HCR一种高效好氧生物处理技术

HCR-一种高效好氧生物处理技术摘要：HCR工艺具有所需空间少、占地省、设计集成合理、COD降解率高、空气氧利用率高且操作便利安全等优点。在纸浆和造纸工业废水处理的工程实例中，其最大的容积负荷达到70kgCOD/(m3·d)，反应器单体最大容积为1200m3，日处理污水量近23000m3，COD的降解率达到80%，而剩余污泥的产率小于0.2kgSS/kgCOD。好氧生物处理工艺历史悠久，自1914年第一座活性污泥法污水处理试验厂运行以来，已经80多年了。近20年来，改进曝气技术和好氧生物固定技术以提高污水处理的效果，是好氧生物处理领域的主要研究内容，HCR工艺就是这一特定时期的产物。1HCR工艺的主要特点HCR工艺(HighPerformanceCompactReactor)是德国克劳斯塔尔(Clausthal)工科大学物相传递研究所于80年代发明的。该工艺的问世是好氧生物处理技术的一个飞跃，它融合了当今的高速射流曝气、物相强化传递、紊流剪切等技术，并具有深井曝气和流化污泥床的特点。因此，其空气氧的转化率高，反应器的容积负荷大，水力停留时间短，是当前为西方国家所广泛接受的一种高效好氧生物处理方法。至今，已经在德国、瑞典、加拿大、意大利、法国、韩国等国家建成了数十个HCR系统，并已投产运行，污水处理效果普遍良好。HCR系统主要包括：集成反应器、两相喷头、沉淀池以及配套的管路和水泵等(见图1)。集成反应器为圆形容器，其外筒两端被封闭，连接着各种管道；内筒两端开口，两相喷头安装在反应器上部的正中央。循环水泵提升高压水流经喷头射入反应器，由于负压作用同时吸入大量空气。水流和气流的共同作用又使喷头下方形成高速紊流剪切区，把吸入的气体分散成细小的气泡。富含溶解氧的混合污水经导流筒达到反应器底部后，又向上返流形成环流，再经剪切向下射流，如此循环往复运行。于是，污水被反复充氧，气泡和微生物菌团被不断剪切细化，并形成致密细小的絮凝体。由该工艺的工作原理可知，HCR的主要特点是：(1)系统占地少，基建费用低。HCR系统占地一般很少，其原因主要有三：一是系统设计紧凑，结构合理，减少了占地；二是反应器高径比大(为7∶1)，部分被埋在地下，有效地利用了垂向空间，减少了平面上的占地；三是所需水力停留时间很短，容积负荷和污泥负荷都很高，减少了反应器的体积。合理集成设计、少占地是减少基建投资的主要因素，反应器和沉淀池的容积小，又节省土建投资或设备制造费用。根据工程预算结果对比表明，采用HCR工艺处理同样数量的污水，其基建费用比活性污泥法工艺要减少30%以上。(2)空气氧转化利用率高，容积负荷和污泥负荷高。HCR工艺的曝气方式采用射流扩散式，并通过垂向循环混合，使溶解氧达到最大值，这一过程实际上吸取了深井曝气依靠压头溶氧的优点。高速喷射形成紊流水力剪切，使气泡高度细化并均匀分散，决定了该方法对空气氧的转化利用率高。据试验测定，其空气氧的转化利用率可高达50%，溶解氧含量易保持在5mg/L以上。足够的溶解氧是保证好氧生物处理系统高负荷运行的条件，这也是HCR工艺的优势所在。一般情况下，HCR系统的污泥浓度在10g/L左右，最高可超过20g/L。反应器中生物量之大，决定了其负荷值必然高。试验和已有工程的运行结果显示，HCR的容积负荷最大可达70kgBOD5/(m3·d)，小试可达100kgBOD5/(m3·d)；其污泥负荷值可以超过6kgBOD5/(kgSS·d)。(3)固液分离效果好，剩余污泥量较少。HCR工艺混合污水中的微生物菌团颗粒小，其沉降性能好，这是其显著特点之一，污泥在沉淀池中的停留时间一般只需要40min左右。该工艺每降解1kgBOD所产生的剩余污泥量，比其他好氧方法平均减少40%左右，从而大大减少了污泥处理量。剩余污泥量较少的原因主要有两个：其一，强烈曝气使微生物代谢速度快，由此引起的生化反应可能加大内源消耗，剩余污泥量相对少；其二，由于反应器中混合污水被高速循环液流剪切，微生物的团粒被不断分割细化，团粒内部的气孔减少，使其密度相对增加，总的体积减少。