陳立波

(吉林化工學(xué)院環(huán)境與生物工程學(xué)院)

目前國(guó)內(nèi)普遍采用的廢水好氧生化處理技術(shù)為常壓曝氣供氧，其供氧速率有限，使反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度的提高和系統(tǒng)處理效率受到限制。壓力曝氣生物反應(yīng)器采用密閉塔式結(jié)構(gòu)，反應(yīng)器內(nèi)微生物在降解有機(jī)物時(shí)所需的氧通過(guò)壓力曝氣的方式供給，供氧速率較大，反應(yīng)器中溶解氧濃度得到提高，微生物活性增大，降解有機(jī)物的速率加快。該設(shè)備具有有機(jī)物和氨氮去除率高、容積負(fù)荷率大、占地面積小及運(yùn)行管理方便等優(yōu)點(diǎn)，屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，可廣泛應(yīng)用于各種中高濃度的有機(jī)廢水處理，尤其對(duì)可生化性較差的有機(jī)廢水，也可達(dá)到較理想的處理效果。筆者介紹了壓力曝氣生物反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)參數(shù)和相應(yīng)的配套處理工藝設(shè)計(jì)，并將其用于味精廢水和制藥廢水的處理工藝中。

1 壓力曝氣生物反應(yīng)處理系統(tǒng)組成

壓力曝氣生物反應(yīng)處理系統(tǒng)由初次沉淀池、壓力曝氣生物反應(yīng)器、脫氣池和二次沉淀池組成。初次沉淀池采用輔流式，去除原水中的懸浮物(若原水中無(wú)懸浮物可不設(shè)初沉池)，污水經(jīng)水泵打入壓力曝氣生物反應(yīng)器；壓力曝氣生物反應(yīng)器采用密閉塔式結(jié)構(gòu)，曝氣壓力為0.10～0.25MPa，底部設(shè)進(jìn)水管和微孔曝氣器，頂部設(shè)安全閥和排氣管。污水中的有機(jī)污染物經(jīng)反應(yīng)器中的活性污泥微生物降解后，污水達(dá)到凈化，混合液流入脫氣池中，經(jīng)常壓脫氣池脫去粘附在活性污泥顆粒上的微氣泡，再經(jīng)輔流式沉淀池沉淀，上清液達(dá)標(biāo)排放，底部污泥回流至反應(yīng)器中。壓力曝氣生物反應(yīng)處理系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 壓力曝氣生物反應(yīng)處理系統(tǒng)流程

2 反應(yīng)器設(shè)計(jì)

2.1反應(yīng)器型式和主要尺寸

壓力曝氣生物反應(yīng)器為塔式結(jié)構(gòu)，設(shè)備高度H和設(shè)備直徑D之比為3時(shí)，設(shè)備的總重量最小，并且設(shè)備的比例較合理，因此，設(shè)計(jì)時(shí)采用H/D在3左右[1]。

2.2反應(yīng)器附件設(shè)置

進(jìn)水管設(shè)在反應(yīng)器底部封頭上(圖2中4位置)；出水管設(shè)在反應(yīng)器筒體上半部(圖2中6、7位置)；污泥回流管設(shè)在反應(yīng)器底部封頭處(圖2中5位置)；導(dǎo)流筒的最佳結(jié)構(gòu)尺寸De/D=0.4(De為導(dǎo)流筒直徑、D為反應(yīng)器直徑)，導(dǎo)流筒長(zhǎng)度為5De，導(dǎo)流筒和導(dǎo)流板位置如圖3所示；微孔氣體擴(kuò)散器安裝在導(dǎo)流筒外側(cè)，距導(dǎo)流筒底部邊緣0.5m左右；安全閥裝于反應(yīng)器上部的封頭頂部；磁翻柱液位計(jì)安裝于反應(yīng)器筒體外設(shè)計(jì)液位處；人孔盡量接近曝氣裝置(圖4)。反應(yīng)器采用Q235碳鋼制造，采用涂刷環(huán)氧樹脂進(jìn)行防腐[2]。

