一、 生物接觸氧化法的基本原理

1 、生物接觸氧化法的特點： 生物接觸氧化法是生物膜法的一種形式。 它是在生物濾池法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的， 從生物膜固定和污水流動來說， 相似于生物濾池法； 從污水充滿曝氣池和采用人工曝氣看， 它又相似于活性污泥法； 所以生物接觸氧化法兼有生物濾池法和活性污泥法的特點， 實踐表明， 生物接觸氧化法具有 BOD 負(fù)荷高， 處理時間短， 占地面積小， 不需污泥回流， 不產(chǎn)生污泥膨脹， 運轉(zhuǎn)比較靈活， 維護管理方便等一系列優(yōu)點， 因此， 是一種有發(fā)展前途的處理方法。

2 、生物膜對廢水的凈化作用 在生物接觸氧化法中， 微生物主要以生物膜的狀態(tài)固著在填料上， 同時又有部分絮體或碎裂生物膜懸浮于處理水中。 生物接觸氧化池中的生物膜重量， 比曝氣池內(nèi)懸浮活性污泥的重量大得多， 一般生物膜重量為 6000 - 14000 mg/ L， 而氧化池中呈懸浮狀的微生物（ 活性污泥） 濃度一般為 200 - 1000 mg/ L。 由此， 可粗略地用生物膜重量表示生物接觸氧化法中的微生物重量， 用生物膜濃度表示微生物濃度, 附著在填料表面的生物膜對廢水的凈化作用： 初， 稀疏的細(xì)菌附著于填料表面， 隨著細(xì)菌的繁殖逐漸形成很薄的生物膜。在溶解氧和食料（ 有機物） 都充足的條件下， 微生物的繁殖十分迅速， 生物膜逐漸加厚； 生物膜的厚度通常為1 . 5 - 2 . 0 mm， 其中外表面到 1 . 5 mm 深處為好氣菌， 1 . 5 mm 深處到內(nèi)表面與填料壁相接的部分為弱厭氣菌; 廢水中

的溶解氧和有機物擴散到生物膜內(nèi)為好氣菌利用。但是， 當(dāng)生物膜長到一定厚度時， 溶解氧無法向生物膜內(nèi)擴散， 好氣菌死亡、 溶化， 而內(nèi)層的厭氣菌得以繁殖發(fā)展。 經(jīng) 過一段時間后， 厭氣菌在數(shù)量上亦開始下降， 加上代謝氣體的逸出， 使內(nèi)層生物膜出現(xiàn)許多空隙， 附著力減弱， 終于大塊脫落。 在生物膜脫落的填料表面上， 新的生物膜又重新生長發(fā)展。 實際上， 新陳代謝過程在生物接觸氧化池中生物膜發(fā)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保持在一個水平上。

3 、流態(tài) 生物接觸氧化法的固定生物膜與一般的生物膜不同。 在氧化池中采用曝氣方式， 不僅提供較充分的溶解氧， 而且由于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； 另外曝氣會形成水的紊流， 使固著在填料上的生物膜可以連續(xù)地、 均勻地與污水相接觸， 避免生物濾池中存在的接觸不良的缺陷； 對于接 觸氧化池的單池（ 或單格） 來說， 其流態(tài)是一種混合型， 各點水質(zhì)比較均勻， 各部分的工況基本一致， 具有*混合型的特點； 對于將氧化池分格按照推流式設(shè)置的接觸氧化池來說， 則全池又具有推流式活性污泥法的特點。由于按推流式設(shè)置時， 水在池子內(nèi)不斷地沿著池的縱向逐步推流至出口， 使生物膜上的微生物與污水中的有機物得到充分混合和接觸， 從而使污水逐漸凈化， 全池的水質(zhì)是有變化的， 進水端 COD 值大， 以后逐漸減小， 出口端小。

4 、生物相及其演化規(guī)律： 生物接觸氧化法生物膜上的生物相是豐富的， 起作用的微生物包括許多門類， 由細(xì)菌、真菌、 原生動物、 后生動物組成比較穩(wěn)定的生態(tài)系。

