HCR一高效好氧生物处理技术环境保护论文

1、HCRHCR 一高效好氧生物处理技术环境保护论文一高效好氧生物处理技术环境保护论文摘要：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。关键词：污水 HCR 工艺 好氧生物处理技术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

2、 多年了。近 20 年来，改进onclick=g(曝气);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(High Performance Compact Reactor)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onclick=g(曝气);曝气、物相强化传递、紊流剪切等技术，并具有深井onclick=g(曝气);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

3、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

4、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。图 1HCR 工艺流程示意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 71)，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

5、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onclick=g(曝气);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onclick=g(曝气);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

6、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/(m3d)，小试可达 100 kgBOD5/(m3d)；其污泥负荷值可以超过 6 kg BOD5/(kgSSd)。(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 1kg BOD 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onclick=g(

7、曝气);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onclick=g(曝气);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

8、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onclick=g(曝气);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。图 2容积负荷与 COD 去除率的关系从目

9、前已经运行的数十个工程所反馈的信息表明，HCR 系统启动较快，操作管理比较方便，适应的环境条件很宽松，运行中很少出现故障，其推广应用正在受到越来越多的重视。2应用实例及其效果已有 HCR 工程处理的废水类型有：奶品加工废水、酵母生产工艺废水、造纸厂废水、化工废水、印刷业废水、屠宰废水、填埋场渗滤液及城市污水等。其中，尤以造纸废水的处理工程最多，已分别在德国、挪威、中国、法国、加拿大等地建成投入运行(表 1)。表 1HCR 典型工程实例运行参数参数处理量(m3/d)废水 COD 浓度(mg/L)反应器体积(m3)水力停留时间(h)所在国家酵母1681100025 104.99德国

10、玻璃工艺24111000252.49德国橄榄业13840005 x 32.62意大利造纸工艺2500140002 x 2504.8挪威造纸工艺1400015002 x 3001.03加拿大造纸工艺1300017202 x 3000.90中国造纸工艺2200035002 x 11002.37挪威造纸工艺692613503001.14法国屠宰业1440017002 x 2501.2韩国造纸工艺2100030001200 8002.29挪威实例 1拉维克市雀

11、斯科夫锐兹公司(TreschowFritze, Larvik)的半化学纸浆废液，其 COD 浓度高达 20000mg/L，采用 HCR 工艺处理，其容积负荷达 80 kgCOD/(m3d) ，COD 的降解率达CM(22到了 70%。废水中含有过氧化漂白污水，但它对于水处理的效果没有任何不良影响，其剩余污泥的产率约为0.2kg SS/kg COD。实例 2在威尼斯拉市的汉斯霍司公司(Hunsfos,Vennesla)，亚硫酸盐化学纸浆浓缩液(来自化学再生系统)COD 的变化范围为 5 00010000 mg/L，污水中同时含有糖醛，因而对附近纳污区的鱼类构成危害。用 HCR 工

12、艺处理，容积负荷平均达 60 kg COD/(m3d) ,COD 的降解率为 80%，糖醛的去除率达 100%，剩余污泥的产率仅为 0.15 kg SS/kg COD。表 2 列出了某地城市污水采用两种方法处理的主要效果参数。可以看出 HCR 工艺相对于传统的活性污泥法工艺在充氧速率、容积负荷、污泥负荷、二沉池表面负荷、剩余污泥产率、水力停留时间等方面，都具有明显的优势。表 2HCR 工艺处理某城市污水效果对比参数活性污泥法HCR 工艺充氧速率(kg/(m3h)0.060.5-3.0能耗(kg/(kWh)0.7-2

13、.00.5-3.0容积负荷(kg BOD5/(m3d)0.75-1.040污泥浓度(kg/m3d)2.5-3.01-8污泥负荷(kg BOD5/(kg MLSSd)0.315去除率(%)958090停留时间(h)480.5耗能容积率(kW/m3)0.0512污泥指数(m3/kg)10015070二沉池表面负荷(m3/(m2h)1.528剩余污泥产率 9kg MLSS/kg BOD51.00&#46

