一种新型污水处理工艺_百乐克.pdf

1、 第 28卷 第 2期2006年 4月 舰 船 科 学 技 术SH IP SC IENCE AND TECHNOLOGY Vol. 28, No. 2Ap r. , 2006 文 章 编 号 : 1672 - 7649 (2006) 02 - 0109 - 04一 种 新 型 污 水 处 理 工 艺 百 乐 克陈 现 明 ,原 培 胜 ,李 勇 华(中 国 船 舶 重 工 集 团 公 司 第 七 一 八 研 究 所 ,河 北 邯 郸 056027)摘 要 : 介 绍 了 百 乐 克 污 水 处 理 工 艺 流 程 、 特 点 以 及 处 理 效 果 ,并 指 出 百 乐 克 工 艺 是 一 种

2、 投 资 少 、 效 果 好 的 水处 理 技 术 ,为 我 国 污 水 治 理 提 供 了 一 个 新 的 选 择 。关 键 词 : 百 乐 克 工 艺 ; 悬 浮 链 ;移 动 曝 气中 图 分 类 号 : X703 文 献 标 识 码 : AA new type wa stewa ter trea tm en t technology b iolakCHEN Xian2m ing, YUAN Pei2sheng, L I Yong2hua( The 718 Research Institute of CSIC, Handan 056027, China)Abstract: The pap

3、er introduces typ ical technology flow, characteristic and treatment effect of the bi2olak wastewater treatment technology, and points out that the biolak technology is a wastewater technology ofsmall investments and good effect, it is one of our new choose in wasterwater treatment in china.Key word

4、s: biolak technology; suspended chain; moving aeration收 稿 日 期 : 2006 - 03 - 200 引 言百 乐 克 (B iolak, B iological aeration chain)工 艺 在20世 纪 70年 代 中 期 产 生 于 德 国 ,发 展 初 期 只 能 处 理几 百 口 人 产 生 的 生 活 污 水 ,自 1990年 美 国 环 保 局( EPA)在 环 保 集 会 上 作 了 “ 百 乐 克 技 术 评 估 报 告 ” 1 后 ,百 乐 克 工 艺 在 全 球 应 用 逐 渐 加 快 。 据 统 计 ,目

5、 前在 世 界 各 地 已 有 600多 家 采 用 百 乐 克 工 艺 的 污 水 处理 厂 在 运 行 ,其 中 约 一 半 用 于 市 政 污 水 处 理 ,一 半 用于 工 业 废 水 处 理 ,其 处 理 的 规 模 也 越 来 越 大 ,达 到 了十 几 吨 /日 。我 国 在 20世 纪 90年 代 才 开 始 接 触 百 乐 克 工 艺 ,但 直 到 最 近 几 年 该 工 艺 才 引 起 我 国 环 保 行 业 的 重 视 ,国 内 最 早 采 用 该 工 艺 的 是 山 东 招 远 污 水 厂 ,随 着 该 厂成 功 运 行 ,其 他 厂 家 也 逐 渐 开 始 采 用 ,

6、从 温 暖 潮 湿 的南 方 到 寒 冷 干 燥 的 北 方 ,都 有 百 乐 克 成 功 运 行 的 例子 。 从 处 理 单 一 生 活 污 水 到 处 理 生 活 污 水 和 工 业 废水 的 混 合 水 ,该 工 艺 都 能 胜 任 ,适 用 范 围 极 其 广 阔 ,并且 该 工 艺 相 对 于 其 他 传 统 工 艺 还 具 有 投 资 少 、 日 常 维护 简 单 和 运 行 费 用 低 等 优 点 ,目 前 我 国 已 有 几 十 家 污水 厂 采 用 或 打 算 采 用 这 种 工 艺 。1 百 乐 克 工 艺 原 理百 乐 克 工 艺 是 一 种 采 用 低 负 荷 活 性

