流离生化法在污水处理中的应用

品环境保护工程Environmental Protection Engineering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。对流离生化法作了工艺概述,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,提山了该法尚需解决的问题,并对其应用前最作了展望。关键词:污水处理;流离生化法;流离球中图分类号: X 703.1文献标志码:B文章编号:1009-7767(2011)04-0100-05Application of Flow- -separation Biological Treatment Technology inSewage TreatmentHuang Qian, Kong Cang流离(通常亦称为速分)是存在于自然界中的一种流离生化法是- -项新型生物膜法处理技术。该技固液分离现象。当固体颗粒在流体中流动时(或流体术源自日本,最先应用于有机废水的处理,后在小区流经固体颗粒时),由于黏滞力的作用,固液边界层不或建筑中水领域得到大量应用。国内自20世纪90年同区域的流速产生差异,流速差形成- -定的压差,这迫代末期引进该项技术，经过消化吸收及不断改进,现使固体颗粒向着流速慢的方向同转移动,这--过程连已做到国产化,目前流离生化法在国内通常主要应用续进行的结果是固体颗粒总由流速快的区域向流速于小区或建筑中水处理及T.业废水治理等领域15-01。慢的区域移动和聚集,这种现象就称之为流离!"。在污1.2工艺流程水处理领域,流离是指污水流场中悬浮物质(固体颗1.2.1典型工艺流程粒、活性污泥)由流速快向流速慢的地方聚集的现象，图1为流离生化法典型工艺流程示意。一个完整它是除沉淀、过滤以外的另--种固液分离技术。的流离生化法工艺流程--般由预处理单元、生物处理流离生化法也称流离生化反应器(FSBBR),是将单元(流离生化池)及深度处理单元组成。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。流离生化法进水预处理单元生物处理单元深度处理单元出水具有T艺流程简单、启动快、处理效果好、运行简便、(流离生化池)无污泥产生、占地少、节省费用等优点,近来已逐渐为图1典型T.艺流程业内所重视并得以推广应用12-4。本文介绍了流离生化法的起源与发展、工艺流程、预处理单元的基本功能是调节水量、水质波动,去工艺特点、流离球、流离生化池等方面的内容,系统地除油脂、漂浮物及无机颗粒物等,减少对后续单元稳分析了流离生化法的工艺原理,全面综述了近年来国定运行的影响。由于流离生化池长期运行中可不排泥内在流离生化法上的研究和应用成果,在此基础上,提或少量排泥,为保持流离生化池稳定运行,污水在进出了流离生化法尚待解决的问题,并对流离生化技术人生物处理单元(流离生化池)前应进行必要的预处的应用前景作了展望。理,根据污水进水水量、水质特点,预处理单元一般可1工艺概述选设调节池、粗格栅、精细格栅、除油沉砂等设施。1.1 流离生化法的起源与发展生物处理单元中流离牛化油承相滴离生化池是中国煤化工fYHCNMH G100市 改故术MET 2011 No.4(Ju,) Vol.29环境保护工程Environmental Protection Engineering流离生化法的核心,类似活性污泥法中的曝气池及二流离生化法典型T.艺流程具有较强的有机物降解沉池,具有去除有机物、脱氮、有限除磷、周液分离及污能力 ,- -定程度的脱 氮能力及有限的除磷能力。为进一泥稳定消化的功能。流离生化法通常不需另设二沉池步去除污水中的营养物(氮磷),可采用强化脱氮除和污泥回流设施，也不需设反冲洗设施,在污水生物磷 T.艺流程。处理的整个过程中，如进水、曝气、生物净化污泥稳1.2.2强化脱氮除磷工艺流程定消化、周液分离和出水全部集中在流离生化池1个近年来,随着我国水体富营养化因氮、磷污染而池内完成。