摘要：简述了污水处理中生物接触氧化技术的工艺特点及其发展历史，综述了国内外的研究及应用现状，为进一步开展该技术的研究和新工艺的开发提供参考。还介绍了A／O工艺处理城市生活污水的工程实例。
关键词：生物接触氧化法厌氧好氧 生活污水港区 污水处理
1. 概述
接触氧化法又称淹没式生物滤池，是在滤池基础上，通过接触曝气方式演变成的一种污水生物处理技术。它具备生物膜法的基本特点，典型的工艺由氧化池(氧化床或生物反应器)、填料(载体)、布水装置和曝气系统四部分组成。运行时填料全部浸没在污水中，利用机械装置向水体充氧，生物膜绝大部分附着在固体填料上，少量悬浮于水中，其浓度小于300mg／L。由于吸附作用，生物膜表面上附着一层滞流薄水层，空气中氧通过滞流层进人生物膜，有氧条件下，污水层内有机物不断被膜中微生物吸附、氧化分解。滞流水层内有机物浓度极大地低于流动层，在传质推动力作用下，流动层内有机物不断向附着层转移，使流动水层在整体流动中逐步得到净化，达到污水处理的目的。在此期间，生物膜的增长，新陈代谢过程与溶氧值关系密切，生物膜厚度随着微生物浓度增殖而不断加厚，当滞流水层总溶解氧被膜表面微生物耗尽时，膜内层就会滋生出大量厌氧微生物，造成内层微生物群不断死亡、解体，降低了生物膜与填料表面的粘附力，同时厌氧微生物发酵产生的H2S、NH3气体及膜内大量噬膜微型动物，也会影响生物膜在填料表面的附着，使过厚的生物膜在本身重力及污水流动力作用下脱落。
接触氧化工艺是一种高效能的生物处理技术，常用于处理既含有溶解性有机物、又含有颗粒状有机物的污水。它将生物滤池和活性污泥法有机结合在一起，同时兼有两者的优点，从水中微生物的附着场所及生存方式来看，类似于生物滤池，从反应器流体力学特性及曝气方式来看，它又与活性污泥法相似。有关的实验研究及实际工程表明，相同条件下，氧化池比表面积为130～l600 m2／m3，而生物滤池比表面积是40～120 m2／m3，生物转盘比表面积是120～180 m2／m3。接触氧化法的体积负荷可达3～10kgBOD5/m3 d，是普通活性污泥法的3 5倍，CODcr去除率是传统生物法的2～3倍。
接触氧化法与传统的活性污泥法，生物滤池法相比，在处理效率、运行稳定性、工程投资和运行费用等方面都具有明显的优点：
1)处理效率高，对水中有机负荷变动适应性强，范围宽。
2)产泥量少，不发生污泥膨胀，无需污泥回流。
3)反应器中微生物浓度高，结构紧凑，生物膜适应性强，比较容易除去难分解和分解速度慢的物质，运行稳定性好。
4)运行时所需的水力停留时间短，在处理相同水量的情况下，反应器体积小，占地面积少。
5)工程投资少，设备简单易操作，维修方便，运行费用低，综合能耗低。
2接触氧化法发展历史
接触氧化法的概念最早由19世纪末的Waring等人提出。1912年，Closs在德国取得了专利登记。同时期在美国，Hayes等人在污水处理的活性污泥曝气池中，采用石棉板、塑料板及水泥板等作为微生物生长载体，取得了良好的处理效果。20世纪50年代初期，接触氧化法已经被广泛运用于小型污水处理厂，在美国有60多个污水处理厂使用该技术处理市政污水，仅新泽西市就有37套生物接触氧化反应系统投入使用。
与传统的水处理工艺相比，接触氧化法具有生物量高和处理效果好的优点，但其也有氧化池在操作时存在布水布气不易均匀、环境卫生条件也较差、且填料可能被脱落的生物膜堵塞等缺点。这样到了50年代后期，接触氧化法有逐渐被活性污泥法取代的趋势。
在20世纪70年代初期，随着新型有机合成材料的研发，聚酰胺、聚乙烯和聚苯乙烯等材料被广泛运用于制造填料，再加上环境保护对水质要求的进一步提高，促成了接触氧化法的新发展。日本首先提出了 管式接触氧化 的想法，开发出轻质蜂窝填料，其比表面积和空隙率大量增加，并在对氧化池充氧方式进行改良的基础上，成功地将接触氧化法应用于饮用水源水的预处理中。该研究课题和实际工程应用表明：在饮用水源水的预处理中，接触氧化法要优越于混凝、沉淀、过滤和氯化消毒等传统水处理工艺。它不仅能有效地去除源水中的氨氮、亚硝酸盐和有机污染物，特别对由于氯化消毒工艺所产生的致癌物三卤甲烷的前驱物有很好的去除作用，减轻了后续工艺负担，该技术和传统工艺联用，可极大降低饮用水氯化消毒的致突变活性，提高饮用水的质量。这些年来，接触氧化法在国内外都得到了广泛而深入的研究与应用，研究领域涉及填料选材、氧传递机理、新型反应器的研制与开发、微生物选育和挂膜等多方面。随着工艺技术的逐渐成熟，应用领域也更为广泛，如今接触氧化法可被应用于处理生活污水、城市污水、微污染源水、某些工业有机废水，如石油化工、农药、印刷、轻工造纸、食品加工、制药等行业所排放的废水。
