好氧流化床廢水處理技術(shù)若干問題探討

1、好氧流化床廢水處理技術(shù)若干問題探討1 引言在廢水生物處理工藝中，生物流化床技術(shù)是一種新型的生物膜法工藝，是繼流化床技術(shù)在化工領(lǐng)域廣泛應(yīng)用后于 20 世紀(jì) 70 年代初發(fā)展起來的。 其載體在流化床內(nèi)呈流化狀態(tài)， 使固（生物膜） 、液（廢水） 、氣（空氣） 3 相之間得到充分接觸，顆粒之間劇烈碰撞，生物膜表面不斷更新，微生物始終處于生長旺盛階段。該技術(shù)能使床內(nèi)保持高濃度的生物量，傳質(zhì)效率極高，從而使廢水的基質(zhì)降解速度快，水力停留時間短，運轉(zhuǎn)負荷比一般活性污泥法高10 20 倍1 ，耐沖擊負荷能力強。另外，流化床高徑比較大，反應(yīng)器占地面積小等優(yōu)點，使它越來越受到水處理界的重視，許多國家都開展了這方面

2、的研究工作。進入 20 世紀(jì)80 90 年代以后，該研究領(lǐng)域十分活躍，本文僅對其技術(shù)問題作若干探討。2 反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)與工藝好氧流化床的基本結(jié)構(gòu)形式主要有：圓筒式、錐筒式、導(dǎo)流筒式、逆導(dǎo)流筒式、側(cè)循環(huán)式、外循環(huán)式等。導(dǎo)流筒式流化床（或稱內(nèi)循環(huán)流化床）是一種很有前途的流化床技術(shù)，它在傳統(tǒng) 3 相流化床內(nèi)設(shè)置了導(dǎo)流筒，提高了反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)介質(zhì)的混合程度，近年來，有關(guān)這種流化床的研究較多。改造流化床結(jié)構(gòu)有提高反應(yīng)器操作能力的潛力。周平等2 對內(nèi)循環(huán)3 相生物流化床處理丙烯酸廢水進行了研究，氧利用率可高達 17%。鄭禮勝等 3 人在利用好氧生物流化床處理生活污水的中試中，平均去除 COD容積負荷達10.4

3、kg/（m3.d ）。筆者對內(nèi)循環(huán)流化床結(jié)構(gòu)進行了改進（稱為雙循環(huán)2 點布氣內(nèi)循環(huán)流化床反應(yīng)器），將其用于實際生活廢水的處理（已另文發(fā)表），取得了較好的效果。能在較低的氣水比情況下（4.8 6 ： 1），使COD平均去除容積負荷達14.76 15.09kg/ （m3.d ）。值得注意的是， 好氧流化床的出水水質(zhì)不如其它生物法。筆者認(rèn)為， 在進一步挖掘該類反應(yīng)器能力的同時，應(yīng)當(dāng)結(jié)合其它工藝，開發(fā)一些組合工藝或復(fù)合結(jié)構(gòu)以提高出水水質(zhì)。欒金義等4開發(fā)了一種具有全混合型和置換型疊加的復(fù)合生物流化床，兼有流化床處理負荷高與接觸氧化法出水水質(zhì)好的特點。華北工學(xué)院在復(fù)合生物流化床基礎(chǔ)上，研制了一種新型自充氧

4、內(nèi)循環(huán)3 相復(fù)合生物流化床反應(yīng)器5 ，除了具有優(yōu)良的自充氧特性外，兼有流化床處理效率高和接觸氧化濾床出水好、氣水比低、能耗小和適應(yīng)性好等優(yōu)點。根據(jù)供氧、脫膜、床型構(gòu)造等方面的不同，生物好氧流化床可分為2 相和 3 相。其不同之處在于，前者在廢水進入流化床之前先充氧（或空氣）進行預(yù)曝氣，使廢水中含有足夠的氧氣，然后再進入流化床，液固 2 相在床中充分混合接觸，進行生化反應(yīng)。其優(yōu)點是能提高溶解氧濃度，提高反應(yīng)速度，但脫膜困難，需要脫膜裝置和充氧池，使投資成本增加。而3 相流化床則直接將空氣（或氧氣）、廢水同時泵入流化床，造成氣 - 液- 固 3 相在床中混合流動并進行生物轉(zhuǎn)化反應(yīng)。由于有氣體的直接

5、攪動，脫膜容易、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便， 缺點是溶解氧的提高受生物膜承受水力剪切力的限制，過大的氣量會使載體的膜厚度大大減低，脫落的懸浮生物易隨出水流失，載體也有可能沖出反應(yīng)器。在選用反應(yīng)器時應(yīng)當(dāng)結(jié)合實際工況綜合考慮。3 載體的選擇在流化床中， 載體的合理選擇及其結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化， 是關(guān)系到反應(yīng)器快速啟動和處理效果的關(guān)鍵因素之一。目前，在生物流化床中所采用的載體主要有：細砂、活性炭、焦炭、爐渣、玻璃珠、陶粒、多孔高分子顆粒等，而關(guān)于生物流化床處理技術(shù)中載體選用方面的研究目前尚欠深入。筆者認(rèn)為對載體的選用通常應(yīng)作如下幾方面的考慮：粒徑、密度、多孔特性、表面形狀、機械強度、親生物性、經(jīng)濟性。載體粒徑與比

