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1、生物接触氧化法的特点与高效原因1 特点生物接触氧化法在国内开发应用的30年中，技术发展非常迅速，使用范围日益拓宽，已充分显示其发展前景。究其原因，主要是生物接触氧化法有如下特点：1、处理效率较高。作为生物膜法的生物接触氧化法不仅兼有活性污泥法的特点；而且其单位体积生物的数量比活性污泥法多，生物活性高；此外，底物和产物的传质速度快。因而，处理效率较高，缩小了处理池容积和占地，节省了基建投资。2.、工艺适用范围广泛，无论是污染物的浓度高或浓度低，生物接触氧化法都能适应，尤其是微污染的饮用水水源，生物接触氧化法能有效地去除水中的氨氮和微量有机物，而活性污泥法却爱莫能助。3、没有污泥膨胀和污泥回流，管
2、理简便。由于我国污水处理特别是工业废水处理领域中的操作技术水平、管理水平都有待提高，所以，运转管理条件往往是选择处理方法的重要因素。而操作比较简便的生物接触氧化法正是人们乐意接受的方法之一。4、 耐冲击，适应性较强。这种方法由于在填料上生长着大量生物膜，对负荷的变化适应性较强，尤其是采用多级或多段的工艺流程，可保障有稳定的出水水质。同时，在间隙运行的条件下，仍然有一定的处理效果。因此，这对于排水不均匀或者生产不稳定的工业企业以及电力供应尚不充分的地区更具有实用意义。5、挂膜简单，启动快。一般地，配制好的氧化池混合液只需经23天闷曝就可以挂膜，再经20天左右驯化和培养便可到达正常运行能力，即使在
3、运行中间断后，只需很短短几天就能恢复到正常处理效果。6、节能效果明显。尤其在城市污水处理中，污水处理电耗是常规活性污泥法的五分之一。7、污泥产量少，如与水解工艺合理组合，或将污泥单独水解后回流到氧化池中，有实现污泥少排放或另排放的可能。为更清楚地说明接触氧化法的特点，在此仅以两个同在太原市具有一定规模的城市污水处理厂的实际运行情况作对比。一个是太原市殷家堡污水处理厂，规模为10 000m3/d，处理工艺同北京市环保所的为两段接触氧化法，但以炉渣为填料。另一个是太原市的北郊污水处理厂，处理工艺为活性污泥法。两者运行结果比较见表1。表1 炉渣填料生物接触氧化法与传统活性污泥法比较项目太原市殷家堡污
4、水处理厂生物接触氧化法太原市北郊污水处理厂传统活性污泥法处理水量 /m3/d10 0004 500进水BOD5 /mg/L186.9163.5出水BOD5 /mg/L25.138.1BOD去除率 /86.677曝气时间 /h0.58曝气池总面积/m284735鼓风机总功率 /kW3040100电耗 /kWh/m3水0.0720.0960.53对水质变化的适应性好差污泥回流设备无有培菌与驯化易难污泥量较少较多占地面积少多维护管理较易较复杂由表1可见，生物接触氧化法在处理城市污水时，比起传统活性污泥法，其优点显而易见的27。任何一种事物都存在两面性，生物接触氧化法也存在一定的缺点和不足之处：1、填
5、料上生物膜实际数量随BOD负荷而变。BOD负荷高，则生物膜数量多；反之亦然。因此不能像活性污泥法那样，通过污泥回流量和回流点的变化来灵活地调节生物量和装置的效能；但如果和活性污泥法联合，形成复合反应器，有可能弥补此缺陷。2、生物膜量随负荷增加而增加，负荷过高，则生物膜过厚，在某些填料中易于堵塞。所以，在某些多孔填料的在使用中，必须要有负荷允许的上限和必要的防堵塞冲洗措施。3、由于填料设置，使氧化池的构造较为复杂，均布曝气设备的安装和维护不如活性污泥法来得方便。4、填料的性能是生物接触氧化工艺的关键，同时填料的使用寿命，又直接影响到工艺的运行费用。因此，如果填料选用不当，会严重影响接触氧化法工艺
6、的正常使用。2 高效原因由太原市的两个生产性实例对比说明，城市污水处理采用接触氧化只需1小时可达到常规活性污泥法8小时的效果，工效提高67倍，这要归功“三高一分”和接触沉淀池。“三高”指：氧化池内的高生物量、高生物活性和高传质速度；一分指：氧化池分成二段，第一段以能耗低、速度快的生物合成为主，减轻了第二段的生物氧化负荷和对供氧的需求；沉淀池增加了接触层，不仅强化了悬浮物的分离效果，还有接触层生物膜利用氧化池出水中的较高的剩余溶解氧，对水质起到了进一步的生物氧化作用。高的生物量与高的生物处理速度并不完全成正比关系。生物处理的速度，在一定条件下与参与生物反应的生物量浓度有关，但只有在生物量具有较高
7、的活性、较高的传质速度，才能使生物处理的速度随生物浓度的增加而增加。目前国内外对生物处理动力学的研究已基本证实了这一点。已经证明接触氧化法的流态是完全混合型，属于连续流搅拌池式反应器（CSTR），按照ROSS E.McKINNEY28的观点，其装置的BOD去除常数（K）,在一级反应的条件下，以及水质相近时，可以作为衡量处理装置的净化效率的一个相对指标。K值的计算见式（1)。K 式(1)So/Se1t式中 K-BOD去除常数，1/h； So-进水BOD5浓度，mg/L； Se-出水残留BOD5浓度，mg/L； t -停留时间，h。由式1可知，K值愈大，则所需的反应时间愈短，反应器的效率愈高。由几
