對(duì)于生物載體顆粒和絮體污泥假設(shè)沉淀速度分別為30m/h和5m/h,徑高比α=5(好氧系統(tǒng)最大氧轉(zhuǎn)移速率為10kg/m3.d)。從而在圖1的C-Q平面中形成的限制生物膜顆粒和懸浮絮狀污泥應(yīng)用的區(qū)域(分別為線2和3)。
這構(gòu)成了沉淀功能對(duì)于反應(yīng)器功能擴(kuò)展的限制,不同時(shí)期人們對(duì)于沉淀池和氣浮工藝進(jìn)行了大量的研究和開(kāi)發(fā)。例如,70 年代對(duì)于斜板沉淀池、80年代末對(duì)周邊進(jìn)水周邊出水沉淀池、90年代對(duì)于高效氣浮池(渦漩氣浮、淺池氣浮)等等工藝的開(kāi)發(fā)均反映了人們?cè)诓煌瑫r(shí)期對(duì)這一限制的突破。在90年代人們逐漸從對(duì)于單一功能的研究和開(kāi)放,轉(zhuǎn)化為對(duì)不同功能的綜合,例如對(duì)于生物反應(yīng)和沉淀功能的綜合,導(dǎo)致三溝式氧化溝、SBR反應(yīng)器和UNITANK的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用。還有在三相內(nèi)循環(huán)流化床中實(shí)現(xiàn)氣、固、液的分離,特別是集接觸氧化反應(yīng)和過(guò)濾為一體的曝氣生物濾池,以及利用高科技的膜生物反應(yīng)器。這一系列探索體現(xiàn)了對(duì)于反應(yīng)器固液分離、沉淀功能限制(極限)的探索和突破。
顧名思義好氧生物反應(yīng)器的基本屬性有三個(gè)即好氧條件的保持(充氧)、生物質(zhì)的保持和維持(生物量和活性)和反應(yīng)器的形式。從本質(zhì)上講反應(yīng)器的形式?jīng)]有先進(jìn)和落后之分,例如:目前食品發(fā)酵行業(yè),如啤酒生產(chǎn)仍然延續(xù)18世紀(jì)發(fā)明的“落后的”恒化器(完全混合)反應(yīng)器。這是因?yàn)槠【粕a(chǎn)要求取得高的產(chǎn)率,在高的基質(zhì)濃度下酵母細(xì)菌趨向于自由分散生長(zhǎng),這一反應(yīng)器是適宜的反應(yīng)器形式,但是需要對(duì)自由生長(zhǎng)的細(xì)胞進(jìn)行過(guò)濾分離(甚至膜分離)。對(duì)于不同的領(lǐng)域反應(yīng)器的應(yīng)用是存在高效和低效之分,對(duì)于處理生活污水生物膜反應(yīng)器和活性污泥工藝的處理負(fù)荷為 1.0~2.0kgBOD/m3.d,而三相內(nèi)循環(huán)流化床反應(yīng)器可以達(dá)到5~10kgBOD/m3.d,所以對(duì)于生活污水的處理從反應(yīng)器發(fā)展趨勢(shì)角度是從生物膜反應(yīng)器、活性污泥工藝向移動(dòng)床和流化床反應(yīng)器發(fā)展。
在生活污水處理工藝發(fā)展過(guò)程中,對(duì)于反應(yīng)器內(nèi)生物質(zhì)的改善是反映在從生物量和生物活性兩方面的不斷提高,城市污水 (生活污水)處理技術(shù)起源與生物滴濾池,但是由于滴濾池中的填料粒徑較大,比表面積較小生物量較少,在1914年開(kāi)發(fā)了活性污泥工藝,通過(guò)回流生物量可以保持在最高3~5g/L。在80年代初,我國(guó)和日本同時(shí)開(kāi)發(fā)的接觸氧化工藝,這一時(shí)期的工作對(duì)填料進(jìn)行了大量的研究,開(kāi)發(fā)了蜂窩填料、軟性填料、半軟性填料和彈性填料等等,通過(guò)提高比表面積達(dá)到提高生物量的目的。接觸氧化工藝的生物量可以達(dá)到5~8g/L,從而負(fù)荷比活性污泥工藝可以提高一倍以上。反應(yīng)器池容(占地)可以減少50%以上。但是從投資沒(méi)有本質(zhì)的變化,因?yàn)樘盍腺M(fèi)用的增加抵消了池容投資的節(jié)約。同時(shí),還有使用壽命、放大和堵塞一系列問(wèn)題。這導(dǎo)致移動(dòng)床和流化床反應(yīng)器的開(kāi)發(fā),這也是固定床生物膜技術(shù)與懸浮生長(zhǎng)系統(tǒng)更高一個(gè)層次的技術(shù)融合。從反應(yīng)器生物的外在形態(tài)上是懸浮狀態(tài),而生長(zhǎng)方式是生物膜生長(zhǎng)。生物載體的比表面積大大提高,從接觸氧化工藝的200~300m2/m3提高到2000~3000m2/m3,從而生物量達(dá)到了20~30g/L,這是負(fù)荷可以達(dá)到5~10kgBOD/m3.d的主要原因。從固定床、懸浮生長(zhǎng)系統(tǒng)到流化床的發(fā)展,反映了人們對(duì)于高效率、高負(fù)荷和高生物量的追求,也是對(duì)于反應(yīng)器負(fù)荷極限的挑戰(zhàn),這構(gòu)成了生活污水處理發(fā)展趨勢(shì)之一。
