巢式生物流化床技术在处理低负荷废水上的应用

杨占忠，张迪，张营，荆建波(.中国石化金陵石化公司烷基苯厂，江苏 南京 046；

2.南京中衡元环保科技有限公司，江苏 南京 211200)

0 引言

随着国家对排放废水的标准逐渐提高，企业需要对废水进行某种深度处理技术，通过该技术即可满足达标排放，又可以将残留在废水中的有毒有害物质浓度降低或去除，同时处理后的废水能够全面回收利用，逐步实现“近零”排放。多年来，在处理高浓度废水上，传统厌氧和好氧生化工艺得到广泛应用和推广[1]。但在低浓度废水处理方面，由于受到营养源、菌藻存活等方面限制，传统生化技术工艺略显不足[2]。本文主要介绍一种改进型的生化技术—巢式生物流化床技术，及其在处理低负荷废水上的应用，为处理低负荷废水提供思路和借鉴依据。

1 工艺原理及特点

1.1 巢式生物流化床工艺原理

巢式生物流化床技术是以有机人造多孔性生物填料为核心的新型生物膜法处理系统，吸收了传统生物流化床优点[3]，其内部采用多孔性载体为流化介质，在载体上可累积大量及特定族群的生物膜微生物，提高微生物的附着数量和机会，微生物一般生长环境在气、固、液三相中，每个多孔载体都是一个小型微型反应器，可提高水中污染物的处理效率。载体的材质较轻，可通过曝气系统使其能够在水体中自由的移动，增加了微生物与污水中污染物的接触机会，从而提高常规生化技术不易去除的有机物，其系统原理图如图1所示。

图1 巢式生物流化床处理系统原理图

1.2 巢式生物流化床载体的特点

巢式生物流化床反应槽中填充的载体主材为PU树脂，该树脂为主链含有尿酯基的聚合体，可制造成软质或者硬质泡绵，尿酯基系是采用异氰酸盐与羟基化合物化学反应而产生，经过发泡工艺、聚合工艺、破泡工艺等反应制作成开孔性的PU泡绵。

普通流化床采用的载体一般为砂、陶粒、活性炭、玻璃珠、多孔球等，其密度大，孔隙率低，不易流动[4]。而本技术采用的是PU泡绵材质的载体，其为开放型孔洞的网状结构物，孔隙率约≥97%，堆积密度≤28 kg/m3，孔洞直径大小介于0.3～0.5 mm之间。PU泡绵的形状采用四叶扇叶形，其形状规格如图2所示，且材质密度接近水的密度，投加适量的载体填充于系统槽中，在曝气系统工作的情况下，载体会被水流带动漂浮，自由地在系统槽内移动。同时，该载体投加量根据处理效果而定，一般为60%～90%之间，可供大量微生物附着在其上，形成大量的生物膜，达到稳定处理效果的目的。

图2 PU泡绵载体外形图

1.3 巢式生物流化床处理系统的优势

(1)投加多孔性载体作为系统槽的介质，提高悬浮污染物的去除率。同时由于载体的构造开放性孔洞，可有利于水流保持流态化的状态。

(2)多孔性载体因其有相对大的比表面积，可增加水中微生物附着、增殖的几率，在其上可累积大量的生物膜微生物，有助于达到去除水中各种污染物的目的。

(3)多孔性载体因其可附着大量微生物， 所以系统槽具有高负荷、高效率、高稳定性的优点。

(4)多孔性载体上可生长的大量生物膜型态，这样有助于特定族群微生物的积累生存。

(5)该系统一般采用固定床/膨胀床的方式来操作，具有操作简易的特点。

(6)从处理效果来对比，多孔性载体的材质与浸水滤床材质相近，但多孔载体的处理效果为浸水滤床的两倍左右。

2 工艺设计及操作条件

2.1 工艺设计及流程简介

该项目为某污水处理场的污水处理系统改造，原有工艺路线为老三套工艺。2017年7月1日起新的排放标准实施后，COD由原来的80 mg/L调整至60 mg/L，BOD5由原来的15 mg/L调整至10 mg/L，石油类由原来的4 mg/L调整至3 mg/L[5]，该厂原有污水处理装置不能完全实现稳定达标排放，尤其在BOD5处理能力上，偶尔发生超标现象。经过本项目处理，主要出水指标稳定达到或优于 GB 31570—2015中规定的水污染物特别排放限值[6]，同时满足SH 3173—2013回用循环水标准[7]。工艺流程和设计参数如图3和表1所示。

