生物接触氧化法

水处理工程——生物接触氧化法环境科学3070454王丹1.生物接触氧化法的定义生物接触氧化法属于好氧生物膜法的一种，是在生物滤池基础上，从接触曝气法改良、演变而来的，因此又称为“浸没式滤池法”、“接触曝气法”和“淹没式生物膜法”等。2.生物接触氧化法的主要特征生物接触氧化法的主要特征是：采用浸没在水中高孔隙率、大比表面积的填料，在其表面为微生物附着生长提供好氧生物膜。因其表面积大，可附着的生物量大，同时因其孔隙率大，基质的进入和代谢产物的移出，以及生物膜自身更新脱落，均较为通畅，使得生物膜能保持高的活性和较高的生化反应速率。由于接触氧化法需要像活性污泥法那样不断向水中曝气供氧，以及在高负荷时丝状菌密集，形成垂丝状，如同活性污泥一样，在水中呈立体结构，处于漂浮状态，并且，在氧化池的流态及反应动力学方面，接触氧化法与完全混合的活性污泥法相同，因而它兼活性污泥法的特点。3.生物接触氧化法的基本原理生物接触氧化法的基本原理是在曝气池中填充填料，经曝气的污水流经填料层，使填料颗粒表面长满生物膜，污水和生物膜相接触，在生物膜中微生物的作用下，污水得到净化。4.生物接触氧化法的工艺组成生物接触氧化法的工艺组成（构造）：接触氧化池是接触氧化的中心构筑物。氧化池由池体、填料及支架、曝气装置、进水装置及排泥放空等管道组成。4.1池体池体的作用是容纳被处理的水和围挡填料，并承受填料、曝气装置等重量，形状有圆形和矩形（或方形）两种。结构材质有钢筋混凝土和钢制结构等。当池体容积较小时，采用圆形结构为多；当池体容积较大时，往往采用矩形钢筋混凝土结构。池的平面尺寸以满足所要求的流态和填料安装、布水布气均匀、维护方便、尽量同其他处理构筑物（如沉淀池）尺寸相匹配等为准。池体厚度按池的结构强度要求计算，高度由填料、布水布气层、稳定水层的厚度来决定。4.2填料及支架4.2.1填料填料是生物膜赖以栖息的场所，是氧化池的主要组成部分。4.2.2支架支架是支承和固定填料的部件，为装卸方便，可把支架做成拼装式，或者将支架连同填料一起做成单元框架式。由于填料在长满生物膜后，每立方米的湿重可达500kg左右，指甲必须牢固。对于大型氧化池，其支架中主要承受重量的构件可采用钢筋混凝土材质，并与池体连接在一起。这样更为经济和可靠。当支架材料采用圆钢、扁钢或塑料管时，要求支架断面不要太尖锐，以免割裂填料。采用钢材制作时，要有良好的防腐处理。4.3曝气装置曝气装置是氧化池的重要组成部分，它对于充分发挥填料上生物膜降解有机污染物的作用，维持氧化池生物膜的更新等正常运行和提高生化处理效率起很大的作用。同时，又同氧化池的动力消耗密切相关。4.4进出水装置由于氧化池的流态基本上是完全混合型，因此，对进水装置的要求并不十分严格。一般，直接用管道进水。常用的进水方式有顺流式（水与空气同向）和从顶部进水的逆流式（水与空气逆向）两种。出水装置型式一般为在顶部四周（或一侧）布置孔口、溢流堰等。4.5排泥管（放空管）为了定期从氧化池排出脱落的生物膜和积泥，池底设排泥管（也可用于维修时放空用）。当池内曝气强度足够，并且曝气管离池底较低时，可能无污泥可排，只用于维修放空用。5.生物接触氧化法的优缺点5.1优点处理效率高；工艺使用范围广泛；没有污泥膨胀和污泥回流，管理简便；耐冲击，适应性较强；挂膜简单，启动快；节能效果明显；污泥产量少，等等。5.2缺点填料上生物膜实际数量随BOD负荷而变。BOD负荷高，则生物膜数量多；反之亦然；生物膜量随负荷增加而增加，负荷过高，则生物膜过厚，在某些填料中易于堵塞；由于填料设置使氧化池的构造较为复杂，曝气设备的安装和维护不如活性污泥法来得方便；填料选用不当，会严重影响接触氧化法工艺的正常使用。6.生物接触氧化法高效的原因生物接触氧化法高效的原因：“三高一分”和接触沉淀池。“三高”指：氧化池内的高生物量、高生物活性和高传质速度。