巢式生物流化床技術在處理低負荷廢水上的應用

楊占忠，張迪，張營，荊建波(.中國石化金陵石化公司烷基苯廠，江蘇 南京 046；

2.南京中衡元環保科技有限公司，江蘇 南京 211200)

0 引言

隨著國家對排放廢水的標準逐漸提高，企業需要對廢水進行某種深度處理技術，通過該技術即可滿足達標排放，又可以將殘留在廢水中的有毒有害物質濃度降低或去除，同時處理后的廢水能夠全面回收利用，逐步實現“近零”排放。多年來，在處理高濃度廢水上，傳統厭氧和好氧生化工藝得到廣泛應用和推廣[1]。但在低濃度廢水處理方面，由于受到營養源、菌藻存活等方面限制，傳統生化技術工藝略顯不足[2]。本文主要介紹一種改進型的生化技術—巢式生物流化床技術，及其在處理低負荷廢水上的應用，為處理低負荷廢水提供思路和借鑒依據。

1 工藝原理及特點

1.1 巢式生物流化床工藝原理

巢式生物流化床技術是以有機人造多孔性生物填料為核心的新型生物膜法處理系統，吸收了傳統生物流化床優點[3]，其內部采用多孔性載體為流化介質，在載體上可累積大量及特定族群的生物膜微生物，提高微生物的附著數量和機會，微生物一般生長環境在氣、固、液三相中，每個多孔載體都是一個小型微型反應器，可提高水中污染物的處理效率。載體的材質較輕，可通過曝氣系統使其能夠在水體中自由的移動，增加了微生物與污水中污染物的接觸機會，從而提高常規生化技術不易去除的有機物，其系統原理圖如圖1所示。

圖1 巢式生物流化床處理系統原理圖

1.2 巢式生物流化床載體的特點

巢式生物流化床反應槽中填充的載體主材為PU樹脂，該樹脂為主鏈含有尿酯基的聚合體，可制造成軟質或者硬質泡綿，尿酯基系是采用異氰酸鹽與羥基化合物化學反應而產生，經過發泡工藝、聚合工藝、破泡工藝等反應制作成開孔性的PU泡綿。

普通流化床采用的載體一般為砂、陶粒、活性炭、玻璃珠、多孔球等，其密度大，孔隙率低，不易流動[4]。而本技術采用的是PU泡綿材質的載體，其為開放型孔洞的網狀結構物，孔隙率約≥97%，堆積密度≤28 kg/m3，孔洞直徑大小介于0.3～0.5 mm之間。PU泡綿的形狀采用四葉扇葉形，其形狀規格如圖2所示，且材質密度接近水的密度，投加適量的載體填充于系統槽中，在曝氣系統工作的情況下，載體會被水流帶動漂浮，自由地在系統槽內移動。同時，該載體投加量根據處理效果而定，一般為60%～90%之間，可供大量微生物附著在其上，形成大量的生物膜，達到穩定處理效果的目的。

圖2 PU泡綿載體外形圖

1.3 巢式生物流化床處理系統的優勢

(1)投加多孔性載體作為系統槽的介質，提高懸浮污染物的去除率。同時由于載體的構造開放性孔洞，可有利于水流保持流態化的狀態。

(2)多孔性載體因其有相對大的比表面積，可增加水中微生物附著、增殖的幾率，在其上可累積大量的生物膜微生物，有助于達到去除水中各種污染物的目的。

(3)多孔性載體因其可附著大量微生物， 所以系統槽具有高負荷、高效率、高穩定性的優點。

(4)多孔性載體上可生長的大量生物膜型態，這樣有助于特定族群微生物的積累生存。

(5)該系統一般采用固定床/膨脹床的方式來操作，具有操作簡易的特點。

(6)從處理效果來對比，多孔性載體的材質與浸水濾床材質相近，但多孔載體的處理效果為浸水濾床的兩倍左右。

2 工藝設計及操作條件

2.1 工藝設計及流程簡介

該項目為某污水處理場的污水處理系統改造，原有工藝路線為老三套工藝。2017年7月1日起新的排放標準實施后，COD由原來的80 mg/L調整至60 mg/L，BOD5由原來的15 mg/L調整至10 mg/L，石油類由原來的4 mg/L調整至3 mg/L[5]，該廠原有污水處理裝置不能完全實現穩定達標排放，尤其在BOD5處理能力上，偶爾發生超標現象。經過本項目處理，主要出水指標穩定達到或優于 GB 31570—2015中規定的水污染物特別排放限值[6]，同時滿足SH 3173—2013回用循環水標準[7]。工藝流程和設計參數如圖3和表1所示。

