一、一体化生物接触氧化工艺

　　生物接触氧化又称淹没式生物滤池，一体化生物接触氧化池是由池体、填料、支架、曝气装置、进水装置等部分组成，主要工作原理是在反应器内通过各种方式安置一定数量的填料、曝气系统为微生物提供氧气使其附着在填料上形成生物膜，再通过生物膜中微生物的代谢分解作用将污水中的污染物质去除，达到净化的目的，是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物膜法污水处理工艺。一体化生物接触氧化技术的主要工艺流程是将调节池、水解酸化池、接触氧化池、沉淀池、消毒池等集中在一个构筑物中，形成一个简单易操作的一体化工艺。

　　1、基本技术原理

　　填料是一体化生物接触氧化的核心部分，在生物接触氧化塔内设置一定密度的填料，充氧的条件下，微生物会以生物膜的形式固着生长在填料表面，部分则悬浮生长在水中，由于微生物的繁殖代谢分解而逐渐形成一层很薄的生物膜。在溶解氧和营养物质都适当的生长环境下，微生物的繁殖速度加快，生物膜逐渐增厚，当填料上附着的生物膜发展到一定厚度时，池体内的溶解氧已经无法进入生物膜内层，好氧菌的生长受到抑制直至死亡，而厌氧菌和兼氧菌在生物膜内层开始逐渐繁殖，并以死亡的好氧菌为基质，形成厌氧/缺氧微环境。运行过程中，水解酸化池出水自流至生物接触氧化池内，污水浸没一体化生活污水处理设备中的全部填料并与填料上的生物膜广泛接触，微生物利用污水中的有机物作为其自身生长的养料进行代谢，将污水中的有机物转化为新生质和CO2，从而使有机物得到降解和净化。经过一段时间后微生物在数量上开始逐渐下降，加上新陈代谢气体产物的形成和曝气设备的冲刷作用，填料上附着的生物膜开始大量脱落。与此同时，生物膜借助填料在反应器内呈立体结构，保持着较高的比表面积，并在填料的表面形成新的生物膜，确保其在污染物的去除上保持一定的稳定能力。

　　2、主要工艺特点

　　生物接触氧化法具有生物膜法的基本特点，但又与一般生物膜法有不同之处。一是供微生物栖附的填料全部浸在污水中，使填料上形成的生物膜与污水充分接触反应；二是采用机械设备向生活污水中充氧，而不同于一般生物滤池靠自然通风供氧，相当于在曝气池中添加供微生物栖附的填料；三是生物接触氧化池还存在2%～5%的悬浮状态的活性污泥，对污水起到进一步的净化作用。一体化生物接触氧化技术，在工艺设计上得到进一步提高，主要工艺特点：

　　（1）抗冲击负荷能力强，可间歇运转。生物接触氧化法因独特的结构特点使其具有较强的抗冲击负荷能力，在间断运行时对污染物仍具有良好的去除效果。当断电或发生其它突发事故时，微生物均可进入休眠状态。系统重启动后，生物膜不就便会恢复正常。

　　（2）能够克服污泥膨胀，剩余污泥产量少。在生物接触氧化系统中，良好的生长环境促使丝状菌分解氧化能力增强，提高了对有机物的去除效果。在池内，附着在填料上的生物膜脱落与增长保持着动态平衡，污泥产量少，无需设置污泥回流装置。

　　（3）占地面积小，管理方便。生物接触氧化法容积负荷高，体积小，占地面积比生物滤池、活性污泥法和生物转盘都小，且由于没有污泥膨胀和上浮等问题，所以运营管理方便。

　　（4）动力消耗低。生物接触氧化池内因填料的存在，对曝气设备产生的气泡具有划割作用，增强了池体内流体的紊动作用，使溶解氧传递比较均衡。同时无需设置污泥回流装置，减少了设备耗能。

　　3、关键运行技术

　　（1）生物接触氧化塔内填料的选择：填料是生物接触氧化法的核心组件，不同的水质应配以不同的填料。生物接触氧化系统在运行的过程中填料易发生老化、板结等问题，影响系统的处理效能，给运行带来许多不便，填料的材料、性质、比表面积、孔隙率会影响挂膜、微生物生长以及氧利用率等，因此需采用比表面积大、寿命长、易挂膜、耐腐蚀的填料，从而不断提高污水处理效率，还可以达到扩大处理规模而无需增大池容的要求。

