生物粒子浮动床处理城市污水（中试）

丁威　余松华
(株洲市政管理处，湖南　株洲　412000)

　　摘　要：生物粒子浮动床是一种新型污水处理工艺，它较传统的生物处理工艺更高效、更稳定。对城市污水进行了为期6个月的中试研究表明：出水的三项主要指标达到国家二级排放标准。该方法是一种高效、抗冲击、低能耗、易管理、自动化程度高的先进工艺。
　　关键词：城市污水处理；　生物粒子浮动床；　中试
　　中图分类号：X505
　　文献标识码：A
　　文章编号：1000-4602(2000)05-0016-03

Pilot-Scale Test on Municipal Wastewater Treatment by Floating Bed Reactor

DING Wei，YU Song-hua
(Depart. of Munic. Eng. Administration, Zhuzhou 412000, China)

　　Abstract：Compared with the traditional biological treatment process, a new biological carrier floating bed process was more effective and stable. A pilot-scale test for six months was carried out, and the results showed that the effluent could meet the grade 2 criteria of national wastewater discharge standard. The process was high in removal efficiency, tolerant of shock load, low in power consumption, easy in maintenance and automatic control.
　　Keywords:　municipal wastewater treatment;　biological-carrier floating bed;　pilot-scale test

　　生物粒子浮动床是综合了接触生物氧化法、生物膜流化床的优点并加以改进的一种新型生物处理工艺。它主要采用悬浮粒子作为载体，微生物附着在悬浮粒子上形成生物膜，并以鼓风曝气或机械曝气为动力，使填料处于流化状态，让污水与生物膜充分接触，加速对污水中污染物的降解、净化。同时，通过悬浮粒子之间剧烈的碰撞，使老化的生物膜自行脱落。该方法在北欧国家尤其是挪威，已应用在城市污水处理以及造纸、食品等工业废水的处理上，在去除污水中的有机物污染以及脱氮除磷方面都取得了令人满意的效果。该工艺可用于好氧、缺氧、厌氧三种处理环境，在处理城市污水方面，挪威Lillehammer市以该技术为基础改造了原有传统处理方法，在同样低温、低浓度的条件下，脱氮达70%以上(挪威规范要求)，该方法只需大约3 h，而传统活性污泥法则需15～20 h。在处理食品废水方面，挪威最大的土豆生产厂曾于1994年以该方法为基础增强原有生物转盘的处理效果，兴建了最大处理能力为400 m³/d的处理装置，进水COD为9 175 mg/L，出水COD为74 mg/L，去除率为99.2%。进水P为37.8 mg/L，出水P为2.2 mg/L，去除率为94.2%。在处理造纸废水方面，挪威Sande造纸厂的污水处理厂是一个成功的例子。该厂主要为中性亚硫酸盐半化学纸浆工艺，原水COD在300～38 000 mg/L之间变化，最大设计流量为110 m³/h，控制有机负荷＜60 kgCOD/(m^3．d)时，COD、BOD₇去除率可达70%和96%。

1　中试工艺流程及研究情况

1.1　中试工艺流程
　　1997年在中挪株洲环保项目中，以株洲市南区城市污水为研究对象，建立了一座污水处理中试厂(水质分析见表1)。

表1　株洲市南区城市污水水质分析　　mg/L COD BOD SS TP TN NO^-₃-N 81～300 40～132 52～246 0.45～3.07 9.6～23.1 0.03～0.84

　　通过对三套不同工艺(活性污泥法、生物膜法、化学混凝法)的比较研究，选择最佳工艺及其运行参数(主要针对去除有机物污染)。中试厂的总处理能力约为150 m³/d，其工艺流程见图1，本文仅介绍生物粒子浮动床处理城市污水的试验情况。

1.2　填料
　　悬浮粒子采用挪威KMT公司赠送的新形填料，其结构形状合理，类似长7mm、直径9 mm的圆柱体颗粒，比表面积为330 m²/m³(一般为300～500 m²/m³)，体积质量为0.95 g/cm³(一般为0.92～0.95 g/cm³)，主要为聚乙烯材料。停止曝气时，能悬浮于水中，并结实耐用，抗机械搅拌之磨损。挂膜时间短，一般为20 d，无需特设脱膜装置。此次填充率为水容积的67%，流化状态好，无堵塞、拥挤现象出现，管理非常方便。

