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'维普资讯http://www.cqvip.com—-——74—--——g~JII环境2005年第24卷第1期·治理技术·接触氧化污水处理技术的研究现状与展望赖万东，杨卓如(华南理工大学化工与能源学院，广州510641)摘要：本文简述了污水处理中生物接触氧化技术的工艺特点及其发展历史，综述了国内外研究及应用现状，为进一步开展该技术的研究和新工艺的开发提供参考。接触氧化技术将是未来我国水处理的主要发展方向之一，文中展望了该技术的一些发展方向。关键词：生物接触氧化法；淹没式生物反应器；污水处理中图分类号：x703文献标识码：A文章编号：1001—3644{2005)01．0074—04StatusandDevelopmentofBio-contactOxidationTechnologyforWastewaterTreatmentLAIWan—dong．YANGZhuo-ru(Co／／egeofChemicalEngiru~ingandEnergy，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou510641，China)Abstract：Thecharacteristicsanddevelopmentofbio-contactoxidationtechnologyaredescribed．Thestudyprogressandapplicationsituationaresummarized．Thisoffersthebasicreferencefortheresearchanddevelopmentofthetechnology．Bio-contactoxidationte(nD10gyforwastewatertreatmentisthernaj0rdevelopmenttrendinthefutureinChina，andthefuturedevelopmentofthetechnologyisfinallyprospected．Keywords：Bio-contactoxidationprocess；submergedbiofilmreactor；wastewatertreatment1概述断加厚，当滞流水层中溶解氧被膜表层微生物耗尽时，接触氧化法又称淹没式生物滤池，是在生物滤池膜内层就会滋生出大量厌氧微生物，造成内层微生物群不断死亡、解体，降低了生物膜与填料表面的粘附基础上，通过接触曝气方式演变成的一种污水生物处力，同时厌氧微生物发酵产生的H2S、NH3气体及膜理技术。它具备生物膜法的基本特点，典型的工艺由内大量噬膜微型动物，也会影响生物膜在填料表面的氧化池(床或生物反应器)、填中国城镇水网料(载体)、布水装置附着，使过厚的生物膜在本身重力及废水流动力作用和曝气系统四部分组成，运行时填料全部浸没在污水下脱落。中，利用机械装置向水体充氧，生物膜绝大部分附着接触氧化工艺是一种高效能的生物处理技术，常在固体填料上，少量悬浮于水中，其浓度小于300用于处理既含有溶解性有机物又含有粒状有机物的污rng／L。由于吸附作用，生物膜表面上附着一层滞流薄水。它将生物滤池和活性污泥法有机结合在一起，同水层，空气中氧通过滞流层进入生物膜，有氧条件下，时兼有两者的优点，从水中微生物的附着场所及生存污水层内有机物不断被膜中微生物吸附、氧化分解。方式来看，类似于生物滤池，从反应器流体力学特性滞流水层内有机物浓度极大地低于流动层，在传质推及曝气方式来看，它又与活性污泥法相似。有关的实动力作用下，流动层www.chinacitywater.org内有机物不断向附着层转移，使验研究及实际工程表明⋯，相同条件下，氧化池比表流动水层在整体流动中逐步得到净化，达到污水处理面积为130～1600m2／m3，而生物滤池比表面积是40目的。在此期间，生物膜的增长、新陈代谢过程与溶～120m2／m3生物转盘比表面积是120～180m2／m3。氧值关系密切，生物膜厚度随着微生物浓度增殖而不，接触氧化法的体积负荷可达3～10kgBOD5／m3·d，是普通活性污泥法的3～5倍，CODcr去除率是传统生物收稿日期：2004—04—29作者简介：赖万东(1967一)，女，广东梅县人，2001年毕业于华南理工大法的2～3倍。