（ 1 ）細(xì) 菌類 生物相中數(shù)量多的是細(xì)菌 。它 們的形態(tài)有：

① 游離菌大多為體形較小的桿狀菌， 有時也可能是比較大型而自身又能運動的螺旋菌。 細(xì)菌的種屬因處理的污水種類不同而異， 一般生長繁殖的細(xì)菌有無色桿菌屬、假單孢菌屬、 芽孢桿菌屬、 產(chǎn)堿桿菌屬等。 它們多數(shù)在掛膜培菌初期出現(xiàn)， 然后消失。 ② 菌膠團它是低等細(xì)菌建立的膠粘物， 有良好的吸附能力， 對被粘附的有機物 加以分解利用， 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 絲狀菌這是由低等細(xì)菌密切結(jié)合的高等細(xì)菌。 絲狀菌多數(shù)是真菌球衣細(xì)菌， 是生物膜中起重要作用的微生物。 它們的菌絲體較長， 常呈亂 發(fā)狀。 絲狀菌的繁殖和廢水的硝化有著密切關(guān)系。 在生 物接觸氧化法中， 絲狀菌是固著在填料表面上的， 它的繁殖不僅不會引起活性污泥法中的那種污泥膨脹， 反而使出水水質(zhì)變好。

（ 2 ） 真菌類 生物膜中的真菌主要是鐮刀霉菌、地霉菌和各類酵母菌等， 真菌對某些人工合成的有機物（ 如丙烯腈等） 有一定降解能力。

（ 3 ） 原生動物 在正常運行和生物膜降解能力良好時， 生物相中占優(yōu)勢的原生動物以固著性的纖毛蟲為主， 如鐘蟲、 小口鐘蟲、 等枝蟲、 蓋纖蟲、 無柄鐘蟲等。 有時也有游泳性纖毛蟲， 如草履蟲、 豆形蟲、 漫游蟲等。 運行

穩(wěn)定時， 生物膜上的生物相也是相對穩(wěn)定的， 細(xì)菌和原生動物之間存在著制約關(guān)系。 一方面， 原生動物纖毛蟲吞噬細(xì)菌， 抑制細(xì)菌群體的蔓延； 另一方面， 細(xì)菌被破壞后， 又不斷繁殖生長， 這就需要以廢水中的大量有機物作為食料， 從而凈化了廢水。 所以， 原生動物纖毛蟲特別是鐘蟲、 等枝蟲、 蓋纖蟲是生物接觸氧化系統(tǒng)運轉(zhuǎn)良好的有價值的指示性生物。 在運行時， 若有機物負(fù)荷或營養(yǎng)狀況有較大變化， 則原生動物中的固著性鐘蟲、等枝蟲突然消失， 絲狀菌稀少， 菌膠團結(jié)構(gòu)松散， 而游泳性草履蟲、 鐘蟲游泳體大量出現(xiàn)， 出水水質(zhì)變差； 反之， 若原來出水水質(zhì)較差， 一旦出現(xiàn)鐘蟲、 等枝蟲、 絲狀菌叢生， 菌膠團結(jié)構(gòu)緊密， 而游泳性纖毛蟲減少， 則說明環(huán)境條件有了改善， 出水水質(zhì)變好。

（ 4 ） 后生動物 與活性污泥法不同的是， 在生物接觸氧化法中的生物膜上存在著大量的后生動物如輪蟲、 線蟲、紅斑瓢體蟲。 這些是以食死肉為主的動物， 能軟化生物膜， 促進生物膜脫落， 從而經(jīng)常保持活性和良好的凈化功能。 當(dāng)輪蟲等后生動物數(shù)量多且活躍， 個體肥大， 則處理后出水水質(zhì)好； 反之， 則處理效果差。 一旦發(fā)現(xiàn)生物呆滯， 個體死亡， 則預(yù)示著處理效果急劇下降。

二、 影響處理效果的因素1 、 進水水質(zhì)

① PH 值 環(huán)境條件對生物處理的影響是重要的， 有時甚至是決定性的。 其中 PH 值是重要的環(huán)境因素之一, 對于大多數(shù)細(xì)菌來說，雖然 PH 的廣范圍為 4 - 10 ，但是由于異

常的 PH 值會損害細(xì)胞表面的滲透功能和細(xì)胞內(nèi)部的酶反應(yīng)， 因此適宜的 PH 值范圍應(yīng)為 6 - 8 。 在污水處理中， 特別是在工業(yè)廢水處理中， 污水的 PH 值往往不能適應(yīng)微生物的生長繁殖 。此 時 ，當(dāng) 在培菌馴化時考慮到 PH 值因素， 并使 PH 值逐漸偏于某一側(cè)， 那么， 即使在較高的堿性和酸性條件下， 也能夠使整個經(jīng)過馴化的微生物群體具有一定的凈化能力。 運行實踐表明， 生物接觸氧化法對 PH 值的適應(yīng)性比較強， 當(dāng)污水的 PH 值為 8 - 9 時， 微生物仍然有適應(yīng)能力， 對處理效果沒有多大影響。 因此， 生物接觸氧化池進水 PH 值可為 6 . 5 - 9 . 0 。 否則， 應(yīng)考慮預(yù)先的 PH 調(diào)整措施。

