生物接觸氧化法之特點與高效原因

1、生物接觸氧化法之特點與高效原因一、 特點生物接觸氧化法在國內(nèi)開發(fā)應(yīng)用的30年中，技術(shù)發(fā)展非常迅速，使用范圍日益拓寬，已充分顯示其發(fā)展前景。究其原因，主要是生物接觸氧化法有如下特點：1、處理效率較高。作為生物膜法的生物接觸氧化法不僅兼有活性污泥法的特點；而且其單位體積生物的數(shù)量比活性污泥法多，生物活性高；此外，底物和產(chǎn)物的傳質(zhì)速度快。因而，處理效率較高，縮小了處理池容積和占地，節(jié)省了基建投資。2.、工藝適用范圍廣泛，無論是污染物的濃度高或濃度低，生物接觸氧化法都能適應(yīng)，尤其是微污染的飲用水水源，生物接觸氧化法能有效地去除水中的氨氮和微量有機物，而活性污泥法卻愛莫能助。3、沒有污泥膨脹和污泥回流，

2、管理簡便。由于我國污水處理特別是工業(yè)廢水處理領(lǐng)域中的操作技術(shù)水平、管理水平都有待提高，所以，運轉(zhuǎn)管理條件往往是選擇處理方法的重要因素。而操作比較簡便的生物接觸氧化法正是人們樂意接受的方法之一。4、 耐沖擊，適應(yīng)性較強。這種方法由于在填料上生長著大量生物膜，對負荷的變化適應(yīng)性較強，尤其是采用多級或多段的工藝流程，可保障有穩(wěn)定的出水水質(zhì)。同時，在間隙運行的條件下，仍然有一定的處理效果。因此，這對于排水不均勻或者生產(chǎn)不穩(wěn)定的工業(yè)企業(yè)以及電力供應(yīng)尚不充分的地區(qū)更具有實用意義。5、掛膜簡單，啟動快。一般地，配制好的氧化池混合液只需經(jīng)23天悶曝就可以掛膜，再經(jīng)20天左右馴化和培養(yǎng)便可到達正常運行能力，即使

3、在運行中間斷后，只需很短短幾天就能恢復(fù)到正常處理效果。6、節(jié)能效果明顯。尤其在城市污水處理中，污水處理電耗是常規(guī)活性污泥法的五分之一。7、污泥產(chǎn)量少，如與水解工藝合理組合，或?qū)⑽勰鄦为毸夂蠡亓鞯窖趸刂?，有實現(xiàn)污泥少排放或另排放的可能。為更清楚地說明接觸氧化法的特點，在此僅以兩個同在太原市具有一定規(guī)模的城市污水處理廠的實際運行情況作對比。一個是太原市殷家堡污水處理廠，規(guī)模為10 000m3/d，處理工藝同北京市環(huán)保所的為兩段接觸氧化法，但以爐渣為填料。另一個是太原市的北郊污水處理廠，處理工藝為活性污泥法。兩者運行結(jié)果比較見表13-5。表13-5 爐渣填料生物接觸氧化法與傳統(tǒng)活性污泥法比較項目

4、太原市殷家堡污水處理廠生物接觸氧化法太原市北郊污水處理廠傳統(tǒng)活性污泥法處理水量 /m3/d10 0004 500進水BOD5 /mg/L186.9163.5出水BOD5 /mg/L25.138.1BOD去除率 /86.677曝氣時間 /h0.58曝氣池總面積/m284735鼓風機總功率 /kW3040100電耗 /kWh/m3水0.0720.0960.53對水質(zhì)變化的適應(yīng)性好差污泥回流設(shè)備無有培菌與馴化易難污泥量較少較多占地面積少多維護管理較易較復(fù)雜由表13-5可見，生物接觸氧化法在處理城市污水時，比起傳統(tǒng)活性污泥法，其優(yōu)點顯而易見的27。任何一種事物都存在兩面性，生物接觸氧化法也存在一定的缺

5、點和不足之處：1、填料上生物膜實際數(shù)量隨BOD負荷而變。BOD負荷高，則生物膜數(shù)量多；反之亦然。因此不能像活性污泥法那樣，通過污泥回流量和回流點的變化來靈活地調(diào)節(jié)生物量和裝置的效能；但如果和活性污泥法聯(lián)合，形成復(fù)合反應(yīng)器，有可能彌補此缺陷。2、生物膜量隨負荷增加而增加，負荷過高，則生物膜過厚，在某些填料中易于堵塞。所以，在某些多孔填料的在使用中，必須要有負荷允許的上限和必要的防堵塞沖洗措施。3、由于填料設(shè)置，使氧化池的構(gòu)造較為復(fù)雜，均布曝氣設(shè)備的安裝和維護不如活性污泥法來得方便。4、填料的性能是生物接觸氧化工藝的關(guān)鍵，同時填料的使用壽命，又直接影響到工藝的運行費用。因此，如果填料選用不當，會嚴

