范瀟夢1，王紹文1，王鶴立2，赫俊國1，趙錳1，趙立功1，李文杰3，潘志鋒4
(1.哈爾濱工業大學多相工藝研究中心，黑龍江哈爾濱150090；2.吉林建筑工程學院城市建設系，吉林長春130021；3.長春市市政工程設計研究院，吉林長春130021；4.廣東省佛山市政設計院，廣東佛山528000)

　　摘　要：采用高分散系高傳質好氧生化反應器對中高濃度廢水進行了直接好氧曝氣處理，結果表明該工藝曝氣均勻，能夠避免曝氣死區，曝氣池中的污水、活性污泥、氣泡在強烈的湍動下處于高分散狀態，大大提高了傳質速率，從而縮短了曝氣池的 停留時間，節約了氣量，并且出水完全能夠達到行業標準，具有良好的應用前景。
　　關鍵詞：中高濃度廢水；受限曝氣；湍流剪切；傳質
　　中圖分類號：X703.1
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)02-0046-03

　　污水好氧處理工藝是污水生物處理領域的主要技術之一，但目前該處理系統還存在著某些問題，如活性污泥反應器—曝氣池池體占地面積大，曝氣充氧電耗一般占總動力消耗的60%～70%，而能量利用率只有百分之幾^［1］。因而高效節能型曝氣設備的研制是當前污水生物處理領域面臨的一個重要課題。?
　　目前曝氣池存在著兩大問題：其一是曝氣頭之間存在著曝氣死區或曝氣不足的地方，這些區域的氧與有機底物向活性污泥及生物膜轉移的速率遠低于主流區，故生化效果很差，為此需要大大加長混合液在曝氣池中的停留時間，同時也就需要增大曝氣池的體積，另外由于主流區氣流相當集中，不利于氧向水體中轉移，使得氧的利用率很低；其二是氧與有機底物向活性污泥菌膠團、生物膜的傳質速率很低，生化反應生成物從活性污泥、生物膜移走的速率也很低，這一細部傳質稱為亞微觀傳質，由于其傳質速率低(遠低于生化反應速率)，傳質阻力比宏觀傳質阻力高幾個數量級^［2］。高分散系高傳質好氧生化反應系統正是基于以上兩方面的考慮，在原有曝氣系統的基礎上加以改進，大大加強了三相傳質，提高了氧的利用率，節約了能耗，降低了運行成本。

1　系統組成及機理

1.1　系統組成
　　如圖1所示，高分散系高傳質好氧生化反應系統由生物反應器和曝氣受限器組成，即將作為生物膜附著載體和氣泡上升通道的固定式填料分層置于曝氣池內，每層填料之間間隔300mm，曝氣池底鋪設大型微孔曝氣頭，池內及填料表面靠曝氣維持一定濃度的生物量，從而去除原水中的有機物。

1.2　系統機理
　　高分散、高傳質好氧生化反應是通過受限曝氣實現的。均勻受限曝氣的基本原理如下：①氣泡在浮力作用下自動上升，經由曝氣受限器的小尺寸豎向通道時在水流中造成強烈的湍流剪切，并形成高比例、高強度的微渦旋，這些渦旋的離心慣性效應大大增加了亞微觀傳質速率，使得活性污泥菌膠團及生物膜的生化反應生成物盡快從其周圍移走，生化所消耗的氧與有機底物也盡快得到補充；②在小尺寸豎向通道中產生強烈的湍流剪切抑制了活性污泥絮體與氣泡的合并長大，使其處于高比表面積和有利的傳質狀態，從而形成了曝氣池內高分散、高傳質的好氧生化反應環境；③曝氣受限器的表面也是生物膜的附著面，由于受限器豎向通道中水流的強湍流剪切作用而使生物膜薄、活性好、傳質效率高，因此均勻受限曝氣是高效活性污泥法與高效生物膜法的結合，并且在活性污泥曝氣池內投加填料是降低污泥負荷、防止污泥膨脹和實現硝化的有效措施。

2　試驗部分

2.1　廢水水質
　　中高濃度廢水由玉米深加工淀粉廢水與生活污水按一定比例配制而成，水質情況如表1所示。

表1試驗用混合污水水質 項目 濃度范圍 經常值 pH值 6.3～7.0 6.8 COD(mg/L) 1300～2000 1500 BOD₅(mg/L) 700～1100 850 SS(mg/L) 92.5～165 118 NH₃-N(mg/L) 82.5～115 96.5 TP(mg/L) 21.0～55.8 34.2

