陳立波

(吉林化工學院環(huán)境與生物工程學院)

目前國內普遍采用的廢水好氧生化處理技術為常壓曝氣供氧，其供氧速率有限，使反應器內污泥濃度的提高和系統(tǒng)處理效率受到限制。壓力曝氣生物反應器采用密閉塔式結構，反應器內微生物在降解有機物時所需的氧通過壓力曝氣的方式供給，供氧速率較大，反應器中溶解氧濃度得到提高，微生物活性增大，降解有機物的速率加快。該設備具有有機物和氨氮去除率高、容積負荷率大、占地面積小及運行管理方便等優(yōu)點，屬國內首創(chuàng)，可廣泛應用于各種中高濃度的有機廢水處理，尤其對可生化性較差的有機廢水，也可達到較理想的處理效果。筆者介紹了壓力曝氣生物反應器的結構、設計參數(shù)和相應的配套處理工藝設計，并將其用于味精廢水和制藥廢水的處理工藝中。

1 壓力曝氣生物反應處理系統(tǒng)組成

壓力曝氣生物反應處理系統(tǒng)由初次沉淀池、壓力曝氣生物反應器、脫氣池和二次沉淀池組成。初次沉淀池采用輔流式，去除原水中的懸浮物(若原水中無懸浮物可不設初沉池)，污水經(jīng)水泵打入壓力曝氣生物反應器；壓力曝氣生物反應器采用密閉塔式結構，曝氣壓力為0.10～0.25MPa，底部設進水管和微孔曝氣器，頂部設安全閥和排氣管。污水中的有機污染物經(jīng)反應器中的活性污泥微生物降解后，污水達到凈化，混合液流入脫氣池中，經(jīng)常壓脫氣池脫去粘附在活性污泥顆粒上的微氣泡，再經(jīng)輔流式沉淀池沉淀，上清液達標排放，底部污泥回流至反應器中。壓力曝氣生物反應處理系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 壓力曝氣生物反應處理系統(tǒng)流程

2 反應器設計

2.1反應器型式和主要尺寸

壓力曝氣生物反應器為塔式結構，設備高度H和設備直徑D之比為3時，設備的總重量最小，并且設備的比例較合理，因此，設計時采用H/D在3左右[1]。

2.2反應器附件設置

進水管設在反應器底部封頭上(圖2中4位置)；出水管設在反應器筒體上半部(圖2中6、7位置)；污泥回流管設在反應器底部封頭處(圖2中5位置)；導流筒的最佳結構尺寸De/D=0.4(De為導流筒直徑、D為反應器直徑)，導流筒長度為5De，導流筒和導流板位置如圖3所示；微孔氣體擴散器安裝在導流筒外側，距導流筒底部邊緣0.5m左右；安全閥裝于反應器上部的封頭頂部；磁翻柱液位計安裝于反應器筒體外設計液位處；人孔盡量接近曝氣裝置(圖4)。反應器采用Q235碳鋼制造，采用涂刷環(huán)氧樹脂進行防腐[2]。

圖2 反應器管口位置示意圖

圖3 導流筒和導流板位置示意圖

圖4 空氣擴散器、人孔位置示意圖

3 系統(tǒng)輔助設施

系統(tǒng)輔助設施包括脫氣池和沉淀池，其結構示意圖如圖5所示。

a. 脫氣池

b. 沉淀池

由于壓力曝氣生物反應器采用壓力曝氣，反應器內混合液中溶解大量的氣體，粘附在活性污泥顆粒上，不易沉淀。采用脫氣池對反應器流出的混合液進行脫氣處理，即常壓曝氣，吹脫粘附在活性污泥顆粒表明的氣體。脫氣池采用廊道式結構，底部敷設微孔曝氣器，氣源來自壓力曝氣生物反應器塔頂排出的尾氣。經(jīng)過約1.0h的常壓曝氣，基本達到常壓曝氣池污泥的沉淀性能，混合液進入輔流式二次沉淀池進行固液分離。

經(jīng)脫氣池脫氣處理的混合液流入輔流式二次沉淀池，經(jīng)過約1.5h的沉淀，混合液中的活性污泥顆粒沉淀于池底，上清液排放。底部的污泥用泵打入反應器中，剩余污泥排放，上清液即為凈化的廢水，達標排放。

4 系統(tǒng)布置

4.1系統(tǒng)平面布置

壓力曝氣生物反應處理系統(tǒng)平面布置原則如下：

a. 系統(tǒng)平面布置在滿足運行操作的前提下，設備布置盡量緊湊、管線盡量最短。

b. 系統(tǒng)初次沉淀池宜設計為輔流式沉淀池；按照需要處理的水量，系統(tǒng)初次沉淀池可設計為一臺或多臺，并聯(lián)工作；設配水井為初次沉淀池供水，以配水井為中心，多臺沉淀池呈對稱布置；沉淀池設刮泥機，收集初次沉淀污泥，初次沉淀污泥直接排入污泥濃縮池、壓濾機處理。

c. 初次沉淀池出水流入污水提升泵吸水井，每臺壓力曝氣生物反應器設單獨污水提升泵和流量計，易于運行控制；污水提升泵集中安裝在泵房中，便于管理；提升泵流量與每臺反應器處理水量一致，用閥門調節(jié)，水泵揚程選擇時要考慮壓力曝氣生物反應器中的操作壓力、液位靜壓力和管道阻力。

