生物流化床在廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)展

[1][2][1][2]生物流化床廢水處理中的應(yīng)用進(jìn)流化床反應(yīng)器一種實(shí)現(xiàn)固體粒與氣相、液、氣液相之間的混合傳質(zhì)、傳熱設(shè)備。它與傳的固定床反應(yīng)不同，床內(nèi)固體微粒始終懸浮于（氣）體中并烈運(yùn)動(dòng)，具有似液體的自由流動(dòng)性，從而大大化了物質(zhì)的擴(kuò)過程，提高了應(yīng)速度，對(duì)于催化劑壽命較短或繁再生的場(chǎng)合具優(yōu)越性，這流態(tài)化得以在工業(yè)上廣泛應(yīng)用。1生流化床應(yīng)用簡(jiǎn)況早在上個(gè)世紀(jì)30代就有人提出懸浮床、膨脹或流化床中采用將活細(xì)胞固定顆粒載體上的法來處理廢水設(shè)想。但直到60年代后期這一設(shè)想都未在廢水生物處的工業(yè)化過程付諸實(shí)施。1971Robertl等人廢水生物處理水作度凈化時(shí)，發(fā)現(xiàn)被活性炭吸附的機(jī)物大都能被生物所分解，為發(fā)展具有生物膜法和活性污泥兩者優(yōu)點(diǎn)的生流化床技術(shù)提了試驗(yàn)基礎(chǔ)。從那以后，美國(guó)、國(guó)、日本等國(guó)生物流化床技進(jìn)行了大量的研究試驗(yàn)工作。1973年美國(guó)Jeris等人成功開發(fā)了厭生物流化床技術(shù)，用于除BOD5和NH3-N硝化處理，同申請(qǐng)了專利。1975年，美國(guó)Ecolotrol公開發(fā)了HY-FIO生流化床工藝，于廢水的二、三級(jí)理。美國(guó)Dorr-Oliver公司在化床的實(shí)用性方面做了許多研究尤其是充氧器進(jìn)水分布系統(tǒng)取得了很大的進(jìn)展。Dorr-Oliver設(shè)計(jì)Oxitron反應(yīng)，在床底部錐體部[3][4][5][6-7][8][9][10][11][12][13][14][3][4][5][6-7][8][9][10][11][12][13][14]分采用噴嘴造成一強(qiáng)有力的噴射作為流化床的布器。英國(guó)水研究中心和美國(guó)水究中心又分別充氧方式進(jìn)行進(jìn)，并成功地用于厭氧-好兩段流化床對(duì)水進(jìn)行全面的級(jí)處理，包括機(jī)碳的去除和脫氮。本于70年代中期行此方面的研，它著眼于中小型工廠的廢水理，采用空氣氣，裝置的構(gòu)和脫膜方式與歐美不同。例如，菱公司研制的動(dòng)循環(huán)曝氣反器，把曝氣、脫膜、循環(huán)合成一。1993年日本Hokkaido大學(xué)的學(xué)者報(bào)道了種由顆粒流化床分器、好氧生物床和薄膜過濾組成的新型處理系統(tǒng)。在工程實(shí)踐中，以好氧化床降解含22種和氮雜環(huán)、芳香胺的廢水，以純氧為氧源的物流化床降解多氯代酚的地下水，生物流化床處理酵母水，垃圾填場(chǎng)浸出液中難解有機(jī)污染物的處理，在顆?；钚粤骰仓?，46-三氯代酚的厭氧降解，流化床生物膜反器系統(tǒng)處理湖中的藻類等均取得了滿意的效果。近年來，我國(guó)對(duì)生物流化床行了不少的試研究工作，在石化廢水、印染廢水、制藥廢水等的試驗(yàn)中均取得了良的效果。2新生物流床反應(yīng)器隨著廢水處理術(shù)的不斷發(fā)展高效、低耗和理難降解有機(jī)物廢水是生物流化的發(fā)展方向之。下面介紹幾近幾年來出現(xiàn)的新型生物流化床應(yīng)器。332.1環(huán)流生半流化床北京化工研究開發(fā)了一種全型和置換疊加環(huán)流生物半流化床，如圖1所示環(huán)流生物半流床實(shí)現(xiàn)了流化和固定床的串聯(lián)操作，它不但具良好循環(huán)特性而且克服了全型反應(yīng)對(duì)一些較難降解的有機(jī)物除效率低的困。試驗(yàn)用于淀廢水處理，水力停留時(shí)間（HRT）小4h，最大CODcr負(fù)荷為4.2kg/(m·d)，最小氣水比為37:1。2.2自充氧循環(huán)三相復(fù)合生物流化華北工學(xué)院化系在復(fù)合生物化床的基礎(chǔ)上制開發(fā)的一種新型的流化床，如2所示。這種應(yīng)器下部為三流化床，上部帶有活動(dòng)式過濾安網(wǎng)和填料，床部出水通過自氧系統(tǒng)，用流動(dòng)空氣自動(dòng)充氧后進(jìn)入浸沒式接氧化床，經(jīng)進(jìn)步反應(yīng)后排出它具有良好的自充特性、兼有流床處理效率高接觸氧化濾床出水好的優(yōu)點(diǎn)，而能耗小、適應(yīng)好、氣水比低具有良好的應(yīng)用前景。[15]3[15]32.3新型Circox氣提式三相流化反應(yīng)器荷蘭的Frijters人開發(fā)了一種型的Circox氣提流化床反應(yīng)器，如圖3所示。這種化床是在普通提式流化床內(nèi)增添了一個(gè)缺氧區(qū)，以高反應(yīng)器的脫能力。由于反器具有好氧和兼氧兩區(qū)，能取得高的液流速度混合的均勻性Circox氣提式流化床開始是用于豆加工廢水的氧預(yù)處理，有好的CODcr去除率，其容積負(fù)荷CODcr）可達(dá)410kg/(m·d)脫氮率超過90％，床內(nèi)生物量達(dá)30g/L，而余污泥率只有2％10％。2.4BASE三生物流化反應(yīng)器荷蘭的M.C.M.Van等人開發(fā)出一種新型的一化氣[16]，SO-[16]，SO-提式生物流化床反器BASE（BiofilmSuspension-Extension），圖4所示。這反應(yīng)器是在原BAS的礎(chǔ)上增加了一下導(dǎo)管（缺氧區(qū)，以獲得足夠留時(shí)間造成缺條件，能達(dá)到NH

