流离生化法在污水处理中的应用 5页

器环境保护工程EnvironmentalProtectionEngineering流离生化法在污水处理中的应用黄谦，孔刚(北京市市政专业设计院有限责任公司，北京100037)摘要：流离生化法也称流离生化反应器(FSBBR)，是将流离原理与生物接触氧化机理相结合并应用到污水处理领域的一项新型生物膜法处理技术，该法十分适合于小区及建筑中水处理。对流离生化法作r工艺概述，分析了其工作原理，并对近期国内的研究和应用作了综述，在此基础上，提出了该法尚需解决的问题，并对其应用前景作了展望。关键词：污水处理；流离生化法；流离球中图分类号：X703．1文献标志码：B文章编号：1009—7767(2011)04—0100—05ApplicationofFlow-separationBiologicalTreatmentTechnologyinSewageTreatmentHuangQian，KongGang流离(通常亦称为速分)是存在于自然界中的一种固液分离现象。当固体颗粒在流体中流动时(或流体流经固体颗粒时)，由于黏滞力的作用，固液边界层不同区域的流速产生差异，流速差形成一定的压差，这迫使固体颗粒向着流速慢的方向同转移动，这一过程连续进行的结果是固体颗粒总南流速快的区域向流速慢的区域移动和聚集。这种现象就称之为流离⋯。在污水处理领域，流离是指污水流场中悬浮物质(固体颗粒、活性污泥)由流速快向流速慢的地方聚集的现象，它是除沉淀、过滤以外的另一种固液分离技术。流离生化法也称流离生化反应器(FSBBR)，是将流离原理与生物接触氧化机理相结合并应用到污水处理领域的一项新型生物膜法处理技术。流离生化法具有t艺流程简单、启动快、处理效果好、运行简便、无污泥产生、占地少、节省费用等优点，近来已逐渐为业内所重视并得以推广应用I“1。本文介绍了流离生化法的起源与发展、工艺流程、工艺特点、流离球、流离生化池等方面的内容，系统地分析了流离生化法的工艺原理，全面综述了近年来国内在流离生化法上的研究和应用成果，在此基础上，提出了流离生化法尚待解决的问题。并对流离生化技术的应用前景作了展望。1工艺概述1．1流离生化法的起源与发展100啼荭敏木q盯2011No．4(Jul．)V01．29流离生化法是一项新型生物膜法处理技术。该技术源自日本，最先应用于有机废水的处理，后在小区或建筑中水领域得到大量应用。国内自20世纪90年代末期引进该项技术．经过消化吸收及不断改进．现已做到国产化。目前流离生化法在国内通常主要应用于小区或建筑中水处理及T业废水治理等领域I蹦I。1．2工艺流程1．2．1典型工艺流程图1为流离生化法典型工艺流程示意。一个完整的流离生化法工艺流程一般由预处理单元、生物处理单元(流离生化池)及深度处理单元组成。图1典型丁艺流程预处理单元的基本功能是调节水量、水质波动，去除油脂、漂浮物及无机颗粒物等，减少对后续单元稳定运行的影响。由于流离生化池长期运行中可不排泥或少量排泥，为保持流离生化池稳定运行，污水在进入生物处理单元(流离生化池)前应进行必要的预处理，根据污水进水水量、水质特点．预处理单元一般可选设调节池、粗格栅、精细格栅、除油沉砂等设施。生物处理单元由流离生化池承担，流离生化池是\n流离生化法的核心，类似活性污泥法中的曝气池及二沉池，具有去除有机物、脱氮、有限除磷、同液分离及污泥稳定消化的功能。流离生化法通常不需另设二沉池和污泥回流设施，也不需设反冲洗设施，在污水生物处理的整个过程中，如进水、曝气、生物净化、污泥稳定消化、同液分离和出水全部集中在流离生化池1个池内完成。如其他污水处理技术一样，流离生化法在生物处理单元后需设深度处理单元进一步去除污染物及消毒灭菌，以满足出水达标排放或回用的要求。