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1、流动床生物膜反应器污水处理技术Dirty Water Treatment Technique for Biomembrance Reflector on Floating Bed张文虎(国家电力公司电力建设研究所 ,北京市 ,100055)摘 要 流动床生物膜反应器污水处理工艺可用于处理城市生活污水 ,高浓度 CODcr的工业废水 ,要求硝化和脱氮的废水等。该工艺所用载体为橡胶胶粒 ,使得反应器内部保持较高的微生物量。运行时 ,进水水流和曝气气流在反应器内形成逆流 ,由于载体相互碰撞 ,增大了气、水接触面积 ;并且池内载体在反应器内部形成循环流动 ,极大地提高了氧利用率 ,有利于氧的转移 ,使
2、其生物活性较高。该工艺在生活污水处理工程、电厂污水处理回用工程、高浓度苯酚废水处理工程中得以应用 ,具有投资省、占地少、处理能力强、处理效果好、不需要初次沉淀池等优点。关键词 污水处理 流动床生物膜反应器 工程应用电力建设研究所与韩国 SAM KWANG公司合作研制的 Bio - Sac 流动床生物膜污水处理系统分别在北京燕山石化公司的工业废水处理、山西侯马电厂城市污水回用项目中进行了 11 个月的现场实验 ,出水水质完全满足工程要求 : CODcr 小于 20 mgPL ,BOD5 接近 0 ,NH3 - N 小于 0. 8 mgPL。目前 ,山西侯马电厂利用此项技术的城市污水回用项目正在施
3、工中。下文将详细阐述 Bio - Sac 流动床生物膜法处理污水技术。1 工艺简介污水处理技术 ,按照其作用原理 ,可分为物理法、化学法和生物法 3 类。在对城市污水的处理技术中 ,又以生物法为主要手段。污水的生物处理 ,就是利用微生物的新陈代谢功能 ,使污水中呈溶解和胶体状态的有机污染物被降解并转化为无害的物质 ,使污水得以净化。1. 1 生物处理的方法目前生物处理法的工艺主要有 :活性污泥法 :这是当前我国使用较为广泛的一种生物处理法。其主要原理是将空气连续鼓入曝气池的污水中 ,经过一段时间 ,污水中形成大量好氧微生物的絮体 活性污泥。生活在活性污泥上的微生物以污水中的有机物为养料 ,获得
4、能量 ,并不断增生 ,有机物被去除 ,污水得以净化。生物膜法 :其主要原理是污水连续经过装有固体填料的容器时 ,会在填料上形成污泥状的生物膜 ,生物膜上繁殖有大量的微生物 ,能够起到净化效果。生物膜法有多种处理形式 ,如生物滤池、生物转盘、生物接触氧化及流动床生物膜处理等。1. 2 Bio - Sac 处理工艺流程Bio - Sac 处理工艺典型流程如图 1 所示。图 1 Bio - Sac 典型流程1. 3 Bio - Sac 的特点Bio - Sac 和传统的生物接触池有着不同的运行原理 ,它的主要特点为 :1. 3. 1 在运行时 ,进水水流和曝气气流在反应器内形成逆流 ,增大了气、水接
5、触面积 ;并且 ,池内载体填料在反应器内部由于导流板的作用形成循环流动运动 ,这样就极大地提高了氧利用率 ,有利于氧的转移。1. 3. 2 反应器内填料载体相互激烈碰撞的运行方式 ,克服了传统接触池在运行一段时间后 ,由于生物收稿日期 :2000 - 10 - 24542000 年第 12 期 电 力 建 设 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.表 1 Bio - Sac 工艺和传统活性污泥法在各行业废水处理中的性能比较废水类型原水水质情况原水 BOD5P(mg L - 1)出水 BOD5