7、 污 泥 工 艺 的新 型 高 效 生 物 延 时 曝 气 系 统 。 从 其 原 理 和 工 艺 流 程上 来 说 ,百 乐 克 工 艺 我 们 并 不 陌 生 。 山 东 省 莱 芜 市 第二 污 水 处 理 厂 采 用 的 就 是 典 型 的 百 乐 克 工 艺 流 程(见 图 1)。从 其 流 程 图 中 可 以 看 出 ,前 期 的 污 水 预 处 理 阶 段与 一 般 工 艺 是 相 同 的 ,差 别 只 在 于 曝 气 部 分 ,百 乐 克工 艺 曝 气 过 程 是 由 微 生 物 耗 氧 分 解 完 成 的 ,在 曝 气 前部 设 有 一 个 缺 氧 混 合 区 ,好 氧 区

8、内 局 部 可 形 成 很 多 缺氧 区 ,通 过 不 断 地 缺 氧 和 好 氧 交 替 从 而 完 成 污 染 物 的去 除 ,此 过 程 类 似 于 A /O工 艺 。 A /O工 艺 是 缺 氧 好 氧 (Anoxic - Oxic)生 物 处 理 系 统 的 简 称 ,它 是 随 着对 废 水 脱 氮 要 求 的 提 高 而 出 现 的 。 A /O工 艺 主 要 由缺 氧 和 好 氧 两 个 生 化 过 程 组 成 。 A /O系 统 有 多 种 组合 和 运 行 方 式 。 按 缺 氧 好 氧 反 应 器 的 级 数 分 有 单舰 船 科 学 技 术 第 28卷图 1 山 东 莱

9、 芜 市 第 二 污 水 处 理 厂 工 艺 流 程级 系 统 和 多 级 系 统 。 多 级 系 统 中 包 含 有 一 系 列 交 替排 列 的 缺 氧 和 好 氧 段 ,缺 氧 和 好 氧 段 分 布 于 独 立 的 池体 中 2 。百 乐 克 工 艺 的 缺 氧 和 好 氧 都 在 同 一 个 池 体 (图 1曝 气 处 理 区 )中 完 成 ,这 不 同 于 A /O工 艺 需 要 多 个 独立 的 池 体 ,而 正 是 这 些 不 同 导 致 了 两 种 工 艺 在 处 理 效果 和 经 济 投 资 上 的 差 异 。2 工 艺 的 关 键 部 分2. 1 曝 气 系 统百 乐 克

10、 工 艺 的 核 心 设 备 是 悬 挂 链 式 曝 气 器 ,所 以国 内 多 称 其 为 悬 挂 链 式 曝 气 工 艺 ,其 关 键 部 分 为 微 孔曝 气 器 。 曝 气 系 统 由 悬 浮 在 曝 气 池 面 上 的 若 干 条 曝气 链 、 悬 挂 其 上 的 若 干 个 微 孔 曝 气 器 以 及 连 接 软 管 等部 件 组 成 (见 图 2)。图 2 曝 气 系 统 示 意 图当 工 作 时 ,鼓 风 机 按 充 氧 需 要 提 供 大 量 空 气 ,空气 经 过 悬 浮 链 、 悬 挂 软 管 进 入 水 下 的 曝 气 管 (见 图3) ,再 以 微 小 气 泡 的 形

11、 式 进 入 污 水 。 从 鼓 风 机 鼓 入的 空 气 通 过 阀 门 控 制 进 入 曝 气 管 ,在 适 当 压 力 作 用 下空 气 顶 开 膜 表 面 的 细 孔 以 很 小 的 气 泡 分 散 进 入 水 体 ,达 到 充 氧 的 目 的 。 空 气 在 较 大 压 力 下 穿 过 膜 进 入 水体 时 ,由 于 受 力 不 均 导 致 曝 气 管 在 水 下 左 右 摆 动 ,进而 带 动 悬 浮 链 左 右 摆 动 。 而 水 面 上 的 悬 浮 链 在 曝 气管 、 水 流 和 风 力 作 用 下 也 带 动 下 面 的 曝 气 管 摆 动 ,在这 种 相 互 作 用 下