(4)抗冲击负荷的能力强。HCR为完全混合型运行方式，原水先与回流污水合流，然后再进入反应器，并立即被快速循环混合。高浓度COD或有毒废水冲击系统时，它们在进入反应器之前实际上已经被稀释，进入反应器后又被迅速均匀混合，使冲击液流的浓度大大降低，从而有效地提高了HCR系统抗冲击负荷的能力。此外，强烈曝气使微生物的新陈代谢加快后，也可能减少冲击所造成的部分影响。工程实践表明，HCR工艺对甲醛废水、含酚废水、糖醛废水、树脂酸废水都能进行有效处理；如已有工程实例的进水COD浓度达到了20000mg/L；该工艺还有望提高污水脱氮的效果。(5)系统操作简便灵活，处理效果有保障。HCR系统的反应器循环水量、补充曝气量、污泥回流量等都可以根据需要进行调节，便于选择最佳的组合效果。正因为如此，采用HCR工艺容易保证较高的COD去除率。图2显示了HCR反应器容积负荷与COD去除率的变化关系。可以看出，尽管其容积负荷变化较大，COD去除率均达到80%左右。为从目锣前已枯经运到行的功数十嫌个工减程所孤反馈慨的信搁息表母明，赞HC歌R系吵统启惩动较览快，导操作抗管理器比较规方便教，适爪应的响环境医条件饰很宽懒松，薯运行服中很搜少出拘现故缺障，显其推酱广应结用正交在受瞒到越中来越箭多的标重视候。盼2葱应用万实例售及其祝效果阔已有民HC践R工穗程处翠理的烛废水黑类型福有：执奶品婆加工腹废水桂、酵湖母生你产工虑艺废轰水、铺造纸望厂废滥水、渴化工剖废水昆、印文刷业拦废水船、屠政宰废额水、毙填埋成场渗糠滤液晃及城辜市污仍水等慕。其示中，浪尤以欧造纸哪废水滋的处国理工榴程最站多，馒已分而别在泰德国塔、挪求威、羞中国页、法帅国、日加拿日大等折地建尘成投饮入运解行(趁表1当)。通表1恰H寨CR爪典型驻工程帮实例务运行鸣参数掠参数荐处理岁量拢(m车3倾/d贷)吉废水咐CO牙D浓搜度裕(m千g/讽L)第反应翠器体右积匆(m凶3蜘)涂水力慧停留蛾时间森筛(h滑)疏所在钟国家范酵母袍16恶8雪11践00稻0匪25兼+1魂0聪4.棚99捞德国锄玻璃陶工艺争24渣1逐11缠00五0污25辆2.奋49泛德国懂橄榄氏业勿13皂8纪40锅00黑5窄x喷3省2.突62革意大封利件造纸菠工艺劲25享00凭14孤00翼0刷2虾x器25敲0介4.默8博挪威算造纸翁工艺泉14局00抗0证15脑00涝2活x翼30值0赵1.爪03执加拿煮大木造纸早工艺乳13物00观0感17咱20酸2迅x汪30蚀0味0.幸90布中国富造纸怎工艺春22绳00石0盗35会00锈2懂x盯11桐00东2.迁37企挪威润造纸蒙工艺避69撑26短13哭50茫30粪0钻1.坑14宴法国绵屠宰泛业讨14竭40泼0附17真00菠2俗x窃25漫0弃1.挨2小韩国胀造纸唉工艺杏21棵00绘0芳30骄00胳12海00梳+8泄00精2.困29船挪威促实例叛1寨拉维材克市渔雀斯杆科夫纷锐兹聋公司桥(T欲re歌sc用ho土w俘像Fr脱it降ze海,场La世rv披ik押)的忙半化励学纸愿浆废仇液，抄其C露OD破浓度歌高达辉20鞭00顷0m袋g/月L，迈采用崇HC鸡R工启艺处昆理，婆其容啄积负冰荷达莲80神k效g床C厅OD六/(遗m纱3属·d寻)得，C福OD诱的降袜解率酒达〖恨CM仁(2样2〗巴到了沾70续%。妙废水砍中含廊有过辛氧化迷漂白察污水首，但鹿它对促于水抽处理辈的效杏果没碰有任搏何不愈良影栏响，电其剩喘余污丑泥的魔产率继约为犯0.标2k号g露S捡S/叮kg歼C仅OD敞。唉实例虑2矿在威馋尼斯献拉市省的汉级斯霍赞司公笑司(最Hu捆ns谅fo输s,肥Ve卧nn松es农la懒)，计亚硫埋酸盐贼化学麻纸浆耐浓缩跟液(鞋来自幕化学宗再生厚系统疏)C仁OD妨的变避化范还围为水5猪00及0～比10漏00蛮0败mg责/L丑，藏朴污水考中同尝时含横有糖卵醛，踏因而肯对附头近纳亏污区留的鱼抽类构脖成危茎害。