日趋严重及T业废水和城市污水中营养物(氮磷)排如其他污水处理技术一样,流离生化法在生物处放 标准的不断提高,为有效去除污(废)水中的氮、磷理单元后需设深度处理单元进--步去除污染物及消营养物,开发并应用具有强化脱氮除磷功能新型生物毒灭菌,以满足出水达标排放或回用的要求。深度处理反应器 显得尤为重要和迫切。在此背景下,流离生化单元--般设有化学除磷、吸附、过滤、消毒等设施,可法强化脱氮除磷T艺流程应运而生,图2为强化脱氮根据出水水质的要求选择恰当的组合。除磷工艺流程示意图。进)出水预处理单元化学除磷单元深度处理单元流离生化池(强化脱氮模式1)进水流离生化池(强化脱氮模式2)图2强 化脱氮除磷工艺流程目前,脱氮- -般采用生物硝化/反硝化来完成,除磷池 按水流方向分隔为缺氧区(A区)及好氧区(O区)则采用生物法或生物/化学沉淀法来实现。由于硝化菌2个区,并增加一套混合液回流系统;二为合理布置曝与聚磷菌对生存环境和污泥龄的要求均不同,对污水气管,调整曝气量,使反应池按水流方向形成微氧、缺(进水)可提供的有限基质存在竞争关系，因此,生物氧、好氧分区,以取得强化生物脱氮的效果。脱氮与生物除磷间存在矛盾门。在需同时脱氮除磷的生1.3工艺特点物系统中,常将污泥龄控制在折中范围内,并通过空与其他小型连续流生物接触氧化T.艺及活性污间或时间分区为硝化菌与聚磷菌创造独立的适宜生泥法工艺相比,流离生化法具有如下特点:境,以兼顾脱氮与除磷的需要。当同时脱氮除磷的矛盾1)流离生化池按序铺装构造独特的流离球,能形无法调和时,通常做法是牺牲生物除磷而确保生物脱成独特的气-液固三相运动方式,有利于填料间隙及氮,再另增化学除磷以予补偿。填料内部孔隙交替形成厌氧缺氧、好氧多种生境。系流离生化法在实际运行中基本不排泥或少量排统中 微生物种类丰富,食物链长,生物量大,可获得理泥,故其污泥龄较长,这对生物脱氮有利而于生物除想的有机物去除效果,并能实现同步硝化反硝化生物磷不利。为保证出水营养物(氮、磷)均达标,流离生化脱氮。法需采用强化生物脱氮、辅加化学除磷的强化脱氮除2)除磷效果一般,在生物除磷的基础上,辅助化.磷工艺流程,其核心宗旨是流离生化池按强化脱氮模学除磷,能够获得较为理想的除磷效果。式设计以确保出水氮达标,磷则通过生物除磷去除-3)污泥龄长,污泥产率低、剩余污泥产生量少。部分,剩余的则通过化学沉淀方式去除。4)由于采用流离球这种特殊填料,易挂膜,不易目前,实践中的强化脱氮流离生化池有2种型式。堵塞能实现固液自分离,故流离生化法-般不用单-为参照活性污泥法脱氮工艺(A/0法)设置,即反应独设二沉池 、污泥回节沿施乃后冲胜沿酋,从而节省中国煤化工THCNMHG2011年第4期(70)第29卷币险故不MET 101出环境保护工程Environmental Protection Engineering占地、减少投资及运行费,并使运行、操作、维护管理国内某些厂家使用经特殊处理的多孔填料作为变得简单。内部填料,该填料是将黏土等天然石料经高温熔化、膨5)流离生化池以独特的固-液气三相流运动,空胀释气、冷却后,形成轻质、坚硬、具有明显蜂窝状结气泡上升过程中被填料切割、穿刺和分散,增大了固、构的特殊填料。该填料与传统填料相比,具有密度小、液、气之间的掺混和传质效果,提高氧利用效率,节能强度高 、导热系数低、化学稳定性好、挂膜快、水流流效果好。态好等优点。1.4流离球除此之外,国内还有将脱水污泥与粉煤灰、黏土1.4.1流离 球的作用一起烧制成特殊的污泥填料。污泥填料具有挂膜快,空流离生化法中,流离球作为微生物生长的载体和隙度高、形成的生物膜对温度有较强适应能力,对某微环境形成的动因,直接影响着生物膜的生长、繁殖、些特殊废水具有较好去除效果等独特特性8。脱落,影响着微生物的种类和食物链的长度,影响着l.5 流离生化池厌氧、缺氧、好氧等生物环境的分布与变化，影响着固流离生化池是流离生化法的生物处理构筑物,该液分离的效果,对系统稳定运行、处理效果及节约能池是基于流离原理和多相生物反应原理设计的。