最后,對(duì)于好氧反應(yīng)器充氧、傳質(zhì)性能的提高無(wú)疑是十分重要的內(nèi)容。人們首先對(duì)曝氣充氧器材進(jìn)行了大量的研究和開(kāi)發(fā),從直到70年代末仍然采用簡(jiǎn)單的穿孔管曝氣,這一時(shí)期的技術(shù)進(jìn)展表現(xiàn)為我國(guó)對(duì)于射流曝氣的開(kāi)發(fā)和掌握,到80年代初國(guó)內(nèi)第一個(gè)大型城市污水處理廠引進(jìn)中剛玉盤的微孔曝氣。目前,開(kāi)發(fā)采用橡膠材料的可變孔微孔曝氣裝置,體現(xiàn)了這一領(lǐng)域的進(jìn)展。另外,人們根據(jù)充氧理論采用提高氧濃度分壓方式,對(duì)純氧曝氣、富氧曝氣和深井曝氣工藝進(jìn)行了開(kāi)發(fā),體現(xiàn)了人們?cè)谔岣叱溲鹾蛡髻|(zhì)這一領(lǐng)域追求更高和更好,向極限挑戰(zhàn)的精神。
3、曝氣生物濾池工藝
現(xiàn)代曝氣生物濾池 (簡(jiǎn)稱BAF)是在70年代末80年代初出現(xiàn)的一種膜法生物處理工藝,最初是應(yīng)用在污水處理的三級(jí)處理上。其將生物接觸氧化與過(guò)濾結(jié)合在一起,不設(shè)沉淀池,通過(guò)反沖洗再生實(shí)現(xiàn)濾池的周期運(yùn)行。在廢水的二級(jí)處理中其保持接觸氧化的高效性,同時(shí)又可通過(guò)過(guò)濾獲得高的出水水質(zhì)。90年代初得到了較大發(fā)展(圖 2)。以BAF為代表的工藝主要優(yōu)點(diǎn)如下:
a) 工藝容積負(fù)荷可高達(dá)6.0kgBOD/m3.d,出水達(dá)到或接近生活雜用水標(biāo)準(zhǔn);
b) 占地面積少:曝氣生物濾池占地是常規(guī)二級(jí)生化處理的1/5~1/10;
c) 投資省:BAF系統(tǒng)總水力停留時(shí)間短,基建投資少,同時(shí)出水水質(zhì)高。
曝氣生物濾池可以有多種運(yùn)行方式,可以下向流的方式運(yùn)行,也可以是上向流的方式運(yùn)行,采用上向流的曝氣生物濾池往往采用輕質(zhì)濾料。曝氣生物濾池工藝也可與其他生物處理工藝一樣采用多級(jí)串聯(lián)工藝。采用兩級(jí)串聯(lián)工藝為進(jìn)一步降解污水中難降解的有機(jī)污染物和達(dá)到嚴(yán)格的出水水質(zhì)提供了可靠的保證,可以獲得了優(yōu)良的處理效果,保證了出水的穩(wěn)定性。
4、三相內(nèi)循環(huán)流化床反應(yīng)器
內(nèi)循環(huán)三相流化床反應(yīng)器,作為一種新型的三相流化床,其反應(yīng)器的諸多特性主要體現(xiàn)在氣、液循環(huán)、載體流態(tài)的特殊運(yùn)行規(guī)律。其基本的工作原理也主要體現(xiàn)這幾方面的不同變化,即液體內(nèi)循環(huán)速度、有機(jī)物降解動(dòng)力學(xué)、氧轉(zhuǎn)移特性、液體流態(tài)、載體流化特性等方面。
由于在內(nèi)循環(huán)三相生物流化床反應(yīng)器內(nèi)裝有大量細(xì)小的載體,并使之處于循環(huán)流化狀態(tài),為微生物的附著生長(zhǎng)提供巨大的表面積,同時(shí)保證良好的混合和傳質(zhì)條件(圖1)。因此本質(zhì)上該反應(yīng)器是一種生物膜法處理工藝。
三相內(nèi)循環(huán)流化床不僅具有一般好氧流化床的特點(diǎn),還具有以下特點(diǎn):
1) 流化性能好,反應(yīng)器處于完全混合狀態(tài):反應(yīng)器內(nèi)大部分載體都參與循環(huán)流動(dòng),載體流化具有良好的均勻性,這為生物膜形成提供了條件;
2) 氧的轉(zhuǎn)移效率高:由于大量液體循環(huán)流動(dòng),在此過(guò)程中會(huì)夾帶一些細(xì)小的氣泡,延長(zhǎng)氣-液接觸時(shí)間,提高了氧的轉(zhuǎn)移效率。氧利用率可達(dá)30~50%;
3) 載體流失量少,不需專門的脫膜設(shè)備,大大簡(jiǎn)化了原來(lái)的流化床處理污水所需的輔助設(shè)備。
在投配容積負(fù)荷達(dá)10kgCOD/m3.d以內(nèi)時(shí),可獲得70~80%左右的COD去除率,與傳統(tǒng)活性污泥相比去除污泥負(fù)荷可提高10倍左右。內(nèi)循環(huán)三相生物流化床進(jìn)入正常運(yùn)行后,COD去除率均達(dá)75%以上,尤其是進(jìn)水濃度較高時(shí),去除率可達(dá)90%以上。這說(shuō)明流化床具有較強(qiáng)的抗沖擊能力。