2.2 試驗裝置
　　試驗工藝流程如圖2所示。

　　曝氣池內填充填料作為受限器，使氣、水、泥的流動受其通道壁面的限制而形成受限曝氣，強化亞微觀三相傳質。底部鋪設大型微孔曝氣頭，形成均勻曝氣。試驗用反應器的有效容積為9.8m³，處理水量為2.45m³/h，受限器的內徑為35mm，材料為聚丙烯。污泥回流比為60%，進水與回流污泥采用自動控制連續運行。供氣量通過氣體流量計控制。
2.3　污泥馴化
　　以鄰近現有曝氣池內的活性污泥為菌種，配加一定量的生活污水，以小氣量曝氣1d，同時將生活污水以小流量連續進入反應器，二沉池連續出水。3d后填料上開始有稀薄的菌膠團和大量的游離細菌，無填料處的污泥顏色呈黃褐色，污泥濃度逐漸增加，沉淀性能較好。之后逐漸加大高濃度廢水的流量，以提高配制混合污水的濃度。10d后進水COD濃度提高到1500～2000mg/L，二沉池出水COD濃度基本穩定在60mg/L左右，填料上的生物膜也變得致密，且具有了一定的厚度，這表明馴化成功，即投入正常運行。?

3　試驗結果與分析

　　在水溫為25～29℃、曝氣池停留時間為4h、氣水比為10∶1的典型運行參數下，對高分散、高傳質好氧生化反應器處理中高濃度廢水進行了30d的連續監測。?
3.1　COD的去除效果
　　圖3是反應器進、出水的COD濃度隨時間的變化。

　　由圖3可見，進水COD濃度隨時間在1300～2000mg/L之間變化，出水COD濃度可穩定在50～60mg/L，其去除率為90%～95%。可見對有機物的去除效果很好。?
3.2　BOD₅的去除效果
　　試驗中每2d取樣1次檢測進、出水BOD₅，結果見圖4。?

　　由圖4可見，當進水BOD₅為700～1100mg/L時，試驗系統的出水BOD₅為18～30mg/L，去除率在97%左右。?
3.3　其他污染物的去除
　　試驗中對SS、NH₃-N、TP、硫化物、揮發酚等指標也進行了定期監測，進、出水情況見表2。

表2　其他污染物進、出水指標mg/L? 項目 進水 出水 SS 92.5～165 25～70 NH₃-N 82.5～115 20～32 TP 21.0～55.8 1.8～2.6 硫化物 4.1～8.4 0.6～0.9 揮發酚 0.25～0.42 0.001～0.01

　　由表2可見，出水中的SS、硫化物、揮發酚等指標令人較為滿意，對N、P的去除率雖然較高，但出水濃度仍高于排放標準。試驗后期在原工藝的前端添加了厭氧段以脫N除P，結果表明，出水N、P指標完全能夠達到行業標準。?

4　活性污泥性能

　　高分散系高傳質好氧生化反應器對污染物的去除是由活性污泥與生物膜共同作用的結果，其中活性污泥要經二沉池沉淀后回流到曝氣池，因此其沉淀性能直接影響出水水質。研究發現，此種中高濃度廢水曝氣池中活性污泥的SVI值較高(180～220左右)，但生物相 鏡檢過程中未發現大量絲狀菌，同時二沉池運行正常，未發現污泥流失現象，污泥的顏[LL] 色也較正常，故認為此種活性污泥的性能良好，可滿足工藝要求，對有機污染物有較高的去除率。

5　結論

　　①試驗表明，采用均勻受限曝氣法處理中高濃度玉米廢水是可行的。在未經酸化的情況下，當進水COD介于1300～2000mg/L、BOD₅介于700～1100mg/L時，經4h曝氣 處理后可獲得COD＜60mg/L、BOD₅＜30mg/L的穩定出水，達到行業排放標準。
　　②高分散系高傳質好氧生化反應器強化了三相傳質，形成了良好的好氧生化環境，并可維持很高的生物量，保證了對此類廢水處理有較高的容積負荷［可達9 kgCOD/(m³·d)］，大大縮小了池體體積。
　　③試驗系統大大提高了氧的利用率，節省了氣量，氣水比只需10∶1即可使BOD₅去除率達97%以上。
　　④實際運行效果顯示，對此類中高濃度廢水的處理，該工藝明顯優于傳統處理方法，不僅曝氣池體積可縮減30%～50%，曝氣能耗也可降低50%，而且系統具有運行靈活、啟動迅速、抗沖擊負荷能力較強的特點。

參考文獻：

　　［1］王紹文，王鶴立，徐立群等.高分散系高傳質均勻受限曝氣處理制革廢水的研究［J］.中國給水排水，1999，15(8)：1-5.
　　［2］王紹文，姜安璽，孫喆.混凝動力學的渦旋理論探討［J］.中國給水排水，1991，7(1)：4-7.

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　　收稿日期：2001-07-17