脉冲—循环流化床污水处理技术

　　流化床是利用流态化的概念进行传质或传热操作的一类反应器。它与传统的固定床反应器不同，床体固体微粒始终悬浮于液(气)体中并剧烈运动，强化了物质的扩散过程，提高了反应速度，单位体积内可处理的液体反应物量提高2～10倍，使得流态化得以在工业上广泛应用。
　　生物流化床污水处理技术应用于污水处理的研究始于20世纪70年代的美国。国内对流化床的研究和应用始于20世纪70年代末期。初期的研究侧重于探索操作方式、载体特性、充氧方式、生物膜控制和更新等，以求了解其净化规律并解决实际问题，并在此基础上推荐了设计参数。进入20世纪80年代以来，国内外已建成多种类型的中小型流化床装置，并在部分工业废水和生活污水处理工程中投入使用。通过国内外各种报道可知，由于在布水、生物载体等方面的限制，现有的生物流化床装置处理规模大都在每天几百吨以下，基本上还处于研究阶段，未能实现工业化大面积推广，尚未真正发挥生物流化床在污水净化领域的巨大优势。
　　作为化工材料的聚氨脂材料具有比重轻、孔隙率高、弹性良好、耐腐蚀等诸多生物载体具备的特殊性能，而且产量大，价格也较低，这也为流化床技术填料的发展提供了有力的支持。
　　脉冲—循环流化床工艺中的双流化床系统浓缩汇聚了生物活性污泥法和生物膜法的双重优点，系统运行高度稳定可靠，污染物去除率比一般工艺高。
1 流化床工作原理
1.1　脉冲流化床工作原理
　　脉冲流化床单元是利用厌氧反应的水解酸化反应原理，在脉冲流化床反应单元内投加一定数量的高效生物亲和性填料，利用脉冲布水器的脉冲布水作用，使填料在反应器内达到“上浮—沉降”的流化状态。
　　脉冲流化床(水解酸化)段既有生物降解作用，又具有水解酸化作用。理想的生物降解效果主要取决于其生物污泥浓度和布水效果，因此必须保证水解酸化池内具有一定的填料量和生物污泥量，池内的泥水充分混合且高效生物亲和性填料处于流化状态，从而使得水中的污染物被污泥吸附、分解。若填料和污泥达不到一定浓度，泥水混合效果不佳，厌氧部分的处理效果就会很差。
　　自动高效脉冲布水器是根据脉冲流化床对水流状态的要求及各种布水器的特点而研究开发出来的一种理想的高效节能、操作可靠的布水系统。该布水器具有以下主要优点：结构简单，不需复杂设备，整个吸气布水过程靠水力自动完成，维护管理方便；能耗低，效率高，除提升来水外无需其他动力；配水均匀，水力搅拌效果好；使用寿命长。
　　脉冲布水方式保证了污泥浓度以及填料和水的混合效果，控制了易燃、恶臭气体的产生，同时由于污水与生物菌群流化态的形成，大幅度提高了处理效率，降低了投资成本。
1.2　循环流化床工作原理
　　循环流化床单元是利用好氧微生物氧化反应原理，将高效生物亲和性填料投加到循环流化床内，通过微孔曝气技术，在气流、水力的冲击与搅拌下，达到良好的流态化。循环流化床出水端通过水下推动器将填料回流至循环流化床进水端，完成整个循环流化过程。
　　循环流化床使用了可变微孔上浮式曝气装置，曝气采用高效的管式可变微孔曝气管，提高了氧气利用率。检修时，只需将曝气支管和支撑管提起，把需检修的曝气器组从水中提上来即可进行检修、更换，无需排掉池中的污水，实现了不停产检修。
1.3　脉冲—循环流化床工作原理
　　脉冲—循环流化床是以多孔状填料为生物载体，通过充氧曝气的搅动作用使载体处于流动状态，通过载体表面和内部不断生长的生物膜，吸附、氧化并分解废水中的有机物。脉冲—循环流化床工艺关键之一的高效生物亲和性填料是新型生物填料，它由聚氨脂和多种金属氧化物按一定比例配比加工而成。填料的孔隙率为90%～95%，密度略大于水；填料具有良好的弹性，在水力、气流的搅拌、冲击下，填料自身形状会发生微小变化，此形状变化可保证填料的内部、外部之间形成良好的物质交换条件，这个过程又称为高效生物亲和性填料的“自呼吸”作用。填料中含有的多种金属氧化物促进了微生物的生化反应。在实验性中试和工程实际应用中，反应器内投加的高效生物亲和性填料的外形、尺寸、数量都有明确的规定。
　　高效生物亲和性填料在微生物附着生长的情况下，会自发形成一个“上浮—沉降”的循环过程。填料投加到生化反应池的初期，填料上附着生长着少量的微生物，填料在反应池内呈悬浮生长状态。随着填料上微生物的逐渐增加，填料整体的比重增加，此时填料沉淀于反应池的底层。沉淀于底层的填料上的微生物会由于物质传递减弱和发生厌氧反应，产生少量气体，使填料逐渐又恢复到悬浮状态，重复“上浮—沉降”循环过程。