圖2 反應(yīng)器管口位置示意圖

圖3 導(dǎo)流筒和導(dǎo)流板位置示意圖

圖4 空氣擴(kuò)散器、人孔位置示意圖

3 系統(tǒng)輔助設(shè)施

系統(tǒng)輔助設(shè)施包括脫氣池和沉淀池，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。

a. 脫氣池

b. 沉淀池

由于壓力曝氣生物反應(yīng)器采用壓力曝氣，反應(yīng)器內(nèi)混合液中溶解大量的氣體，粘附在活性污泥顆粒上，不易沉淀。采用脫氣池對(duì)反應(yīng)器流出的混合液進(jìn)行脫氣處理，即常壓曝氣，吹脫粘附在活性污泥顆粒表明的氣體。脫氣池采用廊道式結(jié)構(gòu)，底部敷設(shè)微孔曝氣器，氣源來(lái)自壓力曝氣生物反應(yīng)器塔頂排出的尾氣。經(jīng)過(guò)約1.0h的常壓曝氣，基本達(dá)到常壓曝氣池污泥的沉淀性能，混合液進(jìn)入輔流式二次沉淀池進(jìn)行固液分離。

經(jīng)脫氣池脫氣處理的混合液流入輔流式二次沉淀池，經(jīng)過(guò)約1.5h的沉淀，混合液中的活性污泥顆粒沉淀于池底，上清液排放。底部的污泥用泵打入反應(yīng)器中，剩余污泥排放，上清液即為凈化的廢水，達(dá)標(biāo)排放。

4 系統(tǒng)布置

4.1系統(tǒng)平面布置

壓力曝氣生物反應(yīng)處理系統(tǒng)平面布置原則如下：

a. 系統(tǒng)平面布置在滿足運(yùn)行操作的前提下，設(shè)備布置盡量緊湊、管線盡量最短。

b. 系統(tǒng)初次沉淀池宜設(shè)計(jì)為輔流式沉淀池；按照需要處理的水量，系統(tǒng)初次沉淀池可設(shè)計(jì)為一臺(tái)或多臺(tái)，并聯(lián)工作；設(shè)配水井為初次沉淀池供水，以配水井為中心，多臺(tái)沉淀池呈對(duì)稱布置；沉淀池設(shè)刮泥機(jī)，收集初次沉淀污泥，初次沉淀污泥直接排入污泥濃縮池、壓濾機(jī)處理。

c. 初次沉淀池出水流入污水提升泵吸水井，每臺(tái)壓力曝氣生物反應(yīng)器設(shè)單獨(dú)污水提升泵和流量計(jì)，易于運(yùn)行控制；污水提升泵集中安裝在泵房中，便于管理；提升泵流量與每臺(tái)反應(yīng)器處理水量一致，用閥門調(diào)節(jié)，水泵揚(yáng)程選擇時(shí)要考慮壓力曝氣生物反應(yīng)器中的操作壓力、液位靜壓力和管道阻力。

d. 每臺(tái)壓力曝氣生物反應(yīng)器直徑不宜大于4m，根據(jù)處理的水量，設(shè)計(jì)設(shè)備的臺(tái)數(shù)，多臺(tái)設(shè)備并聯(lián)工作；多臺(tái)設(shè)備可布置成直線形或矩形，以場(chǎng)地情況和操作方便為準(zhǔn)。每臺(tái)設(shè)備設(shè)單獨(dú)的出水管線通往脫氣池；每臺(tái)反應(yīng)器尾氣管連接到尾氣干管，統(tǒng)一控制尾氣壓力，做到各臺(tái)反應(yīng)器中的曝氣壓力相等。

e. 系統(tǒng)設(shè)一臺(tái)脫氣池，便于操作；脫氣池容積按照所有壓力曝氣生物反應(yīng)器排出的混合液總量，停留1.0h設(shè)計(jì)；池內(nèi)設(shè)廊道，推流運(yùn)行，防止短流；每臺(tái)反應(yīng)器出水管跌水進(jìn)入脫氣池，脫氣池出水管位于上邊緣0.5m處。

f. 二次沉淀池宜設(shè)計(jì)為輔流式沉淀池；按照需要處理的水量，二次沉淀池可設(shè)計(jì)為一臺(tái)或多臺(tái)，并聯(lián)工作；設(shè)配水井為初次沉淀池供水，多臺(tái)沉淀池呈對(duì)稱布置；沉淀池設(shè)吸泥機(jī)，收集沉淀污泥，用泵回流到反應(yīng)器中；每臺(tái)反應(yīng)器設(shè)單獨(dú)污泥回流泵，集中安裝在泵房中。

