脈沖—循環流化床污水處理技術

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1? 前言
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??? 流化床是利用流態化的概念進行傳質或傳熱操作的一類反應器。它與傳統的固定床反應器不同，床體固體微粒始終懸浮于液（氣）體中并劇烈運動，從而大大強化了物質的擴散過程，提高了反應速度，可使單位體積可處理的液體反應物量提高2～10倍，這使得流態化得以在工業上廣泛應用。
??? 生物流化床污水處理技術應用于污水處理的研究始于20世紀70年代的美國。國內對流化床的研究和應用始于70年代末期。初期的研究側重于探索操作方式、載體特性、充氧方式、生物膜控制和更新等，以求了解其凈化規律和解決實際問題，并在此基礎上推薦了設計參數。進入80、90年代，國內外已建成不少各種類型的中小型流化床裝置，并在部分工業廢水和生活污水中投入使用。通過國內外各種報道，因在布水、生物載體等方面的限制，現有的生物流化床裝置處理規模大都在幾百噸/天以下，基本上還處于研究階段，一直沒能實現工業化大面積推廣、真正地發揮生物流化床在污水凈化領域的巨大優勢。
??? 近年化工材料行業取得了飛速發展。聚氨脂材料具有比重輕、孔隙率高、有良好彈性、耐腐蝕等諸多生物載體需具備的特殊性能。而且產量越來越大，價格也越來越低，這也為流化床技術填料的發展提供了有力支持。
??? 脈沖—循環流化床工藝系中環萬代工程技術人員運用數十年的工作經驗及多年的研究開發而完成的一項專利技術。雙流化床系統濃縮匯聚了生物活性污泥法和生物膜法的雙重優點，做到了系統運行高度穩定可靠，污染物去除率比一般工藝提高數倍。完成了生物污水處理的一次重大革命。
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2? 原理
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??? 脈沖流化床單元實際是應用厭氧反應的水解酸化反應原理，在脈沖流化床反應單元內投加一定數量的高效生物親和性填料，利用脈沖布水器的脈沖布水作用，填料在反應器內達到“上浮—沉降”的流化狀態。
??? 脈沖流化床（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決于其生物污泥濃度和布水效果，必須保證水解酸化池內具有一定的填料量和生物污泥量，同時要使得池內的泥水充分混合并使高效生物親和性填料處于流化狀態，使得水中的污染物被污泥吸附、分解。若填料和污泥達不到一定的濃度，泥水混合效果不佳，厭氧部分的處理效果將會很差。因此布水是否均勻和厭氧污泥濃度的高低將決定水解酸化功效的好壞。
??? 自動高效脈沖布水器是根據脈沖流化床對水流狀態的要求及目前各種布水器的特點而研究開發出來的，是一種更為理想的高效節能、操作可靠的布水系統。本布水器具有以下優點：①結構簡單，不需復雜設備，整個吸氣布水過程靠水力自動完成，維護管理方便；②能耗低，效率高，除提升來水外無需其他的動力；③配水均勻，水力攪拌效果好；④使用壽命長等。
??? 脈沖布水方式，保證了污泥濃度以及填料和水混合效果，控制了易燃、惡臭氣體產生，同時因污水與生物菌群流化態的形成，大幅度提高了處理效率，降低了投資成本。
??? “循環流化床”單元實際是應用好氧微生物氧化反應原理，將高效生物親和性填料投加到循環流化床內，通過微孔曝氣技術，在氣流、水力的沖擊與攪拌下，達到良好的流態化。循環流化床出水端通過水下推動器將填料回流至循環流化床進水端，完成整個循環流化過程。
??? 循環流化床使用了可變微孔上浮式曝氣裝置，曝氣采用高效的管式可變微孔曝氣管，提高了氧氣利用率。檢修時，只需將曝氣支管和支撐管提起，把需檢修的曝氣器組從水中提上來即可進行檢修、更換，無需排掉池中的污水，實現不停產檢修。
??? 脈沖-循環流化床是以多孔狀填料作為生物載體，通過充氧曝氣的攪動作用使載體處于流動狀態，通過載體表面和內部不斷生長的生物膜，吸附、氧化并分解廢水中的有機物。該種高效生物親和性填料是近期研制出的新型生物填料，是脈沖—循環流化床工藝的關鍵之一。它是由聚氨脂和一定比例的多種金屬氧化物配比加工而成。填料的孔隙率為90%～95%，密度略大于水。填料具有良好的彈性，在水力、氣流的攪拌、沖擊下，填料自身形狀會發生微小變化，此形狀變化保證了填料內部、外部之間形成良好物質交換條件，這個過程又稱之為高效生物親和性填料的“自呼吸”作用。填料中含有的多種金屬氧化物促進了微生物的生化反應。實驗性中試和工程實際應用中，在反應器內投加高效生物親和性填料的外形尺寸、數量都有明確的規定。
