论文部分内容阅读
摘 要:好氧生物滤池(BAF)具有处理高浓度、不同种类有机负荷的能力,并且拥有运行经济、耐水流冲击、耐有毒物质、启动较快、维护容易、臭味少等优点。好氧生物滤池(BAF)处理污水过程中,重要的部分是在介质空隙中以独立的、分散生长的形式存在的微生物,而不是吸附在介质上的生物膜。在固定床式反应器中,有机物和微生物间均匀的和有效的接触是非常重要的。在好氧生物滤池(BAF)中,一个有效的、高效的反冲洗运行设计是非常有必要的。
关键词:好氧生物滤池(BAF) 耗氧量(OUR) 挥发性悬浮固体(VSS)
中图分类号:X799 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)04(a)-0132-01
许多污水处理厂正在被要求满足严格的出水水质标准,特别是在氮排放上。在一些乡镇,对于污水处理设施的要求也越来越接近城市,有时甚至达到了城市污水处理规模。一些污水因为含带了大量的可降解有机物的原因,比传统的污水处理系统要求的规模更大。这些因素以及越来越严格的排放标准影响着污水处理的工艺。
尽管传统的生物处理工艺非常可靠,能够很好地被设计、测试,但是这些工艺在处理能力、效率、稳定性以及空间需求上仍然展现出了一些缺点。因此,迫切需要出现能够克服这些缺陷的、更加先进的生物处理工艺。根据微生物存在形式,处理工艺可分为悬浮式、混合式、固定式。混合式系统由悬浮活性污泥和附着生长生物膜系统组成,这种工艺逐渐引起了人们的注意。好氧生物滤池就是混合式系统中的一种,这种工艺很有前景。过硬的技术和相当低的造价,使好氧生物滤池(BAF)工艺不仅仅是在工业国家,如加拿大、欧洲、北美以及日本显得十分重要,在发展中国家如马来西亚、泰国和中国也是非常重要的。
好氧生物滤池(BAF)反应器有一个很小的足迹,因为它具有处理高浓度、不同种类有机负荷的能力,并且拥有很多其它优点如:运行经济、耐水流冲击、耐有毒物质、启动较快、维护容易、臭味少等优点。在许多好氧生物滤池(BAF)设计中,可以采用不同水流方向和不同介质类型。根据以前的应用经验,决定好氧生物滤池(BAF)工艺选择的主要因素是初始投资和运行费用。运行费用依赖于三个主要的因数:氧气使用效率、反冲洗系统、产生固体和污泥的数量。
在过去,很多研究的焦点是放在好氧生物滤池(BAF)的设计和运行优化上,然而,这就在对附着生物膜法和悬浮活性污泥法的理解上留下了一个空隙。对于这种相关物质的洞察也许能够减少造价,从而给好氧生物滤池(BAF)工艺提供了更加广阔的适用性。
作为提供生物膜生长的介质仍然是争论的课题。在固定床反应器中,一个单位表面积大的介质是非常必要的,从而最大化以生物膜形式存在的活性微生物的数量。因为,在反应器中存在越多的微生物,单位体积去除高浓度有机负荷的能力越强。然而,一些研究发现,生物膜数量的增加并不是固定床式反应器提高运行效率的必要条件。一些专家指出COD的去除并不直接和介质表面积有关系。活性污泥重要的部分是在介质空隙中以独立的、分散生长的形式存在的微生物,而不是吸附在介质上的生物膜。在欧洲的一项研究表明,在厌氧生物滤池中,增加一倍介质的表面积,COD的去除效率提高了仅仅5%。越大浓度的微生物并不能非常有效地降解可溶性污染物。另外,专家指出,在三相好氧生化床反应器中,占少于1%总微生物的悬浮微生物起到了很大的作用。
上面的发现导致了一种观念的出现,就是减少好氧生物滤池(BAF)中固定介质的数量,从而创造一种混合型的好氧生物滤池(BAF)。一种带有少量介质的新的反应器类型脱颖而出,从而减少造价和运行成本。不仅仅是因为介质的费用占了初始投资中很大的一部分,而且大表面积的介质导致了更高的生物膜的聚集,这样需要更多的曝气量来满足微生物内源呼吸的需要。介质越多也以意味着更多的能量损失在摩擦力上:反过来,能够减少反应器的混合强度。另外,需要更高的反冲洗频率,以提供剪切力来驱逐生物膜的堵塞。这就要求更大的提升设施,从而增加了能量损耗。一些专家注意到,反冲洗电量的消耗能够占整个系统每天能源的消耗的15%～20%。随着生物膜数量的增加,反冲洗是必不可少的,但是同时也增加了固体管理的花销。
