孫仲平¹，尹衛紅²，李正明³
(1.同濟大學污染控制與資源化研究國家重點實驗室，上海200092；
2.河南省城鄉規劃設計研究院，河南 鄭州45000023.上海市政工程設計研究院，上海200092）

　　摘　要：卡波菲爾反應器是根據亨利定律及水力混合的原理設計的新型曝氣裝置，由于氧轉移率、充氧能力、和氧利用率的提高而降低處理費用和提高處理效率。該技術用于處理CODcr 10－200 g／L，氨氮0.5－2.8 g/L的污水，去除率可達96%。適用于處理養畜、禽場、屠宰廠、食品加工等廢水的處理以及污泥好氧消化，具有占地小，電耗低，安裝管理方便等優點，在歐洲環保領域得到迅速發展。
　　關鍵詞：廢水處理；卡波菲爾反應器；曝氣；畜禽廢水；脂肪廢水；屠宰廢水；污泥處理
　　中圖分類號：X703
　　文獻標識碼：B
　　文章編號：1009－2455（2001）02－0040－02

概述

　　隨著環保要求的提高，工業污水、生活污水的處理率越來越高，由污水處理產生的污泥量也越來越多，這些都需要高效率的污水、污泥處理設備。由法國卡波菲爾公司發明的卡波菲爾反應器，是一種高效的污水、污泥處理設備，已在全世界70多個國家注冊專利，其中包括中國。

1 卡波菲爾反應器的結構

　　卡波菲爾反應器的結構如圖1所示。

　　該設備屬于活性污泥法技術，但卡波菲爾在活性污泥法的三個基本要素：微生物，有機物和氧氣的充分混合及接觸，對傳統的曝氣系統進行了革命。根據亨利定律，氣體在水中的轉移及溶解隨水的深度增加而增加。但隨著深度的增加，曝氣設備的功率將提高，使電耗增加。卡波菲爾反應器不同于常規的曝氣設備，其充氧設備的功率不隨水深的增加而增加，這一“常壓型”的曝氣有 效地提高了充氧能力。其內部特殊的水力結構，提高了活性污泥和氣泡的比表面積，從而大大提高了氧轉移率和氧利用率（％），以及混合強度[1]。

2 卡波菲爾反應器的工藝特性

2.1 由于卡波菲爾反應器改變了供氣方式，且內部特殊的水力反應系統，將微生物絮體和氣泡分散成極細的顆粒，從而大大提高了氧轉移率、充氧能力、氧利用率和混合強度。與傳統的曝氣方式相比，大大減少了降解CODcr以及NH₃－N的電耗。
2.2 由于反應器中特殊的水力條件，微生物絮體在反應器中的濃度可達30g／L，而常規的活性曝氣池中的微生物濃度不超過3g／L，高出近十倍，從而大大縮小了反應器體積。
2.3 卡波菲爾反應器對畜禽排泄物進行好氧處理，運行溫度調節在35－55℃之間，水力停留時間僅需4-5d，處理后的殘余污水和泥無致病性微生物，穩定、無臭、無害。如采用表面曝氣進行好氧處理，理論上水力停留時間需大于40d。
2.4 與通常的油脂廢水生物降解處理工藝不同^[2]，卡波菲爾反應器的運行不需要專門菌種的馴化，當廢水中含有大量的油類脂肪時，脂肪菌的繁殖占優勢；當廢水中含有大量的氨氮時，硝化菌與反硝化菌的增長將占主導地位。
2.5 由于卡波菲爾反應器單體體積小，運行管理方便，易于自動化，所以廢水處理站（廠），如肉聯廠、養豬廠、屠宰場以及城市污水處理廠通常無專人管理，或僅一人管理。
2.6 卡波菲爾反應器適用于原有構筑物因地制宜的改造，可減少投資費用。

