積負荷也愈高；出（chū）水BOD愈低，則BOD容積（jī）負荷也就愈（yù）低。在保持相同處理水水質的情況下，允（yǔn）許的BOD容積負荷愈（yù）高，則證明處理設備效率愈高。

③BOD容積負荷的實際取值範圍（wéi）

對於可生化性較高（gāo）的有機廢水，如城市（shì）汙水、食品工業廢水等，BOD容積負荷宜取1.0-3.0Kg BOD/（m3·d）；對於可生化性較差的廢（fèi）水，如印染廢水等， BOD容（róng）積負荷（hé）取0.5-1.0Kg BOD/（m3·d）更為穩妥。

3、接觸停留時間

①接觸停留（liú）時間同處理效（xiào）果有很大關係

在相同的進水水質條件下，若接觸停留時間愈長，則處理水BOD值愈低，處理效果亦就愈好；反之亦然。

這是（shì）因（yīn）為，微生（shēng）物對有（yǒu）機物的轉（zhuǎn）化過程同微生物（wù）機體（tǐ）的化（huà）學過（guò）程緊密地聯係著。不論是將複雜的有機物分解氧化（huà）成簡單的無機物，還是將比較簡單的無機物合成複雜的細胞物質，都需要一定（dìng）時間。特別是被（bèi）吸附與附著在生物膜上的有機物經氧化分解和細胞（bāo）合成作用全部轉化為穩定物質（zhì）（有機物無機化）所需時間較長，一般為數小時乃至數十（shí）天。因此，處理效果對接觸停留時間的依賴（lài）性很大。

②接觸（chù）停留時間同所采用的處理工藝流程有關

在原水水（shuǐ）質（zhì）和處理水質都相同的條件下，一段法同（tóng）多段法相比較，所（suǒ）需要的接觸停留時間（jiān）是不相同的。一（yī）般地，二段法或（huò）多段法的總接觸停留時間短於一段法。

對（duì）於BOD濃度較低的（de）城市（shì）汙（wū）水（shuǐ），宜采用二段法工藝（yì）流程，總接觸停留（liú）時間1.0-3.0h，一氧池接觸停留時間約占總接觸停（tíng）留時間的2/3，二氧池約占（zhàn）1/3。

對於中（zhōng）等濃度的工業（yè）廢水（如BOD濃度為（wéi）150-300mg/L），接觸停留時間宜采用（yòng）3-6h。

對於高濃度（dù）的工業廢水（BOD濃度（dù）為500mg/L以上），接觸停留時間宜采用8-16h。

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填料選擇

（1）填料的作用及要求（qiú）

填料是生物（wù）膜的載體，同時兼有截留懸浮物質的作用。因此載體填料是氧化池的關鍵（jiàn），直接（jiē）影響著生物接觸氧化法的效能。同時，載體填料費用在生物接觸氧化處理係統的基建費（fèi）用中又占較大比重，所以填料關係到接觸氧化技術的經濟合理性。

通常，對載體填料的要求是：

①生物膜的附著（zhe）性

表麵粗（cū）糙度是能否很快形成初期生物膜的主要因素。表麵粗糙度大，掛膜快；表麵粗糙度（dù）小，掛膜慢。

生（shēng）物膜附著還同（tóng）微生物和載體填料表麵的靜電作（zuò）用有關。一般微生物常帶負電，若填料（liào）表麵的電位愈高，則可以推測（cè）生物膜（mó）附著愈易；反之亦然。由於微生物可以視為親水（shuǐ）性粒子（zǐ），所以在（zài）親水性（xìng）填料表麵易附著微生物。於是，有的塑料填料在（zài）使（shǐ）用前先進行了提高表麵親（qīn）水性處理。

②水力學特性

載體填料的水力學特性包括空隙率、比表麵積、形狀（zhuàng）尺（chǐ）寸、填充率等。空隙率影響水的實際停留時間和生物膜量。空隙率愈高，氧化池（chí）阻力愈小，同時需要填料少，降低造價。但是，空隙率（lǜ）高時機械強度和比表麵（miàn）積都比較小（xiǎo）。比表麵積影響氧化池（chí）單位容積的生物膜量。

