随着工业发展，许多自来水厂的水源水或农村地下水受到污染，许多淡水湖和水库由于氮、磷污染而出现富营养化现象。如果饮用水中含有过量的硝酸盐，则会对人体健康造成威胁，亚硝胺类化合物还可能引发癌症、多发性硬化症，以及其他严重危害人体健康的疾病。饮用水的水源水或农村地下水不同于市政污水和工业废水，后两者的污染物浓度高、处理后出水指标远低于饮用水水质，可以采用活性污泥法来去除硝酸盐。饮用水的水源水或农村地下水的受污染程度普遍属于微污染，常用的处理工艺是生物接触氧化法，尽管反渗透能更好的截留盐类，但是其对于饮用水而言使用成本高，且产生浓水，硝酸盐被截留在浓水中，并没有真正的去除，所以较少采用。本文从生物接触氧化法的分类出发，给出生物接触氧化法的设计方法和运行注意事项，供水处理人士参考。根据接触氧化池内装填的填料不同，生物接触氧化法可以分为弹性填料生物接触氧化池、颗粒填料生物接触氧化池、蜂窝管填料生物接触氧化池，以及在这些基础上改进的接触氧化池。各种生物接触氧化池的结构和运行方式不同。弹性填料生物接触氧化池是早期的饮用水处理技术，经国家“八五”、“九五”科技攻关，取得了一系列的科研成果和重大突破。其是以弹性立体填料作为生物载体来处理微污染原水的一种生物接触氧化法。其构造和布置如下图所示。微污染原水进入生物氧化池后，流经充满绝大部分池容的弹性立体填料层，池底部的曝气器曝气供氧，通过填料表面生物膜硝化菌等的生化作用去除水中有机物、硝酸盐等污染物，净化后的水经出水堰流出。颗粒填料生物接触氧化池的结构与砂滤池几乎完全一致。其实质上是将砂滤池的石英砂换为适合生物挂膜的生物填料，并在下部增设了曝气设施，如下图所示。颗粒填料生物接触氧化池运行方式分为上向流和下向流两种。上向流时水流经上图绿色线条、相应阀门开启，其它阀门关闭；下向流时水流经上图红色线条、相应阀门开启，其它阀门关闭；反冲洗时，水从黄色线条进入和排出，相应阀门开启，其它阀门关闭。蜂窝管填料生物接触氧化池是日本于1971年设计的一种工艺，蜂窝填料型式与斜管类似，其为直管，且管壁带有小孔。蜂窝管填料接触氧化池设有进水布水和出水集水系统，同时在顶部设置表面曝气机、池底设排泥和放空管道，如下图所示。式中：V为所需填料体积，m³；Q为处理水量，m³/h；q为弹性填料生物接触氧化池的生物氧化水力负荷，m³/(m2·h)，设计时，取q=2.5 m³/(m2·h)，运行过程中可根据水量变化在2.5~4.0 m³/(m2·h)之间调控；a为弹性填料的比表面积，m2/m³。式中：V0为弹性填料生物接触氧化池的有效池容，m³；Q为处理水量，m³/h；T为有效水力停留时间，h，设计时取T=1.5 h，运行过程中可根据水量变化在1.0~1.5 h之间调控。式中：A为池体底面积，m2；V0为弹性填料生物接触氧化池的有效池容，m³；h1为有效水深，可取4~5 m；h2为池体超高，可取0.3~0.5 m。式中：Qair为进气量，Nm³/h；Q为处理水量，m³/h；i为气水比，设计时取i=1，运行过程中可根据水量变化在0.7~1.0 h之间调控。式中：A为颗粒填料生物接触氧化池的底面积，m2；v为滤速，m/h，设计时取v=4 m/h，运行过程中可根据水量变化在4~6 m/h之间调控。式中：H为颗粒填料生物接触氧化池的高度，m，H应控制在4.5~5.0 m之间；h1为颗粒填料层高度，m，可取1.5~2.0 m；h2为承托层高度，可取0.4~0.6 m；h3为填料层以上的淹没水深，m，可取1.5~2.0 m；h4为未防止填料逸出而设计的保护高度，m，可取0.3~0.5 m。