“一分”指：氧化池分两段，第一段以能耗低、速度快的生物合成为主，减轻了第二段的生物氧化负荷和对供氧的需求；沉淀池增加了接触层，不仅强化了悬浮物的分离效果，还有接触层生物膜利用氧化池出水中较高的剩余溶解氧，对水质起到了进一步的生物氧化作用。“三高一分”和接触沉淀，主要是“三高”和“一分”在起作用，使得生物接触氧化法有较高的生物反应速率，缩短了处理时间。7.生物接触氧化池的装置7.1构造接触氧化池是接触氧化的中心构筑物，下图为其基本构造示意图。氧化池由池体、填料及支架、曝气装置、进出水装置及排泥放空等管道等部分组成。7.2型式目前，国内外接触氧化池的型式，按充氧与接触方式分，有(填料)外曝气分流式和(填料下)均布曝气混流式两大类，或简称分流式和混流式。外曝气分流式曝气池，在池的中心或池一边空隔间内进行曝气充氧，也就是在填料外侧曝气，大量气体在水面分离后，水流再由外向内循环通过填料，与生物膜接触和供氧。均布曝气混流式则直接在填料下曝气井力求布气均匀，水气混流直接与生物膜接触和供氧，此时，如果在填料外侧有允许水流循环的通道，则水流形成由内向外的循环。另外，还可按受压力方式分，有重力式和加压式。国内外总的趋势是向均布曝气混流式发展。日本接触氧化法兴起初期，一般采用外曝气分流式。由日本小岛贞男开发的标准分流式氧化池如图7-b所示。图7-a、图7-b、图7-c分别为单侧曝气型、中心曝气型、旋转曝气型氧化池。分流式接触氧化池的主要特点是:废水在单独的间隔内进行激烈的曝气和充氧，而在安装填料的另一间隔内，废水慢慢地流经填料同生物膜接触。这种外循环方式使废水反复地通过充氧与接触两个过程，供氧与供给微生物营养的状况是良好的，有利于微生物生长繁殖。但是，这类装置的填料间水流流动缓慢，冲刷力小，生物膜只能自行脱落，更新速度慢，而且容易堵塞，处理效率较低，在BOD负荷较高的二级废水处理中一般较少采用。在国内，一般采用均布曝气混流式。图7-d为国内采用的外循环混流式生物接触氧化池a这种池型的底部设密集的穿孔管曝气，造成“大流量”体外自动循环的运行工况，这对于保证池内水、气及有机投配负荷的均匀分布起到了良好作用。图7-e为一体化处理器的一种型式。在这种处理器中将接触氧化室(池)同前处理的酸化室、后处理的沉淀室组合在钢制处理器中，其间用钢板分格。一般，当处理水量较小时，可用整体式;当处理水量较大时，可用拼装式。8.填料的选用填料是生物膜附着生长的载体，其性能的好坏直接影响到生物接触氧化法效能的发挥，以及运行管理的方便与否。同时，填料的费用在生物接触氧化法的基建费用中占有较大的比重，所以填料选用还关系到接触氧化法技术的经济性。通常对接触氧化填料的要求:有一定的生物膜附着力;比表面积大，孔隙率大;水流流态良好，利于发挥传质效应;阻力小、强度大，不易发生塌陷断裂等物理性破坏;化学和生物稳定性好，经久耐用;要求生物膜脱落移出方便，悬浮物截留能力低，不需频繁反冲洗，运行管理方便;不溶出有害物质，不引起二次污染;与水的密度相差不大，不增加氧化池结构荷重;形状规则，尺寸均一，在填料间形成均一的流速;货源充足，价格便宜，运输和安装施上方便，等等。9.生物接触氧化池系统的设计计算接触氧化法设计是一项复杂的过程。接触氧化法的设计首先考虑的是流程选择，即是否要与其他厌氧、兼氧工艺组合，是否要与活性污泥法联合，是串联联合，还是复合联合。其次是接触氧化池型选择。是推流式还是完全混合式。流程选定过程中，还要考虑是否分段，是选用一段法还是两段法或多段法二两段法比一段法的接触时问要短，但增加了中间沉淀池，在经济上是否合算应进行比较。再则是填料的选择，是用固定式还是浮动式。在固定式或浮动式确定之后，还要对填料的具体种类进行选择。填料的选择大部分要靠使用的经验或试验取得的参数。由于填料费用在接触氧化法中占造价的比重较大，因此对填料的选用要慎重，在用量较大时，要进行实际对比试验。在填料选定之后，要确定填料的负荷参数。不同的填料有不同的负荷参数，而不同的底物其负荷参数也不同，如在同一填料上，其BOD5负荷参数与氨氮负荷参数是不同的。