若載體填料的比表麵積大，則不僅（jǐn）對溶解性（xìng）底質，而且（qiě）對懸浮（fú）物質的去除效果較好。但是（shì），比表麵積大的填料帶來的問（wèn）題是，流經填料內的水流阻力增大，能量消耗隨之增（zēng）大，同時（shí）易於堵塞填料。為了防（fáng）止堵塞，就要提（tí）高反衝洗強度，這（zhè）樣使原生動物、後生動物受到衝刷，微生物的食（shí）物鏈變短，產（chǎn）生（shēng）的剩餘汙泥量就大。因此，一般（bān）固定（dìng）床氧（yǎng）化法載體填料的比（bǐ）表麵（miàn）積宜在一至（zhì）數個100m2/m3之間。

填料的形狀尺寸除了（le）同空隙率和比（bǐ）表（biǎo）麵積密切相關以外，也是影響填料間水流態的重要因素，一般用雷諾數Re表示。Re小於2000為（wéi）層流，大於（yú）2000為紊流。若填料間紊流愈甚，則水與生物膜接觸效率愈高，生物膜更新（xīn）愈快，增大了去除汙染物質（zhì）的能力。但是，為了提高Re，勢必要增大流速，從而增大能量消耗。若比表（biǎo）麵積小（xiǎo），則Re值大，提高單位生物膜表麵積的淨化效率。因此，從這一點考慮（lǜ），則采用比表麵（miàn）積小的填料是有利的（de）。

若空隙率大、比表麵積大、形狀尺寸均（jun1）一，則水流阻力小；反之亦然。從節能（néng）觀點來看，填料間的水（shuǐ）流阻力愈小（xiǎo）愈好，這是一個方麵。但另一方麵由於填料（liào）自身（shēn）具有整流作用，阻力愈大，則填料內流（liú）速分布比較均一，因此克（kè）服氧化池內流速偏差（chà）是有效的。

③經（jīng）濟性

影響填料成（chéng）本的主要因素是材質、填料形（xíng）狀與厚度、加工工藝過程等。不言而喻，采製價格低廉、厚度小、加工（gōng）工藝（yì）簡單，則成本低。

當建設資金充足時（shí），可以考慮一次性采用性能好、使用壽命長而價格又（yòu）較貴的填料；若建設資金比較短缺時，建議可以先使（shǐ）用性能良好、價格低廉的填料，如軟性纖維（wéi）填料，以滿足汙水處理的需要，而以（yǐ）後再逐漸更（gèng）換成其它更為理想的（de）填料。

（2）種類

載體填料按形狀分，有：蜂窩（wō）管狀、束（shù）狀、波紋狀（zhuàng）、圓（yuán）環輻射狀、盾狀、板狀、網狀、筒狀、不規則粒狀等；按性狀分，有：硬性、半軟性、軟（ruǎn）性；按材質分（fèn），有：塑料、玻璃鋼（gāng）、纖維填料等。

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供氣量和曝氣充氧設備

（1）供氣的作（zuò）用（yòng）

①充（chōng）氧

生物接觸氧化法主（zhǔ）要是利用好氣性細菌完成（chéng）生物淨化作用。微生物的氧化、合成和內源呼吸全部需要氧。所以，除了營養物質外，氧氣是保持微生物正常活動的一個重要條件。供氣使氧化池中的溶解氧控（kòng）製在一（yī）個相當的水平上。