五、我國(guó)城市污水處理技術(shù)發(fā)展思路和對(duì)策
對(duì)于我國(guó)這樣一個(gè)污染嚴(yán)重、資源短缺的不發(fā)達(dá)國(guó)家,先進(jìn)的水處理工藝開(kāi)發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該是適合我國(guó)國(guó)情、高效、低耗和低成本的污水處理技術(shù)。各類效率高、投入低、可達(dá)到一定治理深度的城市污水處理新技術(shù),對(duì)經(jīng)濟(jì)尚不夠發(fā)達(dá)而污染亟待治理的我國(guó),尤其是絕大多數(shù)沒(méi)有污水處理設(shè)施的17000多個(gè)建制鎮(zhèn),在一段時(shí)期內(nèi)都將具有重要意義。以厭氧-好氧生物處理工藝、水解-好氧處理工藝、流化床和曝氣生物濾池等為代表的低耗、高效工藝有希望滿足這一需求。
水污染控制技術(shù)涉及到處理技術(shù)研究開(kāi)發(fā)、工程設(shè)計(jì)、工程實(shí)施、設(shè)備加工和運(yùn)營(yíng)管理等各方面。從市場(chǎng)化和產(chǎn)業(yè)化的觀點(diǎn),我國(guó)城市污水處理的主要任務(wù)是在以上三個(gè)方面重點(diǎn)發(fā)展:
1、大力發(fā)展先進(jìn)的水處理工藝技術(shù)
2、大力推進(jìn)水處理技術(shù)和設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化
3、大力鼓勵(lì)水處理設(shè)施運(yùn)營(yíng)產(chǎn)業(yè)化
以往人們對(duì)于工藝技術(shù)、工程建造和設(shè)備制造和設(shè)施運(yùn)營(yíng)三者之間的關(guān)系著重于工藝技術(shù)的開(kāi)發(fā)和研究。工藝開(kāi)發(fā)無(wú)疑是很重要,不同工藝的選取可能會(huì)很大程度的影響到污水處理廠的投資和運(yùn)行費(fèi)用(比如采用低負(fù)荷的延時(shí)曝氣系統(tǒng)和高負(fù)荷的生物曝氣濾池,兩者負(fù)荷可能會(huì)相差十倍)。但是,當(dāng)工藝確定以后,應(yīng)該注重工程和制造環(huán)節(jié),提倡新材料、新技術(shù)、新設(shè)備和新的施工方法的改進(jìn)和革新。在這一方面過(guò)去沒(méi)有引起足夠的重視,事實(shí)上,過(guò)去不乏這樣的實(shí)例,例如:高效曝氣裝置的應(yīng)用可以大幅度的降低能耗;如Biolock工藝、Lipp制罐技術(shù)等等,是新的建筑材料和方法的應(yīng)用,形成了新的工藝。
污水處理設(shè)施的運(yùn)營(yíng)業(yè)是傳統(tǒng)的技術(shù)服務(wù)范圍;而BOT方式的引入在水處理領(lǐng)域也會(huì)逐步打破傳統(tǒng)甲、乙方概念,產(chǎn)生甲、乙方角色互換,導(dǎo)致了類似于物業(yè)管理型的技術(shù)服務(wù)需求。對(duì)技術(shù)服務(wù)提出了更高層次的要求。
采用BOT方式大大減輕地方政府當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)壓力,加快基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐,滿足全社會(huì)對(duì)公共工程和基礎(chǔ)設(shè)施的需求。目前各種基金、上市公司、投資公司和各種社會(huì)資金將加速投入這一市場(chǎng),將加劇這一市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng),但是同時(shí)無(wú)疑會(huì)促進(jìn)水污染控制市場(chǎng)的成熟和發(fā)展。因此,水污染控制市場(chǎng)具有設(shè)備化、專業(yè)化、資本化和開(kāi)放性的特點(diǎn)。
免責(zé)聲明: 本文僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn),與 綠色節(jié)能環(huán)保網(wǎng) 無(wú)關(guān)。其原創(chuàng)性以及文中陳述文字和內(nèi)容未經(jīng)本站證實(shí), 對(duì)本文以及其中全部或者部分內(nèi)容、文字的真實(shí)性、完整性、及時(shí)性本站不作任何保證或承諾,請(qǐng)讀者僅 作參考,并請(qǐng)自行核實(shí)相關(guān)內(nèi)容。