图1-1(A)为完全混合式生化反应器系统(CSTR),原 则上该类系统可分为单级和多级两种类型。单级CSTR可能是最 简单的连续流搅拌池式反应器,含有基质的废水进入反应器,经 充分反应后排出含微生物的悬浮液流,并根据水力停留时间控制 反应器的运行。必要时,经常增设一沉降分离器用于回流部分徼 生物。多级CSTR通常由24个搅拌式反应器串联,可将进水只 投入第一级反应器,也可多点投入到每个反应器。多级系统的优 点之一是各级所进行的反应不同,即使当所有的基质都投入第 级时,各反应器中发生的反应也不尽相同,原因是正常的代谢控 制着它们的作用机理 图1-1间歇式反应器(B)中无连续流,而是将物料“批量” 投入,接种后微生物开始生长。由于反应条件和环境随生长而变 化,因此微生物的生长过程与著名的“细菌生长曲线”相类似, 在不同时间出现的细菌处于不同的生理学状态。利用自动控制周 期运行的SBR工艺即属此类型。 图1-1完全的推流式反应器(C)可以认为是在移动过程的 分批培养,因为通过反应器的每个流量变化都不受其前后两侧的 影响。它与CSTR的唯一重要区别是反应器中不同点的细胞处于 不同的生理状态,这就使整个反应器达不到稳态,但在反应器中 某一特定点的条件不随时间而变。 图1-1固定填充床反应器(D)中,微生物在固定支持物(卵 石、塑料、纤维等填料)土生长成一层膜。传统上称这类方法为 生物膜法,典型的如滴滤池,此时滤料并不被水淹没,而是以薄 薄一层水流在滤料上流过。目前已发展出多种完全浸没式固定床 反应器,分为上进水和下进水两种形式。有无回流和回流方式对 该类反应器的动力学过程有着强烈影响,回流越大,则反应环 境越类似。为了获得稳定的条件,有机体是在不断地从固体表面 脱落。如果在回流前将脱落的微生物去除,则主要靠附着生长的 微生物起去除基质的作用,若连同脱落的微生物一起回流,则成
为附着和悬浮的微生物在共同去除基质。 图1-流化床反应器(E)是生物膜法的另一种形式,它是 在反应器中填充粒径远较固定床为小的填料,并通过水流或气动 作刖使填料在反应器中达到膨胀或流态化状态,微生物在固体表 面附着生长。由于流化作用,极大加强了气液固三相的混合,因 此该方法既具有完全混合式的传质速度,又有生物膜法的特性。 图1-1转盘式(F)反应器是专门为废水处理所设计的种 形式,微生物附着在不断转动的盘片上生长,在某种程度上类似 于固定床反应器。假如反应器容积相对于流量而言较小,则每个 盘片自始至终可获得相对稳定的环境条件。但当使用长的矩形槽 时,反应条件将沿池长而变化,以至于各组盘上有机体的生理条 件相异,将脱落的有机体回流,将使反应器的作用方式介于悬浮 生长与固定膜系统之间 1.2生物处理方法的发展 废水的生物处理技术作为一种重要的水处理手段,已经有数 十年的历史。该方法最初被用于处理生活污水,但目前在J业废 水处理中,已普遍采用生物方法作为有机废水二级处理的手段 与物理化学方法相比,生物处理法在去除疲水中有机碳、硫、 氮、磷等污染物质方虿,存在许多优越之处。首先,污染物的生 化转化过程不需高温高压,在温和的条件下经过酶催化郎可高效 并相对彻底地完成,因此处理费用低廉;再者,微生物具有来源 广、易培养、繁殖快、对环境适应性强和易实现变异等特性,适 当地对其加以培养繁殖,特别是在某特定条件下进行驯化,就能 使之很好地适应各种有毒的工业废水环境:另外,通过有针对性 地对菌种迸行筛选、培养和驯化,可以使大多数的有机物质实现 生物降解处理,因此对废水水质的适用面越来越宽
传统的废水生物处理方法主要包括活性污泥法、生物滤池、 氧化塘、污泥消化池等,这些技术无论在设计理论还是实际运行 管理等方面,都已有着比较成熟的经验。但随着石油化工和有机 化学工业的发展,人们生产和使用有机物的种类和数量不断增 加,所需要处理的业有机废水量日益巨增,水质也越来越复杂。 因此,这就迫使人们不断地研究开发新的废水生物处理技术,并 对现有设施加以改造,以满足水质变化所带来的新要求。另外, 随着水资源的日益紧张和人们环境意识的提高,对排水水质的要 求越来越高。寻求能够高效去除所谓生物难降解物质和氮磷营养 物质的方法,已经成为近年来废水生物处理研究的重点。而且, 传统的生化反应器在传质效率、操作管理、能源消耗等诸多方面 存在不足,解决该问题也是水处理界所面临的挑战之 总之,传统的废水生物处理方法已远远不能满足来自各方面 的要求,并由此推动该技术领域不断发展。