耗等均有十分重要的作用。流离生化池--般为矩形,构造类似普通曝气池,1.4.2流离球构造一.般包括进水区、反应区和出水区。反应区填装流离流离生化法是一种新型的生物膜法处理工艺。填球,流离球装填密度一般约 1 000个/m3 ,装填高度一般料(载体)是生物膜附着的固体介质。填料应具有丰富为2.5m,池底铺设穿孔管进行曝气充氧。为提高配水的内表面和一定的孔隙率,应具有良好的抗磨性能及均匀性, - -般在反应区进出水端设穿孔墙。化学稳定性能。填料应根据具体的处理目标和污水的流离球通常分层平铺于反应区内,这有利于减小性质加以选择。生物膜法常用填料包括黏土类无机填填料的水平角度,使配水更均匀,能促进微生物和污料、形态不同的塑料类填料.纤维或纤维与塑料的组染物充分接触,有利于有机物去除。合填料等。流离生化法采用流离球作为生物膜支撑介2 基本原 理质,流离球是一-种新型塑料与黏土类无机填料的组合流离生化法运用流离球巧妙地将流离原理和生填料。物接触氧化机理结合在一起,采用流离球作生物膜载流离球通常是由耐腐蚀具有较好机械强度和韧体,通过流离聚集和多相生物反应,完成固液分离、污性的塑料多孔外球和内部装填经特殊处理的多孔填水净化、污泥消解的目的。料或黏结成形的天然碎石填料组成。流离球直径一般2.1污水净 化机理为10~12 cm,孔隙率约为0.6。图3为常见流离球结构生物膜法是一种利用附着生长于某些固体介质示意图。(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图3流离球结构示意图面聚集,经过多次流动与聚集,实现捕集悬浮物及固1.4.3内部填料液分离。聚集在球表面以及球内部的有机悬浮物则进传统的流离球使用天然石料作为内部填料,一般一步被生物膜上的微生物所吸附、降解。采用黏结剂将不溶性天然石料黏结到-.起形成多孔流离生化法中的有机物及含氮污染物的去除主要球状填料。靠生物接触氧化作甲乃微什物合物链的分级捕食作中国煤化工TYHCNMHG102市落故术 MET 2011 No.4(Jul,) Vol.29环境保护工程器Environmental Protection Engineering用。流离生化法应用特有构造的流离球作为生物膜载无机污泥及有机残体滯留于生物池中,定期排放。体,流离生化池内固定排列着- -定数量的流离球。一方 3 研究与应用面能形成独特的固-液气三相运动方式,有利于填料流离生化法开发成功以后,逐渐在小区或建筑中间隙及填料内部孔隙交替形成厌氧、缺氧、好氧多种水、工业废水的处理等领域得到研究与应用。李军等生境,为不同生态类型的微生物的生长及污染物的去对比研究了流离生化法典型工艺与强化脱氮工艺(微除创造良好条件;另-方面流离球表面积大,隙间水氧+缺氧+好氧)工况处 理低C/N比生活污水的效果,研流以层流相均匀流为主,生物膜极易在其表面生长,系究表明 ,在进水CODa负荷0.80~ 1.20 kg(m2.d) .NH3-N统中微生物种类丰富,食物链长,生物量大(2.91 ,不同生质 量浓度70~90 mg/L、TN质量浓度75~110 mg/L、水态系统的微生物降解能力及分级捕食较强。污水中的力停留时间为8h、温度约25C条件下,两种工艺对污染物就在向生物膜内扩散的同时被生物膜上的微CODc和NH3-N去除率均可达85%和90%以上;强生物通过其自身的新陈代谢而降解。化脱氮工艺比典型T艺有更高的TN去除率和更低的流离生化法,磷的去除主要通过生物/化学除磷污泥产率101。李军等还研究了水力停留时间对污染物方式。去除效果的影响,研究发现水力停留时间越长有机物2.2污泥消解机理去除越好9。流离生化法剩余污泥的消解同生物池内的厌氧、工业废水不仅含有毒或有害物质,而且对废水处缺氧、好氧多变微环境、流离球形成的强化流离作用理工 艺的要求较高。在有毒难降解的有机废水领域,蔡及运行工况等密切相关。