　　（2）污水与微生物有效接触时间：在生物接触氧化法中，污染物氧化速度取决于污水与微生物的有效接触时间和基质的浓度，时间越长，处理效果越好，但时间过长，附着的微生物自身发生氧化分解，处理效果降低。另外，时间过长会增加能源的消耗，提高一体化生活污水处理设备的运行成本。因此，必须寻求污水与微生物极佳的有效接触时间。

　　（3）反应温度的控制：水温是影响微生物生长和代谢活性的主要因素。水温低、微生物活性小、繁殖速率慢。实验生物膜主要由室温性微生物构成，生长温度20～30℃，因此在一体化生活污水处理设备中使用微生物接触氧化法时要注意控制温度。

　　（4）进水pH值的控制：每种微生物的生长与繁殖通常都有一个适宜的pH值范围。生活污水中大多含有碳酸盐、磷酸盐和铵盐等具有缓冲性质的化学成分，因此对外来的酸碱有一定的缓冲作用，但如果pH值超过允许范围，会损害微生物细胞表面的渗透能力和细胞内部的酶反应，抑制微生物的正常生长与繁殖，影响处理效果，因此pH值一般控制在6～10。

　　二、一体化生物滤池工艺

　　一体化生物滤池是一种好氧新型污水处理工艺，具有结构紧凑、占地小、出水水质好等突出优点。在研究开发过程中，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、定期反冲洗于一体。随着新型填料开发、反冲洗技术的改进，生物滤池工艺流程、技术方法取得了不断的完善。一体化生物滤工艺具有去除SS、COD、BOD、硝化、脱氮、除磷、去除AOX的作用，其特点是集生物氧化和截留悬浮固体于一体，节省了二沉池，容积负荷、水力负荷大，水力停留时间短，所需基建投资少，出水水质好，运行能耗低，运行费用省等。

　　1、基本技术原理

　　生物滤池是以土壤自净原理为依据，在污水灌溉的实践基础上逐渐发展起来的人工生物处理技术。一体化生物滤池主要由初沉池、高效生物滤池系统、二沉池等单元组成。一体化生物滤池主要包括一体化曝气生物滤池和一体化复合生物滤池两大类。

　　污水首先经过预处理，去除悬浮物、砂粒等可堵塞填料的污染物后进入生物滤池。生物滤池由滤床、布水装置和排水系统组成，污水通过布水器均匀的分布在滤池表面，充分发挥填料的物理吸附、过滤截留以及生物膜的氧化分解作用。污染物及脱落的生物膜被填料截留，当滤层的截污量大大一定限度时，对滤层进行反冲洗，脱落的生物膜随后续二沉池排出。

　　2、主要工艺特点

　　（1）一体化曝气生物滤池

　　一体化生物滤池是将接触氧化和悬浮物过滤工艺结合在一起的污水处理工艺。曝气生物滤池内底部设承托层，其上部为填料，在承托层设置空气管及空气扩散装置进行曝气。一体化曝气生物滤池由初沉池、曝气生物滤池等组成，气液在填料间充分接触，氧的转移率高，动力消耗低；由于 设备自身有截留污染物的功能，因此不需另设沉淀池和回流设备。

　　（2）一体化复合生物滤池

　　复合生物滤池是曝气生物滤池的改良工艺，与传统曝气生物滤池在工作原理上的区别主要是曝气为主的不同。复合式生物滤池同步中间位置曝气，将滤池分为上下两层，下部为缺氧区，上部为清华好氧段。复合生物滤池下部区域即为DN反硝化反应功能段，其原理与前置反硝化滤池相同，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进行反硝化，从而实现脱氮的目的；上部区域为C/N强制生物氧化功能段，主要是将污水中有机物碳化并把NH3-N转化为NO3-N。复合生物滤池在曝气生物滤池的基础上强化了反应器脱氮功能可充分利用水中的碳源，减少外加碳源的投加量，同时还保证了在一定的冲击负荷下多余的碳源可以经过C/N段实现降解，从而确保了出水水质稳定，并在同一单元反应器内同时实现了硝化和反硝化功能。一体化复合生物滤池相比曝气生物滤池在除碳、硝化合反硝化等过程中能达到更好的效果，由于其具有缺氧和好氧两层反应区，抗冲击负荷能力进一步提高。