学化学工程专业，博士研究生。研究方向为化学与工艺及水接触氧化法与传统的活性污泥法、生物滤池法相处理技术。比，在处理效率、运行稳定性、工程投资和运行费用 维普资讯http://www.cqvip.com四川环境2005年第24卷第1期一75一等方面都具有明显的优点【2I，如(1)处理效率高，泛而深入的研究与应用，研究领域涉及填料选材、氧对水中有机负荷变动适应性强、范围宽；(2)产污泥传递机理、新型反应器的研制与开发，微生物选育和量少，不发生污泥膨胀，无需污泥回流；(3)反应器挂膜等多方面[7．引。随着工艺技术的逐渐成熟，应用中微生物浓度高，结构紧凑，生物膜适应性强，比较领域也更加广泛，用于处理生活污水、城市污水、微容易除去难分解和分解速度慢的物质，运行稳定性好；污染源水、某些工业有机废水如石油化工、农药、印(4)设计和运行时所需的水力停留时间短，在处理相染、轻工造纸、食品加工、发酵酿造、制药等行业排同水量的情况下，反应器体积小，占地面积少；(5)放废水，甚至像苯酚、丙酮等一些难降解的有毒废水。工程投资少，设备简单易操作，维修方便，运行费用低，综合能耗低。(6)具有污泥浓度高、泥龄长的特3接触氧化技术的研究及应用点。对于一些较难降解的有机物具有较强的分解能力，3．1新型复合反应器的开发及应用系统耐冲击负荷强，效率高。近年来涌现出许多新型的单一或复合式反应器，如上流式填充床生物反应器、曝气生物滤池BAF(Bi—2接触氧化法发展历史ologiealAeratedFilters)、复合填料反应器等。据文献接触氧化法概念最早于19世纪末由Waring等人报道，Ham0daL9J在新型复合填料反应器中采用固定化提出。1912年，Closs在德国取得了专利登记J，同陶粒填料对城市污水进行处理，实验结果表明，当进期，美国Hayes等在污水处理的活性污泥曝气池中，水浓度BOD5：14．6rng／L，code==158．2mg／L时，采用石棉板、塑料板及水泥板等作为微生物生长载体，控制水力停留时间HRT=8h，有效体积负荷0．32～取得了良好的净化效果。20世纪50年代初，接触氧1．2L／h，实验测得处理后出水水质为CoD＆=化技术被广泛应用于小型污水处理厂中【4J，在美国有89．6mg／L，BOD5=7．5mg／L。陈元彩等【lo】采用絮凝／60多个污水处理厂使用该技术处理市政污水，仅New厌氧酸化／生物接触氧化一体化反应器对造纸制浆含氯Jersey就有37套生物接触氧化反应器系统投入生漂白废水进行处理，研究了反应器结构特性和处理效产[5j。与其它传统水处理技术相比，虽然接触氧化法率等一些相关参数，其结论是当水力停留时间为15h具有生物量高和净化效果较好等优点，但由于氧化池时，反应器CODe,去除率达83．9％，毒性去除率在操作时存在布水布气不易均匀，环境卫生条件也较92％，可有效降解废水中木素及有毒的氯化木素。差，生产费用高且填料可能被脱落生物膜堵塞等缺点，Clapp[11J对AS(AeratedSludge)与BAF两种反应器到50年代后期，接触氧化法有逐渐被活性污泥法取代进行了比较研究，发现AS反应器对石油工业废水中的趋势。中国城镇水网的挥发性有机物去除率及解吸速度较高，而BAF反应本世纪70年代初期，随着新型有机合成材料的研器对废水中有机污染物的生物降解能力则更强些。发，聚酰胺、聚乙烯和聚苯乙烯等材料被广泛用于制wakelin[1z】设计了一种新型的堰槽式生物反应器造填料，加上环境保护对水质要求的进一步提高，促(WeirTankReactor)。用于快餐店的排污水处理，这成了接触氧化法的新发展。日本首先提出了“管式接种独特结构的反应器对降解动植物油脂特别有效，实触氧化”构想，开发出轻质蜂窝填料，其比表面积和验结果表明，当反应器平均有机负荷为5kgCOl~／m3空隙率大量增加，并对氧化池充氧方式进行改良的基础上，成功地将接触氧化法应用于饮用水源水的预处·d时，总油脂去除率高达84％--96％以上。3．2接触氧化工艺与新型填料组合应用理中。