3

-N的有效去除通過調(diào)節(jié)頂部氧區(qū)的氣壓和底部-缺氧區(qū)間小循環(huán)孔來控制液和生物膜在兩間的循環(huán)，因不需要另加泵和循環(huán)管線。2.5流化床米TiO2光反應(yīng)器流化床納米TiO

2

光反應(yīng)器與一般生流化床不同之在于床中的載體上沒有生物，而是負(fù)載了TiO

2

。催化劑。TiO

2

活性高。穩(wěn)定性好、對(duì)人體無(wú)。實(shí)驗(yàn)表明TiO至少可以經(jīng)歷12反復(fù)使用而保持光分解效率本不變，連續(xù)580min照下保持其光活。納米TiO2相光催化利用見光或紫外光，能效地降解多種難降解或其它方法降解的物質(zhì)，氯仿、多氯聯(lián)、有機(jī)磷化合物、多環(huán)芳烴等，有效地將它們化為H

2

O，CO

2

，PO

4

-2-，NO3，鹵素離等無(wú)機(jī)小分子達(dá)到完全無(wú)害的目的。這種污染治理術(shù)具有能耗低操作簡(jiǎn)便、反溫和、可減少二次污染等優(yōu)點(diǎn)。利用太陽(yáng)能，環(huán)保、維持生平衡、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展都有重要意義。目前的廢水轉(zhuǎn)處理方法大都針對(duì)排放量大污染濃度高的污染物，而對(duì)水中度較低、難以化的污染物的化還無(wú)能為力而這種技術(shù)能很好解決這一難題它適用于廢水后期深度處理例如，西班牙對(duì)工排出的廢水先用生物法進(jìn)行理，再用光催化法降解難生物降物質(zhì)，獲得了意的結(jié)果。3結(jié)生物流化床反器具有大的比面積、微生物濃度高、容積負(fù)荷率和污泥負(fù)荷高、傳質(zhì)快、沖擊負(fù)荷能力、凈化能力強(qiáng)的特點(diǎn)。但對(duì)日益峻的水污染問，傳統(tǒng)的生物化床的不足也日益暴露出來，如耗大、流化床部的流態(tài)化特十分復(fù)雜給放大設(shè)計(jì)造成了困難泥水分離靠重作用以致分離率依賴活性污泥沉降性能的問題因此，今后不應(yīng)著重在降低耗、加強(qiáng)反應(yīng)器的放大設(shè)計(jì)等方研究，而且應(yīng)力研究和開發(fā)同結(jié)構(gòu)的流化床反應(yīng)器以適應(yīng)不性質(zhì)廢水的處條件。生物膜法在政水處理中的應(yīng)用生物膜法水處理技在市政水處理的運(yùn)用領(lǐng)域主有：市政給水中的微污染水體處理，其主要的是去除水體的氨氮、亞硝[1][1]酸鹽氮以及COD等指標(biāo)；市政污水處理中采用物膜法去除水中COD、BOD、氨氮等染物，降低出中N、P等導(dǎo)致水富營(yíng)養(yǎng)化元素；以及對(duì)污水廠級(jí)出水的深度理，以達(dá)到回水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，提高水的重復(fù)利用，節(jié)約有限的資源。生物膜法技在市政給水處理中的運(yùn)目前我國(guó)不少城市用水水源為微染水源，原水到生活性有機(jī)污染，水中總氮總磷、氨氮、硝酸鹽氮、生需氧量、高錳酸鉀指數(shù)等均有不程度的超標(biāo)。