脈沖—循環(huán)流化床污水處理技術(shù)
劉德沛，邵云海
（廣州中環(huán)萬(wàn)代環(huán)境工程有限公司）
摘 要：本文介紹了脈沖—循環(huán)流化床工藝的原理和應(yīng)用，說(shuō)明了這種新型水處理工藝的優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：流化床；脈沖—循環(huán)
1 前言
流化床是利用流態(tài)化的概念進(jìn)行傳質(zhì)或傳熱操作的一類反應(yīng)器。它與傳統(tǒng)的固定床反應(yīng)器不同，床體固體微粒始終懸浮于液（氣）體中并劇烈運(yùn)動(dòng)，從而大大強(qiáng)化了物質(zhì)的擴(kuò)散過(guò)程，提高了反應(yīng)速度，可使單位體積可處理的液體反應(yīng)物量提高2～10倍，這使得流態(tài)化得以在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。
生物流化床污水處理技術(shù)應(yīng)用于污水處理的研究始于20世紀(jì)70年代的美國(guó)。國(guó)內(nèi)對(duì)流化床的研究和應(yīng)用始于70年代末期。初期的研究側(cè)重于探索操作方式、載體特性、充氧方式、生物膜控制和更新等，以求了解其凈化規(guī)律和解決實(shí)際問(wèn)題，并在此基礎(chǔ)上推薦了設(shè)計(jì)參數(shù)。進(jìn)入80、90年代，國(guó)內(nèi)外已建成不少各種類型的中小型流化床裝置，并在部分工業(yè)廢水和生活污水中投入使用。通過(guò)國(guó)內(nèi)外各種報(bào)道，因在布水、生物載體等方面的限制，現(xiàn)有的生物流化床裝置處理規(guī)模大都在幾百噸/天以下，基本上還處于研究階段，一直沒(méi)能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化大面積推廣、真正地發(fā)揮生物流化床在污水凈化領(lǐng)域的巨大優(yōu)勢(shì)。 近年化工材料行業(yè)取得了飛速發(fā)展。聚氨脂材料具有比重輕、孔隙率高、有良好彈性、耐腐蝕等諸多生物載體需具備的特殊性能。而且產(chǎn)量越來(lái)越大，價(jià)格也越來(lái)越低，這也為流化床技術(shù)填料的發(fā)展提供了有力支持。
脈沖—循環(huán)流化床工藝系中環(huán)萬(wàn)代工程技術(shù)人員運(yùn)用數(shù)十年的工作經(jīng)驗(yàn)及多年的研究開(kāi)發(fā)而完成的一項(xiàng)專利技術(shù)。雙流化床系統(tǒng)濃縮匯聚了生物活性污泥法和生物膜法的雙重優(yōu)點(diǎn)，做到了系統(tǒng)運(yùn)行高度穩(wěn)定可靠，污染物去除率比一般工藝提高數(shù)倍。完成了生物污水處理的一次重大革命。
2 原理
脈沖流化床單元實(shí)際是應(yīng)用厭氧反應(yīng)的水解酸化反應(yīng)原理，在脈沖流化床反應(yīng)單元內(nèi)投加一定數(shù)量的高效生物親和性填料，利用脈沖布水器的脈沖布水作用，填料在反應(yīng)器內(nèi)達(dá)到“上浮—沉降”的流化狀態(tài)。
脈沖流化床（水解酸化）段既有生物降解作用，又具有水解酸化作用。理想的生物降解效果主要取決于其生物污泥濃度和布水效果，必須保證水解酸化池內(nèi)具有一定的填料量和生物污泥量，同時(shí)要使得池內(nèi)的泥水充分混合并使高效生物親和性填料處于流化狀態(tài)，使得水中的污染物被污泥吸附、分解。若填料和污泥達(dá)不到一定的濃度，泥水混合效果不佳，厭氧部分的處理效果將會(huì)很差。因此布水是否均勻和厭氧污泥濃度的高低將決定水解酸化功效的好壞。 自動(dòng)高效脈沖布水器是根據(jù)脈沖流化床對(duì)水流狀態(tài)的要求及目前各種布水器的特點(diǎn)而研究開(kāi)發(fā)出來(lái)的，是一種更為理想的高效節(jié)能、操作可靠的布水系統(tǒng)。本布水器具有以下優(yōu)點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需復(fù)雜設(shè)備，整個(gè)吸氣布水過(guò)程靠水力自動(dòng)完成，維護(hù)管理方便；②能耗低，效率高，除提升來(lái)水外無(wú)需其他的動(dòng)力；③配水均勻，水力攪拌效果好；④使用壽命長(zhǎng)等。