图3 该项目工艺流程图

表1 巢式流化床进出口设计参数

监测项目及方法 ：

COD：重铬酸钾分光光度法(GB/T 11914—1989)，检出限5.0 mg/L；BOD：稀释与接种法(HJ 505—2009)，检出限 2 mg/L；SS(悬浮物)：重量法(GB 11901—1989)。

2.2 调试方法

2.2.1 污水的注入

由于载体体积庞大，预先向巢式生物流化床的槽体中注入2/3的原水，能够保证载体投入至槽体中。

2.2.2 载体的投加

首先根据反应槽体积，按照载体投加量70%进行计算需投加载体量。载体体积庞大，为了水流流况的正常，载体由反应槽上部的载体投入口投入。本项目设计三个人孔，载体分别从这三处进行投加，有利于载体润湿。由于载体密度与水相近，不易沉降，因此再次从槽体上端注入部分原水进行载体表面润湿操作，持续进行一段时间，直至载体完全融合在槽体中。

2.2.3 污泥的驯化

巢式生物流化床所用接种污泥的来源多使用处理类似废水的废水处理场。其添加量最好以0.1～1 kg/m3反应槽体积污泥为原则。根据此原则，本项目设计处理量为50 t/h，约需载运170 kg的绝干污泥。污泥接种完成后，以设计值1/3进流流量排泥，将活性较差的污泥排出，至出流水SS＜20 mg/L。每日分析出流水COD，视水质状况调整进流量，进行生物驯养，等到去除率提高至80%以上时再逐段提高负荷。

3 处理效果

巢式生物流化床的使用率国内也有研究，一般生物流化床中载体投加量为30%左右[8]，而本装置与普通流化床结构上不同，因此选择载体投加率为 70%，挂膜成功后，经调试确定，最佳pH值控制于6.8～7.2之间，水力停留时间控制在4～5 h之间，溶氧需2 mg/L以上，能较好地控制生物膜的脱落周期，达到良好的污染物去除效果。该设备运行半年，每周取一次数据，共整理24组数据进行分析。

3.1 巢式流化床对SS的去除效果

巢式生物流化床对该项目正常运行半年，采样污水SS的去除效果如图4所示。

图4 对污水中SS去除效果图

该巢式生物流化床每周取一次水样进行测定进出水SS,正常运行半年，图4为该项目进水和出水的SS情况数据图，进水SS为42 mg/L左右，出水SS为7 mg/L，去除效率达到80%以上，可见，该技术去除SS有很好的效果。

3.2 巢式流化床对有机物的去除效果

如图5和图6所示，为该项目进水和出水的COD和BOD5正常运行半年水质情况，污水进水COD一般情况下在32 mg/L左右，属于偏低数值，经过该巢式生物流化床技术处理后，出水COD的去除效果均可做到≤12 mg/L，去除率≥60%以上，同时该项目进水BOD5数值在7 mg/L左右，也属于较低进水指标范围，出水BOD5可达到≤3 mg/L，去除率也可做到≥60%。可见，采用巢式生物流化床技术对处理低浓度进水COD和BOD5，具有较高的去除率。综上所述，该技术更适合处理低浓度含有COD和BOD5废水。

图5 对污水中COD的去除效果图

图6 对污水中BOD5的去除效果图

4 结语

(1)该套系统为原有装置上的改造工程，充分利用了现场原有条件，流化床反应器为利旧设备改造，处理水量为50 m3/h，占地面积仅需Φ8.5×4.5 m。占地面积小，完全能够满足使用要求。

(2)巢式生物流化床系统投运半年后，运行平稳，操作方便，出水污染物的指标得到进一步降低，完全能够满足控制和设计要求。

(3)巢式生物流化床系统选用多孔性材料，孔隙度高达95%以上。且材质比重接近水的密度，适量填充于系统槽中，在曝气的情况下，载体会被水流带动，自由地在系统槽中浮动，属于浮动床系统槽，可以解决载体磨损带来的损耗问题，而且操作上也比流动床简单。

(4)由于反应槽有效体积内填充多孔性颗粒状可压缩载体，因此，反应槽具有浮动床操作的一些特点，载体可供大量附着型微生物形成生物膜，且可浮动在反应槽内。微生物被驯化完成后可吸附在多孔性生物载体内，不易被水流冲掉、饿死或流失，而且系统重新启动的速度快、恢复快，更适合进一步处理含有低浓度COD和BOD5的废水。