6、表面積的大小有關(guān)， 粒徑愈小， 比表面積愈大。 多孔載體的比表面積比相同粒徑的實心載體大，比表面積大有利于介質(zhì)充分接觸。載體的流化動力與載體密度有關(guān)，密度過大，所需動力大，導(dǎo)致運行費用高；密度小、粒徑小、球形度好的載體，不但可以降低動力，而且可以降低水力剪切力，有利于載體的掛膜， 但密度過小， 載體掛膜后易隨出水流失。 因此，載體的密度要適宜 （至少大于水的密度） 。內(nèi)部多孔、表面粗糙的載體除可增加比表面積外，還可固定更多的微生物，縮短啟動時間，承受較大水力負荷的沖擊。另外，載體在流化床中處于劇烈運動狀態(tài)，為了防止載體破碎，要求載體有一定的機械強度。此外，載體的成本也應(yīng)考慮。在選用載體時應(yīng)結(jié)合

7、操作運行，綜合考慮以上因素。聚丙烯酸酯多孔聚合物載體，具有多孔、低密度、表面粗糙度大、比表面積大、機械強度高、吸水好及親生物性好等特點6 。潘永亮等7 人將該載體用于好氧3 相生物流化床處理有機廢水的研究，結(jié)果表明3上。這種有機載體的推廣使用具有很好的發(fā)展前途。4 反應(yīng)器的啟動反應(yīng)器的啟動是穩(wěn)定操作的前提。 能否快速啟動， 與載體上微生物固定的好壞有關(guān)。除了載體因素外，還與工藝操作條件有關(guān)。周平等 8 對好氧生物流化床載體掛膜特性進行了研究，認(rèn)為較短的水力停留時間和較少的接種污泥量有利于流化床的快速啟動掛膜。反應(yīng)器的啟動就是讓微生物固定在載體上。而這種微生物與懸浮微生物相比，后者在生長過程中更

8、有利，因為前者受生物膜內(nèi)傳質(zhì)阻力和底物擴散限制的影響。較長的水力停留時間不利于懸浮微生物的帶出，導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)這種微生物生長旺盛；相反，水力停留時間短則有利于懸浮微生物沖出反應(yīng)器。另外，接種污泥量少，可以限制懸浮微生物的量，而有利于固定微生物的生長。鄭禮勝等 3 人在利用好氧生物流化床處理生活污水的中試中，沒有投加接種污泥，經(jīng)過2周的連續(xù)運行，成功地培養(yǎng)出生物膜。另外，空氣流量的大小對反應(yīng)器的啟動也有很重要的影響?？諝饬髁窟^大，會產(chǎn)生較大的剪切力，對掛膜不利；空氣流量小，雖然對掛膜有利，但太小則不能保證反應(yīng)器內(nèi)的需氧要求。因此，合適氣量的選擇尤顯重要。污水水質(zhì)情況對反應(yīng)器的啟動也有關(guān)系，好氧微生

9、物生長所需營養(yǎng)物質(zhì)大致為：BOD:N:P=100:5:1 。生活污水基本能滿足微生物所需的各種元素，因而可以在較短時間內(nèi)啟動成功。工業(yè)廢水多缺乏某些元素，且含有毒物質(zhì)，常常需要較長時間的過渡培養(yǎng)馴化，從而影響了反應(yīng)器的啟動，如與生活污水混合處理，其效果會有所改善。pH 和水溫變化也將影響微生物的生長，好氧生物的適宜pH 為 6.5 8.5 ，最佳溫度為20 30。5 操作條件對工藝穩(wěn)定性的影響在污水處理過程中，保持正常操作和維持穩(wěn)定出水水質(zhì)是比較重要的。由于好氧流化床內(nèi)的強烈混合作用以及微生物固定生長的特點，它對沖擊負荷的適應(yīng)能力較強，當(dāng)出現(xiàn)沖擊負荷時，COD去除率開始可能會下降，但很快就恢復(fù)正常，通常情況下不需要設(shè)調(diào)節(jié)池。對于一些水質(zhì)變化特別大的工業(yè)廢水（尤其含有毒物質(zhì)），反應(yīng)器前應(yīng)設(shè)置調(diào)節(jié)池。對于進水COD濃度出現(xiàn)長時間（2d 以上）高水平時，應(yīng)考慮適當(dāng)加大氣量供應(yīng)，以保證反應(yīng)器內(nèi)有足夠的氧。在設(shè)計時，空壓機的排量應(yīng)有適度的余量。當(dāng)反應(yīng)器運行一段時間后， 3 相分離器中會沉積大量脫落的懸浮物，它不僅影響出水水質(zhì)，而且消耗氧，這樣導(dǎo)致生物膜所需溶氧不足。如果通過加大氣量的辦法提高氧濃度，則會導(dǎo)致生物膜厚度減薄，使反應(yīng)器內(nèi)的生物量減少，出水懸浮物濃度加大，甚至載體會沖出反應(yīng)器。因此，在操作中，應(yīng)定期排除懸浮物（污泥）以維持工藝的穩(wěn)定性。6 結(jié)語生物流化床作為一種新型水處理技術(shù)已顯