② 水溫 在生物接觸氧化池中接觸停留時間較短， 因此處理過程中污水受氣溫的影響不大， 主要起作用的是水溫。溫度對生物處理有一定的影響。 一般地， 溫度高， 微生物活力強， 新陳代謝旺盛， 氧化與呼吸作用強， 處理效果較好。 但溫度過高， 會抑制通常的嗜中溫微生物的生長。 同樣， 溫度過低， 微生物的生命活動受到抑制， 處理效果受到影響。 為了保持基本正常運行， 生物接觸氧化池的進水水溫宜控制在 10 - 35 ℃ 之間。

③ 硫化物及其它有害物質(zhì) 污水中的大量硫化物對生物接觸氧化法處理是有害的。 一是， 硫化物是還原劑， 要消耗生物接觸氧化池中的大量溶解氧； 二是， 硫化物在充氧作用下， 易產(chǎn)生難聞的硫化氫氣體； 三是， 硫化物對微生物代謝過程有抑制作用。 為此， 生物接觸氧化池進

水中的硫化物含量應(yīng)在 30 mg/ L 以下。其它有害物質(zhì)的情況， 在此從略。

2 、 有機負(fù)荷 有機負(fù)荷是反映生物接觸氧化法凈化效能的主要指標(biāo)。 它通常用單位容積填料的污染物（ BOD） 負(fù)荷量來表示， 即 BOD 負(fù)荷= 單位時間內(nèi)供給生物膜的有機物數(shù)量（ BOD） ÷ 填料總?cè)莘e單位： Kg BOD/（ m 3 · d）

① BOD 負(fù)荷同被處理水的污染物質(zhì)有關(guān) 處理對象不同， BOD 負(fù)荷亦不同。 易于生物降解的污水， 例如城市污水、酵母廢水等，BOD 負(fù)荷較高。而可生化性較低的廢水，如印染廢水等， BOD 負(fù)荷較低。

② BOD 容積負(fù)荷與處理水水質(zhì)亦有密切關(guān)系 實踐表明， 在一定范圍內(nèi)， 出水 BOD 愈高， 則 BOD 容積負(fù)荷也愈高； 出水 BOD 愈低， 則 BOD 容積負(fù)荷也就愈低。 在保持相同處理水水質(zhì)的情況下， 允許的 BOD 容積負(fù)荷愈高， 則證明處理設(shè)備效率愈高。

③ BOD 容積負(fù)荷的實際取值范圍 對于可生化性較高的有機廢水，如城市污水、食品工業(yè)廢水等，BOD 容積負(fù)荷宜取 1 . 0 - 3 . 0 Kg BOD/（ m 3 ·d）；對于可生化性較差的廢水， BOD 容積負(fù)荷取 0 . 5 - 1 . 0 Kg BOD/（ m 3 · d） 更為穩(wěn)妥。

3 、接觸停留時間① 接觸停留時間同處理效果有很大關(guān)系在相同的進水水質(zhì)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, 這是因為微生物對有機物的轉(zhuǎn)化過程同微生物機體的化學(xué)過程緊密地lian系著。 不論是將復(fù)雜的有機物分解氧化成簡單的無機物， 還是將比較簡單的無機物合成復(fù)雜的細(xì)胞物

質(zhì)， 都需要一定時間。 特別是被吸附與附著在生物膜上的有機物經(jīng)氧化分解和細(xì)胞合成作用全部轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定物 質(zhì)（ 有機物無機化） 所需時間較長， 一般為數(shù)小時乃至數(shù)十天。因此， 處理效果對接觸停留時間的依賴性很大。

② 接觸停留時間同所采用的處理工藝流程有關(guān) 在原水水質(zhì)和處理水質(zhì)都相同的條件下， 一段法同多段法相比較， 所需要的接觸停留時間是不相同的。 一般地， 二段法或多段法的總接觸停留時間短于一段法。 對于 BOD 濃度較低的城市污水， 宜采用二段法工藝流程， 總接觸停留時間 1 . 0 - 3 . 0 h， 一氧池接觸停留時間約占總接觸停留時間的 2 / 3 ， 二氧池約占 1 / 3 。 對于中等濃度的工業(yè)廢水（ 如BOD 濃度為 150 - 300 mg/ L） ， 接觸停留時間宜采用 3 - 6 h。對于高濃度的工業(yè)廢水（ BOD 濃度為 500 mg/ L 以上），接觸停留時間宜采用 8 - 16 h。