8、种常规生物处理的系数K值比较得知（见表13-6），染色废水处理中生物接触氧化法较活性污泥法要高。尽管城市污水水质与染色废水不同，但还是可看出，生物接触氧化法具有较高的净化效率。表2 常规生物处理系数K值序号试验单位水质生物处理方法K20 /1/h1上海针织九厂上海市政工程设计院染色废水生物接触氧化法鼓风活性污泥法3.343.282常州东方红染厂同上表曝活性污泥法1.883北京毛巾厂北京织带厂北京工业大学同上生物接触氧化法一氧池 3.28二氧池 2.544上海第七印染厂同上生物接触氧化法3.05日本资料同上生物接触氧化法2.04.06北京市环保所城市污水生物接触氧化法一氧池 9.4二氧池 9.9
9、67太原市北厂同上传统活性污泥法0.4118太原市殷家堡污水厂同上生物接触氧化法6.429东方绝缘材料厂含酚废水生物接触氧化法12当然，在水质相近的条件下，K值相对地反映了生物反应的速度，它是一个与微生物活性、传质效率以及细胞的密度和细胞的比表面积有关的综合系数，在生物膜法中，还应与填料的比表面积有关。1987年胡纪萃29运用微生物过程反应动力学和化学反应器理论对接触氧化法处理废水的过程进行了研究，建立了Monod关系式相似的接触氧化法处理废水的动力学模型UUmaxS/(KsS)。1995年，Merchuk等人，认为当底物降解过程完全由底物传递率所控制的情况下，可把化学工程中传质阻力理论引入到
10、微生物增长动力学中，将作为描述微生物增长的基本方程之一，对Monod方程进行了理论推导，并定义了其中的饱和常数Ks，这使得Monod方程从二参数体系简化为单一参数体系。 KS的值可以计算求得，其计算式见式（13- 2)30。KS = 式 ( 2)11mmax6YxsdcrchxsmmaxYxs式中 -最大比底物去除率qmax，T-1，表明KS与微生物的活性相关； mmax -细胞代谢的最大比增长率，T-1； Yxs -微生物理论产率系数； hxs -限制性底物的由液相向细胞表面的总传质系数，LT-1； dc -细胞表观直径，L；（细胞被视为球状） rc -细胞密度，即单位细胞体积所拥有的细胞质
11、量，ML-3。将UUmaxS/(KsS)进行整理后得： AUmax S0/S-1 (KS+S) t式(3 )=式中 A -填料的比表面积，L-1； Umax-饱和浓度时填料表面最大底物去除率，MT-1L-2；12 KS -饱和常数，其值为U= Umax 的底物浓度， ML-3； S - 氧化池内或出水的底物浓度， ML-3； S0 - 氧化池进水的底物浓度， ML-3；由式(1)和(3)比较可知， AUmax (KS+S) (4 )=K由于基质利用率在数值上等于基质去除率，且在一级反应中，KS S，可以省略S，用式(2 )代入式(4 )，进行化解，得：K = 式( 5)1mmax6Yxsdcr
12、chxsAmmax1由式 (5)可证明，K与KS有同样的含义，不过在生物膜法中，还与填料的比表面积有着正比关系。也就是说，比表面积愈大，则反应速度常数愈大，不过这应该是在适度的范围内有效，并且要保证足够大的孔隙率，以便脱落的生物膜能及时移出填料，不发生填料的堵塞为前提。生物接触氧化法就是具备了高活性和高传质效率的条件，才使处理时间大大缩短了。那么接触氧化法又是如何具备了这些条件的呢？第一、在氧化池内可维持较高浓度的生物量。由于填料上的大表面积，为生物栖息提供了巨大的空间，使大量微生物得以附着，因而可维持较高浓度的生物量；同时填料的高孔隙率和生物膜的立体结构，使废水较方便地进入填料内部孔隙，进行
13、生物接触氧化反应，同时也使得正常脱落的生物膜较为容易从填料中随水流出，减少了填料堵塞的出现概率。故，接触氧化法的优点是生物膜比较稳定，易于保持和有利于生物量的提高以及生物膜的不断更新。而活性污泥法要靠二沉池的浓缩和回流来提高污泥浓度，浓度过高在二沉池会发生污泥厌氧变质上浮，或发生污泥膨胀、流失，维持过高的生物量对活性污泥法来讲，是有较为困难的。第二、填料提高了氧的利用率。由于填料的设置，对气泡的切割和阻挡，起到了曝气受限器的作用，使气泡的停留时间和气液接触的表面积增加，实测证明提高了氧的吸收能力，可减少接触氧化法的曝气量。由于氧利用率高，接触氧化法一般要求在氧化池的水中溶解氧保持在3mg/L左
14、右，增加了氧向生物膜内的传递深度，减少生物膜内部的厌氧层，怎样，好氧污泥量就相对地增加了。第三、生物膜活性高。由于曝气时间的缩短，曝气池的面积缩小到活性污泥法的1/8,则曝气强度增加了7倍。即使将曝气量减少1/2，曝气强度也将增加3.5倍。曝气强度的增加，空气水流扰动剧烈，对生物膜表面的冲刷加强，使生物膜更新快、年龄短，因而活性高。第四、传质速度快。由于曝气强度大，池内流体的强烈搅动，生物膜表面的代谢物质流动和更新速度快，反应浓度梯度大，因而加快了传质速度。三高一分和接触沉淀，主要是三高和一分在起作用，使得生物接触氧化法有较高的生物反应速度，缩短了处理时间。以上分析，不仅解释了生物接触氧化法高效的原因，也可以