6、P(mg L - 1)去除率 P%Bio - Sac停留时间 Ph活性污泥法停留时间 Ph城市污水 150 300 92 1. 5 8造纸废水 (白水 ) 200 450 92 1. 5 8石化污水 500 800 92 2. 2 28食品工业 800 1 200 97 1. 5 24膜过厚脱落造成的阶段性出水水质变差的缺点。并且 ,这种激烈碰撞的方式 ,非常有利于水体中污染物在生物膜上的传递速率 ,提高了处理效率。1. 3. 3 反应器内所用载体填料为粒径 10 mm 左右的橡胶胶粒 ,它的比表面积可达 4 500 m2Pm3 ,使得反应器内部保持较高的微生物量。由于运行时填料间相互碰撞 ,
7、使得载体表面生物膜较薄 ,其生物活性相对较高。1. 3. 4 由于填料的多孔性 ,它与传统填料相比更易挂膜 ,在初期运行和检修后运行时 ,极易恢复正常运行 ,一般只需 2 3 天。另外 ,由于其大的比表面积 ,使得各菌种在填料上有着明显的分层分布 ,由外向里分别为好氧菌种、兼氧菌种、厌氧菌种 ,这种菌种的多元化有利于提高处理效率 ,缩短污水处理时间。1. 3. 5 Bio - Sac 反应器的出水 ,经脱气、絮凝 ,在沉淀池内进行泥水分离。如在反应器处理后的出水中加入一定量的铁盐 ,可以有效地提高污泥活性 ,改善污泥沉降性能。这种工艺突破了传统将生物二级处理和三级深度处理相分离的界限 ,这在污
8、水处理后回用的工程中将大大节省占地和基建投资。但是否需要加药 ,可根据具体水质条件决定。1. 3. 6 Bio - Sac 工艺可和其他工艺组合使用 ,也可对已有污水处理的老厂进行包括提高水质及提高处理能力等方面的技术改造。1. 3. 7 Bio - Sac 工艺具有多种净化功能 ,除对有机污染外 ,还可对 NH3 - N、 T - P 等有很好的去除效果。1. 3. 8 该成套设备由于具有较高的处理效率和紧凑的结构 ,使处理设备的占地面积仅为传统设备的1P4 1P8。2 有机污染物的处理性能Bio - Sac 工艺可用于处理生活污水、高浓度CODcr的工业废水、要求深化处理 (硝化和脱氮 )
9、 或饮用水的处理等。在装填有生物载体的反应器内 ,由于有大量的生物膜微生物和混合液中的微生物共同分解污染物质 ,从而大大提高了分解污染物质的能力 ,反应器内混合液固体浓度 MLSS 可达到 20 000mgPL。由于加快分解了水中污染物 ,使 BOD5 处理负荷每天可达到 1. 0 20 kgPm3 ,是活性污泥法处理量的 10 倍以上 ,可在很短的时间内处理大量的废水。Bio - Sac 工艺和传统活性污泥法在各行业废水处理中的性能比较见表 1。Bio - Sac 生物处理技术与活性污泥法的比较见表 2。表 2 Bio - Sac 生物处理技术与活性污泥法的比较项目 Bio - Sac 活性
10、污泥预处理悬浮物含量小于 5 000mgPL , 油含量小于 50mgPL 不需预处理一般都需要预处理MLSSP(mg L - 1) 20 000 2 000 3 000BOD5 处理量P kg (m3 d) - 11 20 0. 3 0. 9曝气停留时间 Ph 一般 1 2 一般 4 12延时 2 6 延时 16 40适应性 低浓度、高浓度 BOD5均可 低浓度 BOD5微生物种类 好氧、兼氧、厌氧均有 ,污泥量较少 好氧微生物 ,污泥量较多3 特种填料3. 1 载体的作用与组成载体在生物膜工艺处理中的作用非常重要 ,填料的比表面积大 ,可提供较大的生物栖息空间 ,使得大量的生物得以附着生长
11、 ;并且填料对气泡起到切割、阻挡和吸附的作用 ,使气泡的停留时间和气、液接触表面积增加 ,加快氧的转移速率 ,提高了传质效果和对氧的吸收能力 ,从而减少曝气量 ,节省了能源和设备容量。韩国 SAM KWANG公司在流动床生物膜反应器内使用的填料为 80 %的旧轮胎粉末和 20 %的其他64 电 力 建 设 2000 年第 12 期 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.物质相搅拌 ,并压缩形成直径为 5 10 mm 的颗粒。该载体装填在反应器内 ,由于比表面积很大 ,使生物膜微生物在载体上得