3 卡波菲爾反應器的應用領域

　　卡波菲爾反應器最初是為處理污染濃度極高的廢水而設計的，如肉聯廠的脂肪廢水，養豬廠的糞便污水等。卡波菲爾反應器目前逐漸被應用到城市污水廠的污泥好氧消化甚至污水處理。其設計參數依據不同領域的主要污染指數，根據碳、氮、磷污染程度以及排放標準等來確定反應器的主要工藝參數。
3.1 處理食品工業廢水
　　據法國《Environnement》對卡波菲爾反應器的特別專刊報道中指出^[3]，法國目前從食品工業和餐飲業產生的脂肪約4×105t/a，這些脂肪的最終處理以前一直是采用堆埋的方法。由于脂肪的生物難降解性和堆埋場地的不斷減少，導致脂肪廢物的最終處置問題。卡波菲爾反應器給這個問題帶來了解決方法。通常，脂肪中的主要成分甘油脂被水解成甘油酸和脂肪酸，然后經過微生物的好氧處理，將甘油酸和脂肪酸轉化成細胞物質和CO₂。卡波菲爾反應器對脂肪的處理既是將脂肪轉化為細胞物質的生物反應器，又可被視為脂肪菌的生物培養器。卡波菲爾反應器對脂肪的處理打破了傳統的“廢水處理”的概念^[4]，因為進入反應器的CODcr、懸浮物和脂肪的濃度分別高達280g／L、89g／L、92g／L。卡波菲爾反應器降解脂肪的另一個特點是隨著好氧反應的進行^[5]，反應器內的溫度可維持在35－45℃，這一方面可以使脂肪溶解，有利于生物降解，另一方面可降解在普通生物反應器內所不能降解的生油脂。法國的AUBRET公司是一家大型屠宰場（豬），以前一直被屠宰廢水中的油脂處理所困擾，特別是生油脂。自從采用了卡波菲爾反應器后，其對油脂的降解率高達96％，剩余的4％積累在微生物細胞體內。如在后續采用分離裝置，如二沉池等，則整個工藝的脂肪去除率將可達100％。
3.2 處理養畜、禽廢水
　　卡波菲爾反應器的另一個主要應用領域是畜禽廢水如豬、雞、鴨的排泄物處理。對豬的排泄廢物處理，主要是對排泄物中的氨氮進行硝化和反硝化，卡波菲爾反應器處理這類高濃度廢水的優點是安裝、運行簡單，可適應各類不同的畜禽廢水。對于一個約2500頭出欄的養豬廠，僅需27立方米容積的卡波菲爾反應器^[5]。在投資費用上，由于其是“連泥帶水”一統處理，不需要初沉池，減少了投資費用。畜禽廢水經好氧降解后，糞便無臭、無害且易于分離，作農灌和肥料。運行費用為10法郎／每頭出欄豬（約10元人民幣／頭豬）。
3.3 處理城市污水
　　法國西部的St－Mars La Jaille市的污水處理廠的改造采用了卡波菲爾反應器^[6]。該污水處理廠有機負荷5000kg[CODcr]／d，2000kg[BOD₅]/d，污水由工業廢水和城市污水組成，工業廢水占80％。由于原設計的日處理量僅650kg[BOD₅]／d，目前污染負荷已大大超過該廠的處理能力，所以在維持原處理構筑物的基礎上，采用化學法處理污水。化學污泥和生物污泥混合，經卡波菲爾反應器好氧消化后，成為無臭、穩定、無致病性微生物的污泥經泥水分離后，上清液可作為液體肥料或回流到進水，污泥作為農肥或土壤改良劑。儲存期可長達8個月。新增加的化學預處理以及污泥處理的整套運行系統全部自動化，每天僅有一名員工負責化驗，投藥和污泥脫水等工作。卡彼菲爾反應器的好氧消化可大大減少污泥量，產泥量僅為0.35kg／kgBOD₅，而傳統的曝氣方法為每0.7－0.8kg／kgBOD₅。
　　上海某合工業廢水的城市污水處理廠采用SBR法與卡波菲爾法的對比如表1：

表１　　SRB法與卡波菲爾法對比 對比項目 SBR 化學法+卡波菲爾 含工業廢水比例/% 83 80 日處理CODcr/t 24 5 COD去除率/% 75 80 所需人工/tCODcr 2.5 0.2 電耗/（kW.h.kg^-1[CODcr] 1.67 ＜0.3 占地/（hm².kg^-1[CODcr] 3.6 0.1

　　 由上述比較可見，卡波菲爾反應器用于城市污水處理同樣也具有較大的優越性。

參考文獻：

　　[1] 高廷耀，顧國維 水污染控制工程[M].北京：高等教育出版社，2000.
　　[2]賴萬東，楊卓如，陳煥欽 油脂廢水的生物降解研究[J].工業用水與廢水，2000，31（4），21－23
　　[3] Bruno Mortgat.Traitement biologique des graisses avec lereacteur CABOFIL[J].Environnement-Technique，1999，Avril,N 185.
　　[4]Bruno Mortgat.Ne plus traiter les graisses comme l‘eau[J].En-vironnement-Technique，1996，Decembre,N 162.
　　[5] Ghislain Chatillon.AB Reacteur donne du soffle al“oxygenation”[J].PORC Magazine，1999，Fevrier，N319.
　　[6]Alain BOULAN.Traitement des graisses et stabilisation thermo-phyledes boues[R].法國：A.B.Reacteur,2000年8月.

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　　作者簡介： 孫仲平，（1952－），女，博士，法國環境工程技術協會，中國國家教育部高等學校實驗室訪問學者基金資助，主攻方向：城市供水與廢水處理.聯系電話：021－65215190，E－mail：sunzp＠online.sh.cn