12、,使 得 曝 气 管 服 务 面 积 更 大 ,池 体 中充 氧 “ 死 角 ” 更 少 ,从 而 增 大 曝 气 系 统 充 氧 面 积 ,提 高充 氧 效 率 。 同 时 ,曝 气 管 在 水 体 中 摆 动 形 成 无 数 个 动态 交 替 的 好 氧 区 和 缺 氧 区 ,可 反 复 地 进 行 硝 化 和 反 硝化 作 用 起 到 一 定 的 脱 氮 除 磷 作 用 。每 条 悬 浮 曝 气 链 配 备 多 套 曝 气 器 ,各 单 套 曝 气 管由 浮 筒 、 曝 气 链 、 悬 挂 软 管 、 配 气 管 、 微 孔 曝 气 管 及 配重 组 成 ,如 图 3所 示 。图 3 曝

13、 气 链 下 微 孔 曝 气 器 (正 /侧 面 )示 意 图微 孔 曝 气 管 是 曝 气 的 关 键 ,国 外 设 备 最 初 采 用 陶瓷 打 孔 制 造 ,后 来 发 展 成 膜 管 式 的 ,即 在 中 空 支 撑 管外 覆 盖 一 层 膜 ,更 换 时 只 需 更 换 外 面 的 膜 ,可 以 节 省成 本 降 低 维 修 难 度 。 目 前 ,国 际 比 较 流 行 的 膜 为 硅 橡胶 ,而 国 内 生 产 的 微 孔 曝 气 器 多 采 用 国 外 早 期 直 接 在管 上 打 孔 的 技 术 ,也 有 少 量 的 使 用 三 元 乙 丙 橡 胶( EPDM )做 外 膜 的

14、 ,但 效 果 不 如 硅 橡 胶 好 。每 条 曝 气 链 所 悬 挂 的 曝 气 器 数 量 由 需 氧 量 决 定 ,每 套 曝 气 器 下 有 的 悬 挂 一 支 微 孔 曝 气 管 ,有 的 悬 挂 几支 微 孔 曝 气 管 ,前 者 一 般 是 从 曝 气 管 的 两 端 进 气 ,而后 者 多 从 曝 气 管 的 中 间 进 气 。2. 2 曝 气 池 体曝 气 池 体 是 曝 气 系 统 的 载 体 ,也 是 整 个 污 水 厂 的主 体 设 备 。 根 据 国 家 环 保 局 1992年 工 业 废 水 处 理设 施 的 调 查 与 研 究 ,我 国 工 业 废 水 处 理

15、设 施 资 金 的54%用 于 土 建 工 程 设 施 ,而 只 有 36%用 于 设 备 (其 余10%用 于 招 标 和 备 用 金 等 ) ,造 成 这 一 现 象 的 原 因 是工 艺 池 采 用 的 钢 筋 混 凝 土 结 构 造 价 昂 贵 。 而 百 乐 克工 艺 的 最 大 贡 献 就 在 提 高 处 理 效 率 的 同 时 能 够 节 约土 建 费 用 ,在 建 设 曝 气 池 体 的 时 候 可 以 兼 顾 当 地 原 有地 形 (如 水 塘 等 )。曝 气 池 体 池 壁 不 是 传 统 的 垂 直 水 平 面 形 状 ,而 是下 宽 上 窄 呈 梯 形 ,池 壁 与 水

16、 平 面 约 成 30 60角 ,池内 先 用 粘 性 土 壤 夯 实 ,再 铺 上 一 层 防 渗 膜 ,防 渗 膜 一般 采 用 高 密 度 聚 乙 烯 (HDPE)制 成 ,在 接 缝 处 用 专 用焊 机 焊 牢 。 国 内 也 有 部 分 污 水 厂 由 于 当 地 地 下 水 水位 较 高 ,不 适 合 采 用 土 池 结 构 而 采 用 了 钢 筋 混 凝 土 结011第 2期 陈 现 明 ,等 :一 种 新 型 污 水 处 理 工 艺 百 乐 克构 ,即 便 如 此 ,如 前 所 述 曝 气 设 备 都 是 从 水 面 上 进 气 ,不 需 要 在 池 壁 穿 孔 ,所 以 也