　　三 、一体化SBR工艺特点

　　（1）工艺简单稳定，操作维修方便；

　　（2）低能耗、效率高；

　　（3）工艺流程短，在同一池内可进行生物反应及泥水分离过程，无需初沉池和二沉池，占地小；

　　（4）抗冲击负荷能力强，无需进行大量污泥回流；

　　（5）组合简单，灵活多变，自动化程度高。

　　四、一体化A/O工艺

　　A/O工艺是由缺（厌）氧段、好氧段、沉淀池三部分组成，即缺氧/好氧生物脱氮工艺和厌氧/好氧生物除磷工艺，由于其工艺流程较为复杂，操作繁琐且占地面积大，所以一体化A/O反应器逐渐被提出并发展起来。一体式A/O反应器是将多个除理单元在同一个反应器内完成的处理设备，相比传统的A/O工艺具有投资运行成本低、占地面积小、操作管理灵活方便等特点，在各类分散式污水处理中得到广泛应用。

　　1、技术原理

　　A/O工艺的主要原理是通过硝化和反硝化两个过程进行脱氮。硝化过程是在好氧状态下，经亚硝化细菌和硝化细菌将污水中的氨氮氧化成硝酸盐氮的过程。它包括两个基本步骤：第一阶段是亚硝酸菌将氨氮转化为亚硝酸盐，称为亚硝化反应；第二阶段则由硝酸菌将亚硝酸盐进行一步氧化为硝酸盐。反硝化过程是在缺氧条件下，由于反硝化菌作用，在氢供体充分的条件下，将亚硝酸盐氮和硝酸盐氮还原成N2的过程。磷通常是以磷酸盐、聚磷酸盐和有机磷的形式存在于废水中。聚磷菌在厌氧时释放磷酸盐到混合液中，然后在好氧条件下，聚磷菌从污水中过量摄取磷存于体内，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、工艺特点

　　A/O工艺是一种处理效率高，操作简单，运行成本低廉，经济效益好的水处理工艺，一体化A/O工艺的构筑物整体一般采用矩形组合池体，从结构上讲，矩形组合池体的优势在于可以相互共用池壁，且池壁双面均有水压力，大大节省了钢砼材料。亦有采用筒形池体。筒式一体化A/O反应器由预处理装置，厌氧区、好氧区和沉淀区等组成，整个设备主要有内、外两个筒体组成。厌氧区位于内筒，好氧区位及沉淀区位于外筒，污水由泵提升首先进入厌氧区，经厌氧区后自流至好氧区；好氧过程结束后，混合液利用位差自流入沉淀池，实现泥水分离；沉淀区底部污泥在搅拌器搅拌形成的负压推动下自流入厌氧区，该工艺仅需要水泵及曝气设备。

　　一体化A/O工艺的主要特点为：A、整体处理效率高，好氧工艺作为厌氧的后续处理工艺提高了整体的处理效果。同时好氧处理消除了厌氧处理出水不稳定的现象。B、生物活性高，剩余污泥少，无污泥膨胀问题：在厌氧池对污泥进行消化，减少了污泥的产量，降低了污泥处置的费用，同时提高了产气量。C、能源动力消耗低：在厌氧对污水进行预处理，均化水质和水量，有利于后续供氧的均衡利用，减少能耗。D、当水中含有挥发性有机物时，其经过厌氧段被处理，可以减少该物质在好氧段的挥发，减少恶臭的产生。E、碳化、硝化和反硝化等反应过程可在同一反应器中进行，占地面积小，操作简单、投资少且运行成本低。

　　3、关键技术

　　一体化A/O工艺的关键技术是控制好氧区的溶解氧DO的量及填料结构的选择。好氧区DO较高时，其内部的循环量就会增大，使得在好氧条件下发生的碳化和硝化作用进行彻底。

　　五、一体化MBR工艺

　　膜生物反应器是高效膜分离技术与活性污泥法相结合的高效污水处理技术，膜组件取代传统的活性污泥处理系统中的二沉池，实现固液分离而无需污泥回流。一体化MBR是将膜组件置于生物反应器中内部，主要由预处理装置、膜组件、生物反应器、供气系统、控制系统及在线清洗系统等单元组成。