三、 填料選擇

（ 1 ） 填料的作用及要求; 填料是生物膜的載體， 同時兼有截留懸浮物質(zhì)的作用。因此載體填料是氧化池的關(guān)鍵， 直接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系統(tǒng)的基建費用中又占較大比

重， 所以填料關(guān)系到接觸氧化技術(shù)的經(jīng)濟合理性。通常， 對載體填料的要求是：

① 生物膜的附著性 表面粗糙度是能否很快形成初期生物 膜的主要因素。 表面粗糙度大， 掛膜快； 表面粗糙度小， 掛膜慢。 生物膜附著還同微生物和載體填料表面的靜電作用有關(guān)。 一般微生物常帶負(fù)電， 若填料表面的電位愈

高， 則可以推測生物膜附著愈易； 反之亦然。 由于微生物可以視為親水性粒子， 所以在親水性填料表面易附著微生物。 于是， 有的塑料填料在使用前*行了提高表面親水性處理。

② 水力學(xué)特性 載體填料的水力學(xué)特性包括空隙率、 比表面積、 形狀尺寸、 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， 氧化池阻力愈小， 同時需要填料少， 降低造價。 但是， 空隙率高時機械強度和 比表面積都比較小。 比表面積影響氧化池單位容積的生物膜量。 若載體填料的比表面積大， 則不僅對溶解性底 質(zhì)， 而且對懸浮物質(zhì)的去除效果較好。 但是， 比表面積大的填料帶來的問題是， 流經(jīng)填料內(nèi)的水流阻力增大， 能量消耗隨之增大， 同時易于堵塞填料。為了防止堵塞， 就要提高反沖洗強度， 這樣使原生動物、 后生動物受到 沖刷， 微生物的食物鏈變短， 產(chǎn)生的剩余污泥量就大。因此， 一般固定床氧化法載體填料的比表面積宜在一至數(shù)個 100 m 2 / m 3 之間。填料的形狀尺寸除了同空隙率和比表面積密切相關(guān)以外， 也是影響填料間水流態(tài)的重要因素， 一般用雷諾數(shù) Re 表示。 Re 小于 2000 為層流， 大于2000 為紊流。 若填料間紊流愈甚， 則水與生物膜接觸效率愈高， 生物膜更新愈快， 增大了去除污染物質(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。 若比表面積小， 則 Re 值大， 提高單位生物膜表面積的凈化效率。 因此， 從這一點考慮， 則采用比表面積小的填料是有利的。 若空隙率大、 比表面積大、 形狀尺寸

均一， 則水流阻力?。?反之亦然。 從節(jié)能觀點來看， 填料間的水流阻力愈小愈好， 這是一個方面。 但另一方面由于填料自身具有整流作用， 阻力愈大， 則填料內(nèi)流速分布比較均一， 因此克服氧化池內(nèi)流速偏差是有效的。

③ 經(jīng)濟性 影響填料成本的主要因素是材質(zhì)、 填料形狀與厚度、 加工工藝過程等。 不言而喻， 采制價格低廉、 厚度小、 加工工藝簡單， 則成本低。 當(dāng)建設(shè)資金充足時， 可以考慮一次性采用性能好、 使用壽命長而價格又較貴的填料； 若建設(shè)資金比較短缺時， 建議可以先使用性能良好、 價格低廉的填料， 如軟性纖維填料， 以滿足污水處理的需要， 而以后再逐漸更換成其它更為理想的填料。

（ 2 ） 種類 載體填料按形狀分， 有： 蜂窩管狀、 束狀、 波紋狀、 圓環(huán)輻射狀、 盾狀、 板狀、 網(wǎng)狀、 筒狀、 不規(guī)則粒狀等； 按性狀分， 有： 硬性、 半軟性、 軟性； 按材質(zhì)分， 有： 塑料、 玻璃鋼、 纖維填料等。

四、 供氣量和曝氣充氧設(shè)備

（ 1 ） 供氣的作用

① 充氧 生物接觸氧化法主要是利用好氣性細(xì)菌完成生物凈化作用。微生物的氧化、合成和內(nèi)源呼吸全部需要氧。所以， 除了營養(yǎng)物質(zhì)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制在一個相當(dāng)?shù)乃?/span>平上。

