重点行业COD减排实用技术研讨会
脉冲—循环流化床污水处理技术 刘德沛，邵云海（广州中环万代环境工程有限公司） 摘 要：本文介绍了脉冲—循环流化床工艺的原理和应用，说明了这种新型水处理工艺的优点。 关键词：流化床；脉冲—循环 1 前言 流化床是利用流态化的概念进行传质或传热操作的一类反应器。它与传统的固定床反应器不同，床体固体微粒始终悬浮于液（气）体中并剧烈运动，从而大大强化了物质的扩散过程，提高了反应速度，可使单位体积可处理的液体反应物量提高2～10倍，这使得流态化得以在工业上广泛应用。 生物流化床污水处理技术应用于污水处理的研究始于20世纪70年代的美国。国内对流化床的研究和应用始于70年代末期。初期的研究侧重于探索操作方式、载体特性、充氧方式、生物膜控制和更新等，以求了解其净化规律和解决实际问题，并在此基础上推荐了设计参数。进入80、90年代，国内外已建成不少各种类型的中小型流化床装置，并在部分工业废水和生活污水中投入使用。通过国内外各种报道，因在布水、生物载体等方面的限制，现有的生物流化床装置处理规模大都在几百吨/天以下，基本上还处于研究阶段，一直没能实现工业化大面积推广、真正地发挥生物流化床在污水净化领域的巨大优势。 近年化工材料行业取得了飞速发展。聚氨脂材料具有比重轻、孔隙率高、有良好弹性、耐腐蚀等诸多生物载体需具备的特殊性能。而且产量越来越大，价格也越来越低，这也为流化床技术填料的发展提供了有力支持。 脉冲—循环流化床工艺系中环万代工程技术人员运用数十年的工作经验及多年的研究开发而完成的一项专利技术。双流化床系统浓缩汇聚了生物活性污泥法和生物膜法的双重优点，做到了系统运行高度稳定可靠，污染物去除率比一般工艺提高数倍。完成了生物污水处理的一次重大革命。 2 原理 脉冲流化床单元实际是应用厌氧反应的水解酸化反应原理，在脉冲流化床反应单元内投加一定数量的高效生物亲和性填料，利用脉冲布水器的脉冲布水作用，填料在反应器内达到“上浮—沉降”的流化状态。 脉冲流化床（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决于其生物污泥浓度和布水效果，必须保证水解酸化池内具有一定的填料量和生物污泥量，同时要使得池内的泥水充分混合并使高效生物亲和性填料处于流化状态，使得水中的污染物被污泥吸附、分解。若填料和污泥达不到一定的浓度，泥水混合效果不佳，厌氧部分的处理效果将会很差。因此布水是否均匀和厌氧污泥浓度的高低将决定水解酸化功效的好坏。 自动高效脉冲布水器是根据脉冲流化床对水流状态的要求及目前各种布水器的特点而研究开发出来的，是一种更为理想的高效节能、操作可靠的布水系统。本布水器具有以下优点：①结构简单，不需复杂设备，整个吸气布水过程靠水力自动完成，维护管理方便；②能耗低，效率高，除提升来水外无需其他的动力；③配水均匀，水力搅拌效果好；④使用寿命长等。 脉冲布水方式，保证了污泥浓度以及填料和水混合效果，控制了易燃、恶臭气体产生，同时因污水与生物菌群流化态的形成，大幅度提高了处理效率，降低了投资成本。 “循环流化床”单元实际是应用好氧微生物氧化反应原理，将高效生物亲和性填料投加到循环流化床内，通过微孔曝气技术，在气流、水力的冲击与搅拌下，达到良好的流态化。循环流化床出水端通过水下推动器将填料回流至循环流化床进水端，完成整个循环流化过程。 循环流化床使用了可变微孔上浮式曝气装置，曝气采用高效的管式可变微孔曝气管，提高了氧气利用率。检修时，只需将曝气支管和支撑管提起，把需检修的曝气器组从水中提上来即可进行检修、更换，无需排掉池中的污水，实现不停产检修。 脉冲-循环流化床是以多孔状填料作为生物载体，通过充氧曝气的搅动作用使载体处于流动状态，通过载体表面和内部不断生长的生物膜，吸附、氧化并分解废水中的有机物。该种高效生物亲和性填料是近期研制出的新型生物填料，是脉冲—循环流化床工艺的关键之一。它是由聚氨脂和一定比例的多种金属氧化物配比加工而成。填料的孔隙率为90%～95%，密度略大于水。填料具有良好的弹性，在水力、气流的搅拌、冲击下，填料自身形状会发生微小变化，此形状变化保证了填料内部、外部之间形成良好物质交换条件，这个过程又称之为高效生物亲和性填料的“自呼吸”作用。