人们已经开发出的许 多新技术和新工艺,有的已成功地应用于工业实践,但大多仍停 留在研究和试验阶段。表1-2给出近一个时期以来开发研究并己 命名的废水生物处理新工艺及其特征 分析表中所反映出的情况,废水生物处理技术的发展趋势主 要表现在如下几个方面 (1)发展各种耐水量、水质、毒物、pH等冲击能力强的工艺, 提高出水水质的稳定性。生物处理法的特点之一是微生物对水质 环境变化的反映比较灵敏,受冲击后所需的恢复时间较长“AB 工艺、BR工艺和定化微生物法等,都在耐沖击负荷能力方面 有较大改进。 (2)开发各种具有高生物相浓度高传质速度的反应器,以及 能够维持高负荷条件的运转方式生物流化床技术、深井曝气法、 LINPOR工艺等与传统工艺相比,有机负荷可以增加几到几十倍, 实现了高效运转。 (3)好氧与厌氧过程在同一反应器中进行,提高生物处理法
去除污染物的广谱性。发展的结果,打破了传统的好氧法和厌氧 法的界限,在去除生物难降解物质和氮磷营养物质方面明显改 进。SBR工艺、DE型氧化沟、AGCR系统等都是这一发展趋 势的重要表现。 (4)微生物的悬浮生长与附着生长相结合,又是当代废水生 物处理技术的特点之一。在同一反应器中利用悬浮和附着生物的 共同作用,可维持微生态系统的生物多样性。例如,LⅠNPOR工 艺和活性生物滤池,既有完全混合式传质速度快的优点,又具备 生物膜法中有利于繁殖速度缓慢的硝化和反硝化菌的积累 (5)与物理化学方法相结合,使生物法的适用性极大提高。 目前已发展的膜分离活性污泥法、活性炭生物膜法、絮凝-生物法 等,在脱氮和去除生物难降解物质等方面表现出很好效能 (6)发展多单元组合工艺,包括厌(缺)氧与好氧操作的组 合、悬浮生物与生物膜法的组合等,AO工艺和活性生物滤池就 是这种发展趋势的典型。组合工艺无论在处理高浓度有机废水还 是在生物脱氮方面,都获得比较理想的效果 (7)改善废水生物处理的微生态系统,寻求高效专性菌及其 生长和发挥作用的环境。已有菌制剂技术、有效菌(EM)技术、 固定化微生物技术等,都是在这方面做出的尝试,并已取得特别 好的试验效果,预示出巨大的发展潜力。 (8)研究开发对高浓度有机废水、生物难降解物质、氮磷营 养物质等能够实现有效去除的新工艺和新方法,是当今废水处理 领域的热点,生物处理技术因其独特的优点,在解决该类问题方 面势必将会发挥出越来越大的作用
囊1-2水生处理新工艺及其特征 .艺 微生物环境条件 AB工艺 好氧,悬浮生长 吸附与生化降解两段串联,耐负荷与毒物冲山强 SRR工艺 好氧+厌氧,悬浮或批量进水程序化间歇操作,适用于高浓度有机废水 附着生长 脱氮效果明显 膜分离活性污泷好氧,悬浮生长 用膜分离装置为二沉池,避免细菌流失,有利于紫 速度慢的幽体在反应器积 LINP0工艺 好氧,悬浮+附尘往曝气池中投加悬浮状体,为微生物提供附着表面 生物相浓度提高 井式曝气法 好氧,悬浮生长 深片或塔式气池,占地面积小,氧利用率高 D型氧化沟 好+厌氧 好氧与厌氧过程交替操作,脱氮除磷效果明显 活性生物滤池 好氧,悬浮+附着|活性污泥法曝气池与生物滤池串联,兼具悬浮生长和 生物膜法两大特点,处理效率高 厌氧生物滤池 厌氧,附着生长 完全浸没式,上、下两种进水方式,适合高浓度有机 废水的处理 活性炭生物法好氧,附着生长 以粒状活性炭为填料,结合吸附与生物降解两种特性 对难降解物质去除率高 软性填料 好氧或厌氧 以纤维等合成材料为载体,可为微生物提供远较 生物膜法 附着生长 其它填料大的附着表面,阻力小,生物量大 生物砂滤系统 好氧或厌氧 结合砂滤与生物法特点,投资少,操作简单,适 附着生长 用于小型污染源 AGCR系统 好氧+厌乳 将氧化沟与附着生长技术相结含,对B和氮等的脱 附着生长 除效果优良 生物流化床 好氧或厌氧 附着生物膜的载体在流化状态下运转,气液固三相传 附着生长 质遮度快,高负荷操作,处理效率优良 UASB工艺 厌氧,悬浮生长 厌氧污泥在影胀状态下运行,传质速度高,停留时间 短,对高浓度难降解有机废水有良好去除率 A‘0艺 缺(厌)氧+好氧悬浮缺氧、厌氧和好氧组合工艺,和处理高浓度存机废木 或附着生长 行之有效的方法 稳定墙系统 好氧+厌氧藻类悬浮主要利用藻类的塘沟技术组合,投资少,曾理方便 生长 可实现因地制宜 固定化 固定化生长 利用载体对微生物进行固定化,极大提高微生物 微生物法 的利用率,处理效果昱著改进 9