各常規(guī)給水處工藝流程的常規(guī)項(xiàng)目測(cè)定分析表，濁度的去除要是靠常規(guī)處工藝，而對(duì)氨氮、亞硝酸鹽氮和化需氧量的去必須靠生物作才能獲得滿意效果。為滿足日益高的出水水質(zhì)準(zhǔn)，在常規(guī)處工藝上增加生物預(yù)處理工藝是無(wú)是提高水質(zhì)的佳選擇。八十年代以來，由生物預(yù)處理工因其在處理有污染物、氨氮、色、嗅、味等面的特點(diǎn)及其濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)，來越受到重視并得到較快的發(fā)展這一領(lǐng)域的研和應(yīng)用，總體都處于以去除氨氮、BOD5、CODCr有機(jī)物綜合指標(biāo)為表的污染質(zhì)的段。用于市政給水處理生物預(yù)處理工主要有：生物濾反應(yīng)器、生物濾塔、生物接氧化反應(yīng)器、物轉(zhuǎn)盤反應(yīng)器生物流化床以及土地處理系統(tǒng)等。其中以生物濾反應(yīng)器中的物陶粒濾池與生物接觸氧化反應(yīng)最為常用。前有一定的機(jī)械濾能力適合處[2][3][4][2][3][4]理較低濃度或低溫水，后者則因填料空隙率大不易堵塞，適合處理較高濃度的污染原水。國(guó)內(nèi)采用生物接觸化池對(duì)灤河以黃河水處理后明該法對(duì)多項(xiàng)主要水質(zhì)指標(biāo)均良好去除效果高錳酸鉀指數(shù)除率為10-25％，氨氮去除率40-70％，藻去除率為15－30％。在臭氧—生物活性吸附工藝這一物膜法處理工中，顆?；钚蕴渴俏⑸锷L(zhǎng)載體?；钚蕴棵婕拔⒖仔纬晌⑸锬ねㄟ^生物降解作用，可一步降解在活炭表面及微孔集的有機(jī)物，從而降低了活性炭吸附飽和度，長(zhǎng)了其使用壽。70年代中期德國(guó)對(duì)臭氧—生物性炭吸附工藝研究發(fā)現(xiàn)，與純的活性炭吸附比較，活性炭的生周期延長(zhǎng)46倍。其后，歐的許多現(xiàn)代化水廠逐步推廣使了臭氧－生物性炭吸附對(duì)微染水源的深度凈化工藝。在“八五”、“九”國(guó)家科技攻計(jì)劃中，“飲水微污染凈化技術(shù)”作為專題行研究，并將得的重要成果的生物預(yù)處理技術(shù)成果成功運(yùn)用工程實(shí)踐。其位于深圳水庫(kù)尾，設(shè)計(jì)處理規(guī)模400萬(wàn)m3d的廣東省東深源生物硝化工程國(guó)內(nèi)目前規(guī)模最大的采用生物接氧化法的預(yù)處工程。源水沉砂區(qū)、粗、細(xì)隔柵后，進(jìn)入采YDT彈性立體料的生物處理，水力停留時(shí)間55min.填料觸時(shí)間40min.氣水比1：1。1998年12月運(yùn)行以來，通過工啟動(dòng)過程的自接種，培養(yǎng)馴，使填料掛膜[6][7][8][6][7][8]形成系統(tǒng)的生物硝能力，并使氨去除率和硝酸氮生成率趨于穩(wěn)定。試運(yùn)行得出初步結(jié)論是：物接觸氧化工適合于處理東深微污染源水，對(duì)氮的處理效果著。氨氮去除在75％以上。同時(shí)，增加了深圳庫(kù)水體的溶解，提高了水庫(kù)自凈能力，改善了東深源水供水質(zhì)。