4.2系統(tǒng)高程布置

系統(tǒng)高程布置以水流自流為原則。壓力曝氣生物反應(yīng)器宜設(shè)置在場(chǎng)地地面標(biāo)高位置，不宜抬高或降低；污水排放源來(lái)水自流到初次沉淀池中，初次沉淀池出水用水泵打入反應(yīng)器中；二次沉淀池的池高度以半地下式為宜，既方便排水，又便于操作；脫氣池高度略高于沉淀池，出水自流到沉淀池，兩池液面高差為兩池連接管和管件的水頭損失。壓力曝氣生物反應(yīng)器出水管固定到脫氣池進(jìn)水一側(cè)的池壁，混合液跌水進(jìn)入脫氣池，不宜淹沒出流，便于運(yùn)行時(shí)觀察每臺(tái)設(shè)備的出水情況。

5 應(yīng)用實(shí)例

5.1味精廢水處理

壓力曝氣生物反應(yīng)處理系統(tǒng)應(yīng)用于廣州奧桑味精食品有限公司的味精廢水處理過(guò)程，設(shè)計(jì)水量4 000m3/d、壓力曝氣生物反應(yīng)器容積150m3(8臺(tái))、污泥齡5～8d、污泥濃度為3 500～5 000 mg/L；水力停留時(shí)間7.0h，曝氣壓力0.10MPa，曝氣量為20～30倍的進(jìn)水量，氧利用率不22%～30%，傳氧動(dòng)力效率2.5～4.0kg/(kW·h)，溶解氧濃度為2～4mg/L；污泥回流量為0.8Q～1.0Q(Q為處理水量)。系統(tǒng)進(jìn)水COD為2 126～2 884mg/L，NH3-N為258～315mg/L；處理出水COD為46～68mg/L，NH3-N為4～15mg/L。COD和NH3-N的去除率分別為97.6%～97.8%和78.4%～82.2%。

5.2制藥廢水處理

采用UASB-加壓曝氣生物反應(yīng)器處理湖南某藥業(yè)公司的制藥廢水。工程設(shè)計(jì)水處理量為60m3/d，原水水質(zhì)主要指標(biāo)為：COD為6 000～12 000mg/L、BOD5為2 010～5 000mg/L，pH為3～4，SS為2 000～3 000mg/L。UASB池規(guī)格為5.0m×5.0m×8.9m(一座)；反應(yīng)區(qū)容積為5m×5m×4m=100m3；反應(yīng)器溫度為30～35℃；容積負(fù)荷為5～8kgCOD/m3。壓力曝氣生物反應(yīng)器規(guī)格為φ3.0m×9.8m(一臺(tái))；容積負(fù)荷為2.0～2.5kgCOD/m3；污泥回流比為0.8～1.2；操作壓力不大于0.9MPa。設(shè)計(jì)污泥齡為5～8d；平均設(shè)計(jì)污泥濃度為3 000～3 500mg/L；停留時(shí)間為6.0～8.0h，曝氣量為30～35倍的進(jìn)水量，脫氣池常壓曝氣1.0h，底部設(shè)曝氣管和微孔曝氣頭，曝氣氣體來(lái)自壓力曝氣生物反應(yīng)器頂部的尾氣。壓力曝氣生物反應(yīng)器進(jìn)水COD為2 000～2 500mg/L，處理出水COD為150～180mg/L，COD去除率達(dá)到92.5%～92.8%，處理工藝COD總?cè)コ蔬_(dá)到98.5%。

6 結(jié)束語(yǔ)

壓力曝氣生物處理系統(tǒng)包括初次沉淀池、壓力曝氣生物反應(yīng)器、脫氣池和二次沉淀池。其核心設(shè)備壓力曝氣生物反應(yīng)器采用密閉塔式結(jié)構(gòu)、壓力曝氣，曝氣壓力視廢水水質(zhì)情況可在0.05～0.25MPa運(yùn)行。氧利用率為22%～30%，約是常壓微孔曝氣氧利用率的1.8～2.0倍；傳氧動(dòng)力效率2.5～4.0kg/(kW·h)，基本與常壓曝氣傳氧動(dòng)力效率持平；COD和NH3-N的去除率比傳統(tǒng)處理工藝可分別提高20%和35%左右。去除1kgCOD的綜合費(fèi)用較傳統(tǒng)工藝降低約25%左右。該系統(tǒng)應(yīng)用于味精廢水和制藥廢水處理，均取得較好的處理效果，也可用于其他中高濃度有機(jī)廢水的處理。

[1] 陳立波，李風(fēng)亭.壓力曝氣生物反應(yīng)器在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用[J].化工機(jī)械，2006，33(3)：171～173.

[2] 陳立波，蘇顯峰，閆廣平.壓力曝氣生物反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].化工機(jī)械，2010，37(6)：690～692.