苗雪杉，王 帆，2*，康 華，2，楊凱倫，2，歐子平，許 可，張 彤

（1.長春工程學(xué)院 水利與環(huán)境工程學(xué)院，吉林 長春 130012；2.吉林省城市污水處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林 長春 130012）

流離生化技術(shù)是一項(xiàng)新型生物膜污水處理技術(shù)，通過向水中投加流離球填料，使微生物附著生長。具有工藝流程簡單、運(yùn)行簡便、啟動快，處理效果好、占地面積小、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。我國對流離生化技術(shù)的研究與應(yīng)用已有30余年，技術(shù)相對成熟，在工業(yè)廢水、生活污水、中水處理等領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用。

本文介紹流離生化技術(shù)的基本原理，綜述了近年來流離生化技術(shù)在水處理領(lǐng)域的研究與工程應(yīng)用情況，在此基礎(chǔ)上對該技術(shù)未來發(fā)展進(jìn)行了初步探討，以期為流離生化技術(shù)的研究與應(yīng)用提供一定的參考價值。

1 流離生化技術(shù)基本原理

1.1 污染物凈化機(jī)理

流離（又稱速分）是自然界中一種固液分離現(xiàn)象，即流動液體中懸浮物總是自發(fā)的由流速快的一側(cè)向流速慢的一側(cè)聚集[1-2]。流離是除沉淀、過濾外的另一種固液分離技術(shù)。流離生化技術(shù)巧妙地將“流離現(xiàn)象”與微生物降解有機(jī)結(jié)合，以流離球作為微生物載體。球殼一般為聚乙烯材質(zhì)，球內(nèi)可填充海綿、鮑爾環(huán)、石料、組合填料等，供微生物附著生長[3-4]。污水流經(jīng)流離球時，球內(nèi)阻力大、流速慢，水中懸浮物會自發(fā)向球及球內(nèi)聚集，利用微生物吸附、降解作用達(dá)到污水凈化的目的。流離球延緩了氣體在水中的釋放過程，提高了氧的利用效率，隨著微生物對氧的消耗，流離球間及流離球內(nèi)部填料之間能夠形成交替好氧、缺氧、厭氧多種氧環(huán)境，這為同時硝化反硝化（SND）創(chuàng)造了條件，也有利于不同種微生物協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)良好的有機(jī)物和總氮去除效果[4-11]。

1.2 污泥消解機(jī)理

首先，流離生化技術(shù)屬于生物膜法，污泥齡較長，因此污泥產(chǎn)量低。其次，較長泥齡形成了由細(xì)菌到后生動物完整的食物鏈，進(jìn)一步降低了污泥產(chǎn)量。最后，流離球形成外部好氧、內(nèi)部厭氧的特殊環(huán)境，強(qiáng)化流離作用，使剩余污泥向球上聚集，聚集的污泥在好氧環(huán)境中被分解，在厭氧環(huán)境中被水解液化，以上過程不斷循環(huán)往復(fù)，使大部分有機(jī)污泥消解，僅少量無機(jī)污泥及有機(jī)殘?bào)w需定期排放[5，7]。

2 流離生化技術(shù)研究進(jìn)展

2.1 流離生化技術(shù)低溫研究

我國北方冬季溫度在10℃以下，低溫抑制了微生物的生長和活性，嚴(yán)重影響脫氮效果，污水處理廠出水難以達(dá)標(biāo)。有報(bào)道指出，投加懸浮填料能有效提升低溫脫氮能力[12-13]。研究表明，填充海綿和K3填料的流離球，綜合考慮去除效果與資源節(jié)約，低溫下最佳內(nèi)部填充率為30.5%[14]。

王帆等[15]構(gòu)建三級AO耦合流離生化系統(tǒng)，探究低溫下進(jìn)水流量分配比對低C/N城市污水處理效果的影響，并分析了脫氮規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，各級好氧區(qū)硝化作用是制約系統(tǒng)脫氮的主要因素，進(jìn)水比3∶2∶1工況合理分配了NH4+-N負(fù)荷，各級硝化效率在85%以上，脫氮效率最高，COD、NH4+-N和TN平均去除率分別為87.44%、96.63%和76.81%。流離球填料提高了系統(tǒng)同步硝化反硝化（SND）性能，強(qiáng)化了TN去除能力，（SND）率為26.05%[16]。

艾勝書等[17]對比了3種填料低溫下污染物去除性能，穩(wěn)定運(yùn)行時內(nèi)置海綿與鮑爾環(huán)的流離球填料處理能力最強(qiáng)且培養(yǎng)時間短，微生物活性最高，分泌的胞外聚合物（EPS）最多，可認(rèn)為內(nèi)置海綿與鮑爾環(huán)的流離球填料更適用于低溫污水的處理。