2　试验情况与结果

2.1　HRT与填料负荷的影响
　　曝气池的水力停留时间(HRT)及填料容积负荷对该工艺处理效果的影响比较明显。由表2可知，当流量为1 m³/h的COD、BOD去除率最高分别为80%和87%。在各种不同水力停留时间下的出水COD变化在30～70 mg/L之间，BOD变化在10～20 mg/L的范围，均达到了国家二级排放标准。根据中试厂原设计，该装置可承受进水COD负荷范围为2～20 kgCOD/(m^3．d)。但由于原水浓度太低，进水COD为150 mg/L左右，致使反应器中生物膜养料不充足。为了保证工况试验条件，必须靠提高流量来增加负荷，而提高流量则缩短了曝气时间，影响了处理效果。当填料负荷为10.5 kgCOD/(m^3．d)时，COD去除率只达到69%，即使这样，处理负荷也较传统工艺大有提高。

表2　水力停留时间及填料容积负荷对处理效果的影响 HRT
(min) COD(mg/L) BOD(mg/L) 填料容积负荷
［kgCOD/(m^3．d)］ 进水 出水 去除率
(%) 进水 出水 去除率
(%) 96 182.7 36.5 80 84.8 10.6 87.5 3.7 63 166.5 42.7 74 81.9 18.1 78 5.0 48 152.3 40.3 73.5 50.7 8.37 83.5 6.1 39 182.5 60.0 67 70.4 18.3 74 9.1 33 174.6 70.4 60 60.2 18.8 69 10.5

2.2　水温、DO的影响和对氨氮的去除
　　水温对该工艺处理影响不大。由表3可知，当水温高于10 ℃时，COD、BOD去除率基本维持不变；当水温低于8 ℃时，COD、BOD去除率才有明显下降，但适当延长曝气时间就可使出水水质变好，可见该工艺抗低温的能力是很强的。

表3　水温对处理效果的影响 t
(℃) COD(mg/L) BOD(mg/L) 进水 出水 去除率(%) 进水 出水 去除率(%) 17 138 36.5 74 49.1 10.2 80 14 174.6 40.6 77 50.7 8.4 84 7.7 171.9 63.5 64 77.8 17.9 77

　　DO值对处理效果的影响不如前两者明显，只要反应器中DO值保持在2～3 mg/L时，COD、BOD的去除率基本保持不变，一般选择水气比1∶6较合适。
　　由于整个中试装置设计只考虑好氧状态去除有机物污染为主，故TN、TP去除效果不佳。而NH₃-N的去除效果在流量为1 m³/h时，可使出水达3 mg/L左右，去除率可达70%。

3　结论

　　①　中试研究表明：生物粒子浮动床工艺完全适合我国一般城市污水的现行处理要求。对于处理一般城市污水，浮动床曝气时间48 min，容积负荷6.1 kgCOD/(m^3．d)，水气比1∶6，COD_Cr、BOD₅的去除率分别达73.5%、83.5%。出水COD_Cr≤70.4 mg/L，BOD₅≤18.8 mg/L，SS≤16 mg/L，基本达到国家城市污水二级处理的出水标准。
　　②　该工艺的特点
　　a.　高负荷，抗冲击能力强。
　　b.　无堵塞和污泥异常等现象出现。由于该工艺生物膜载体采用悬浮粒子，避免了接触氧化法中采用固定生物膜载体经常堵塞难于维护的缺点。同时因是生物膜法，不以活性污泥为载体，基本不需要回流污泥，故也少有污泥异常现象。
　　c.　建设投资少。由于该工艺具有高负荷、曝气时间短、抗冲击能力强的特点，所以处理环节紧凑，处理构筑物结构简单，其容积也比传统的活性污泥法所用容积大大缩小，可大幅度节省建设投资。
　　d.　曝气池中的曝气方式灵活。该工艺可用鼓风曝气及机械曝气两种方式保持其流化状态，因此在设计工艺流程中很容易通过采用不同曝气方式来提供微生物所需好氧、缺氧、厌氧的各种环境，达到去除污水中不同有害成分的目的。
　　e.　便于传统工艺的改造。由于该工艺在曝气方式上与传统工艺有相近之处，因此只需对原有传统工艺稍加改造，即可大大提高其处理效果(在挪威已有不少成功的例子)。
　　f.　能耗低。由于相对传统工艺未增加更多耗能部分，并省去了回流污泥所需能耗，故新工艺的能耗低于传统工艺的能耗，降低了运行成本。
　　g.　适合自动控制。由于该工艺抗冲击能力强，并且曝气过程对均匀布气要求并不高，基本上没有污泥异常现象，管理上无需太多的监测人员，完全可实现全流程的自动化控制。

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基金项目：中挪(威)政府间技术合作项目(CHN019)

作者简介：丁威(1975-)，男，湖南常德人，株洲市政管理处助理工程师，学士。
收稿日期：2000-01-2