填料中含有的多种金属氧化物促进了微生物的生化反应。实验性中试和工程实际应用中，在反应器内投加高效生物亲和性填料的外形尺寸、数量都有明确的规定。 高效生物亲和性填料在微生物附着生长的情况下，会自发形成一个“上浮—沉降”的循环过程。填料投加到生化反应池初期，填料上附着生长着少量的微生物，填料在反应池内呈悬浮生长状态。随着填料上微生物的逐渐增加，填料整体的比重增加，此时填料沉淀于反应池的底层。沉淀于底层的填料上微生物由于物质传递减弱和产生厌氧反应，产生小量气体，逐渐又恢复到悬浮状态，重复着“上浮—沉降”循环过程。脉冲—循环流化床工艺的优点主要有： (1) 由于使用了脉冲布水技术和构造独特的有机高分子厌氧填料，能保持和显著提高厌氧系统的污泥量和污泥活性，保证该系统的稳定运行。 (2) 实现了新鲜污水与生物载体快速均匀的混合，大大提高了反应速度。在脉冲流化床中，CODCr去除率可达到2 kg/ m3•d～5 kg/m3•d。 (3) 由高效可变微孔曝气系统和构造独特的高分子有机好氧填料组成的循环流化床系统，CODCr去除率可达3 kg/ m3•d～8 kg/ m3•d，是一般生物反应器所不能比拟的。 (4) 高分子有机填料添加了生物亲和剂和增强剂，具有比表面积大，可达到2000 m2/m3～3500 m2/m3，在反应体系中成为生物良好的寄居载体，并且具有水力学性能好和使用寿命长等优点。 (5) 高效生物载体填料在流化过程中具有自呼吸功能、功能自定位趋向和对气体的吸收功能，并且对气体产生阻尼性能。该系统使曝气气体在水体中的停留时间大大延长，使溶氧率比一般好氧生化系统提高30%～60%，大大降低了生化系统的耗能。 (6) 水、泥、填料三相分离系统构思新颖、形状独特、效率高、操作简便，是双流化床的重要装备。 (7) 由于双流化床的独特的生化系统，使该系统有效的去除污水中的氮含量，去除率高达70%～80%。 (8) 双流化床的自动控制系统实现了进水量和系统的溶氧量及出水的质量自动控制，使该系统成为高效、高自动化的智能系统 (9) 流化床内投加高效生物亲和性填料，增加了生化系统内的生物量，形成了填料内寄居微生物和活性污泥内微生物两大生物相，两大生物相功能互补，提高了生化处理系统的去除率、增加了系统运行稳定性。 (10) 脉冲—循环流化床内的高效生物亲和性填料，使得系统具有很强的抵抗冲击负荷的能力，不存在活性污泥膨胀现象。 (11) 该工艺中高效生物亲和性填料的使用无需支撑，填料的投加、补充、更新操作简单。 (12) 高效生物亲和性填料比传统的组合式或其它形式填料成本低，使用方便，且容积负荷高，节约用地，特别对老工程的改造有着明显的优势。 3 应 用 脉冲—循环流化床工艺在工程实践中得到应用。佛山市某纺织印染有限公司15000m3/d印染污水处理工程成功地应用了该技术。该工程于2005年2月全面调试合格，出水CODCr为50 mg/L～60mg/L，优于国家和地方污水排放标准，工程造价比常规工艺相对较低，运行费用也很低，仅为0.4元/ m3～0.5元/ m3。脉冲—循环流化床成功解决了生物载体及布水等方面难题，为生物流化床技术在环境生物净化污水领域中开拓了一条大规模工业化应用的道路。脉冲—循环流化床是环境生物技术应用发展的产物，它符合环境生物技术发展的趋势，即尽可能提高单位反应器体积内的微生物浓度，最大限度的增加反应体系中生物类群与污染物的接触，最高水平的发挥微生物的活性，有效地降低投资及运行费用。 脉冲—循环流化床在传统活性污泥工艺和接触氧化工艺之间找到了很好的契合点，兼有两种工艺之长，同时又具有系统稳定、处理效果优异、处理成本低，易于运行管理的优点，是污水处理技术史上一次革命性的进步。 脉冲—循环流化床污水处理技术特别适用于印染污水、造纸污水及各种高浓度的有机污水。利用脉冲—循环流化床技术改造原有的好氧活性污泥工艺、接触氧化工艺、氧化沟工艺、SBR工艺，不仅能够使原有工程达标排放，而且还可以增加处理能力。利用双流化床技术改造原有的好氧活性污泥工艺、接触氧化工艺、氧化沟工艺、SBR工艺，处理能力大大增强，确保废水达标排放。