脈沖布水方式，保證了污泥濃度以及填料和水混合效果，控制了易燃、惡臭氣體產(chǎn)生，同時(shí)因污水與生物菌群流化態(tài)的形成，大幅度提高了處理效率，降低了投資成本。
“循環(huán)流化床”單元實(shí)際是應(yīng)用好氧微生物氧化反應(yīng)原理，將高效生物親和性填料投加到循環(huán)流化床內(nèi)，通過(guò)微孔曝氣技術(shù)，在氣流、水力的沖擊與攪拌下，達(dá)到良好的流態(tài)化。循環(huán)流化床出水端通過(guò)水下推動(dòng)器將填料回流至循環(huán)流化床進(jìn)水端，完成整個(gè)循環(huán)流化過(guò)程。
循環(huán)流化床使用了可變微孔上浮式曝氣裝置，曝氣采用高效的管式可變微孔曝氣管，提高了氧氣利用率。檢修時(shí)，只需將曝氣支管和支撐管提起，把需檢修的曝氣器組從水中提上來(lái)即可進(jìn)行檢修、更換，無(wú)需排掉池中的污水，實(shí)現(xiàn)不停產(chǎn)檢修。
脈沖-循環(huán)流化床是以多孔狀填料作為生物載體，通過(guò)充氧曝氣的攪動(dòng)作用使載體處于流動(dòng)狀態(tài)，通過(guò)載體表面和內(nèi)部不斷生長(zhǎng)的生物膜，吸附、氧化并分解廢水中的有機(jī)物。該種高效生物親和性填料是近期研制出的新型生物填料，是脈沖—循環(huán)流化床工藝的關(guān)鍵之一。它是由聚氨脂和一定比例的多種金屬氧化物配比加工而成。填料的孔隙率為90%～95%，密度略大于水。填料具有良好的彈性，在水力、氣流的攪拌、沖擊下，填料自身形狀會(huì)發(fā)生微小變化，此形狀變化保證了填料內(nèi)部、外部之間形成良好物質(zhì)交換條件，這個(gè)過(guò)程又稱之為高效生物親和性填料的“自呼吸”作用。填料中含有的多種金屬氧化物促進(jìn)了微生物的生化反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)性中試和工程實(shí)際應(yīng)用中，在反應(yīng)器內(nèi)投加高效生物親和性填料的外形尺寸、數(shù)量都有明確的規(guī)定。
高效生物親和性填料在微生物附著生長(zhǎng)的情況下，會(huì)自發(fā)形成一個(gè)“上浮—沉降”的循環(huán)過(guò)程。填料投加到生化反應(yīng)池初期，填料上附著生長(zhǎng)著少量的微生物，填料在反應(yīng)池內(nèi)呈懸浮生長(zhǎng)狀態(tài)。隨著填料上微生物的逐漸增加，填料整體的比重增加，此時(shí)填料沉淀于反應(yīng)池的底層。沉淀于底層的填料上微生物由于物質(zhì)傳遞減弱和產(chǎn)生厭氧反應(yīng)，產(chǎn)生小量氣體，逐漸又恢復(fù)到懸浮狀態(tài)，重復(fù)著“上浮—沉降”循環(huán)過(guò)程。脈沖—循環(huán)流化床工藝的優(yōu)點(diǎn)主要有：
(1) 由于使用了脈沖布水技術(shù)和構(gòu)造獨(dú)特的有機(jī)高分子厭氧填料，能保持和顯著提高厭氧系統(tǒng)的污泥量和污泥活性，保證該系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
(2) 實(shí)現(xiàn)了新鮮污水與生物載體快速均勻的混合，大大提高了反應(yīng)速度。在脈沖流化床中，CODCr去除率可達(dá)到2 kg/ m3•d～5 kg/m3•d。
(3) 由高效可變微孔曝氣系統(tǒng)和構(gòu)造獨(dú)特的高分子有機(jī)好氧填料組成的循環(huán)流化床系統(tǒng)，CODCr去除率可達(dá)3 kg/ m3•d～8 kg/ m3•d，是一般生物反應(yīng)器所不能比擬的。
(4) 高分子有機(jī)填料添加了生物親和劑和增強(qiáng)劑，具有比表面積大，可達(dá)到2000 m2/m3～3500 m2/m3，在反應(yīng)體系中成為生物良好的寄居載體，并且具有水力學(xué)性能好和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