②充（chōng）分攪拌，形成紊流

供氣使池內水流充（chōng）分攪動，形成紊流。紊流（liú）愈甚，被處理水（shuǐ）與生物膜的接觸效（xiào）率愈高，傳質效應愈好，從而提高處理效果。

③填料堵（dǔ）塞，促進生物（wù）膜更新

供氣的攪動作用使填料上衰老的生物膜（mó）及時剝落，防止填料堵塞。同時還促進生物膜更新，提高處理效果。

（2）供（gòng）氣量

為了（le）表（biǎo）麵層的好氣菌維持良好的生物相，通過填料後的溶解（jiě）氧應是2-3mg/L。

關（guān）於供氣量的確定（dìng），一般有以下兩種方法（fǎ）：

①根據生物膜需氧量來（lái）計算供氣量

生物膜的需氧量（R）包括合（hé）成用（yòng）氧（yǎng）量和（hé）內源（yuán）呼吸用氧（yǎng）量兩部分（fèn）。即

R = a’·ΔBOD+b’·P

式（shì）中：

R——生物（wù）膜（mó）的需氧量（liàng）（Kg/d）

ΔBOD——單位時間內去除（chú）的BOD量（Kg/d）

P——活性生物膜數量（Kg）

a’、b’——係數（a’≈0.4~0.7、b’≈0.18）

所需的供（gòng）氣量（Qs）取決於需氧量（R）和曝氣裝置氧的總轉移係數（shù）KLa 。

②根據（jù）水氣比，確（què）定實際供氣量

在生物接觸氧（yǎng）化處理廢水實踐（jiàn）中，往往是根據水氣比確定供氣量。水（shuǐ）氣比為處理水量和供氣量體積（jī）比（bǐ），視水質、水溫（wēn）、填料和廢（fèi）水（shuǐ）所需的溶解氧而定。正常運行時的水氣比為：

城市汙水 1：（3-5）

一般工業廢水（shuǐ） 1：（15-20）

高濃度（dù）生產廢水 1：（20-25）

但（dàn）是，在生物接觸氧化（huà）中，曝氣不僅提供溶解（jiě）氧，還形成紊流，促進生物膜（mó）脫（tuō）落與更新，防止填料堵塞，還有利於汙水中有機物和（hé）微生物的代謝產物的擴散與（yǔ）傳遞。所以，在確定供氣量時還應考慮反衝填料時須加大供氣（qì）量。一般地，反衝填料時的水氣比為（wéi）：

城市汙水 1：（6-8）

工業廢水 1：（20-25）

（3）供氣方式

對供氣方式總的要求（qiú）是：能使水流均勻地流經曝氣池和載體（tǐ）填料，充氧效（xiào）果好，能耗低，維護管理方便。

供氣（qì）方式可（kě）分（fèn）為：鼓風曝氣（qì）、機械曝氣和射流曝氣。

目前國內用得較多的是鼓風曝氣。鼓風曝氣就是用鼓風機（或空壓機）向曝（pù）氣池充入一（yī）定壓力的空氣（或氧氣）。這（zhè）種方法動力消耗較低，動力效（xiào）率較（jiào）高，供氣量較易控製，脫落的（de）生物膜沉（chén）澱性能較好。但是，氧（yǎng）的利用率較低，噪聲大。

射（shè）流曝氣，就是用泵打入混合液，在射流器的喉管（guǎn）處形成高速（sù）射流，與吸入（或壓入）的空氣強烈混合攪拌，將氣泡粉碎為100μm左右（yòu），使氧迅速轉移至混合液中。其氧的利用率較高，管理方便（biàn）。但（dàn）是，動力消耗較高，動力效率較低（dī），脫落（luò）的生物膜易被擊碎，質輕上浮（fú）。

機械曝氣大（dà）多以裝（zhuāng）在曝氣池水麵的葉輪快速轉動（dòng），進（jìn）行表麵充氧。生物接觸氧（yǎng）化法，很少采（cǎi）用這種曝氣方式（shì）。

（4）曝氣充氧設備

各種不（bú）同方式對氧化池的供氣是通過曝（pù）氣充氧設備來實現（xiàn）的（de）。曝氣充氧設備的性能不僅影響汙水（shuǐ）生物處理的效果，而且關係到（dào）處理（lǐ）設施的投資、電耗和運行費用。目前，鼓風曝氣充氧設備常采用穿孔管、微孔曝氣器（qì）、可變孔曝（pù）氣軟管等。

穿孔管，簡單易行（háng），安裝方（fāng）便，一次投資省。但是，其（qí）氧的利用率較低（dī），孔（kǒng）口易於堵塞。

微孔曝氣器（qì）、可變孔（kǒng）曝氣軟管（guǎn）等，氧的利用率較高。但是，由於它是采用（yòng）塑（sù）料（或橡膠）製成，很（hěn）容易老化，使用壽（shòu）命較低（dī）。