深度处理单元一般设有化学除磷、吸附、过滤、消毒等设施，可根据出水水质的要求选择恰当的组合。环境保护工程器EnvironmentalProtectionEngineering流离生化法典型T艺流程具有较强的有机物降解能力，一定程度的脱氮能力及有限的除磷能力。为进一步去除污水中的营养物(氮、磷)，可采用强化脱氮除磷T艺流程。1．2．2强化脱氮除磷工艺流程近年来，随着我国水体富营养化因氮、磷污染而日趋严重及丁业废水和城市污水中营养物(氮、磷)排放标准的不断提高，为有效去除污(废)水中的氮、磷营养物．开发并应用具有强化脱氮除磷功能新型生物反应器显得尤为重要和迫切。在此背景下，流离生化法强化脱氮除磷T艺流程应运而生，图2为强化脱氮除磷工艺流程示意图。图2强化脱氮除磷工艺流程目前，脱氮一般采用生物硝化／反硝化来完成，除磷则采用生物法或生物／化学沉淀法来实现。由于硝化菌与聚磷菌对生存环境和污泥龄的要求均不同，对污水(进水)可提供的有限基质存在竞争关系，因此，生物脱氮与生物除磷间存在矛盾17】。在需同时脱氮除磷的生物系统中．常将污泥龄控制在折中范围内，并通过空间或时间分区为硝化菌与聚磷菌创造独立的适宜生境，以兼顾脱氮与除磷的需要。当同时脱氮除磷的矛盾无法调和时，通常做法是牺牲生物除磷而确保生物脱氮，再另增化学除磷以予补偿。流离生化法在实际运行中基本不排泥或少量排泥，故其污泥龄较长，这对生物脱氮有利而于生物除磷不利。为保证出水营养物(氮、磷)均达标，流离生化法需采用强化生物脱氮、辅加化学除磷的强化脱氮除磷工艺流程．其核心宗旨是流离生化池按强化脱氮模式设计以确保出水氮达标，磷则通过生物除磷去除一部分，剩余的则通过化学沉淀方式去除。目前，实践中的强化脱氮流离生化池有2种型式。一为参照活性污泥法脱氮工艺(刖O法)设置，即反应池按水流方向分隔为缺氧区(A区)及好氧区(O区)2个区，并增加一套混合液回流系统；二为合理布置曝气管．调整曝气量。使反应池按水流方向形成微氧、缺氧、好氧分区。以取得强化生物脱氮的效果。1．3工艺特点与其他小型连续流生物接触氧化丁艺及活性污泥法工艺相比．流离生化法具有如下特点：1)流离生化池按序铺装构造独特的流离球，能形成独特的气一液一固三相运动方式，有利于填料间隙及填料内部孔隙交替形成厌氧、缺氧、好氧多种生境。系统中微生物种类丰富，食物链长，生物量大，可获得理想的有机物去除效果，并能实现同步硝化反硝化生物脱氮。2)除磷效果一般，在生物除磷的基础上，辅助化学除磷．能够获得较为理想的除磷效果。3)污泥龄长，污泥产率低、剩余污泥产生量少。4)由于采用流离球这种特殊填料，易挂膜，不易堵塞，能实现固液自分离，故流离生化法一般不用单独设二沉池、污泥回流设施及反冲洗设施，从而节省2011年第4棚(74)第29拳啼荭技术川∈T101\n器环境保护工程EnvironmentalProtectionEngineering占地、减少投资及运行费，并使运行、操作、维护管理变得简单。5)流离生化池以独特的同一液一气三相流运动，空气泡上升过程中被填料切割、穿刺和分散，增大了固、液、气之间的掺混和传质效果，提高氧利用效率，节能效果好。1．4流离球1．4。1流离球的作用流离生化法中，流离球作为微生物生长的载体和微环境形成的动因，直接影响着生物膜的生长、繁殖、脱落，影响着微生物的种类和食物链的长度，影响着厌氧、缺氧、好氧等生物环境的分布与变化，影响着固液分离的效果。对系统稳定运行、处理效果及节约能耗等均有十分重要的作用。1．4．2流离球构造流离生化法是一种新型的生物膜法处理工艺。填料(载体)是生物膜附着的同体介质。填料应具有丰富的内表面和一定的孑L隙率，应具有良好的抗磨性能及化学稳定性能。填料应根据具体的处理目标和污水的性质加以选择。