铅用H侨CR搭工艺基处理渡，容疤积负中荷平晌均达蝇60梦k至g御C窄OD词/(据m诉3戴·d职)腿,C茄OD扑的降龙解率帐为8笨0%诵，糖吧醛的避去除锣率达资10劳0%验，剩彼余污摊泥的忽产率纯仅为偷0.丽15程k六g形S忽S/文kg观C侧OD池。份表2歪列出美了某帜地城压市污抬水采吊用两葡种方炮法处絮理的渣主要芝效果泛参数泄。可怎以看蔑出H朴CR碗工艺派相对执于传嚷统的慧活性体污泥输法工屈艺在狡充氧泳速率振、容行积负刺荷、谊污泥梦负荷婆、二谦沉池纱表面添负荷茶、剩别余污案泥产里率、帝水力仪停留鹊时间香等方待面，末都具梢有明烛显的申优势萌。离表2并H歼CR狱工艺差处理位某城管市污烦水效且果对也比祝参数俱活性毛污泥县法吸HC主R工牵艺浇充氧赤速率追(k朋g/匠(m烦3势·h沫)业＜0全.0冤6录0.魔5-篮3.读0正能耗锡(k织g/分(k穗W·冤h)岔)拳0.鹊7-阻2.隆0歪0.尿5-狗3.恶0盟容积丸负荷引(k强g烦BO誓D幻5奸/(勤m产3奶·d龙))桂0.险75贴-1太.0鸽＜4墨0杰污泥希浓度调(k视g/脑m刮3餐·d地)剪2.冻5-厕3.珠0鲁1-裳8巾污泥该负荷赢(k尘g乡BO明D固5跑/(式kg哪M膝LS斥S·麦d)材)狂0.升3饭＜1惯5希去除塘率(控%)他＜9拌5狠80菠～9挺0捞停留贷时间蒸(h夏)头4～侍8汤＜0灰.5舞耗能寒容积处率(索kW饱/m街3剖)轮＜0债.0堪5驾1～钩2士污泥破指数良(m即3作/k困g)殿10怠0～末15斗0烟＜7发0贩二沉杏池表摸面负毛荷(烦m雁3献/(漂m逆2薄·h免))蜂＜1均.5冰2～血8镜剩余红污泥络产率若9k身g皂M瞒LS淋S/累kg皇B馒OD疏5勿1.和0胸＜0左.6洋3圾HC喷R工唱艺在放中国瓜的应摘用前杨景分恋析斤根据糖HC森R所遇具有奋的特允点，彼我们申认为录该工股艺在稀中国释有以蒸下几俱方面盈的应粱用前别景：惯(1扭)普先通工领业废乳水的微处理谣。中马国工欲业企煮业的套废水钱种类编很多裹，变隆化也绩很复梳杂。定特别驼是一秀些中粮小型地企业拨，因山其废差水量熄不大裙，或澡因污品染物量浓度饰不太捉高，骨而且冲废水墙中又叠不含即明显亿的有微毒物乱(即怕普通渡工业外废水桐)，疤故一阁直未索进行畅达标循处理斤。根歪据当陷前的雀环境迅保护远要求窄，这压类废荡水也鹿是非角治不吐可的估。然搬而，脾原来昆厂区奴规划臣又大玻都没沈有考莲虑废黑水处休理的代场所灰。鉴茧于这汉些废厨水的栏特点要及处但理场运所不繁足等连矛盾柜，选俱择占渗地少掏、适债应性秧强的奸HC钢R工汇艺，全有望磨解决忽这类感废水寨的处签理。苏(2刺)特闲殊工构业废亭水的铅处理业。有晓一些岂工业悦废水戏含有册某些绒毒性辆物质闪或可柴能致家毒的屿组份阔(称野特殊搁工业龙废水秘)，性往往撇无法扔采用接常规旦好氧寇或厌奖氧工旦艺进钻行处奸理。衬如防酿腐产阳品工匹业和匠农药陈产品诵工业想等产版生的汉废水塌中，喊多含院有难瞒降解死的有咸机物古，且俯对微辩生物置具有幸致死雕的毒帆性。恰过去驴多采眨用焚艇烧方乓法或慢固化融填埋乱方法怨进行霸处理递，但急是成慨本很绞高，袖并可序能产权生二略次污切染。池HC熟R工财艺采世用快柜速高侄效的往氧传自递转着输方虽式，碑溶解艺氧多虚保持广在5吨mg编/L想左右岩，反愈应器需中的霸微生寺物群询落能集快速南适应陵污染吹物种停类和疗浓度怒的变串化，盈这对耽于特坏殊工裙业废删水的再处理捆十分费有利业。前工面谈网到的贩甲醛该废水法、苯闪酚废蓝水、抓苯甲用醛废驻水等映，采竹用H偶CR传工艺鸭处理巨都获歼得了乳很好竞的效毁果，草且运金行状抹况良汉好，滔就是狂较好亚的实绘例。线(3豆)城悟市中盲水工霞程中竭应用葵。城缓市中以水工絮程所愁处理捏的原棕水具朋有水烈量少学，变悉化幅怠度大背，且闯CO瘦D浓利度不对太高谁等特影点；窜中水烫工程窝对出拣水的我水质担要求减也不热太高饺(主原要用五作冲字洗水菌或绿父地用汇水)者。要没满足泼这些壮条件翻，H棍CR先工艺桃是最搭好的凑方法要之一着。首突先，纸它可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