??? 高效生物親和性填料在微生物附著生長的情況下，會自發形成一個“上浮—沉降”的循環過程。填料投加到生化反應池初期，填料上附著生長著少量的微生物，填料在反應池內呈懸浮生長狀態。隨著填料上微生物的逐漸增加，填料整體的比重增加，此時填料沉淀于反應池的底層。沉淀于底層的填料上微生物由于物質傳遞減弱和產生厭氧反應，產生小量氣體，逐漸又恢復到懸浮狀態，重復著“上浮—沉降”循環過程。脈沖—循環流化床工藝的優點主要有：
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??? (1)? 由于使用了脈沖布水技術和構造獨特的有機高分子厭氧填料，能保持和顯著提高厭氧系統的污泥量和污泥活性，保證該系統的穩定運行。
??? (2)? 實現了新鮮污水與生物載體快速均勻的混合，大大提高了反應速度。在脈沖流化床中，CODCr去除率可達到2 kg/ m3?d～5 kg/m3?d。
??? (3)? 由高效可變微孔曝氣系統和構造獨特的高分子有機好氧填料組成的循環流化床系統，CODCr去除率可達3 kg/ m3?d～8 kg/ m3?d，是一般生物反應器所不能比擬的。
??? (4)? 高分子有機填料添加了生物親和劑和增強劑，具有比表面積大，可達到2000 m2/m3～3500 m2/m3，在反應體系中成為生物良好的寄居載體，并且具有水力學性能好和使用壽命長等優點。
??? (5)? 高效生物載體填料在流化過程中具有自呼吸功能、功能自定位趨向和對氣體的吸收功能，并且對氣體產生阻尼性能。該系統使曝氣氣體在水體中的停留時間大大延長，使溶氧率比一般好氧生化系統提高30%～60%，大大降低了生化系統的耗能。
??? (6)? 水、泥、填料三相分離系統構思新穎、形狀獨特、效率高、操作簡便，是雙流化床的重要裝備。
??? (7)? 由于雙流化床的獨特的生化系統，使該系統有效的去除污水中的氮含量，去除率高達70%～80%。
??? (8)? 雙流化床的自動控制系統實現了進水量和系統的溶氧量及出水的質量自動控制，使該系統成為高效、高自動化的智能系統
??? (9)??? 流化床內投加高效生物親和性填料，增加了生化系統內的生物量，形成了填料內寄居微生物和活性污泥內微生物兩大生物相，兩大生物相功能互補，提高了生化處理系統的去除率、增加了系統運行穩定性。
??? (10)? 脈沖—循環流化床內的高效生物親和性填料，使得系統具有很強的抵抗沖擊負荷的能力，不存在活性污泥膨脹現象。
??? (11)? 該工藝中高效生物親和性填料的使用無需支撐，填料的投加、補充、更新操作簡單。
??? (12)? 高效生物親和性填料比傳統的組合式或其它形式填料成本低，使用方便，且容積負荷高，節約用地，特別對老工程的改造有著明顯的優勢。
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3? 應 用
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??? 脈沖—循環流化床工藝在工程實踐中得到應用。佛山市某紡織印染有限公司15000m3/d印染污水處理工程成功地應用了該技術。該工程于2005年2月全面調試合格，出水CODCr為50 mg/L～60mg/L，優于國家和地方污水排放標準，工程造價比常規工藝相對較低，運行費用也很低，僅為0.4元/ m3～0.5元/ m3。
脈沖—循環流化床成功解決了生物載體及布水等方面難題，為生物流化床技術在環境生物凈化污水領域中開拓了一條大規模工業化應用的道路。脈沖—循環流化床是環境生物技術應用發展的產物，它符合環境生物技術發展的趨勢，即盡可能提高單位反應器體積內的微生物濃度，最大限度的增加反應體系中生物類群與污染物的接觸，最高水平的發揮微生物的活性，有效地降低投資及運行費用。
??? 脈沖—循環流化床在傳統活性污泥工藝和接觸氧化工藝之間找到了很好的契合點，兼有兩種工藝之長，同時又具有系統穩定、處理效果優異、處理成本低，易于運行管理的優點，是污水處理技術史上一次革命性的進步。
??? 脈沖—循環流化床污水處理技術特別適用于印染污水、造紙污水及各種高濃度的有機污水。利用脈沖—循環流化床技術改造原有的好氧活性污泥工藝、接觸氧化工藝、氧化溝工藝、SBR工藝，不僅能夠使原有工程達標排放，而且還可以增加處理能力。利用雙流化床技術改造原有的好氧活性污泥工藝、接觸氧化工藝、氧化溝工藝、SBR工藝，處理能力大大增強，確保廢水達標排放。

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