3 .接触氧化技术的研究与应用
3．1新型复合反应器的开发与应用
今年来涌现出许多新型的单一或复合式反应器，如上流式填充床生物反应器、曝气生物滤池、复合填料反应器等。根据文献报道，Hamoda在新型复合填料反应器中采用固定化陶粒填料对城市污水进行处理，实验结果表明：当进水浓度BOD5=14．6mg／L，CODcr=158．2mg／L时，控制水力停留时间HRT=8h，有效体积负荷0．32～1．2L／h，处理后出水水质为BOD5=7．5mg／L．CODcr=89．6mg／L。Wakelin设计了一种新型的堰槽式生物反应器，用于餐饮店的排污水处理，这种结构独特的反应器对降解动植物油脂特别有效。Clapp对AS与BAF两种反应器进行了比较研究，发现AS反应器对石油工业废水中的挥发性有机物去除率及解吸速度较高，而BAF反应器对废水中有机污染物的生物降解能力则更好些。
3．2接触氧化工艺与新型填料的组合运用
在实验室规模研究中，陈洪斌等对炼油废水采用悬浮填料+接触氧化技术进行深度处理，实验结果显示：填料在正常曝气条件下呈流化态，不需反冲洗，生物膜挂膜迅速，更新快，对CODcr和BOD。的去除率分别可达到15％～50％和80％，油、硫化物、酚等被彻底去除，对浊度、UV254、TOC和大分子有机物有一定去除效果。在相同HRT条件下，采用直接好氧处理的除污效果略好于厌氧水解／好氧工艺组合。Rusten采用填充床生物反应柱与PLASDEKSl2新型填料组合应用对废水惊醒处理，反应柱直径200ram，高1．2m，有效体积O．048m。，比表面积230m~／m3，进水水质：CODcr=579mg／L，SS=189mg／L，有机负荷为O．0038kgCODcr／m3 d，温度8℃～17．3cC。经处理后出水CODcr=20mg／L，SS 70mg／L，pH=6．8～7．7，符合一级排放标准。Park报道了生物接触氧化反应器+SARAN型网状填料对石化废水进行一级处理的实验研究，该研究称填料的比表面积、空隙率都与废水CODcr去除率有关，而填料堆积密度不影响出水CODcr值及悬浮物浓度，采用SARAN型网状填料后，反应器的比表面积增加到400m2／m3，有机负荷提高l~6．2kgCODcr／m3 d，CODcr去除率达90％以上。刘新亭采用填料柱+改良半软性填料对高浓度丁酯废水进行处理，考察了进水CODcr浓度、系统压力、进气量、水力停留时间、溶解氧浓度等工艺参数对处理效果的影响。结果表明：当进水CODcr高达10000～12000mg／L时，控制反应器表压300kPa，进气量80L／h，水力停留时间20h，水中溶氧值大于3mg／L，反应器体积负荷为0．0135kgCODcr／L d，这样出水的CODcr=400～700mg／L，BOD5=61～104mg／L，废水CODcr去除率高于90％。
3．3氧传质机理及速率研究
氧化池的基质降解是一种包含二相以上的非均相反应，在生物膜中同时存在分子扩散和生物降解过程。一般条件下，其反应速率不仅取决于微生物活性，还取决于水中基质浓度及氧气浓度。因此，针对反应器流体力学与传质特性，氧转移率的提高和水中氧气传递过程及氧传递系数Kt．等问题一直是目前污水处理基础理论研究的热点。在生物反应器中，要增大氧传质速率，提高其传质系数是有效的办法之一。有许多人都进行着这方面的研究，如Manay的实验研究表明：水中氧传质系数K。丑的大小受表面活性剂及其他有机物的影响，且不同种类的表面活性剂对Kh的影响程度也不一样。他们通过引用表面碳原子数和分子结构作为因素，分析其物化结构对阻力膜的作用，发现气液相界面的范围大小与表面活性剂扩散速度和表面活性剂在填料表面的吸附速率有关。Holroyd等对反应器内流体力学与比相界面积之问的相互关系进行了研究，发现湍流下气泡对表面活性剂的敏感度要低于滞流态，实验测得雷诺树Re 4000时，比相界面积为0．2；雷诺树Re 2000时，比相界面积为0．82。Salzman等的研究结果表明Kla由本征传质系数和混合传质系数两个独立部分组成，根据传质特性不同，受表面活性剂的影响程度也各不相同。这一结论随后被Eckenfelder，Tsao，Reiber等人的实验结果所证实。
4 .工程实例
4．1水量及水质
上海罗泾港区二期工程办公作业区人口约3000人，生活污水主要来源于宿舍区住宅的生活污水、办公楼公共设施排污水、食堂和澡堂排污水等。水量为1000m3／d，水量波动系数K=2．3，原水水质见表1。
表l原水水质