2.2 流離生化與脫氮新技術(shù)

為探索厭氧氨氧化顆粒污泥（Anammox Granular Sludge，AGS）的快速培養(yǎng)，唐鵬等[18]采用上流式厭氧污泥床反應(yīng)器，并加入內(nèi)部填充海綿的流離球填料。結(jié)果表明，填充的流離球填料截留了大量污泥，在127 d內(nèi)成功培養(yǎng)出直徑1.0～3.0 mm的AGS，有效地加快了反應(yīng)器啟動，總氮去除率達(dá)85%以上，且AGS能承受更高的氨和亞硝酸鹽抑制濃度，有利于反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行。

王卿等[19]探討了高溶解氧（DO）含量下的海綿生物膜反應(yīng)器處理低負(fù)荷的市政污水在不同溫度條件下的短程硝化性能。于25℃以海綿為載體，成功培養(yǎng)出具有短程硝化性能的生物膜，并維持穩(wěn)定。溫度調(diào)整至20℃后，短程硝化性能因溫度降低遭到破壞。將海綿填充入流離球內(nèi)，短程硝化性能得到恢復(fù)，亞硝氮積累率（NAR）由3.97%升高至95%以上并維持穩(wěn)定。王卿等認(rèn)為在高DO時，流離球加強(qiáng)了氧抑制作用，抑制了內(nèi)部亞硝酸氧化菌（NOB），從而恢復(fù)了短程硝化性能。

2.3 流離球內(nèi)部填料研究

填料影響著微生物的附著、生長繁殖和脫落，是流離生化技術(shù)的核心。填料的材質(zhì)、性能和造價等因素更是直接影響著污水處理效果和工程可行性。

詹博等[6]探究了珊瑚砂作為內(nèi)部填料的可行性，并將其用于處理島礁生活污水，考察了污染物去除效果，同時研究了穩(wěn)定運(yùn)行階段SND性能。結(jié)果表明，珊瑚砂表面粗糙，具有良好的機(jī)械強(qiáng)度和微生物親和性，適合作為流離球內(nèi)部填料；另外，珊瑚砂釋放的Ca+有助于實(shí)現(xiàn)SND。穩(wěn)定運(yùn)行期間，系統(tǒng)平均出水COD、NH4+-N、TN濃度分別為（43.09±9.78）mg/L、（1.25±1.06）mg/L、（14.39±4.37）mg/L；系統(tǒng)具有良好的同步硝化反硝化性能，SND率為（80.50±9.38）%。

有學(xué)者從污泥資源化角度出發(fā)，利用制藥廠污泥、黏土、粉煤灰為原料制備了流離球內(nèi)部填料，對制藥廠污水COD去除率可達(dá)92.4%[20]。

曹鳳云等[21]對比了不同內(nèi)部填料流離球的性能，認(rèn)為污泥陶粒流離球在掛膜啟動速度和污染物去除效果方面均優(yōu)于碎石流離球。

3 流離生化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 用于生活污水處理

劉志強(qiáng)等[22]研發(fā)出一種以生物流離球?yàn)楹诵牡囊惑w化微動力污水處理裝置，流離球內(nèi)填充紫砂礦填料以改善微生物親和性，該技術(shù)具有處理效果好、運(yùn)行能耗低、抗沖擊能力強(qiáng)、無須專人管理等優(yōu)點(diǎn)，該裝置用于處理仁博高速丹霞服務(wù)區(qū)的生活污水，出水水質(zhì)達(dá)到GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級排放標(biāo)準(zhǔn)。

石家莊市裕園廣場應(yīng)用流離生化技術(shù)處理洗浴廢水和酒店污水，日處理水量308 m3，無任何排泥設(shè)施，COD、BOD、NH4+-N、TP去 除 效 率 分 別 為78.14%、91.25%、85.34%、34.77%，除TP外均達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)，且運(yùn)行2年無任何堵塞現(xiàn)象，說明沒有剩余污泥產(chǎn)生[7]。

天津市某雨水泵站污水臨時處理工程采用流離生化工藝，工程處理規(guī)模為500 m3/d，流離球內(nèi)填充陶料濾料，并設(shè)置加藥除磷裝置以提高整體工藝對磷的去除效果，處理后出水達(dá)到天津市DB12/599—2015《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》A標(biāo)準(zhǔn)[23]。

某大學(xué)校區(qū)采用流離生化技術(shù)處理生活廢水，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，自動化程度高，出水各項(xiàng)指標(biāo)滿足中水回用要求，全年節(jié)省自來水費(fèi)150.84萬元[24]。