② 充分?jǐn)嚢?， 形成紊流供氣使池內(nèi)水流充分?jǐn)噭樱?形成紊流。 紊流愈甚， 被處理水與生物膜的接觸效率愈高， 傳質(zhì)效應(yīng)愈好， 從而提高處理效果。

③ 填料堵塞， 促進生物膜更新 供氣的攪動作用使填料上衰老的生物膜及時剝落， 防止填料堵塞。 同時還促進生物膜更新， 提高處理效果。

（ 2 ） 供氣量 為了表面層的好氣菌維持良好的生物相， 通過填料后的溶解氧應(yīng)是 2 - 3 mg/ L。關(guān)于供氣量的確定，一般有以下兩種方法： ① 根據(jù)生物膜需氧量來計算供氣量生物膜的需氧量（ R） 包括合成用氧量和內(nèi)源呼吸用氧量兩部分。 即 R = a’ · Δ BOD+ b’ · P 式中： R— — 生物膜的需氧量（ Kg/ d） Δ BOD— — 單位時間內(nèi)去除的 BOD 量

（ Kg/ d） P— — 活性生物膜數(shù)量（ Kg） a’ 、b’ — — 系數(shù)

（ a’ ≈ 0 . 4 ~ 0 . 7 、 b’ ≈ 0 . 18 ） 所需的供氣量（ Qs） 取決于需氧量（ R）和曝氣裝置氧的總轉(zhuǎn)移系數(shù) KLa 。② 根據(jù)水氣比， 確定實際供氣量 在生物接觸氧化處理廢水實踐中， 往往是根據(jù)水氣比確定供氣量。 水氣比為處理水量和供氣量體積比， 視水質(zhì)、 水溫、 填料和廢水所需的溶解氧而定。 正常運行時的水氣比為：

城市污水 1 ： （ 3 - 5 ） 一般工業(yè)廢水 1 ： （ 15 - 20 ） 高濃度生產(chǎn)廢水 1 ： （ 20 - 25 ） ; 但是在生物接觸氧化中， 曝氣不僅提供溶解氧， 還形成紊流， 促進生物膜脫落與更新， 防止填料堵塞， 還有利于污水中有機物和微生物的代謝產(chǎn)物的擴散與傳遞。 所以， 在確定供氣量時還應(yīng)考慮反沖填料時須加大供氣量。 一般地， 反沖填料時的水氣比為： 城市污水 1 ： （ 6 - 8 ）

工業(yè)廢水 1 ： （ 20 - 25 ）

（ 3 ） 供氣方式 對供氣方式總的要求是 ：能 使水流均勻地流經(jīng)曝氣池和載體填料， 充氧效果好， 能耗低， 維護管理方便。 供氣方式可分為： 鼓風(fēng)曝氣、 機械曝氣和射流曝氣。 目前國內(nèi)用得較多的是鼓風(fēng)曝氣。 鼓風(fēng)曝氣就是 用鼓風(fēng)機（ 或空壓機）向曝氣池充入一定壓力的空氣（ 或氧氣） 。 這種方法動力消耗較低， 動力效率較高， 供氣量較易控制， 脫落的生物膜沉淀性能較好。 但是， 氧的利用率較低， 噪聲大。 射流曝氣， 就是用泵打入混合液， 在射流器的喉管處形成高速射流， 與吸入（ 或壓入） 的空氣強烈混合攪拌， 將氣泡粉碎為 100 μ m 左右， 使氧迅速轉(zhuǎn)移至混合液中。 其氧的利用率較高， 管理方便。 但是， 動力消耗較高， 動力效率較低， 脫落的生物膜易被擊碎， 質(zhì)輕上浮。 機械曝氣大多以裝在曝氣池水面的葉輪快速轉(zhuǎn)動， 進行表面充氧。 生物接觸氧化法， 很少采用這種曝氣方式。

（ 4 ） 曝氣充氧設(shè)備 各種不同方式對氧化池的供氣是通過曝氣充氧設(shè)備來實現(xiàn)的。 曝氣充氧設(shè)備的性能不僅影響污水生物處理的效果， 而且關(guān)系到處理設(shè)施的投資、 電耗和運行費用。目前， 鼓風(fēng)曝氣充氧設(shè)備常采用穿孔管、微孔曝氣器、 可變孔曝氣軟管等。 穿孔管， 簡單易行， 安裝方便， 一次投資省。 但是， 其氧的利用率較低， 孔口易于堵塞。 微孔曝氣器、 可變孔曝氣軟管等， 氧的利用率較高。 但是， 由于它是采用塑料（ 或橡膠） 制成， 很容易老化， 使用壽命較低。