17、 可 节 约 池 体 造 价 和 延 长 使用 寿 命 。2. 3 沉 淀 池曝 气 池 中 流 出 的 泥 水 混 合 物 在 沉 淀 池 中 被 分 离 ,大 部 分 活 性 污 泥 回 流 到 曝 气 池 再 次 参 与 污 水 净 化 。有 的 百 乐 克 工 艺 的 沉 淀 池 、 曝 气 池 以 及 后 面 所 述 的 稳定 池 合 并 到 一 起 ,进 一 步 节 省 了 土 建 费 用 和 占 地 面积 。 沉 淀 池 污 泥 由 漂 浮 式 刮 泥 机 、 吸 泥 机 排 入 污 泥 槽外 运 ,处 理 后 的 滤 液 回 流 入 集 水 井 继 续 处 理 。2. 4 稳

18、定 池为 了 保 证 负 荷 变 化 时 用 水 质 量 ,百 乐 克 工 艺 利 用一 个 相 对 独 立 的 池 来 进 行 二 次 曝 气 ,以 保 证 出 水 清洁 ,同 时 保 证 水 中 有 足 够 的 溶 解 氧 。3 工 艺 运 行 特 点3. 1 高 效 运 行当 正 常 工 作 时 悬 挂 链 一 端 的 控 制 阀 门 打 开 后 ,空气 通 过 悬 浮 曝 气 链 、 悬 挂 软 管 后 ,冲 开 止 回 瓣 膜 ,输 送到 微 孔 曝 气 管 中 ,从 表 面 逸 出 气 泡 扩 散 到 水 中 ,气 泡向 上 升 到 水 面 爆 裂 ,推 动 浮 筒 向 一 个 方

19、 向 运 动 ,当 浮筒 到 达 极 限 位 置 在 悬 挂 链 两 端 绳 索 的 拉 力 下 停 止 运动 ,而 曝 气 管 和 配 重 在 惯 性 作 用 下 继 续 沿 原 来 运 动 方向 运 动 ,气 泡 会 越 过 浮 筒 在 另 一 侧 爆 裂 ,推 动 其 向 与原 来 运 动 方 向 相 反 的 方 向 运 动 ,而 曝 气 管 在 配 重 重 力的 作 用 下 达 到 极 限 位 置 后 随 浮 筒 运 动 方 向 运 动 ,周 而复 始 。 整 个 曝 气 链 在 水 中 来 回 移 动 (即 移 动 曝 气 ) ,形 成 了 交 替 不 断 的 好 氧 区 和 缺 氧

20、 区 3 (见 图 4)。图 4 曝 气 器 在 曝 气 链 带 动 下 的 移 动在 一 般 情 况 下 ,百 乐 克 工 艺 在 构 筑 物 中 实 现 多 级A /O工 艺 ,也 就 是 A /O /A /O /A /O 工 艺 。 在 运 行中 ,连 续 开 启 关 闭 曝 气 链 端 的 阀 门 ,人 为 造 成 停 气 曝 气 停 气 曝 气 区 域 ,构 筑 物 中 也 就 形 成 连 续的 缺 氧 好 氧 缺 氧 好 氧 段 ,这 样 ,污 水 在 经过 构 筑 物 时 ,连 续 经 过 缺 氧 好 氧 缺 氧 好 氧区 域 。 每 经 过 1组 停 气 曝 气 区 域 ,也

21、就 经 历 了 1个A /0工 艺 周 期 ,完 成 了 1次 A /0工 艺 处 理 ,处 理 效 率是 依 次 累 加 的 。 对 污 染 物 的 处 理 效 率 为 4 E总 = 1 - (1 - E) n。 (1)式 中 : E总 为 污 染 物 总 处 理 效 率 ; E为 每 个 A /O周 期 污染 物 处 理 效 率 ; n为 A /O工 艺 周 期 的 个 数 。在 连 续 不 断 开 启 关 闭 曝 气 链 端 阀 门 的 过 程 中 ,气泡 在 微 孔 曝 气 器 表 面 逸 出 ,直 径 约 为 50 m。 如 此 微小 的 气 泡 意 味 着 氧 气 接 触 面 积