流離生化技術(shù)流程簡單、占地面積小、無須專人管理，適用于農(nóng)鎮(zhèn)等分散式污水的處理。臨潼區(qū)零口鎮(zhèn)污水處理工程好氧處理工藝采用流離生化技術(shù)，設(shè)計(jì)處理能力120 m3/d，出水水質(zhì)達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)，COD、BOD5、NH4+-N、SS去除效率分別為87.5%、95%、80%、95%[25]。

3.2 用于工業(yè)廢水處理

工業(yè)廢水包括生產(chǎn)廢水、沖洗排水、員工生活污水等，具有污染物含量高、成分復(fù)雜、水質(zhì)水量變化大、難生物降解等特點(diǎn)。工程實(shí)際證明，用流離生化技術(shù)處理工業(yè)廢水能取得良好的效果與經(jīng)濟(jì)效益。

3.2.1 垃圾滲濾液

盧國滿等[26]采用流離生化技術(shù)針對垃圾滲濾液進(jìn)行中試實(shí)驗(yàn)，生物處理工藝采用一級厭氧+二級好氧工藝。其中，厭氧池內(nèi)流離球填充改性火山巖，填充率為40%；曝氣池內(nèi)流離球填充化學(xué)涂層的碎石塊，填充率為70%。研究了不同水力停留時間（HRT）、溶解氧（DO）、容積負(fù)荷（Fr）條件下各池內(nèi)處理效果。結(jié)果表明：隨著HRT的增加，厭氧池內(nèi)COD去除效率逐漸提高，曝氣池內(nèi)COD、NH4+-N、TN去除率逐漸增加；隨著DO增大，曝氣池內(nèi)COD去除效率逐漸升高，氨氮去除效率也逐步增加；隨著Fr的增加各池內(nèi)COD去除效率均呈現(xiàn)先增加后下降的趨勢。

3.2.2 制藥廢水

何大偉等[27]向高負(fù)荷生物池內(nèi)投加FSB流離球?qū)Ω邼舛戎扑帍U水進(jìn)行中試研究，流離球內(nèi)填充火山巖，控制曝氣量（保持DO＜1 mg/L）進(jìn)行掛膜培養(yǎng)。考察了系統(tǒng)在高負(fù)荷、缺氧條件下對有機(jī)物的去除性能以及系統(tǒng)pH變化情況。結(jié)果表明：投加流離球填料的反應(yīng)器具有很高的耐沖擊負(fù)荷能力，氧氣消耗量低，負(fù)荷為7 kgCOD/（m3·d）時，COD去除率仍能達(dá)到80%，投加填料后，B/C比由原來的0.3提升至0.4，可生化性提高。

投加流離球填料無須對生物池進(jìn)行結(jié)構(gòu)性改動，便于污水處理系統(tǒng)提標(biāo)改造。劉志偉等[28]利用流離生化技術(shù)對北京某制藥廠廢水處理工藝進(jìn)行技術(shù)改造，改造后的廢水處理系統(tǒng)COD去除率達(dá)99%以上，且具有很強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力，出水水質(zhì)滿足DB11/307—2005《北京市水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級B標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.3 其他工業(yè)廢水

某工業(yè)園采用以流離球生化技術(shù)為核心的組合處理工藝，并在流離球生化反應(yīng)池后設(shè)置高密度沉淀池+Ⅴ型濾池組合工藝，彌補(bǔ)流離生化法除磷的不足。該工藝運(yùn)行穩(wěn)定，冬季低溫條件下仍能高效運(yùn)行，出水水質(zhì)可達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)。運(yùn)行成本較低，在經(jīng)濟(jì)性上具備一定的盈利能力和償還能力[29]。

喬建國等[30]探索開發(fā)了一種基于流離生化技術(shù)的卷煙廠廢水處理與回用系統(tǒng)，運(yùn)行管理簡單，污泥產(chǎn)量低，各項(xiàng)出水水質(zhì)滿足國家廢水排放和回用標(biāo)準(zhǔn)，與廠區(qū)原系統(tǒng)相比運(yùn)行費(fèi)用大幅降低，每年可節(jié)約運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用約137.5萬元，中水回用每年可節(jié)約自來水費(fèi)約76.2萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4 結(jié)束語

流離生化技術(shù)是一項(xiàng)高效、經(jīng)濟(jì)、符合我國國情的污水處理技術(shù)。對強(qiáng)化低溫脫氮與新技術(shù)研究應(yīng)用有重大意義，在工程中已取得良好效果，結(jié)合我國水環(huán)境保護(hù)政策，該技術(shù)擁有廣闊的發(fā)展前景和應(yīng)用空間。目前，相關(guān)研究集中在污染物去除效率與實(shí)際工程應(yīng)用效果等方面，關(guān)于其內(nèi)在機(jī)理方面研究尚少。此外，隨著材料合成技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)更多價格低廉、生物親和性強(qiáng)的內(nèi)部填料也是研究的重要方向。