生物膜法常用填料包括黏土类无机填料、形态不同的塑料类填料、纤维或纤维与塑料的组合填料等。流离生化法采用流离球作为生物膜支撑介质，流离球是一种新型塑料与黏土类无机填料的组合填料。流离球通常是由耐腐蚀、具有较好机械强度和韧性的塑料多孑L外球和内部装填经特殊处理的多孑L填料或黏结成形的天然碎石填料组成。流离球直径一般为10～12cm，孔隙率约为0．6。图3为常见流离球结构示意图。图3流离球结构示意图1．4．3内部填料传统的流离球使用天然石料作为内部填料，一般采用黏结剂将不溶性天然石料黏结到一起形成多孔球状填料。102辛荭投求一ET2011No．4(Jul．)V01．29国内某些厂家使用经特殊处理的多孑L填料作为内部填料。该填料是将黏土等天然石料经高温熔化、膨胀释气、冷却后，形成轻质、坚硬、具有明显蜂窝状结构的特殊填料。该填料与传统填料相比，具有密度小、强度高、导热系数低、化学稳定性好、挂膜快、水流流态好等优点。除此之外．国内还有将脱水污泥与粉煤灰、黏土一起烧制成特殊的污泥填料。污泥填料具有挂膜快，空隙度高、形成的生物膜对温度有较强适应能力，对某些特殊废水具有较好去除效果等独特特性181。1．5流离生化池流离生化池是流离生化法的生物处理构筑物，该池是基于流离原理和多相生物反应原理设计的。流离生化池一般为矩形，构造类似普通曝气池。一般包括进水区、反应区和出水区。反应区填装流离球，流离球装填密度一般约1000个／m3，装填高度一般为2．5m，池底铺设穿孔管进行曝气充氧。为提高配水均匀性，一般在反应区进出水端设穿孔墙。流离球通常分层平铺于反应区内．这有利于减小填料的水平角度，使配水更均匀，能促进微生物和污染物充分接触，有利于有机物去除。2基本原理流离生化法运用流离球巧妙地将流离原理和生物接触氧化机理结合在一起，采用流离球作生物膜载体，通过流离聚集和多相生物反应，完成固液分离、污水净化、污泥消解的目的。2．1污水净化机理生物膜法是一种利用附着生长于某些固体介质(载体)表面的微生物(生物膜)进行污水处理的方法。流离生化法是一种新型的生物膜法处理技术，其净化机理综合了流离聚集作用、生物接触氧化作用及微生物食物链的分级捕食作用。流离生化法中的悬浮物主要是通过流离作用聚集到流离球内部，从而实现固液分离。污水流经流离球时，流离球独特的构造及布置方式，造成球间空隙大、阻力小、流速快，球内空隙小、阻力大、流速慢，从而形成了流速差异，污水中的悬浮物质便向球内以及球表面聚集，经过多次流动与聚集，实现捕集悬浮物及固液分离。聚集在球表面以及球内部的有机悬浮物则进一步被生物膜上的微生物所吸附、降解。流离生化法中的有机物及含氮污染物的去除主要靠生物接触氧化作用及微生物食物链的分级捕食作\n用。流离生化法应用特有构造的流离球作为生物膜载体．流离生化池内固定排列着一定数量的流离球。一方面能形成独特的固一液一气三相运动方式，有利于填料间隙及填料内部孑L隙交替形成厌氧、缺氧、好氧多种生境，为不同生态类型的微生物的生长及污染物的去除创造良好条件；另一方面流离球表面积大，隙问水流以层流相均匀流为主．生物膜极易在其表面生长，系统中微生物种类丰富，食物链长，生物量大【2—1，不同生态系统的微生物降解能力及分级捕食较强。污水中的污染物就在向生物膜内扩散的同时被生物膜上的微生物通过其自身的新陈代谢而降解。流离生化法，磷的去除主要通过生物／化学除磷方式。2．2污泥消解机理流离生化法剩余污泥的消解同生物池内的厌氧、缺氧、好氧多变微环境、流离球形成的强化流离作用及运行_T况等密切相关。首先，流离生化法污泥产率低．从而污泥产生量少。因为流离生化法属生物膜法，生物膜法反应器特别适合于生长速率缓慢，污泥产率很低的微生物菌群生长。因流离生化法采用的污泥龄较长，污泥产率自然就低，而较长的污泥龄有利于食物链长的生态系的形成，从而可进一步减少污泥产率，故流离生化法污泥产率低，污泥产生量少。