12、以大量繁殖、附着 ,为高活性微生物提供了增殖机会。3. 2 载体的特点这种橡胶载体有如下特点 :(1) 比表面积大 (4 000 4 500 m2Pm3 ) ,是一般传统填料的 5 10 倍。(2) 有很好的耐化学腐蚀性和耐磨性。(3) 质轻、松散容重小 ,空隙率高。(4) 在实际运行时 ,一次性添加后无需补充 ,大大节省了水厂的运行费用。在装填有生物载体的反应器内 ,由于大量的生物膜微生物和混合液中的微生物共同分解污染物质 ,从而大大提高了分解污染物质的能力 ,可使MLSS 达到 20 000 mgPL ,加快了分解速率。反应器体积的 20 % 30 %被由废胎载体组成的直径为 5 10mm
13、 的橡胶颗粒填充 ,该载体的比表面积比国内常规载体的比表面积要大得多 ,并具有很好的弹性、耐磨性和化学稳定性。由于其密度较小 ,所以流动床循环时所需的气量少 ,减小了能源消耗。4 污泥产量污泥产量表示去除单位重量 BOD5 所产生的污泥量。污泥产量可用下式计算 :WAS P = YH Q ( SO - S)P(1 + KH SRT) - ET(1)式中 YH 系数 ,为 0. 5 ;KH 内源衰减率 ,为 0. 046 ;SO 原水 BOD5 值 ,为 100 mgPL ;S 出水 BOD5 值 ,为 10 mgPL ;ET 原水的 SS ;SRT 污泥泥龄。由上式可看出 ,污泥产量与进水 S
14、S、 BOD5 和污泥泥龄有着密切的关系 (在不考虑氨、氮的情况下 ) 。Bio - Sac 工艺由于它的泥龄长 ,可达 8 10 天 ,所以它的产泥量很小 ,以处理量为 12 000 m3Ph 的城市污水为例 ,它的污泥产量只有 20 kgPh。5 工程实例5. 1 生活污水处理工程Gugal 项目是一个生活污水处理厂 ,设计容量为3 000 m3Pd ,但目前的实际污水流量不大 ,实际运行流量为 800 1 000 m3Pd ,所设置的 3 台 Bio - Sac 反应器只运行了 1 台。污水厂的另外 2 台反应器正在调试中 ,不久将投入运行。基本情况如下 :项目名称为 Gugal 生活污
15、水处理站 ; 地理位置在韩国 Gyheung ; 处理水量为3 000 m3Pd ;投运时间为 2000 年 3 月。本项目采用了基本型 Bio - Sac 生物工艺 ,后面设置了砂滤、活性碳过滤、加氯杀菌等工艺。系统流程如图 2 所示。图 2 生活污水处理系统流程其中 ,污水在 Bio - Sac 反应池停留时间为 2. 4h。在澄清池前设计有凝聚剂和助凝剂加药装置 ,但在实际运行时没有加药。该装置设有计算机集中控制装置 ,全系统可以自动运行。设计进水与出水水质和实际运行的典型水质如表 3 所示。表 3 生活污水处理设计进水、出水和实际运行的典型水质项目 进水 P(mg L- 1)设计 实际
16、运行出水 P(mg L - 1)设计 实际运行去除率 P%设计 实际运行CODMn 125 75 15. 8 13. 5 87 82BOD5 150 115 7. 6 5. 8 95 95SS 150 110 5. 3 7. 6 96 93T - N 35 6. 3 82T - P 5. 0 2. 0 60运行监测项目 :一般监测 BOD5 、 CODcr 、 SS、 TKN、NH3 - N、 T - P、 PO4 - P、 NO -2 、 NO -3 、 PH、碱度、导电度。测量频率 :每天 2 次。其他情况 :当地的年平均最低气温为 - 10 ,极端最低温度为 - 20 。这套系统容器设备的外壁都没有保温 ,管道一般都有保温层。从 1999 年 1