试验研究和实www.chinacitywater.org际工程应用表明J，在饮用水源在实验室规模研究中，ShinE13】将废旧轮胎特殊处水的预处理中，接触氧化法要优越于昆凝、沉淀、过滤和氯化消毒等传统水处理工艺，它不仅能有效地去理后制成胶条状，用于反应器中充当生物载体进行挂除源水中的氨氮、亚硝酸盐和微量有机污染物，特别膜，处理含酚废水，实验发现废水驯化期大为缩短，对由于氯化消毒工艺产生的致癌物三卤甲烷的前驱物只需12天后系统稳定，填料表面微生物浓度为有很好的去除作用，减轻了后续工艺负担，该技术和3．72g／eraz，废水中二氯苯酚去除率达98％，氯酚去传统工艺联用，可极大降低饮用水氯化的致突变活性，除率达70％。Sakai[¨】等人研究了在生物接触氧化反应提高饮用水的质量。器中采用磁各向异性的管状生物膜填料的情形，实验结近20余年来，接触氧化技术在国内外都得到了广果表明，在磁场力作用下，可在15min内于填料表面形 维普资讯http://www.cqvip.com一76一四川环境2005年第24卷第l期成生物膜，控制水力停留时间Ⅷ=1h，进水C0【浓CODcr=15000mg／L，水力停留时间HRT>5．6h时，度200n~／L条件时，反应器o3tG总去除率为80％，污水CODcr去除率>90％，最终出水CODcr<25rag／pH值不用调节。陈洪斌等ll5J对炼油废水采用悬浮填料L，浊度<1NTU。李亚峰等【J报道了采用生物滤池+接触氧化技术进行深度处理，实验结果显示，填料在+生物接触氧化+纤维球过滤三级工艺联用处理含醇正常曝气条件下呈流化态，不需反冲洗，生物膜挂膜迅醚类非离子型表面活性剂废水的实验研究，结果表明，速、更新快，对、B的去除率分别可达15％经生化处理后，进水浓度由CODcr=250～1800mg／L。～50％和80％，油、硫化物、酚等被彻底去除，对浊KS=60～260mg／L，降至出水CODcr<100mg／L，SS度、Uv254、ToC和大分子有机物有一定去除效果，碱<15mg／L，其余各项指标均能达到一级排放标准。度对NH3一N去除率有较大影响。在相同HRT条件下，Chin[J报道了生物接触氧化+生物强化技术(Bioaug．采用直接好氧处理的除污效果略优于厌氧水解／好氧工mentation)工艺组合处理苯、甲苯、二甲苯混合液艺组合。Rusten【J采用填充床生物反应柱与PLA~ek(BTX)试验，研究发现，在反应器中投入降解BTX$12新型填料组合应用对合成废水进行处理，反应柱直的混合优势菌，进行挂膜，等系统稳定后，控制水力径o0mm，高1．2m，有效体积0．048m3，比表面积停留时间HRT=1．9h，可去除BTX10mg／L，投菌后230ma／m3BTX降解速率比原系统提高212．5％。韩相奎等【23]在，进水水质：=579mg／L，SS=189mg／L，有机负荷为0．003800／m3·d，温度8"C～接触氧化水解酸化+SBR联用法处理中药厂废水的实验中，采用廊道式钢结构氧化池和弹性立体填料，控17．3℃。经处理后出水nOD5=20mg／L，SS<70r~／L，制进水水质指标为CODc1094mg／L，BOD5327mg／L，pI-I=6．8～7．7，符合一级排放标准。郑均华l17J对炼油KS74mg／L，石油1．65mg／L，氨氮4．40mg／L，实验结厂废水采用氧化池+改良聚丙烯半软性填料进行处理，果表明，该联用技术对CODcr、BOD5、sS、氨氮、石实验结果显示，控制进水浓度C∞=3000mg／L，挂膜油去除率分别为96．5％，96．6％，51．4％，69．7％和12天后，生物膜生长良好，水中溶氧值IX3>lmg／L，75％。去除率为87％，挥发酚去除率为92％，含油量去3．4氧传质机理及速率研究除率为94％，氰化物去除率达100％。Park[18j报道了生氧化池内的基质降解，是一种包含二相以上的非物接触氧化反应器+SARAN型网状填料对石化废水进均相反应，在生物膜中同时存在分子扩散和生物降解行一级处理的实验研究，其结论是填料的比表面积、空过程。一般条件下，其反应速率不仅取决于微生物活隙率和堆积密度等均与废水C0D去除率有关，而填料性，还取决于水中基质浓度及氧气浓度。