d. 每臺壓力曝氣生物反應器直徑不宜大于4m，根據(jù)處理的水量，設計設備的臺數(shù)，多臺設備并聯(lián)工作；多臺設備可布置成直線形或矩形，以場地情況和操作方便為準。每臺設備設單獨的出水管線通往脫氣池；每臺反應器尾氣管連接到尾氣干管，統(tǒng)一控制尾氣壓力，做到各臺反應器中的曝氣壓力相等。

e. 系統(tǒng)設一臺脫氣池，便于操作；脫氣池容積按照所有壓力曝氣生物反應器排出的混合液總量，停留1.0h設計；池內設廊道，推流運行，防止短流；每臺反應器出水管跌水進入脫氣池，脫氣池出水管位于上邊緣0.5m處。

f. 二次沉淀池宜設計為輔流式沉淀池；按照需要處理的水量，二次沉淀池可設計為一臺或多臺，并聯(lián)工作；設配水井為初次沉淀池供水，多臺沉淀池呈對稱布置；沉淀池設吸泥機，收集沉淀污泥，用泵回流到反應器中；每臺反應器設單獨污泥回流泵，集中安裝在泵房中。

4.2系統(tǒng)高程布置

系統(tǒng)高程布置以水流自流為原則。壓力曝氣生物反應器宜設置在場地地面標高位置，不宜抬高或降低；污水排放源來水自流到初次沉淀池中，初次沉淀池出水用水泵打入反應器中；二次沉淀池的池高度以半地下式為宜，既方便排水，又便于操作；脫氣池高度略高于沉淀池，出水自流到沉淀池，兩池液面高差為兩池連接管和管件的水頭損失。壓力曝氣生物反應器出水管固定到脫氣池進水一側的池壁，混合液跌水進入脫氣池，不宜淹沒出流，便于運行時觀察每臺設備的出水情況。

5 應用實例

5.1味精廢水處理

壓力曝氣生物反應處理系統(tǒng)應用于廣州奧桑味精食品有限公司的味精廢水處理過程，設計水量4 000m3/d、壓力曝氣生物反應器容積150m3(8臺)、污泥齡5～8d、污泥濃度為3 500～5 000 mg/L；水力停留時間7.0h，曝氣壓力0.10MPa，曝氣量為20～30倍的進水量，氧利用率不22%～30%，傳氧動力效率2.5～4.0kg/(kW·h)，溶解氧濃度為2～4mg/L；污泥回流量為0.8Q～1.0Q(Q為處理水量)。系統(tǒng)進水COD為2 126～2 884mg/L，NH3-N為258～315mg/L；處理出水COD為46～68mg/L，NH3-N為4～15mg/L。COD和NH3-N的去除率分別為97.6%～97.8%和78.4%～82.2%。

5.2制藥廢水處理

采用UASB-加壓曝氣生物反應器處理湖南某藥業(yè)公司的制藥廢水。工程設計水處理量為60m3/d，原水水質主要指標為：COD為6 000～12 000mg/L、BOD5為2 010～5 000mg/L，pH為3～4，SS為2 000～3 000mg/L。UASB池規(guī)格為5.0m×5.0m×8.9m(一座)；反應區(qū)容積為5m×5m×4m=100m3；反應器溫度為30～35℃；容積負荷為5～8kgCOD/m3。壓力曝氣生物反應器規(guī)格為φ3.0m×9.8m(一臺)；容積負荷為2.0～2.5kgCOD/m3；污泥回流比為0.8～1.2；操作壓力不大于0.9MPa。設計污泥齡為5～8d；平均設計污泥濃度為3 000～3 500mg/L；停留時間為6.0～8.0h，曝氣量為30～35倍的進水量，脫氣池常壓曝氣1.0h，底部設曝氣管和微孔曝氣頭，曝氣氣體來自壓力曝氣生物反應器頂部的尾氣。壓力曝氣生物反應器進水COD為2 000～2 500mg/L，處理出水COD為150～180mg/L，COD去除率達到92.5%～92.8%，處理工藝COD總去除率達到98.5%。

6 結束語

壓力曝氣生物處理系統(tǒng)包括初次沉淀池、壓力曝氣生物反應器、脫氣池和二次沉淀池。其核心設備壓力曝氣生物反應器采用密閉塔式結構、壓力曝氣，曝氣壓力視廢水水質情況可在0.05～0.25MPa運行。氧利用率為22%～30%，約是常壓微孔曝氣氧利用率的1.8～2.0倍；傳氧動力效率2.5～4.0kg/(kW·h)，基本與常壓曝氣傳氧動力效率持平；COD和NH3-N的去除率比傳統(tǒng)處理工藝可分別提高20%和35%左右。去除1kgCOD的綜合費用較傳統(tǒng)工藝降低約25%左右。該系統(tǒng)應用于味精廢水和制藥廢水處理，均取得較好的處理效果，也可用于其他中高濃度有機廢水的處理。

[1] 陳立波，李風亭.壓力曝氣生物反應器在工業(yè)廢水處理中的應用[J].化工機械，2006，33(3)：171～173.

[2] 陳立波，蘇顯峰，閆廣平.壓力曝氣生物反應器結構設計[J].化工機械，2010，37(6)：690～692.