6、重影響接觸氧化法工藝的正常使用。二、 高效原因由太原市的兩個生產(chǎn)性實例對比說明，城市污水處理采用接觸氧化只需1小時可達到常規(guī)活性污泥法8小時的效果，工效提高67倍，這要歸功“三高一分”和接觸沉淀池?！叭摺敝福貉趸貎?nèi)的高生物量、高生物活性和高傳質(zhì)速度；一分指：氧化池分成二段，第一段以能耗低、速度快的生物合成為主，減輕了第二段的生物氧化負荷和對供氧的需求；沉淀池增加了接觸層，不僅強化了懸浮物的分離效果，還有接觸層生物膜利用氧化池出水中的較高的剩余溶解氧，對水質(zhì)起到了進一步的生物氧化作用。高的生物量與高的生物處理速度并不完全成正比關(guān)系。生物處理的速度，在一定條件下與參與生物反應(yīng)的生物量濃度有關(guān)，

7、但只有在生物量具有較高的活性、較高的傳質(zhì)速度，才能使生物處理的速度隨生物濃度的增加而增加。目前國內(nèi)外對生物處理動力學的研究已基本證實了這一點。已經(jīng)證明接觸氧化法的流態(tài)是完全混合型，屬于連續(xù)流攪拌池式反應(yīng)器（CSTR），按照ROSS E.McKINNEY28的觀點，其裝置的BOD去除常數(shù)（K）,在一級反應(yīng)的條件下，以及水質(zhì)相近時，可以作為衡量處理裝置的凈化效率的一個相對指標。K值的計算見式（13-1)。K 式(13-1)So/Se1t式中 K-BOD去除常數(shù)，1/h； So-進水BOD5濃度，mg/L； Se-出水殘留BOD5濃度，mg/L； t -停留時間，h。由式13-1可知，K值愈大，則所

8、需的反應(yīng)時間愈短，反應(yīng)器的效率愈高。由幾種常規(guī)生物處理的系數(shù)K值比較得知（見表13-6），染色廢水處理中生物接觸氧化法較活性污泥法要高。盡管城市污水水質(zhì)與染色廢水不同，但還是可看出，生物接觸氧化法具有較高的凈化效率。表13-6 常規(guī)生物處理系數(shù)K值序號試驗單位水質(zhì)生物處理方法K20 /1/h1上海針織九廠上海市政工程設(shè)計院染色廢水生物接觸氧化法鼓風活性污泥法3.343.282常州東方紅染廠同上表曝活性污泥法1.883北京毛巾廠北京織帶廠北京工業(yè)大學同上生物接觸氧化法一氧池 3.28二氧池 2.544上海第七印染廠同上生物接觸氧化法3.05日本資料同上生物接觸氧化法2.04.06北京市環(huán)保所城市

9、污水生物接觸氧化法一氧池 9.4二氧池 9.967太原市北廠同上傳統(tǒng)活性污泥法0.4118太原市殷家堡污水廠同上生物接觸氧化法6.429東方絕緣材料廠含酚廢水生物接觸氧化法12當然，在水質(zhì)相近的條件下，K值相對地反映了生物反應(yīng)的速度，它是一個與微生物活性、傳質(zhì)效率以及細胞的密度和細胞的比表面積有關(guān)的綜合系數(shù)，在生物膜法中，還應(yīng)與填料的比表面積有關(guān)。1987年胡紀萃29運用微生物過程反應(yīng)動力學和化學反應(yīng)器理論對接觸氧化法處理廢水的過程進行了研究，建立了Monod關(guān)系式相似的接觸氧化法處理廢水的動力學模型UUmaxS/(KsS)。1995年，Merchuk等人，認為當?shù)孜锝到膺^程完全由底物傳遞率所

10、控制的情況下，可把化學工程中傳質(zhì)阻力理論引入到微生物增長動力學中，將作為描述微生物增長的基本方程之一，對Monod方程進行了理論推導(dǎo)，并定義了其中的飽和常數(shù)Ks，這使得Monod方程從二參數(shù)體系簡化為單一參數(shù)體系。 KS的值可以計算求得，其計算式見式（13- 2)30。KS = 式 (13- 2)11mmax6YxsdcrchxsmmaxYxs式中 -最大比底物去除率qmax，T-1，表明KS與微生物的活性相關(guān)； mmax -細胞代謝的最大比增長率，T-1； Yxs -微生物理論產(chǎn)率系數(shù)； hxs -限制性底物的由液相向細胞表面的總傳質(zhì)系數(shù)，LT-1； dc -細胞表觀直徑，L；（細胞被視為球

