HCR一高效好氧生物处理技术

1、HCR一高效好氧生物处理技术摘要：HR工艺具有所需空间少、占地盛设计集成合理、D降解率高、空气氧利用率高且操作便利平安等优点。在纸浆和造纸工业废水处理的工程实例中，其最大的容积负荷到达70kgD/(3d)，反响器单体最大容积为12022，日处理污水量近230003，D的降解率到达80%，而剩余污泥的产率小于0.2kgSS/kgD。关键词：污水HR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多年了。近20年来，改良曝气技术和好氧生物固定技术以进步污水处理的效果，是好氧生物处理领域的主要研究内容，HR工艺就是这一特定时期的产物。1HR工

2、艺的主要特点HR工艺(HighPerfranepatReatr)是德国克劳斯塔尔(lausthal)工科大学物相传递研究所于80年代创造的。该工艺的问世是好氧生物处理技术的一个飞跃，它交融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，反响器的容积负荷大，水力停留时间短，是当前为西方国家所广泛承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HR系统，并已投产运行，污水处理效果普遍良好。HR系统主要包括：集成反响器、两相喷头、沉淀池以及配套的管路和水泵等(见图1)。集成反响器为圆形

3、容器，其外筒两端被封闭，连接着各种管道；内筒两端开口，两相喷头安装在反响器上部的正中央。循环水泵提升高压水流经喷头射入反响器，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到达反响器底部后，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。图1HR工艺流程示意由该工艺的工作原理可知，HR的主要特点是：(1)系统占地少，基建费用低。HR系统占地一般很少，其原因主要有三：一是系统设计紧凑，构造合理，减少了占地；二是反响器高

4、径比大(为71)，局部被埋在地下，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，减少了反响器的体积。合理集成设计、少占地是减少基建投资的主要因素，反响器和沉淀池的容积小，又节省土建投资或设备制造费用。根据工程预算结果比照说明，采用HR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。HR工艺的曝气方式采用射流扩散式，并通过垂向循环混合，使溶解氧到达最大值，这一过程实际上汲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

5、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5g/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HR工艺的优势所在。一般情况下，HR系统的污泥浓度在10g/L左右，最高可超过20g/L。反响器中生物量之大，决定了其负荷值必然高。试验和已有工程的运行结果显示，HR的容积负荷最大可达70kgBD5/(3d)，小试可达100kgBD5/(3d)；其污泥负荷值可以超过6kgBD5/(kgSSd)。(3)固液别离效果好，剩余污泥量较少。HR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40in左右。该

6、工艺每降解1kgBD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，由此引起的生化反响可能加大内源消耗，剩余污泥量相对少；其二，由于反响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)抗冲击负荷的才能强。HR为完全混合型运行方式，原水先与回流污水合流，然后再进入反响器，并立即被快速循环混合。高浓度D或有毒废水冲击系统时，它们在进入反响器之前实际上已经被稀释，进入反响器后又被迅速均匀混合，使冲击液流的浓度大大降低，从而有效地进步了

7、HR系统抗冲击负荷的才能。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局部影响。工程理论说明，HR工艺对甲醛废水、含酚废水、糖醛废水、树脂酸废水都能进展有效处理；如已有工程实例的进水D浓度到达了20000g/L；该工艺还有望进步污水脱氮的效果。(5)系统操作简便灵敏，处理效果有保障。HR系统的反响器循环水量、补充曝气量、污泥回流量等都可以根据需要进展调节，便于选择最正确的组合效果。正因为如此，采用HR工艺容易保证较高的D去除率。图2显示了HR反响器容积负荷与D去除率的变化关系。可以看出，尽管其容积负荷变化较大，D去除率均到达80%左右。图2容积负荷与D去除率的关系从目前已经运

8、行的数十个工程所反响的信息说明，HR系统启动较快，操作管理比拟方便，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HR工程处理的废水类型有：奶品加工废水、酵母消费工艺废水、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1HR典型工程实例运行参数参数处理量(3/d)废水D浓度(g/L)反响器体积(3)水力停留时间(h)所在国家酵母1681100025+104.99德国玻璃工艺24111000252.49德国橄榄业13840

9、005x32.62意大利造纸工艺2500140002x2504.8挪威造纸工艺1400015002x3001.03加拿大造纸工艺1300017202x3000.90中国造纸工艺2200035002x11002.37挪威造纸工艺692613503001.14法国屠宰业1440017002x2501.2韩国造纸工艺2100030001200+8002.29挪威表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HR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、二沉池外表负荷、剩余污泥产率、水力停留时间等方面，都具有明显的优势。表2HR工艺处理某城市污水效果比照参数活性污泥

10、法HR工艺充氧速率(kg/(3h)0.060.5-3.0能耗(kg/(kh)0.7-2.00.5-3.0容积负荷(kgBD5/(3d)0.75-1.040污泥浓度(kg/3d)2.5-3.01-8污泥负荷(kgBD5/(kgLSSd)0.315去除率(%)958090停留时间(h)480.5耗能容积率(k/3)0.0512污泥指数(3/kg)10015070二沉池外表负荷(3/(2h)1.528剩余污泥产率9kgLSS/kgBD51.00.63HR工艺在中国的应用前景分析根据HR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

11、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)，故一直未进展达标处理。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缺乏等矛盾，选择占地少、适应性强的HR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)，往往无法采用常规好氧或厌氧工艺进展处理。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。过去多采用燃烧方法或固化填埋方法进展处理，但

12、是本钱很高，并可能产生二次污染。HR工艺采用快速高效的氧传递转输方式，溶解氧多保持在5g/L左右，反响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非常有利。前面谈到的甲醛废水、苯酚废水、苯甲醛废水等，采用HR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D浓度不太高等特点；中水工程对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，HR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敏地设计工艺系统；其次，因HR工艺采用封闭式构造，系统产生的废气

13、用管道搜集外排，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，HR系统充分利用了地上和地下空间，设计别致，造型美观，容易和小区的景观交融在一起。4几点认识(1)HR工艺采用高效的空气氧传递转输方法，合理利用了射流曝气技术，应用了压头和快速强迫溶氧的原理，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%，是一种高效的好氧生物处理技术。(2)已经运行的HR工程系统说明，该工艺适应范围广，负荷率高，D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，HR工艺在中国大有开展前景。

14、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，以获得最正确的环境效益和经济效益。(4)HR工艺存在的问题：一是能耗，当污水D去除率在80%及其以下时，所需能耗低且效益好；假如D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HR工艺。第二个问题是泡沫，HR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.废水生物处理数学形式.清华大学出版社，19822秦麟源.废水生物处理.同济大学出版社，19893ahsannU,NRaebigerandAVgelphl.Effetfgeetrynhydr

15、dynaisandasstransferinthepatreatr.GerheEng,1985,8.4114184KNYenkie,SUGEissenandAVgelphl.Bikinetisfasteatertreatentinthehighperfranepatreatr(HR).TheheialEngineeringJurnal,1992,(49).B1B126高廷耀主编.水污染控制工程(下册).北京：高等教育出版社，19897EANaundrf,DSubraanian,NR*bigerandAVgelphl.Bilgialtreatentfasteaterinthepatreatr.heEngPress,1985,19.22923310Uahsann,NR*bigerandAVgelphl.Thepatreatr-anelydevelpedlpreatrithahighasstransferperfrane.GerheEng,1984,7.394411LbbekeS,AVgelphlundDejanin.asteatertreatentinabilgialhigh-perfranesysteithhighbiassnentratin.atRes,1995,