22、的 增 大 和 氧 气 传 送 效率 的 提 高 (见 图 5)。 百 乐 克 曝 气 器 悬 挂 在 悬 浮 链 上 ,悬 浮 链 被 松 弛 地 固 定 在 曝 气 池 两 侧 ,每 条 悬 浮 链 可 在池 中 的 一 定 区 域 蛇 形 运 动 5 ,同 时 气 泡 在 向 上 运 动的 过 程 中 ,不 断 受 到 水 流 流 动 等 扰 动 ,因 此 气 泡 并 不是 垂 直 向 上 运 动 ,而 是 斜 向 运 动 ,这 样 就 延 长 了 气 泡在 水 中 的 停 留 时 间 ,同 时 也 提 高 氧 气 传 递 效 率 。 实 践运 行 表 明 :百 乐 克 工 艺 的 氧

23、气 传 递 率 ,远 远 高 于 一 般的 曝 气 工 艺 以 及 固 定 式 微 孔 曝 气 工 艺 。图 5 微 小 气 泡 逸 出 表 面 作 上 升 运 动3. 2 剩 余 污 泥 少百 乐 克 工 艺 的 另 一 个 特 点 是 回 流 污 泥 量 大 ,污 泥浓 度 较 高 ,生 物 量 大 ,相 对 曝 气 时 间 较 长 ,所 以 污 泥 负荷 较 低 ,其 剩 余 污 泥 比 传 统 工 艺 少 许 多 。 在 恒 定 的 负荷 条 件 下 ,百 乐 克 工 艺 的 污 泥 在 曝 气 池 中 的 停 留 时 间是 传 统 工 艺 的 几 倍 。 由 于 污 泥 池 中 的

24、污 泥 是 完 全 稳定 的 ,它 不 会 再 腐 烂 ,即 使 长 期 存 放 也 不 会 产 生 气 味 ,这 就 是 它 同 传 统 工 艺 相 比 污 泥 更 容 易 处 理 的 原 因 。3. 3 维 修 方 便百 乐 克 系 统 没 有 水 下 固 定 部 件 ,维 修 时 不 用 排 干池 中 的 水 ,而 用 小 船 到 维 修 地 点 将 曝 气 链 下 的 曝 气 管提 起 即 可 。 实 践 表 明 ,曝 气 管 运 行 几 年 都 不 需 要 维修 。 同 时 ,曝 气 管 有 大 约 80%的 自 由 空 隙 和 20%的表 面 ,和 传 统 曝 气 头 刚 好 相

25、反 。 因 此 ,微 生 物 可 生 长的 面 积 很 小 ,并 很 容 易 被 去 除 。 当 曝 气 管 必 须 维 修时 ,也 不 影 响 整 个 污 水 处 理 厂 的 运 行 。111舰 船 科 学 技 术 第 28卷表 1 百 乐 克 工 艺 及 曝 气 器 与 其 他 工 艺 及 曝 气 器 的 比 较属 项 工 艺百 乐 克 SBR 氧 化 沟 (转 刷 、 转 碟 )曝 气 方 式 悬 挂 链 式 曝 气 器 固 定 式 曝 气 器 表 曝 式氧 利 用 率 25 % 35 % 15 % 25 % 20 %动 力 效 率 6 8 kgO2 /kW h 4. 5 kgO2 /k

26、W h 3. 0 kgO2 /kW h气 泡 停 留 时 间 11 s 5 6 s /处 理 构 筑 物 土 池 铺 设 防 渗 膜 钢 筋 混 凝 土 钢 筋 混 凝 土维 修 方 式 在 不 影 响 曝 气 的 情 况 下 ,将 单 套曝 气 器 直 接 提 出 水 面 进 行 维 修 系 统 完 全 停 止 运 行 ,且 需 要 放 空池 体 中 的 水 停 止 设 备 运 转 ,降 低 水 位 以 后 才能 维 修工 程 总 投 资 600 1 000元 / t 1 000 1 300元 / t 1 000 1 500元 / t运 行 费 用 0. 3 0. 5元 / t 0. 7元