14、;63HCR 工艺在中国的应用前景分析根据 HCR 所具有的特点，我们认为该工艺在中国有以下几方面的应用前景：(1)普通工业废水的处理。中国工业企业的废水种类很多，变化也很复杂。特别是一些中小型企业，因其废水量不大，或因污染物浓度不太高，而且废水中又不含明显的有毒物(即普通工业废水)，故一直未进行达标处理。根据当前的环境保护要求，这类废水也是非治不可的。然而，原来厂区规划又大都没有考虑废水处理的场所。鉴于这些废水的特点及处理场所不足等矛盾，选择占地少、适应性强的 HCR 工艺，有望解决这类废水的处理。(2)特殊工业废水的处理。有一些工业废水含有某些毒性物质或可能致毒的组份(称特殊工业废水)，往

15、往无法采用常规好氧或厌氧工艺进行处理。如防腐产品工业和农药产品工业等产生的废水中，多含有难降解的有机物，且对微生物具有致死的毒性。过去多采用焚烧方法或固化填埋方法进行处理，但是成本很高，并可能产生二次污染。HCR 工艺采用快速高效的氧传递转输方式，溶解氧多保持在 5mg/L 左右，反应器中的微生物群落能快速适应污染物种类和浓度的变化，这对于特殊工业废水的处理十分有利。前面谈到的甲醛废水、苯酚废水、苯甲醛废水等，采用 HCR工艺处理都获得了很好的效果，且运行状况良好，就是较好的实例。(3)城市中水工程中应用。城市中水工程所处理的原水具有水量少，变化幅度大，且 COD 浓度不太高等特点；中水工程对

16、出水的水质要求也不太高(主要用作冲洗水或绿地用水)。要满足这些条件，HCR 工艺是最好的方法之一。首先，它可以根据不同水量水质的变化来灵活地设计工艺系统；其次，因 HCR 工艺采用封闭式结构，系统产生的废气用管道收集外排，这种设计有利于城市小区的环境保护，工程附近的居民可以免遭恶臭之苦；再者，HCR 系统充分利用了地上和地下空间，设计别致，造型美观，容易和小区的景观融合在一起。4几点认识(1)HCR 工艺采用高效的空气氧传递转输方法，合理利用了射流onclick=g(曝气);曝气技术，应用了压头和快速强制溶氧的原理，并利用紊流剪切扩散和均匀分布的作用，使空气氧的传递转输率高达 50 %，是一种

17、高效的好氧生物处理技术。(2)已经运行的 HCR 工程系统表明，该工艺适应范围广，负荷率高，COD 去除率高，运行效果好。其占地面积少，综合经济效益好，具有推广应用的价值。(3)中国工业污水的种类复杂多样，城市中水工程正有待开发，HCR 工艺在中国大有发展前景。必须提醒注意的是，应该以技术引进为主，尽量采用国产的设备和附件，使之更加符合本国的国情，以获得最佳的环境效益和经济效益。(4)HCR 工艺存在的问题：一是能耗，当污水 COD 去除率在 80%及其以下时，所需能耗低且效益好；如果 COD 的去除率要求过高，其能耗就直线升高。因此，在实际工作中也不能盲目地选用 HCR 工艺。第二个问题是泡

18、沫，HCR 在处理某些废水时，也和常规好氧工艺一样会产生泡沫，设计时必须考虑这一因素。参考文献1顾夏声. 废水生物处理数学模式. 清华大学出版社，19822秦麟源. 废水生物处理. 同济大学出版社，19893Wachsmann U,N Raebiger and A Vogelpohl. Effect of geometry onhydrodynamics and mass transfer in the compact reactor. Ger ChemEng,1985,8. 411

19、4184M K N Yenkie,S U Geissen and A Vogelpohl. Biokinetics ofwastewater treatme nt in the high performance compact reactor(HCR). The Chemical Engineering Journ al,1992,(49). B1B125Sprehe M,E S Gaddis,A Vogilpohl. On the mass transfer in animpingingstre am reactor&#

20、46; Chem Eng Technol 1998,21(1):19216高廷耀主编. 水污染控制工程(下册). 北京：高等教育出版社，19897E A Naundorf,D Subramanian,N R*biger and A Vogelpohl.Biological treatment of wastewater in the compact reactor. chemEng Process,1985,19. 2292338Vogelpohl A. Das HCRVerfahren,ein Hochleistungsverfahren zuraeroben Abwa sserreinigung. Bioengineering 1988,3. 1411439Vogelpohl A. The HCRProcess for Compact,High PerformanceWaste Water Trea tment. Pollution and waste Management,1991.14014510 U Wachsmann,N R*biger and A Vogel