(5) 高效生物載體填料在流化過(guò)程中具有自呼吸功能、功能自定位趨向和對(duì)氣體的吸收功能，并且對(duì)氣體產(chǎn)生阻尼性能。該系統(tǒng)使曝氣氣體在水體中的停留時(shí)間大大延長(zhǎng)，使溶氧率比一般好氧生化系統(tǒng)提高30%～60%，大大降低了生化系統(tǒng)的耗能。
(6) 水、泥、填料三相分離系統(tǒng)構(gòu)思新穎、形狀獨(dú)特、效率高、操作簡(jiǎn)便，是雙流化床的重要裝備。
(7) 由于雙流化床的獨(dú)特的生化系統(tǒng)，使該系統(tǒng)有效的去除污水中的氮含量，去除率高達(dá)70%～80%。
(8) 雙流化床的自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了進(jìn)水量和系統(tǒng)的溶氧量及出水的質(zhì)量自動(dòng)控制，使該系統(tǒng)成為高效、高自動(dòng)化的智能系統(tǒng)
(9) 流化床內(nèi)投加高效生物親和性填料，增加了生化系統(tǒng)內(nèi)的生物量，形成了填料內(nèi)寄居微生物和活性污泥內(nèi)微生物兩大生物相，兩大生物相功能互補(bǔ)，提高了生化處理系統(tǒng)的去除率、增加了系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。
(10) 脈沖—循環(huán)流化床內(nèi)的高效生物親和性填料，使得系統(tǒng)具有很強(qiáng)的抵抗沖擊負(fù)荷的能力，不存在活性污泥膨脹現(xiàn)象。
(11) 該工藝中高效生物親和性填料的使用無(wú)需支撐，填料的投加、補(bǔ)充、更新操作簡(jiǎn)單。
(12) 高效生物親和性填料比傳統(tǒng)的組合式或其它形式填料成本低，使用方便，且容積負(fù)荷高，節(jié)約用地，特別對(duì)老工程的改造有著明顯的優(yōu)勢(shì)。
3 應(yīng) 用
脈沖—循環(huán)流化床工藝在工程實(shí)踐中得到應(yīng)用。佛山市某紡織印染有限公司15000m3/d印染污水處理工程成功地應(yīng)用了該技術(shù)。該工程于2005年2月全面調(diào)試合格，出水CODCr為50 mg/L～60mg/L，優(yōu)于國(guó)家和地方污水排放標(biāo)準(zhǔn)，工程造價(jià)比常規(guī)工藝相對(duì)較低，運(yùn)行費(fèi)用也很低，僅為0.4元/ m3～0.5元/ m3。
脈沖—循環(huán)流化床成功解決了生物載體及布水等方面難題，為生物流化床技術(shù)在環(huán)境生物凈化污水領(lǐng)域中開(kāi)拓了一條大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用的道路。脈沖—循環(huán)流化床是環(huán)境生物技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的產(chǎn)物，它符合環(huán)境生物技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，即盡可能提高單位反應(yīng)器體積內(nèi)的微生物濃度，最大限度的增加反應(yīng)體系中生物類群與污染物的接觸，最高水平的發(fā)揮微生物的活性，有效地降低投資及運(yùn)行費(fèi)用。 脈沖—循環(huán)流化床在傳統(tǒng)活性污泥工藝和接觸氧化工藝之間找到了很好的契合點(diǎn)，兼有兩種工藝之長(zhǎng)，同時(shí)又具有系統(tǒng)穩(wěn)定、處理效果優(yōu)異、處理成本低，易于運(yùn)行管理的優(yōu)點(diǎn)，是污水處理技術(shù)史上一次革命性的進(jìn)步。
脈沖—循環(huán)流化床污水處理技術(shù)特別適用于印染污水、造紙污水及各種高濃度的有機(jī)污水。利用脈沖—循環(huán)流化床技術(shù)改造原有的好氧活性污泥工藝、接觸氧化工藝、氧化溝工藝、SBR工藝，不僅能夠使原有工程達(dá)標(biāo)排放，而且還可以增加處理能力。利用雙流化床技術(shù)改造原有的好氧活性污泥工藝、接觸氧化工藝、氧化溝工藝、SBR工藝，處理能力大大增強(qiáng)，確保廢水達(dá)標(biāo)排放。
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