正文研究了应用流离生化反应器与其他T艺组合对首先,流离生化法污泥产率低,从而污泥产生量有 毒难降解化T废水进行处理,实验表明,采用上述少。因为流离生化法属生物膜法,生物膜法反应器特工艺能有效地处理这类有毒难降解的有机化工废水，别适合于生长速率缓慢,污泥产率很低的微生物菌群出水可达到国家-级排放标准"。何大伟等进行了流生长。因流离生化法采用的污泥龄较长,污泥产率自离生化技术处理高质量浓度制药废水的中试研究,研然就低,而较长的污泥龄有利于食物链长的生态系的究表明,流离生化反应器具有很高的耐冲击负荷能力,形成,从而可进一步减少污泥产率,故流离生化法污能耗低 ,有机物去除效果好1。泥产率低,污泥产生量少。在小区或建筑中水领域的应用方面,王庆勋等应其次,流离生化法有促使剩余污泥原位降解的条用流离生化技术及人工湿地处理对校园生活污水进件。流离生化池内排列着大量的流离球,其底部安装曝行处理并作中水回用,该工程规模为3800m/d,总投气管,运行时池内形成独特的固-液-气=相运动方式。资约 500万元,中水回用每年收益约122万元,该项这不仅为形成良好流离作用提供必要条件,而且为不目的实施取得了较好的环境和经济效益131。王秀荣报同生态类型的微生物提供-一个厌氧、缺氧、好氧多变道了应用流离生化技术处理某大学校区生活废水,工微环境。从污泥减量的角度来看,不同基质和溶解氧的程实践表明， 该工艺运行稳定且处理效果好,出水水浓度梯度分布,有利于不同生态类型的微生物在流离质优于普通接触氧化法,是值得推广应用的污水处理球内外和生物膜内不同位置形成优势区,厌氧-好氧微工艺3。生物的共存,有利于不同微生物之间产生协同作用,从4问题 和展望而使剩余污泥有条件进行原位降解。目前,对流离生化法的研究主要集中在污染物去最后,流离生化法产生的剩余污泥(脱落的生物除效果 等方面,对其内在机理的研究还甚少,作为一种膜)经流离作用能被流离球有效截获并聚集到流离球具有较好发展前景的新型工艺,还需进行大量的基础内,流离球中心为厌氧环境,被截获的剩余污泥在厌研究。具体来说,应加强流离原理方面的研究,如流离氧条件下经水解作用被分解、液化,部分未降解殆尽发生的条件、流离对固液分离、微生物种群结构和功的剩余污泥流出流离球,在好氧环境^ F被好氧分解,残能 、污染物去除效果的影响及如何强化流离作用等;此存的污泥再次被捕获到流离球内，以上过程不断重复，外,还应深人研究微生物的组成、代谢特性和种群结剩余污泥在循环往复的被流离聚集.水解液化,好氧构的影响因素等。相信在不久的将来,通过应用先进的分解的过程中,最终大部分有机污泥被彻底消化,少量流场分析工具,结合数值图像分析微生物传感器和中国煤化工2011年第4斯(/月)第29巷甲四敬不 ETMHNMHLT 103盟环境保护工程Environmental Protection Engineering数学模拟等工具,必将能解开上述问题的神秘面纱,从王国清.中国环境科学学会学术年会论文集.北京:中国环境而促进流离生化法的进一步发展与应用。科学出版社,2006:2116- -2119.流离生化法是一种新型高效生物膜反应器 ,它具7] 娄金生,谢水波,何少华.等.生物脱氮除磷原理与应用IM.有工艺流程简洁、处理效果好,运行操作简便,占地省、长沙:国防科技大学出版社,2002:77-80.节省投资及运行费等特点,是- -种很有发展前途的T.[8]郑威,单舒曼,尹波.药厂污泥制备水处理用多孔流离球填艺,对中小型污水处理工程具有较好的应用前景。Ga料[J]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氬比污水特性研究[J]现代化工, 2005(12):23 -26.参考文献:[10]李军,张宁,王海燕,等.不同工况耦合生物反应器处理低[1] Anderson ,Jchn D. 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