填料技术在高浓度氯碱化工废水处理中应用概况
生物接触氧化法是在生物氧化池内设置填料,使填料上长满生物膜,经过充氧的废水以一定的速度流经填料,废水与生物膜相接触,并在生物膜微生物的作用下得到净化的一种废水处理方法。它的主要处理构筑物———生物接触氧化池是一种具有活性污泥法特点的生物膜法处理构筑物。近年来,在城市污水和工业废水的生物处理过程中,生物接触氧化法、生物流化床和上流式厌氧床的应用越来越广泛,特别是生物接触氧化法在高浓度工业废水处理及活性污泥曝气池改造中的应用尤为广泛。而在此法工艺中,氧化池填充的载体填料是核心部分,填料技术(填料选型、填料支架、配套曝气系统)直接影响着该工艺的处理效率、投资与运行费用。
1.载体填料的作用
生物接触氧化池中的载体填料主要有以下3个作用。①是微生物生长的载体,为微生物提供栖息和代谢繁殖的稳定环境,并尽可能保持较多的微生物量。②是氧化池中生物膜微生物与废水接触的场所,且对水流有强制性的紊动作用,使废水能够再分布,同时它对氧化池中的空气泡有重复切割作用,提高了水中溶解氧的浓度,强化了微生物、有机物、溶解氧三者之间的传质过程。③可以截留吸附废水中的一部分悬浮物质,降低氧化池出水中的悬浮物浓度。
2.几种应用较广的填料及讨论
生物接触氧化池的填料经历了砂石、焦炭、玻璃钢、塑料、纤维等多种形式。近年来,国内外都注重填料技术的研究和应用,尤其是我国相继研究了几种高效、经济的新型填料。
2. 1 硬性填料中的不规则填料
硬性填料中的不规则填料有焦炭、炉渣。它们的优点是:易于就地取材,成本低廉,截流悬浮物的能力强。缺点是水流阻力大,易于堵塞,表面积小,附着生物量少。以炉渣为填料的生物接触氧化法处理城市污水的试验和生产运行的结果表明:根据污水浓度,选用适当粒径(20～50 mm)的炉渣,以网箱作为炉渣填料支架,可长期运行,不发生堵塞,也不需要采取防堵塞措施,处理效果好,投资省,价格低廉,操作管理简化。该填料的工艺特点有:炉渣质量轻,有良好的水力学性能,布气方式得当,可具有流态化的特点;炉渣表面粗糙多孔,有较好的生物膜附着性,炉渣的吸附性能将污水中的有机物和溶解氧富集其表面,使微生物繁殖旺盛,生物膜活性高,从而提高了该工艺的处理效果。该方法也存在以下缺点:膜更新较困难,不够灵活;布气控制不好,易发生堵塞;对高浓度工业废水的实验结果尚待试验考核。由此可见,硬性填料中以炉渣作为生物接触氧化池填料较为适宜,开展高浓度氯碱工业废水的中小试及生产性试验前景广阔。如获成功,将会降低污水处理的投资和运行费用。
2. 2 软性填料
20世纪80年代初,上海石化总厂环保研究所研制成功了软性填料 。这种软性填料通常由尼龙、维纶、涤纶、腈纶等化学纤维编织成束,再用中心绳连接而成,以防腐金属钢结构框架作为填料支架,以散流曝气器作为曝气供氧系统。其主要优点是:质量轻,强度高,物理化学性能稳定;纤维束在紊动的水中激烈漂动,呈立体结构,比表面积大,生物膜附着能力强,生物膜与废水的接触效率高;纤维束随水漂动,不易被生物膜堵塞,适宜处理浓度较高的有机废水。从锦(化工)集团有限责任公司(简称“锦化公司”)污水处理厂生物接触氧化法处理氯碱化工废水的运行实践来看,该种填料虽有以上优点,但也具有以下缺点:易于结团、缠绕、厌气腐烂,使填料实际可利用表面积减小,去除率降低;造价高,使用周期短,即其稳定性和经济性较差;填料钢结构支架易于腐蚀,与软性填料绑扎连接处易于磨损,造成维纶中心绳易磨断损坏;散流曝气器曝气强度大,与曝气钢管路丝扣连接处易于腐蚀损坏,进一步加剧了填料中心绳磨损和钢结构支架的冲刷腐蚀。
2. 3 半软性填料
1985年,北京纺织科学研究所研制了BS型半软性填料产品,获得专利。在北京第三毛绒厂接触氧化池内进行了生产运行试验,并获得成功。它由变形聚乙烯塑料制成,主要特点是:特殊结构,每个填料起着小型分布器和布气器的作用,提高传质效率;不结球,无堵塞可能,且耐腐蚀耐磨,使用寿命长。从锦化公司污水处理厂生物接触氧化法处理氯碱化工废水的生产运行实践来看,半软性填料的主要缺点是:微生物附着性能差,挂膜速度慢,耐负荷冲击能力弱,因而易造成处理效果不稳定;并且,造价较高。
2. 4 组合填料
1991年,国内某设备厂创新研制出纤塑组合填料,该填料由高分子聚合物、醛化合成的纤维组成,兼有软性填料和半软性填料的优点,改进了结构形式,比表面积大,空隙可变,耐生物降解,传质效果好,有良好的布气布水性能,有较好的水流状态,同时改善气泡的切割条件,挂膜迅速,脱膜更新容易。该填料最大的优点是:解决了软性填料易结球、腐烂断丝,半软性填料挂膜困难、冲击能力差等问题。其缺点是造价较高。
2. 5 弹性立体填料
1991年,国内某设备厂还创新研制出弹性立体填料,是用聚烯烃塑料制成的一种具有弹性丝条的填料。该填料以绳、柱、管构成的紧绷支架为中心支撑,弹性丝条在水中呈均匀辐射立体状态,经特殊加工处理(抗氧化、亲水稳定、拉毛、吸附添加剂)的弹性丝条对水中的微小气泡具有一定的吸附能力,均匀舒展的弹性丝对水中的气泡进行多层次连续切割,极大地加速了氧气的转移速率,充氧效率可提高一倍以上,气水比可减少50%,即可使氧化池的供气量减少一半,节省电量,降低了处理成本。它与硬性蜂窝填料相比,空隙可变性大,不堵塞;与软性填料相比,不粘连结团;与半软性填料相比,挂膜迅速;与组合填料比,造价低,耐冲击性略差。弹性立体填料耐腐蚀、耐温、耐老化,使用寿命长达5年以上,启动挂膜快,实用表面积大,并能有效防止水流短路,污泥产生量小。
2. 6 悬浮式填料
浙江、江苏一些环保厂家陆续开发出一些新的填料产品,目前使用较广的有球型填料、笼式组合填料、悬浮式填料等。这些填料在氯碱化工废水处理中还有一些缺陷,主要是挂膜困难,易于被化工废水中的沉淀物堵塞,造价较高。
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