[5]市政污水處中生物膜法技術(shù)運(yùn)用生物膜法水處理技用在市政污水理主要有滴濾（TF）、生物接觸轉(zhuǎn)盤(RBC)、淹式附著生長(zhǎng)生反應(yīng)器(SAGB)主要形式。滴濾池是生物膜法處理技術(shù)在污處理領(lǐng)域最早用的形式。早在1889年就行了砂礫處理水的試驗(yàn)。19紀(jì)90年代到20世紀(jì)初在英國(guó)進(jìn)行研究。并于20世前半葉到20世紀(jì)50代在美國(guó)大規(guī)模應(yīng)用。后人們趨向采經(jīng)濟(jì)型操作性好的活性污泥法。但是隨著新介、工藝構(gòu)造以對(duì)生物膜過程理解增加，導(dǎo)致了滴濾池再次大模應(yīng)用。目前滴濾池常與其的污水處理工藝一起運(yùn)用于城市水處理，如滴池與活性污泥合工藝（TF/AS工藝），滴濾池與性生物濾池組工藝（TF/ABF藝）。瑞典L?CKEBY水務(wù)集為馬爾摩市政水處理廠承建4個(gè)大型滴濾，采用滴濾池作為硝反應(yīng)器和新的氮段，包括Kaldnes定膜技術(shù)。并于1999春季將該處理投入運(yùn)行，至運(yùn)行效果良好[9][10]222[9][10]222生物接觸轉(zhuǎn)盤是生膜法污水生物理技術(shù)的一種是污水灌溉和土地處理的人工化。這種處理使細(xì)菌和菌類微生物、原生動(dòng)物一類的微型動(dòng)在生物轉(zhuǎn)盤境載體上生長(zhǎng)繁，形成膜狀生物性污泥——生物。污水經(jīng)沉淀初級(jí)處理后與物膜接觸，生物膜上的微生物攝污水中的有機(jī)染物作為營(yíng)養(yǎng)使污水得到凈化。當(dāng)前生物接觸盤工藝開發(fā)于20紀(jì)50年代，20世紀(jì)60代第一套生物接觸盤系統(tǒng)在德國(guó)行，目前全世有大約3000套裝置在運(yùn)行。盡管生物接觸轉(zhuǎn)盤藝出水水質(zhì)與性污泥法接近運(yùn)行能耗低，平均有傳統(tǒng)活性泥的一半費(fèi)用低但是由于其工程造價(jià)高而限制了使用。日處理水量為40000方米的淮陰市北京村污水處理廠目前在國(guó)內(nèi)運(yùn)行較大的用該工藝的市污水處理廠。該污水處理廠采用氣動(dòng)生物轉(zhuǎn)盤該工藝中氣動(dòng)生物盤采用直徑3m高轉(zhuǎn)盤32臺(tái)，每臺(tái)盤填料折表面積1500m2。四臺(tái)轉(zhuǎn)盤設(shè)在筋混凝土接觸應(yīng)槽中，槽直徑3.5米，供氣鼓風(fēng)機(jī)房送出鼓風(fēng)機(jī)房裝有臺(tái)LG300×400-1茨鼓風(fēng)機(jī)，每風(fēng)機(jī)配用電機(jī)功率15KW，設(shè)二用一備，實(shí)際只開一風(fēng)機(jī)。全部生盤設(shè)在室內(nèi)，保溫作用。轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)速度每分鐘轉(zhuǎn)，接觸氧化內(nèi)溶解氧濃度于2mg/L，容積面積比8L/m設(shè)計(jì)水力負(fù)荷86L/m，BOD面積負(fù)9g/m.d[14][15][14][15]此外日處理水量為4000立方米南京鎖金村污處理廠也采用物接觸轉(zhuǎn)盤工藝。淹沒式附著生長(zhǎng)生反應(yīng)器是一種一代的生物膜處理技術(shù)，由于該技術(shù)趨向?qū)⑽镙d體淹沒在體中，因而叫淹沒式附著生長(zhǎng)生物反應(yīng)器。該藝主要類型有流式填充生物應(yīng)器（DFPB）上流式填充生物反器（UFPB）、化床生物反應(yīng)（FBBR）、懸浮與附著生長(zhǎng)組合統(tǒng)（CSAG）。中好氧類型的流式填充生物反應(yīng)器（DFPB）和流式填充生物應(yīng)器（UFPB）起來又叫曝氣生物濾池（biologicalaeratedfilter）簡(jiǎn)稱BAF，是年來國(guó)際上興起的污水處新技術(shù)，發(fā)展為迅速