在固定床式反应器中,有机物和微生物间均匀的和有效的接触是非常重要的。有机物和变化的微生物菌群间的接触程度也被认为是影响大型反应器运行的一个主要因素。很多学者也注意到在完成一个有效率的有机物转化过程中混合的重要性。换而言之,对于反应器中混合程度和水流方式的认知,在评估反应器运行情况前,是至关重要的。
在好氧生物滤池内部,混合程度的量化是相当复杂的。流水的影响、空气的供给、介质的形状和形态学特征、滤池空隙率等参数都随着有机负荷的增加而变化。流体水力学特征用一些变化的参数表示。相当重要的是流相的流动速度和压力分配的变化。在液流中,流相的特性,如粘性和密度影响着流速和漩流方式,还有液固和液气交界面也对其有影响。摩擦力和漩流的自由移动在界面处被阻碍。为了说明在全床和偏床反应器中所有的惯性力和粘性力,一个无量纲参数-雷诺系数被选择。
对于成功运行的减少滤料体积的好氧生物滤池,很大程度依靠悬浮的和附着在介质上的微生物来进行有机物降解。有机化合物和非有机化合物的降解依靠微生物的新陈代谢来完成,它是由多种酶的反应来实现的。通常用几个参数来反应微生物的行动和生存能力,如耗氧量(OUR)等。当和挥发性悬浮固体(VSS)结合时,耗氧量(OUR)是最有价值的参数,因此出现一个值称作“活性污泥比耗氧速率(SOUR)”或者称“呼吸率”。活性污泥比耗氧速率(SOUR)表示微生物氧气使用的数量。
全面衡量一个设计的成功与否,主要是通过监测污水处理厂出水水质和去除率。对于几乎所有的污水处理厂来说,主要是把碳去除效率作为污水处理的主要目标。测量的微生物干重或者挥发性固体不仅仅包括活性微生物,也包括惰性微生物、外用假体、以及吸收的有机物质。
过剩微生物的产生,由于堵塞的原因,可能导致反应器容积不能充分地使用,从而引起污泥处理、处置成本的增加。为了控制微生物堆积进行的反应器反冲洗成为了一个重要的设计、运行考虑因素。生物膜结构的控制和理解,对于生物膜反应器的运行和稳定是一个非常重要的方面。产生污泥的数量毋庸置疑地影响着反冲洗强度。反冲洗是一种复杂的操作,它需要被严格控制以确保健康的生物膜被保留在滤料上。如果这种清洗是无效的,它将导致反应器的堵塞、泥球的形成,恶劣的出水水质、以及持续增加的水头损失的产生。因此,对于反冲洗工艺机械装备的理解是一个有效的、高效的反冲洗运行设计的基础。
关键词:好氧生物滤池(BAF) 耗氧量(OUR) 挥发性悬浮固体(VSS)
中图分类号:X799 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)04(a)-0132-01
许多污水处理厂正在被要求满足严格的出水水质标准,特别是在氮排放上。在一些乡镇,对于污水处理设施的要求也越来越接近城市,有时甚至达到了城市污水处理规模。一些污水因为含带了大量的可降解有机物的原因,比传统的污水处理系统要求的规模更大。这些因素以及越来越严格的排放标准影响着污水处理的工艺。
尽管传统的生物处理工艺非常可靠,能够很好地被设计、测试,但是这些工艺在处理能力、效率、稳定性以及空间需求上仍然展现出了一些缺点。因此,迫切需要出现能够克服这些缺陷的、更加先进的生物处理工艺。根据微生物存在形式,处理工艺可分为悬浮式、混合式、固定式。混合式系统由悬浮活性污泥和附着生长生物膜系统组成,这种工艺逐渐引起了人们的注意。好氧生物滤池就是混合式系统中的一种,这种工艺很有前景。过硬的技术和相当低的造价,使好氧生物滤池(BAF)工艺不仅仅是在工业国家,如加拿大、欧洲、北美以及日本显得十分重要,在发展中国家如马来西亚、泰国和中国也是非常重要的。
好氧生物滤池(BAF)反应器有一个很小的足迹,因为它具有处理高浓度、不同种类有机负荷的能力,并且拥有很多其它优点如:运行经济、耐水流冲击、耐有毒物质、启动较快、维护容易、臭味少等优点。在许多好氧生物滤池(BAF)设计中,可以采用不同水流方向和不同介质类型。根据以前的应用经验,决定好氧生物滤池(BAF)工艺选择的主要因素是初始投资和运行费用。运行费用依赖于三个主要的因数:氧气使用效率、反冲洗系统、产生固体和污泥的数量。