11、狀） rc -細胞密度，即單位細胞體積所擁有的細胞質(zhì)量，ML-3。將UUmaxS/(KsS)進行整理后得： AUmax S0/S-1 (KS+S) t式(13-3 )=式中 A -填料的比表面積，L-1； Umax-飽和濃度時填料表面最大底物去除率，MT-1L-2；12 KS -飽和常數(shù)，其值為U= ×Umax 的底物濃度， ML-3； S - 氧化池內(nèi)或出水的底物濃度， ML-3； S0 - 氧化池進水的底物濃度， ML-3；由式(13-1)和(13-3)比較可知， AUmax (KS+S) (13-4 )=K由于基質(zhì)利用率在數(shù)值上等于基質(zhì)去除率，且在一級反應(yīng)中，KS S，可以省略

12、S，用式(13-2 )代入式(13-4 )，進行化解，得：K = 式(13- 5)1mmax6YxsdcrchxsAmmax1由式 (13- 5)可證明，K與KS有同樣的含義，不過在生物膜法中，還與填料的比表面積有著正比關(guān)系。也就是說，比表面積愈大，則反應(yīng)速度常數(shù)愈大，不過這應(yīng)該是在適度的范圍內(nèi)有效，并且要保證足夠大的孔隙率，以便脫落的生物膜能及時移出填料，不發(fā)生填料的堵塞為前提。生物接觸氧化法就是具備了高活性和高傳質(zhì)效率的條件，才使處理時間大大縮短了。那么接觸氧化法又是如何具備了這些條件的呢？第一、在氧化池內(nèi)可維持較高濃度的生物量。由于填料上的大表面積，為生物棲息提供了巨大的空間，使大量微生

13、物得以附著，因而可維持較高濃度的生物量；同時填料的高孔隙率和生物膜的立體結(jié)構(gòu)，使廢水較方便地進入填料內(nèi)部孔隙，進行生物接觸氧化反應(yīng)，同時也使得正常脫落的生物膜較為容易從填料中隨水流出，減少了填料堵塞的出現(xiàn)概率。故，接觸氧化法的優(yōu)點是生物膜比較穩(wěn)定，易于保持和有利于生物量的提高以及生物膜的不斷更新。而活性污泥法要靠二沉池的濃縮和回流來提高污泥濃度，濃度過高在二沉池會發(fā)生污泥厭氧變質(zhì)上浮，或發(fā)生污泥膨脹、流失，維持過高的生物量對活性污泥法來講，是有較為困難的。第二、填料提高了氧的利用率。由于填料的設(shè)置，對氣泡的切割和阻擋，起到了曝氣受限器的作用，使氣泡的停留時間和氣液接觸的表面積增加，實測證明提高

14、了氧的吸收能力，可減少接觸氧化法的曝氣量。由于氧利用率高，接觸氧化法一般要求在氧化池的水中溶解氧保持在3mg/L左右，增加了氧向生物膜內(nèi)的傳遞深度，減少生物膜內(nèi)部的厭氧層，怎樣，好氧污泥量就相對地增加了。第三、生物膜活性高。由于曝氣時間的縮短，曝氣池的面積縮小到活性污泥法的1/8,則曝氣強度增加了7倍。即使將曝氣量減少1/2，曝氣強度也將增加3.5倍。曝氣強度的增加，空氣水流擾動劇烈，對生物膜表面的沖刷加強，使生物膜更新快、年齡短，因而活性高。第四、傳質(zhì)速度快。由于曝氣強度大，池內(nèi)流體的強烈攪動，生物膜表面的代謝物質(zhì)流動和更新速度快，反應(yīng)濃度梯度大，因而加快了傳質(zhì)速度。三高一分和接觸沉淀，主要是三高和一分在起作用，使得生物接觸氧化法有較高的生物反應(yīng)速度，縮短了處理時間。以上分析，不僅解釋了生物接觸氧化法高效的原因，也可以看出，生物處理實現(xiàn)高效的一些基本途徑，可供今后研究參考。再從生物處理的本質(zhì)上講，或從微生物的生態(tài)系統(tǒng)的特點來講，就生物膜法與活性污泥法相比，形成了一個更為復(fù)雜的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。縱向，微生物構(gòu)成了一個由細菌、真菌、藻類、原生動物和后生動物等多個營養(yǎng)級組成的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)；在橫向，沿著液體到填