2 脉冲—循环流化床工艺的优点
　　(1)由于使用了脉冲布水技术和构造独特的有机高分子厌氧填料，可保持和显著提高厌氧系统的污泥量和污泥活性，保证了该系统的稳定运行。
　　(2)实现了新鲜污水与生物载体快速均匀的混合，大大提高了反应速度。在脉冲流化床中CODcr去除率可达2～5kg/m3·d。
　　(3)由高效可变微孔曝气系统和构造独特的高分子有机好氧填料组成的循环流化床系统，CODcr去除率可达3～8 kg/m3·d，是一般生物反应器不能比拟的。
　　(4)高分子有机填料添加了生物亲和剂和增强剂，比表面积大，可达2000～3500m2/m3，在反应体系中成为生物良好的寄居载体，并且具有较好的水力学性能和使用寿命长等优点。
　　(5)高效生物载体填料在流化过程中具有自呼吸功能且能吸收气体、对气体产生阻尼性能。该系统使曝气气体在水体中的停留时间延长，使溶氧率比一般好氧生化系统提高30%～60%，大大降低了生化系统的耗能。
　　(6)水、泥、填料三相分离系统构思新颖、形状独特、效率高、操作简便，是双流化床的重要装备。
　　(7)双流化床独特的生化系统可使该系统能有效的去除污水中的氮含量，去除率高达70%～80%。
　　(8)双流化床的自动控制系统实现了进水量、系统的溶氧量及出水质量的自动控制，使该系统成为高效高自动化的智能系统。
　　(9)流化床内投加高效生物亲和性填料，增加了生化系统内的生物量，使填料内寄居微生物和活性污泥内微生物两大生物相功能互补，提高了生化处理系统的去除率，增加了系统运行的稳定性。
　　(10)脉冲—循环流化床内的高效生物亲和性填料，使系统具有较强的抵抗冲击负荷的能力，避免了活性污泥膨胀现象。
　　(11)该工艺中高效生物亲和性填料的使用无需支撑，填料的投加、补充、更新操作简单。
　　(12)高效生物亲和性填料比传统的组合式或其它形式填料成本低，使用方便，且容积负荷高，节约用地，特别对老工程的改造有明显的优势。
3 脉冲—循环流化床工艺的应用
　　佛山市顺德某纺织印染有限公司15000m3/d印染污水处理工程成功地应用了该技术。该工程于2005年2月全面调试合格，出水CODcr为50～60mg/L，优于国家和地方污水排放标准，工程造价比常规工艺低，运行费用也很低，仅为0.4～0.5元/m3。
4 结语
　　脉冲—循环流化床污水处理技术适用于处理印染污水、造纸污水及各种高浓度有机污水。利用脉冲—循环流化床技术改造原有的好氧活性污泥工艺、接触氧化工艺、氧化沟工艺、SBR工艺，可使废水达标排放并提高污水处理能力。
　　脉冲—循环流化床成功地解决了生物载体及布水等方面的问题，为生物流化床技术在环境生物净化污水领域方面开拓了一条大规模工业化应用的道路。脉冲—循环流化床是环境生物技术应用发展的产物，符合环境生物技术发展的趋势，即尽可能提高单位反应器体积内的微生物浓度，最大限度地增加反应体系中生物类群与污染物的接触程度，最高水平地发挥微生物的活性，并有效降低投资及运行费用。
　　脉冲—循环流化床在传统活性污泥工艺和接触氧化工艺之间找到了很好的契合点，兼有两种工艺的优点，同时又具有系统稳定、处理效果优异、处理成本低、易于运行管理的特点，是污水处理技术史上一次革命性的进步。
参考文献：(略)

Technology of Pulsing—Circulating Fluidized Bed for Sewage Treatment
LIU De-pei, SHAO Yun-hai
(Guangzhou ChinaEver Environmental Engineering Co., Ltd.,Guangzhou Guangdong 511430,China)

Abstract: The paper introduces the working principles, characteristics and its application of pulsing—circulating ?uidized bed.
Keywords: pulsing—circulating ?uidized bed; ?lling; bio-?lling