其次，流离生化法有促使剩余污泥原位降解的条件。流离生化池内排列着大量的流离球，其底部安装曝气管，运行时池内形成独特的固一液一气i相运动方式。这不仅为形成良好流离作用提供必要条件，而且为不同生态类型的微生物提供一个厌氧、缺氧、好氧多变微环境。从污泥减量的角度来看，不同基质和溶解氧的浓度梯度分布，有利于不同生态类型的微生物在流离球内外和生物膜内不同位置形成优势区．厌氧一好氧微生物的共存，有利于不同微生物之间产生协同作用，从而使剩余污泥有条件进行原位降解。最后．流离生化法产生的剩余污泥(脱落的生物膜)经流离作用能被流离球有效截获并聚集到流离球内，流离球中心为厌氧环境，被截获的剩余污泥在厌氧条件下经水解作用被分解、液化，部分未降解殆尽的剩余污泥流出流离球，在好氧环境下被好氧分解，残存的污泥再次被捕获到流离球内，以上过程不断重复，剩余污泥在循环往复的被流离聚集、水解液化，好氧分解的过程中，最终大部分有机污泥被彻底消化，少量环境保护工程器EnvironmentalProtectionEngineering无机污泥及有机残体滞留于生物池中，定期排放。3研究与应用流离生化法开发成功以后，逐渐在小区或建筑中水、工业废水的处理等领域得到研究与应用。李军等对比研究了流离生化法典型工艺与强化脱氮工艺(微氧+缺氧+好氧)工况处理低C／N比生活污水的效果，研究表明，在进水COD。负荷0．80～1．20kg／(m3·d)、NHs-N质量浓度70～90mg／L、'IN质量浓度75～110mrCL、水力停留时间为8h、温度约25℃条件下，两种工艺对CODo和NH，一N去除率均可达85％和90％以上；强化脱氮工艺比典型T艺有更高的TN去除率和更低的污泥产率llOl。李军等还研究了水力停留时间对污染物去除效果的影响．研究发现水力停留时间越长有机物去除越好|91。工业废水不仅含有毒或有害物质。而且对废水处理工艺的要求较高。在有毒难降解的有机废水领域，蔡正文研究了应用流离生化反应器与其他下艺组合对有毒难降解化T废水进行处理，实验表明，采用上述工艺能有效地处理这类有毒难降解的有机化工废水，出水可达到国家一级排放标准【ll】。何大伟等进行了流离生化技术处理高质量浓度制药废水的中试研究．研究表明．流离生化反应器具有很高的耐冲击负荷能力，能耗低，有机物去除效果好1121。在小区或建筑中水领域的应用方面，王庆勋等应用流离生化技术及人工湿地处理对校园生活污水进行处理并作中水回用，该工程规模为3800m3／d，总投资约500万元。中水回用每年收益约122万元，该项目的实施取得了较好的环境和经济效益113l。王秀荣报道了应用流离生化技术处理某大学校区生活废水，工程实践表明，该工艺运行稳定且处理效果好，出水水质优于普通接触氧化法，是值得推广应用的污水处理工艺131。4问题和展望目前，对流离生化法的研究主要集中在污染物去除效果等方面，对其内在机理的研究还甚少，作为一种具有较好发展前景的新型工艺，还需进行大量的基础研究。具体来说，应加强流离原理方面的研究，如流离发生的条件、流离对同液分离、微生物种群结构和功能、污染物去除效果的影响及如何强化流离作用等；此外。还应深入研究微生物的组成、代谢特性和种群结构的影响因素等。相信在不久的将来，通过应用先进的流场分析工具．结合数值图像分析、微生物传感器和2011卑第4期(71'1)第29t-啼荭故术一E1l103\n器环境保护工程EnvironmentalProtectionEngineering数学模拟等工具，必将能解开上述问题的神秘面纱．从而促进流离生化法的进一步发展与应用。