另外，在不同的出水水质前提下，同样的填料，其负荷参数又不一样口因此接触氧化法的设计，大部分依靠经验的积累和必要的试验来提供数据。要取得理想的效果，必须认真对待这每一个步骤。9.1填料系统的设计填料体积计算生物接触氧化工艺的设计计算主要是在选定填料后进行填料溶剂的计算和总面积、总浓度及与废水的接触时间的计算。目前常采用的是BOD负荷率计算，如脱氮则按氨氮负荷率计算。（1）BOD5负荷和氨氮负荷率计算法接触氧化池的BOD5容积负荷率，是指每立方米填料每天所能承受的BOD5量，以kgBOD5/(m3·d)为单位，此值取决于所处理废水的类型及对处理水质BOD5的要求。根据出水要求，选定进水的BOD5负荷，然后由BOD5负荷计算填料体积。接触氧化池内填料的体积可根据BOD5容积负荷按下式计算：式中：W——填料的总有效体积,m3;Q——日平均废水量,m3/d;S0——原废水BOD5浓度,mg/L;LW——BOD5体积负荷,kg/(m3·d)。接触氧化池总面积为：式中：A——接触氧化池的总面积,m2;H——填料层的高度,m为了增加氧的利用率，有效水深应适当取深一些，但过深又会增加动力负荷，因此建议有效水深在3.5-6.0m；当采用蜂窝填料时，应分层装填，每层高1m，蜂窝内孔不宜小于２５ｍｍ。01000wQSWLWAH若采用ｎ座（ｎ≧２）接触氧化池，则每座接触氧化池的面积ａ为：接触氧化池高度为：式中：Ｈ０——接触氧化池的总高度,ｍ；ｈ１——超高,ｍ.一般取0.5-1.0ｍ；ｈ２——填料层上部稳定水层深,ｍ.一般取0.4-0.5ｍ；ｆ——填料层数ｈ３——填料层间隙高度,ｍ.一般取0.2-0.3ｍ；ｈ４——配水区高度,ｍ.一般取0.5ｍ。废水与填料的接触时间：t=24AH/Q在水源水的预处理中，为消除氨氮影响，氨氮负荷率Nf可根据实验确定，也可采用经验数据，一般取0.05-0.08kg/(m3·d)，则氨氮的年平均去除率可达75%。当处理水平均温度较高时，氨氮负荷取高值，相反取低值。Aan01234(1)HHhhfhh（2）接触时间计算方法所谓接触时间计算方法就是根据微生物反应动力学关系式和进出水的水质先求定废水与填料的接触时间，由此进一步计算出接触氧化池的总面积和填料容积。在接触氧化法中，当流态为完全混合时，与一般微生物悬浮生长的活性污泥一样，有机物的去除率与其浓度能一级反应关系式，即：式中：s——接触氧化池内任一点的底物浓度,mg/L;ｋ——反应速率常数,1/h;对于上式两侧积分，并整理可得：式中：Se——处理水的底物浓度,mg/L;k——常数。dSkSdT0lneStkS02.303lgeStkS当接触氧化池内填料的充填率为Ｐ％（标准充填率为７５％）时，ｋ值可由经验公式ｋ＝０．３３（Ｐ／７５）Ｓ００．４６计算得到。从一些经验得到的Ｋ值见表如下：在实际中，容积负荷Ｌｗ的经验式表示如下：式中：Kj——常数，其数值相当于出水中底物浓度为1mg/L时的投配负荷值,与水质及所用填料有关；ｎ——指数。而接触时间t表示为：neLwKjS0241000wStL填料支架设计填料系统的设计除填料体积的计算外，还包括支架的选择、填料的布置和绑扎方式等。浮动式填料不需要专门的支架，而悬挂式填料，其支架方式一直是设计上引起争议的难题，尤其是对大型池子，目前国内采用的填料支架有钢支架、钢塑复合支架和钢筋混凝土支架等。由于填料空载和满载时负荷相差较大，考虑到积泥时最不利情况，因此要求支架的承载力不小于填料挂膜后的湿重，不同填料的挂膜湿重不同，应根据实测来确定。（如：钢支架承载力高，填料绑扎方式较简单，但支架结构布置方式较复杂，密度大，耐腐蚀性差，维修维护不易，工程造价高；钢塑复合支架耐腐蚀性好，易于整体安装，但机械强度低，承载力差，易于断裂，工程造价也高；钢筋混凝土支架承载力挠度低，跨距小，给工艺设计带来困难。这三种支架方式除上部结构外，下部的支座密度大，