因此，针对堆积密度不影响出水值及悬浮物浓度，采用反应器流体力学与传质特性、氧转移率提高和水中氧SARAN型网状填料后，反应中国城镇水网器的比表面积增加到传递过程及氧传递系数Kk等问题讨论一直是目前污400m2／m3，有机负荷迅速提高至1--6．2kgODI~／m3·d，水处理基础理论研究的热点。在生物反应器中，要增C0【去除率达91．8％以上。在实验室规模条件下，刘大氧传质速率，提高其传质系数是有效的办法之一，新亭[19]采用填料柱+改性半软性填料对高浓度丁酯废许多人正在进行这方面的研究工作。如Manayl24J的实水进行处理，考察了进水C0【浓度、系统压力、进气验研究表明，水中氧传质系数Kk高低受表面活性剂量、水力停留时间、溶解氧浓度等工艺参数对处理效果及其它有机物存在影响，且不同种类表面活性剂对影响。结果表明，当进水高达10000--12000mg／LKl影响程度也不一样。他们通过引用表面活性剂碳原时，控制反应器表压为300kr~，进气量80L／h，水力停www.chinacitywater.org子数和分子结构作为因素，分析其物化结构对阻力膜留时间Ⅷ=20h，水中溶氧值IX)>3mg／L，反应器体作用，发现气液相界面的范围大小与表面活性剂扩散积负荷为0．0135kg(X3I~／L·d，温度对处理效果影响不速度和表面活性剂在填料表面吸附速率有关。Hol—大(T=15℃～25℃)，出水的o3tG=4OO--700mg／L，royd[5]等对反应器内流体力学与比相界面积之间的相B=61～104mg／L，废水去除率>90％。互关系进行了研究，发现湍流下气泡对表面活性剂的3．3与其它新型污水处理技术联用敏感度要低于滞流态，实验测得雷诺数Re≥4000时，何毅等[20]对高浓度餐饮污水采用无机膜+好氧组比相界面积为0．2；雷诺数Re~2000时，比相界面积合工艺进行处理，并讨论了进水CODcr浓度、溶氧值、为0．82。Salzman[]等的研究结果表明Kk由本征传水力停留时间对处理效果的影响。其结论是当进水质系数和混合传质系数两独立部分组成，根据传质特 维普资讯http://www.cqvip.com四川环境2005年第24卷第1期一77一性不同，它们受表面活性剂的影响程度也各不相同。方向拓宽。随着科学技术的不断发展，对其基础理论这一结论随后被Eckenfelder[，Tsao[28]，Reiber[29]的研究、工艺流程及运行条件最优化、运行过程及检等人的实验结果所证实。测手段自动化、新型载体研发等方面的工作显得十分重要。4展望接触氧化技术发展方向是：参考文献：4．1开展接触氧化技术基础理论研究，继续从各角度[I]唐传祥．塔式生物滤池在废水处理中的应用[J]．工业用水与废水。1994，25(3)：8—10．深入研究污水中有机物生物降解机理、氧扩散机理、[2】吴婉蛾。葛红光。张克峰．废水生物处理技术[M]．北京：化学工业生物膜微生物的增长及能量代谢规律。出版社。2oo3．4．2生物反应器朝着节能和自动化控制方向发展，对[3]国家环境保护总局．生物接触氧化处理废水技术[M]．北京：中国反应器数学模型的研究，包括动力学模型、基质降解环境科学出版社。1991．[4]YoderMW，SimpkinTJ．Denitrificatbnt~io[j]．WaterEnvironment模型的建立及修正、模型在工业上放大及应用；对反&Technok~，1995，7(2)：50—54．应器流体力学、停留时间分布、氧传质特性对水处理[5]wilf0rdJ，ConlonTP．Contactaeration鲫Ⅳagetreatmentplants．m效果影响等方面研究；复合生物反应器研制与开发等NewJersey[J]．SewB~eandIndustrialWastes，1957，29(8)：845．方面也是近年来人们开展工作的热点之一。855．4．3在现有研究成果的基础上，对工艺流程形式及运[6]WinterbottcmJM，KhanZ，BoyesAP，eta1．Phot嗡talyzedoxida—t．ionofphenolinwaterusingac∞ur】蜘tdownflowoontaetorr自lc切r行条件最优化，使其整体技术日趋完善，包括开发综(CDCR)[J]．EnvironmentalProgress，1997，16(2)：125—131．合能耗降低措施和技术。