流离生化法是一种新型高效生物膜反应器，它具有工艺流程简洁、处理效果好，运行操作简便，占地省、节省投资及运行费等特点，是一种很有发展前途的T艺，对中小型污水处理丁程具有较好的应用前景。滋润参考文献：[1]Anderson，JohnD．IntroductiontoFlight[M]．Boston：McGraw-Hill／HigherEducation，2005：219—223．【2】郭治东，王三反，葛敬，等．速分技术在中水处理中的应用[J】．铁道标准设计，2006(10)：97—99．[3】王秀荣．流离生化技术在生活废水处理中的应用[J]．环境工程，2009，27(S)：106—108．[4】石成刚．流离生化处理工艺在国家图书馆二期工程的应用叨．中国建设信息，2010(1)：62—64．【5】陈定奎，曹鲁贤．流离球技术是90年代新颖污水处理技术叨．机械给水排水，2000(1)：2—3．[6】袁丽梅，张传义．速分技术在污水回用中的研究与应用[c]／／王国清．中国环境科学学会学术年会论文集．北京：中国环境科学出版社，2006：2116—2119．[7】娄金生，谢水波，何少华，等．生物脱氮除磷原理与应用【M】．长沙：国防科技大学出版社，2002：77—80．【8]郑威，单舒曼，尹波．药厂污泥制备水处理用多孑L流离球填料叨．化学工程师，2007(12)：49—51．[9】李军，张宁，王海燕，等．耦合生物反应器处理低碳氮比污水特性研究阴．现代化工，2005(12)：23—26．[10】李军，张宁，王海燕，等．不同工况耦合生物反应器处理低C／N比生活污水试验叨．环境工程，2006，24(3)：23—28．[11】蔡正文．生化处理下艺对有毒难降解化工废水处理的实验研究[J]．四川化工，2010，13(3)：50一53．[12】何大伟，武强．投加FSB流离球填料处理高浓度制药废水的中试研究【J]．黑龙江科技信息，2010(10)：50．【13】王庆勋，韩晓勤，目军．河北科技大学新校区中水系统的设计与评价[J]．2005，22(5)：252—255．收稿日期：201l—ol一20作者简介：黄谦(1961一)，男，北京市人，高级工程师，学士，主要从事给排水T程设计。(上接第99页)量，累计最大沉降量为18．2mm(设计允许沉降30him)，最大净空收敛为3．7mm(没计允许值20mm)。但是由于新凤河河底长期经河水浸泡，土层含水量仍较大，土层稳定性较差。通过监控量测数据亦反映出在暗挖隧道开挖上、下台阶时，沉降量较大．但均在可控范围之内；在暗挖隧道开挖7d、初支后背注浆完毕后，拱顶沉降和净空收敛曲线明显趋缓和稳定，见图3。图3新凤河过河段渡管拱顶沉降历时曲线图3结语轨道交通做为城市中理想的交通方式，是城市未来交通的发展方向和趋势。越来越多的城市开始修建地下铁路。在地下铁路隧道施工经过河流、建构筑物时，选择合理的施工方案对保证施工安全和工期要求、控制施工成本和施工质量是很关键的。黼参考文献：[1]北京城建集团有限责任公司GB50299—1999地下铁道工程施T及验收规范【S】．北京：中国计划出版社，2003．【2】冶金部建筑研究总院GB50086—2001锚杆喷射混凝土支护技术规范[S]．北京：中国计划出版社，2001．收稿日期：2011-01—13作者简介：仇立发(1979一)，男，河北衡水人，工程师，学士，主要从事土建丁程施丁管理。甘肃：未来5年两千亿元打造立体大交通“十二五”期间，甘肃省将实现“市市(州)通高速、大部分市州有机场、乡乡通油路”。全省高速公路通车单程将达到3600km以上，省会兰州与各市(州)政府驻地全部以高速公路连通，所有县(市、区)政府驻地与市州政府驻地通二级以上公路，所有乡镇和大部分具备条件的行政村通油路，全省大部分市州有机场。104啼荭鼓求nElI2011No．4(Jul．)V01．29