在过去,很多研究的焦点是放在好氧生物滤池(BAF)的设计和运行优化上,然而,这就在对附着生物膜法和悬浮活性污泥法的理解上留下了一个空隙。对于这种相关物质的洞察也许能够减少造价,从而给好氧生物滤池(BAF)工艺提供了更加广阔的适用性。
作为提供生物膜生长的介质仍然是争论的课题。在固定床反应器中,一个单位表面积大的介质是非常必要的,从而最大化以生物膜形式存在的活性微生物的数量。因为,在反应器中存在越多的微生物,单位体积去除高浓度有机负荷的能力越强。然而,一些研究发现,生物膜数量的增加并不是固定床式反应器提高运行效率的必要条件。一些专家指出COD的去除并不直接和介质表面积有关系。活性污泥重要的部分是在介质空隙中以独立的、分散生长的形式存在的微生物,而不是吸附在介质上的生物膜。在欧洲的一项研究表明,在厌氧生物滤池中,增加一倍介质的表面积,COD的去除效率提高了仅仅5%。越大浓度的微生物并不能非常有效地降解可溶性污染物。另外,专家指出,在三相好氧生化床反应器中,占少于1%总微生物的悬浮微生物起到了很大的作用。
上面的发现导致了一种观念的出现,就是减少好氧生物滤池(BAF)中固定介质的数量,从而创造一种混合型的好氧生物滤池(BAF)。一种带有少量介质的新的反应器类型脱颖而出,从而减少造价和运行成本。不仅仅是因为介质的费用占了初始投资中很大的一部分,而且大表面积的介质导致了更高的生物膜的聚集,这样需要更多的曝气量来满足微生物内源呼吸的需要。介质越多也以意味着更多的能量损失在摩擦力上:反过来,能够减少反应器的混合强度。另外,需要更高的反冲洗频率,以提供剪切力来驱逐生物膜的堵塞。这就要求更大的提升设施,从而增加了能量损耗。一些专家注意到,反冲洗电量的消耗能够占整个系统每天能源的消耗的15%～20%。随着生物膜数量的增加,反冲洗是必不可少的,但是同时也增加了固体管理的花销。
在固定床式反应器中,有机物和微生物间均匀的和有效的接触是非常重要的。有机物和变化的微生物菌群间的接触程度也被认为是影响大型反应器运行的一个主要因素。很多学者也注意到在完成一个有效率的有机物转化过程中混合的重要性。换而言之,对于反应器中混合程度和水流方式的认知,在评估反应器运行情况前,是至关重要的。
在好氧生物滤池内部,混合程度的量化是相当复杂的。流水的影响、空气的供给、介质的形状和形态学特征、滤池空隙率等参数都随着有机负荷的增加而变化。流体水力学特征用一些变化的参数表示。相当重要的是流相的流动速度和压力分配的变化。在液流中,流相的特性,如粘性和密度影响着流速和漩流方式,还有液固和液气交界面也对其有影响。摩擦力和漩流的自由移动在界面处被阻碍。为了说明在全床和偏床反应器中所有的惯性力和粘性力,一个无量纲参数-雷诺系数被选择。
对于成功运行的减少滤料体积的好氧生物滤池,很大程度依靠悬浮的和附着在介质上的微生物来进行有机物降解。有机化合物和非有机化合物的降解依靠微生物的新陈代谢来完成,它是由多种酶的反应来实现的。通常用几个参数来反应微生物的行动和生存能力,如耗氧量(OUR)等。当和挥发性悬浮固体(VSS)结合时,耗氧量(OUR)是最有价值的参数,因此出现一个值称作“活性污泥比耗氧速率(SOUR)”或者称“呼吸率”。活性污泥比耗氧速率(SOUR)表示微生物氧气使用的数量。
全面衡量一个设计的成功与否,主要是通过监测污水处理厂出水水质和去除率。对于几乎所有的污水处理厂来说,主要是把碳去除效率作为污水处理的主要目标。测量的微生物干重或者挥发性固体不仅仅包括活性微生物,也包括惰性微生物、外用假体、以及吸收的有机物质。
过剩微生物的产生,由于堵塞的原因,可能导致反应器容积不能充分地使用,从而引起污泥处理、处置成本的增加。为了控制微生物堆积进行的反应器反冲洗成为了一个重要的设计、运行考虑因素。生物膜结构的控制和理解,对于生物膜反应器的运行和稳定是一个非常重要的方面。产生污泥的数量毋庸置疑地影响着反冲洗强度。反冲洗是一种复杂的操作,它需要被严格控制以确保健康的生物膜被保留在滤料上。如果这种清洗是无效的,它将导致反应器的堵塞、泥球的形成,恶劣的出水水质、以及持续增加的水头损失的产生。因此,对于反冲洗工艺机械装备的理解是一个有效的、高效的反冲洗运行设计的基础。