活性污泥法新技术-卡波菲尔反应器

孙仲平¹，尹卫红²，李正明³
(1.同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海200092；
2.河南省城乡规划设计研究院，河南 郑州45000023.上海市政工程设计研究院，上海200092）

　　摘　要：卡波菲尔反应器是根据亨利定律及水力混合的原理设计的新型曝气装置，由于氧转移率、充氧能力、和氧利用率的提高而降低处理费用和提高处理效率。该技术用于处理CODcr 10－200 g／L，氨氮0.5－2.8 g/L的污水，去除率可达96%。适用于处理养畜、禽场、屠宰厂、食品加工等废水的处理以及污泥好氧消化，具有占地小，电耗低，安装管理方便等优点，在欧洲环保领域得到迅速发展。
　　关键词：废水处理；卡波菲尔反应器；曝气；畜禽废水；脂肪废水；屠宰废水；污泥处理
　　中图分类号：X703
　　文献标识码：B
　　文章编号：1009－2455（2001）02－0040－02

概述

　　随着环保要求的提高，工业污水、生活污水的处理率越来越高，由污水处理产生的污泥量也越来越多，这些都需要高效率的污水、污泥处理设备。由法国卡波菲尔公司发明的卡波菲尔反应器，是一种高效的污水、污泥处理设备，已在全世界70多个国家注册专利，其中包括中国。

1 卡波菲尔反应器的结构

　　卡波菲尔反应器的结构如图1所示。

　　该设备属于活性污泥法技术，但卡波菲尔在活性污泥法的三个基本要素：微生物，有机物和氧气的充分混合及接触，对传统的曝气系统进行了革命。根据亨利定律，气体在水中的转移及溶解随水的深度增加而增加。但随着深度的增加，曝气设备的功率将提高，使电耗增加。卡波菲尔反应器不同于常规的曝气设备，其充氧设备的功率不随水深的增加而增加，这一“常压型”的曝气有 效地提高了充氧能力。其内部特殊的水力结构，提高了活性污泥和气泡的比表面积，从而大大提高了氧转移率和氧利用率（％），以及混合强度[1]。

2 卡波菲尔反应器的工艺特性

2.1 由于卡波菲尔反应器改变了供气方式，且内部特殊的水力反应系统，将微生物絮体和气泡分散成极细的颗粒，从而大大提高了氧转移率、充氧能力、氧利用率和混合强度。与传统的曝气方式相比，大大减少了降解CODcr以及NH₃－N的电耗。
2.2 由于反应器中特殊的水力条件，微生物絮体在反应器中的浓度可达30g／L，而常规的活性曝气池中的微生物浓度不超过3g／L，高出近十倍，从而大大缩小了反应器体积。
2.3 卡波菲尔反应器对畜禽排泄物进行好氧处理，运行温度调节在35－55℃之间，水力停留时间仅需4-5d，处理后的残余污水和泥无致病性微生物，稳定、无臭、无害。如采用表面曝气进行好氧处理，理论上水力停留时间需大于40d。
2.4 与通常的油脂废水生物降解处理工艺不同^[2]，卡波菲尔反应器的运行不需要专门菌种的驯化，当废水中含有大量的油类脂肪时，脂肪菌的繁殖占优势；当废水中含有大量的氨氮时，硝化菌与反硝化菌的增长将占主导地位。
2.5 由于卡波菲尔反应器单体体积小，运行管理方便，易于自动化，所以废水处理站（厂），如肉联厂、养猪厂、屠宰场以及城市污水处理厂通常无专人管理，或仅一人管理。
2.6 卡波菲尔反应器适用于原有构筑物因地制宜的改造，可减少投资费用。