27、/ t 0. 75元 / t3. 4 节 能 降 耗由 于 百 乐 克 工 艺 在 曝 气 池 中 需 要 的 氧 气 可 以 部 分从 反 硝 化 反 应 中 得 到 ,可 以 减 轻 鼓 风 机 的 送 气 量 。 在 曝气 链 的 运 动 过 程 中 ,自 身 的 自 然 摆 动 就 可 以 达 到 很 好 的混 合 效 果 ,节 省 了 混 合 所 需 的 能 耗 。 曝 气 链 来 回 摆 动 形成 的 好 氧 和 缺 氧 交 替 区 相 当 于 分 段 曝 气 ,可 以 节 省 能耗 。 根 据 山 东 省 莱 芜 市 第 二 污 水 处 理 厂 的 统 计 ,曝 气 系统 中 混

28、 合 作 用 所 需 的 能 耗 仅 为 2 3 W /m3 ,而 一 般 的 传统 曝 气 法 同 等 条 件 下 耗 能 为 10 15 W /m3。3. 5 性 能 比 较百 乐 克 工 艺 与 其 他 工 艺 相 比 较 无 论 是 在 费 用 投资 、 处 理 效 果 以 及 维 护 上 都 有 一 定 的 优 势 ,百 乐 克 工艺 与 其 他 工 艺 在 多 方 面 进 行 比 较 ,可 以 直 观 地 了 解 百乐 克 工 艺 的 优 点 ,比 较 结 果 见 表 1。4 结 语随 着 百 乐 克 工 艺 在 山 东 招 远 污 水 厂 、 深 圳 市 龙 岗区 龙 田 污 水

29、 处 理 厂 、 莱 芜 第 一 、 二 污 水 处 理 厂 以 及 内蒙 古 呼 伦 贝 尔 市 海 拉 尔 区 污 水 处 理 厂 等 地 的 成 功 运行 ,百 乐 克 工 艺 所 具 有 的 投 资 少 、 处 理 效 率 高 以 及 运行 费 用 低 等 特 点 逐 渐 受 到 了 国 内 环 保 市 场 的 青 睐 ,目前 ,越 来 越 多 的 污 水 处 理 厂 选 择 了 百 乐 克 工 艺 。美 中 不 足 的 是 由 于 我 国 对 百 乐 克 工 艺 的 研 究 较晚 ,导 致 国 内 采 用 百 乐 克 工 艺 的 污 水 厂 的 设 备 (尤 其是 曝 气 系 统 )

30、几 乎 完 全 靠 进 口 ,昂 贵 的 进 口 设 备 从 一定 程 度 上 削 弱 了 百 乐 克 投 资 少 的 优 势 。 要 让 这 种 工艺 真 正 体 现 出 它 的 优 势 ,当 务 之 急 是 要 开 发 出 性 能 可靠 、 价 格 优 廉 的 国 产 设 备 。参 考 文 献 : 1 EPA. A ssessment of the B iolac technology C . W ashing2ton, DC: U. S. Department of commerce NTIS, 1990. 2 蒋 展 鹏 . 环 境 工 程 学 M . 北 京 :高 等 教 育 出 版

31、 社 , 1996. 3 王 涛 .悬 挂 链 曝 气 技 术 应 用 于 河 流 污 染 治 理 J . 城 市环 境 与 城 市 生 态 , 2003, 10 (5) : 16 - 18. 4 楼 上 游 . 悬 挂 链 脉 动 波 式 曝 气 系 统 及 相 关 工 艺 的 研 究 J .环 境 工 程 , 2002, 12 (6) : 22 - 24. 5 杨 淑 琴 . 德 国 B IOLAK污 水 处 理 技 术 的 特 点 J . 黑 龙 江环 境 通 报 , 2001, 7 (3) : 17 - 19.作 者 简 介 : 陈 现 明 (1977 - ) ,男 ,助 理 工 程 师 ,现 从 事 水 污 染治 理 技 术 研 究 和 环 保 设 备 的 研 究 开 发 。211