　　1、一体化膜生物反应器类型

　　一体化膜生物反应器是把膜组件直接置于生物反应器内，通过真空泵或其它类型的泵抽吸，得到过滤液。一体式MBR体积小，运行能耗低，且曝气时气液向上的剪切力能够实现错流效果，也有采用一体式膜组件富集进行叶轮搅拌和膜组件自身的旋转来实现错流效应以及紊动，从而使污泥固体很难积聚在膜表面，不易堵塞膜纤维中心孔，同时还可以借助曝气形成的剪切和紊动来控制膜表面固体的厚度。为了减少膜表面的污染，延长运行周期，一般泵的抽吸是间断运行的。目前一体式MBR使用较为普遍，一般只用与好氧处理。中空纤维膜、管式陶瓷膜及平板式膜组件应用于一体式膜生物反应器中。

　　此外，也有一体化复合式膜生物反应器，该反应器由膜组件和复合生物反应器组合而成，其中复合生物反应器由缺氧活性污泥和好氧生物系统组成，好氧区内装有立体泡沫填料，加装填料可以提高系统抗冲击负荷能力，保证系统具有稳定的处理效果，减少膜污染，延长膜组件的清洗周期。特点为：复合生物反应器是由附着生物型微生物和悬浮生长型微生物构成的混合体系，可利用载体容易截留和附着量大的特点改善污泥沉降特性，克服污泥膨胀，改善膜的通透量；并使硝化菌优先附着在载体上，提高硝化效果，大大改善了污水处理能力和运行稳定性。

　　2、技术原理

　　MBR工艺一般由膜分离组件和生物反应器组成，由于膜组件能将截留的污泥回流至生物反应器中，因此可以获得长泥龄和高污泥浓度，有利于生长缓慢的固氮菌和硝化菌增殖。生物反应器一般由厌氧反应器和好氧反应器组成，膜组件置于好氧生物反应器内，通过膜对污染物的截留作用，使反应器内形成高浓度的生物种群，从而使污水中有机物进行代谢降解。膜腔内在抽吸泵或高低位水头差的作用下形成负压，由于膜的空腔大小一定，水体中一定粒度以上的污泥以及大分子物质被截留，水分子以及小分子物质可以通过膜孔进入膜腔，随后在抽吸泵作用下经膜过滤出水，出水不含悬浮物。膜组件下方的曝气系统对泥、水混合液进行曝气，在提供微生物活动所需氧量的同时，产生的水汽合流还会对膜表面产生一定的水力冲刷作用，能够有效抑制膜表面结垢和结泥，从而降低膜污染，确保稳定运行。

　　3、工艺特点

　　一体式MBR在污水处理工艺中是一个独立的处理单元和主体设备，在污水处理工艺中可以代替常规的二级生物处理或深度处理系统的二次沉淀池、过滤等过程，与普通生物处理法相比具有很大的优越性，具体表现在以下几个方面：a、该工艺对污水中的有机污染物具有较高的去除效率，对大分子有机物、悬浮颗粒以及微生物有较好的去除效果，出水水质好；b、由于污水中的微生物别膜组件很好的截留下来，保持了较高的活性污泥浓度和微生物种群密度，使该工艺的脱氮除磷效果大大提高；c、该工艺的剩余污泥产量少，降低了污泥处理的费用；d、该工艺利用膜的截留作用代替二沉池，能够快速高效的完成固液分离作用，同时也节省了占地面积；e、该工艺实现了水力停留时间与污泥停留时间的分离，使运行稳定性得到很大提高；f、该工艺流程简单，结构紧凑，占地面积小；g、该工艺膜生物反应器中维持着较高浓度的MLSS，具有较高的抗冲击负荷能力。

　　4、关键技术

　　一体化MBR工艺的关键技术主要体现在选择合适的膜组件及各生物处理单元的结合设计。不同材质的膜组件，由于其材质和孔径的不同，在处理相同废水的过程中表现出的分离特性、膜水通量、耐污染性、膜水通量衰减系数等都会有所不同。由于膜组件是一体化MBR工艺的核心部分，合理控制废水对膜组件的污染至关重要。膜污染的主要危害表现在：a、膜通量下降，增加系统的能耗；b、当膜表面溶质浓度达到其饱和浓度时，便会在膜表面形成沉积或凝胶层，增加了膜分离阻力；c、破坏膜的内部结构，膜表面凝胶层或滤饼层的形成会改变膜的分离特性。