圖3 該項目工藝流程圖

表1 巢式流化床進出口設計參數

監測項目及方法 ：

COD：重鉻酸鉀分光光度法(GB/T 11914—1989)，檢出限5.0 mg/L；BOD：稀釋與接種法(HJ 505—2009)，檢出限 2 mg/L；SS(懸浮物)：重量法(GB 11901—1989)。

2.2 調試方法

2.2.1 污水的注入

由于載體體積龐大，預先向巢式生物流化床的槽體中注入2/3的原水，能夠保證載體投入至槽體中。

2.2.2 載體的投加

首先根據反應槽體積，按照載體投加量70%進行計算需投加載體量。載體體積龐大，為了水流流況的正常，載體由反應槽上部的載體投入口投入。本項目設計三個人孔，載體分別從這三處進行投加，有利于載體潤濕。由于載體密度與水相近，不易沉降，因此再次從槽體上端注入部分原水進行載體表面潤濕操作，持續進行一段時間，直至載體完全融合在槽體中。

2.2.3 污泥的馴化

巢式生物流化床所用接種污泥的來源多使用處理類似廢水的廢水處理場。其添加量最好以0.1～1 kg/m3反應槽體積污泥為原則。根據此原則，本項目設計處理量為50 t/h，約需載運170 kg的絕干污泥。污泥接種完成后，以設計值1/3進流流量排泥，將活性較差的污泥排出，至出流水SS＜20 mg/L。每日分析出流水COD，視水質狀況調整進流量，進行生物馴養，等到去除率提高至80%以上時再逐段提高負荷。

3 處理效果

巢式生物流化床的使用率國內也有研究，一般生物流化床中載體投加量為30%左右[8]，而本裝置與普通流化床結構上不同，因此選擇載體投加率為 70%，掛膜成功后，經調試確定，最佳pH值控制于6.8～7.2之間，水力停留時間控制在4～5 h之間，溶氧需2 mg/L以上，能較好地控制生物膜的脫落周期，達到良好的污染物去除效果。該設備運行半年，每周取一次數據，共整理24組數據進行分析。

3.1 巢式流化床對SS的去除效果

巢式生物流化床對該項目正常運行半年，采樣污水SS的去除效果如圖4所示。

圖4 對污水中SS去除效果圖

該巢式生物流化床每周取一次水樣進行測定進出水SS,正常運行半年，圖4為該項目進水和出水的SS情況數據圖，進水SS為42 mg/L左右，出水SS為7 mg/L，去除效率達到80%以上，可見，該技術去除SS有很好的效果。

3.2 巢式流化床對有機物的去除效果

如圖5和圖6所示，為該項目進水和出水的COD和BOD5正常運行半年水質情況，污水進水COD一般情況下在32 mg/L左右，屬于偏低數值，經過該巢式生物流化床技術處理后，出水COD的去除效果均可做到≤12 mg/L，去除率≥60%以上，同時該項目進水BOD5數值在7 mg/L左右，也屬于較低進水指標范圍，出水BOD5可達到≤3 mg/L，去除率也可做到≥60%。可見，采用巢式生物流化床技術對處理低濃度進水COD和BOD5，具有較高的去除率。綜上所述，該技術更適合處理低濃度含有COD和BOD5廢水。

圖5 對污水中COD的去除效果圖

圖6 對污水中BOD5的去除效果圖

4 結語

(1)該套系統為原有裝置上的改造工程，充分利用了現場原有條件，流化床反應器為利舊設備改造，處理水量為50 m3/h，占地面積僅需Φ8.5×4.5 m。占地面積小，完全能夠滿足使用要求。

(2)巢式生物流化床系統投運半年后，運行平穩，操作方便，出水污染物的指標得到進一步降低，完全能夠滿足控制和設計要求。

(3)巢式生物流化床系統選用多孔性材料，孔隙度高達95%以上。且材質比重接近水的密度，適量填充于系統槽中，在曝氣的情況下，載體會被水流帶動，自由地在系統槽中浮動，屬于浮動床系統槽，可以解決載體磨損帶來的損耗問題，而且操作上也比流動床簡單。

(4)由于反應槽有效體積內填充多孔性顆粒狀可壓縮載體，因此，反應槽具有浮動床操作的一些特點，載體可供大量附著型微生物形成生物膜，且可浮動在反應槽內。微生物被馴化完成后可吸附在多孔性生物載體內，不易被水流沖掉、餓死或流失，而且系統重新啟動的速度快、恢復快，更適合進一步處理含有低濃度COD和BOD5的廢水。