3 卡波菲尔反应器的应用领域

　　卡波菲尔反应器最初是为处理污染浓度极高的废水而设计的，如肉联厂的脂肪废水，养猪厂的粪便污水等。卡波菲尔反应器目前逐渐被应用到城市污水厂的污泥好氧消化甚至污水处理。其设计参数依据不同领域的主要污染指数，根据碳、氮、磷污染程度以及排放标准等来确定反应器的主要工艺参数。
3.1 处理食品工业废水
　　据法国《Environnement》对卡波菲尔反应器的特别专刊报道中指出^[3]，法国目前从食品工业和餐饮业产生的脂肪约4×105t/a，这些脂肪的最终处理以前一直是采用堆埋的方法。由于脂肪的生物难降解性和堆埋场地的不断减少，导致脂肪废物的最终处置问题。卡波菲尔反应器给这个问题带来了解决方法。通常，脂肪中的主要成分甘油脂被水解成甘油酸和脂肪酸，然后经过微生物的好氧处理，将甘油酸和脂肪酸转化成细胞物质和CO₂。卡波菲尔反应器对脂肪的处理既是将脂肪转化为细胞物质的生物反应器，又可被视为脂肪菌的生物培养器。卡波菲尔反应器对脂肪的处理打破了传统的“废水处理”的概念^[4]，因为进入反应器的CODcr、悬浮物和脂肪的浓度分别高达280g／L、89g／L、92g／L。卡波菲尔反应器降解脂肪的另一个特点是随着好氧反应的进行^[5]，反应器内的温度可维持在35－45℃，这一方面可以使脂肪溶解，有利于生物降解，另一方面可降解在普通生物反应器内所不能降解的生油脂。法国的AUBRET公司是一家大型屠宰场（猪），以前一直被屠宰废水中的油脂处理所困扰，特别是生油脂。自从采用了卡波菲尔反应器后，其对油脂的降解率高达96％，剩余的4％积累在微生物细胞体内。如在后续采用分离装置，如二沉池等，则整个工艺的脂肪去除率将可达100％。
3.2 处理养畜、禽废水
　　卡波菲尔反应器的另一个主要应用领域是畜禽废水如猪、鸡、鸭的排泄物处理。对猪的排泄废物处理，主要是对排泄物中的氨氮进行硝化和反硝化，卡波菲尔反应器处理这类高浓度废水的优点是安装、运行简单，可适应各类不同的畜禽废水。对于一个约2500头出栏的养猪厂，仅需27立方米容积的卡波菲尔反应器^[5]。在投资费用上，由于其是“连泥带水”一统处理，不需要初沉池，减少了投资费用。畜禽废水经好氧降解后，粪便无臭、无害且易于分离，作农灌和肥料。运行费用为10法郎／每头出栏猪（约10元人民币／头猪）。
3.3 处理城市污水
　　法国西部的St－Mars La Jaille市的污水处理厂的改造采用了卡波菲尔反应器^[6]。该污水处理厂有机负荷5000kg[CODcr]／d，2000kg[BOD₅]/d，污水由工业废水和城市污水组成，工业废水占80％。由于原设计的日处理量仅650kg[BOD₅]／d，目前污染负荷已大大超过该厂的处理能力，所以在维持原处理构筑物的基础上，采用化学法处理污水。化学污泥和生物污泥混合，经卡波菲尔反应器好氧消化后，成为无臭、稳定、无致病性微生物的污泥经泥水分离后，上清液可作为液体肥料或回流到进水，污泥作为农肥或土壤改良剂。储存期可长达8个月。新增加的化学预处理以及污泥处理的整套运行系统全部自动化，每天仅有一名员工负责化验，投药和污泥脱水等工作。卡彼菲尔反应器的好氧消化可大大减少污泥量，产泥量仅为0.35kg／kgBOD₅，而传统的曝气方法为每0.7－0.8kg／kgBOD₅。
　　上海某合工业废水的城市污水处理厂采用SBR法与卡波菲尔法的对比如表1：

表１　　SRB法与卡波菲尔法对比 对比项目 SBR 化学法+卡波菲尔 含工业废水比例/% 83 80 日处理CODcr/t 24 5 COD去除率/% 75 80 所需人工/tCODcr 2.5 0.2 电耗/（kW.h.kg^-1[CODcr] 1.67 ＜0.3 占地/（hm².kg^-1[CODcr] 3.6 0.1

　　 由上述比较可见，卡波菲尔反应器用于城市污水处理同样也具有较大的优越性。

参考文献：

　　[1] 高廷耀，顾国维 水污染控制工程[M].北京：高等教育出版社，2000.
　　[2]赖万东，杨卓如，陈焕钦 油脂废水的生物降解研究[J].工业用水与废水，2000，31（4），21－23
　　[3] Bruno Mortgat.Traitement biologique des graisses avec lereacteur CABOFIL[J].Environnement-Technique，1999，Avril,N 185.
　　[4]Bruno Mortgat.Ne plus traiter les graisses comme l‘eau[J].En-vironnement-Technique，1996，Decembre,N 162.
　　[5] Ghislain Chatillon.AB Reacteur donne du soffle al“oxygenation”[J].PORC Magazine，1999，Fevrier，N319.
　　[6]Alain BOULAN.Traitement des graisses et stabilisation thermo-phyledes boues[R].法国：A.B.Reacteur,2000年8月.

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　　作者简介： 孙仲平，（1952－），女，博士，法国环境工程技术协会，中国国家教育部高等学校实验室访问学者基金资助，主攻方向：城市供水与废水处理.联系电话：021－65215190，E－mail：sunzp＠online.sh.cn