[7]L,&zarovaV。M&nel"nJ．Advancesinbiofilmaerobicreaensuring4．4和其他新型污水处理技术的组合以及运行方式的effectivebiofilmactivitycontrol[J]．WaterScienceandTechnology，最优化研究；反冲洗方法的改进；设计规范及气水比、1993，28(10)：319．327．[8]Bonhol／1．rneM，RogalhF，BoisseauG，SibonyJ．Enhancingnitrogen污水pH值、溶氧值等工艺参数的优化。rmaovalinactivatedsludge廿1fixedbiomassEJ]．WaterScienceand4．5研究污水处理过程中的智能控制技术如专家控制Technology，1990，22(1)：127—135．系统、模糊控制系统、神经网络控制系统、仿人智能[9]HamodaMF．Performanceofacombinedbfilm_SI】spered御l控制系统，进行模拟仿真和数据采集，实现不可测参systemforwastewatertreatrmmt[J]．WaterSclemeandT牧b，数和状态识别，对处理过程进行模型化、离线或在线1999，40(1)：167—175．[10]陈元彩，肖锦，詹怀宇．絮凝和生化一体化反应器处理纸浆漂白自适应最优化控制，对水质检测手段自动化等。中国城镇水网废水[J]．环境科学，2000，21(2)：l8—20．4．6作为微生物在水中的附着载体，填料结构性能及[11]ClappLW．Performancecompart~betweenactivatedsludgeand表面特性的优劣将直接影响微生物膜的形成及生长，fixed-filmprocesses[J]．WaterEnvironmentRes~reh，1994，66(2)：控制处理效率高低，影响着技术经济性及进一步推广153—16o．应用。以提高和改善填料的整体性能为目的，开发与[12]waI【e1．mNG，ForsterCF．Aerobictreatmeaatofgn~se-eontslnlngfastfoodrestaurantwastewater[J]．ChemicalEI1g；I磺巧，1998，76研制出具有高比表面积、高空隙率、水阻力小、不堵(1)：55—61．塞、易挂膜、比重轻、强度大、价格低廉、不结团、[13]ShinHS，YooKS．Removalofpolychlorimtedphenolsinsequential化学生物性稳定等性能优越的新型填料，也是今后生anaerobic-aerobicbio-filmreactorspackedwithtirechipsEJ]．Water物接触氧化技术的重要研究方向之一。EnvironmentResearch，1999，71(3)：363—367．www.chinacitywater.org[14]SakaiY，NitroY，TakahashiF．AsubmergedFdtersystem∞“函位1gofmagnetictubularsupt：ortmediacoveredwithabiofiknfmedby5结束语magneticforceEJ]．WaterResearch，1994，28(5)：1175—1179．作为接触氧化技术的研究趋势，重点应放在改善[15]陈洪斌，庞小东，李建忠，等．悬浮填料生物接触氧化法处理炼油出水水质的前提下，进一步以强化传质，提高生物反废水[J]．中国给水排水，2002，18(9)：42-44．[16]RustenB．Wastewatertreatment、^rithaeratedsulrnergedb0gic8l应效率，减少污泥量，缩短水力停留时间，以达到简filters[J]．JournalWPCF；1984，56(5)：424-431．化、缩小处理反应器体积，减少占地，降低基建与运[17]郑均华．生物接触氧化法在炼油污水处理中的研究[J]．工业水处行管理费用，改善管理条件等为目的。从总体上看，理。1998，18(5)：15一l8．其发展趋势应朝高效率、高难度、低成本、多功能等(下转第101页)'