[11][12]

。廣泛應(yīng)用于城市污水、小區(qū)生活水、生活雜排和食品加工廢、釀造等有機(jī)廢水處理，具有去SS、CODcr、BOD5、化與反硝化、氮除磷、除去AOX(有害質(zhì))的作用，其大特點(diǎn)是集生氧化和截留懸固體于一體，并節(jié)了后續(xù)二次沉池。該工藝采了高比表面積的生物填料，有機(jī)容積負(fù)荷、水負(fù)荷大、水力留時(shí)間短、出水水質(zhì)高，因而所占地面積小、建投資少、能及運(yùn)行成本低[13]

。由于這些優(yōu)點(diǎn)該處理工藝倍受注。采用不同的工藝組以及控制不同工藝參數(shù)，曝生物濾池可以用來進(jìn)行好氧的氧化、碳氧化硝化組合、分硝化、反硝化和厭氧處理。甚至可以在同曝氣生物濾池實(shí)現(xiàn)以上各功能。[13][13]目前在歐美和日本國(guó)家已有上千大小各異的污處理廠應(yīng)用了這種工藝，在美城市污水處理已經(jīng)成功運(yùn)用沒式填充床生物反應(yīng)器進(jìn)行三級(jí)氮處理。對(duì)于城市二級(jí)污水理廠，國(guó)內(nèi)目采用的曝氣生濾池多采用二段法處理，第級(jí)曝氣生物濾主要設(shè)計(jì)為除濾池，目的是去除污水中的有機(jī)染物。第二級(jí)氣生物濾池主合計(jì)去除污染物為氨氮，目的是水中氨氮氧化硝酸鹽和亞硝鹽，以確保達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。如有氮要求，往往第一級(jí)曝氣生濾池下部設(shè)計(jì)成厭氧區(qū)，確?；叵趸涸诖嗣?。需除磷時(shí)，在濾池前采用化學(xué)輔助除磷，以達(dá)到嚴(yán)格的水要求。上向流曝氣生物濾工藝在我國(guó)第處應(yīng)用為大連欄河污水處理廠，采用德國(guó)菲普?穆勒公司的Biofor藝，與東北市設(shè)計(jì)院聯(lián)合設(shè)計(jì)，一期12噸/天，建成后，水達(dá)到生活雜水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，3萬(wàn)噸/回用于綠化、區(qū)中水，其余深海放，現(xiàn)噸水運(yùn)營(yíng)成本為0.50左右。大連馬欄污水處理廠一工程占地4公頃,總投資1.6。進(jìn)水BOD5200mg/L左右,出水達(dá)到5mg/L以下,進(jìn)水氨氮30mg/L左右出水達(dá)到5mg/L以下。沈陽(yáng)仙女河設(shè)計(jì)規(guī)24萬(wàn)噸,采用級(jí)生物濾池，在已經(jīng)投產(chǎn)，目前為國(guó)內(nèi)采用曝生物濾池技術(shù)模最大的工程生物膜法技在處理市政二級(jí)排水中運(yùn)用33隨著水資源的日益乏和短缺，大的市政污水處廠的排水被視為新的水源越來