值得注意的是，反冲洗时，填料膨胀率为30%~50%，因此，反冲洗排水槽与填料上表面应保持1.0~1.5 m的间距。式中：Qb为反冲洗泵所需流量，m³/h；qb为水反冲洗强度，可取10~15 L/(m2·s)；A为颗粒填料生物接触氧化池的底面积，m2。式中：Qair为反冲风机所需风量，Nm³/h；qair为气反冲洗强度，可取10~20 L/(m2·s)；A为颗粒填料生物接触氧化池的底面积，m2。式中：V0为蜂窝管填料生物接触氧化池的有效池容，m³；Q为处理水量，m³/h；T为有效水力停留时间，h，设计时取T=2.5 h，运行过程中可根据水量变化在2.0~2.5 h之间调控。池子宜设计成正方形结构，有效水深可在8.5~9.5 m之间，填料高度可在3.0~4.0 m之间，进气量按照填料体积的2倍进行设计。（1）弹性填料生物接触氧化池以生长繁殖中温性微生物为主，因此填料挂膜应选择在水温高于10℃时进行。对于低温地区，如新疆、东北、内蒙等地，应合理利用市政或工业区余热给原水进行换热升温，换热器设计可惨开本公众号文章《蒸发结晶换热器选择与传热面积计算》。
（2）填料表面在附着生物膜的同时，会粘附较多泥砂等悬浮杂质，将增厚填料丝上的膜层，阻碍微生物与水中污染物、氧气的传质，降低生物活性,使处理效果下降。因此，当生物膜增厚时，应及时冲洗，保持生物膜的及时更新和良好的生物活性。
（3）长时间运行后，弹性填料表面可能滋生苔藓虫等生物依，并大量暴发，影响正常运行，此时，可停池降低水位，用高压消防水枪冲洗。
2.颗粒填料生物接触氧化池
（1）尽管通过前文所述的合理设计，可以使颗粒填料生物接触氧化池具备一定抗冲击能力，但仍应尽量保持滤池负荷稳定，即使变动负荷也应缓慢进行。尤其是不能使颗粒填料生物接触氧化池处于无水状态，使填料干枯，如出现这种情况，应重新挂膜。
（2）充足的溶解氧是维持微生物生长的必备条件，应保持溶解氧在2~4 mg/L之间。如果经常出现曝气不足或停止曝气的情况，由于微生物长期缺氧而使其活性受到严重影响，将使处理效率大幅度。
（3）严格按要求定期进行反冲洗。反冲洗第一步应为气冲洗，冲洗时间为3~5 min；第二步应为水冲洗，冲洗时间为5~8 min。冲洗相当于生化池的排泥，所以，选择反冲洗周期尤为重要：过滤周期过长，填料中淤积大量污泥，增加压力损失，从而使能耗上升，并且老化或死亡的生物膜得不到更新，发生局部厌氧，出水水质变差。过滤周期太短，冲洗频繁，生物膜脱落加快，微生物数量减少，处理效果也随之下降。
（4）可以通过池内液位变化控制反洗周期，当池内液位升高1m时，进行反冲洗，这样可以将液位计与反冲洗泵及风机、阀门等进行联锁，实现自动化。
3.蜂窝管填料生物接触氧化池
早在上世纪60年代，日本便已开始采用生物处理技术去除饮用水中硝酸盐和有机物，我国起步稍晚，于上世纪70年代开始研究。目前，在欧美和日本已相当普遍。部分学者研究光、电等催化氧化工艺去除饮用水中的硝酸盐和有机物，但是对于饮用水来讲，其使用成本是现实中难以接受的。生物接触氧化法在世界范围内的广泛应用，说明其是有效的，所以，合理设计、科学运行维护、不断改进生物接触氧化池才是我们更应该去做的。本文是应读者要求而写，在此，水处理科技学报欢迎读者提出阅读要求。
