循環(huán)冷卻水殺菌劑綜述

1、循環(huán)冷卻水殺菌劑綜述由于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)具有的特殊生態(tài)環(huán)境導(dǎo)致微生物在其中 很容易繁殖。 微生物的大量繁殖給冷卻水系統(tǒng)帶來許多危害， 使系統(tǒng) 傳熱效率降低，誘導(dǎo)金屬腐蝕，嚴(yán)重時(shí)還可能造成管道堵塞。在實(shí)際 運(yùn)行系統(tǒng)中，最為直接有效的方法是投加殺菌劑控制系統(tǒng)中的微生 物。1 殺菌劑的現(xiàn)狀1.1 氧化性殺菌劑1.1.1 氯氣。在水處理中，氯由于其具有高效、快速廣譜、經(jīng)濟(jì)、物源廣、 使用較方便等優(yōu)點(diǎn)，受到人們的青睞，是目前用量最大的殺菌劑。但 經(jīng)氯氣處理，水中易產(chǎn)生三氯甲烷，它是一種致癌物質(zhì)，同時(shí)其半衰 期時(shí)間長(zhǎng)，易對(duì)環(huán)境造成危害，因此各國相繼出臺(tái)法規(guī)，日益嚴(yán)格控 制余氯的排放量 1 。另外，隨著水處理

2、配方逐漸向堿性水處理方案的 過渡，氯氣在高pH( 8.5 )的條件下殺生活性差的缺點(diǎn)也顯現(xiàn)出 來屈此人們開發(fā)出一些氯的替代物，如 ClO 2、溴類殺生劑、臭氧等。1.1.2 二氧化氯。二氧化氯的殺生能力較氯強(qiáng)，約為氯的 2.5 倍左右，特別適 合應(yīng)用于合成氨廠替代氯進(jìn)行殺菌滅藻處理。國外于 70 年代中期開 始將其應(yīng)用于循環(huán)冷卻水。 但由于二氧化氯產(chǎn)品不穩(wěn)定， 運(yùn)輸時(shí)容易 發(fā)生爆炸事故，限制了其廣泛的應(yīng)用。針對(duì)這種情況人們采取現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生CI02、開發(fā)穩(wěn)定性二氧化氯 等措施，克服了這一難題。目前國內(nèi)采用的現(xiàn)場(chǎng)CIO2發(fā)生裝置主要有 電解CIO2發(fā)生裝置和化學(xué)法CIO2發(fā)生裝置兩類2。70年代美國百

3、合 興國際化學(xué)有限公司開發(fā)出穩(wěn)定性二氧化氯（BC 98）。我國也于 80 年代后期開發(fā)出了這一產(chǎn)品。1.1.3 臭氧。 80 年代末，臭氧作為一種殺菌劑應(yīng)用于冷卻水系統(tǒng)受 到人們的廣泛關(guān)注。 由于臭氧所具有的一些優(yōu)越性是傳統(tǒng)的化學(xué)藥劑 所無法比擬的，目前，國外已將臭氧廣泛地應(yīng)用于冷卻水處理中。使 用結(jié)果表明， 采用臭氧處理的系統(tǒng)可在高濃縮倍數(shù)下， 甚至在零排污 下運(yùn)行。處理成本低于傳統(tǒng)的化學(xué)處理法。 在這方面我國尚處于起步 階段。1.1.4 過氧化物。近些年來過氧化氫作為工業(yè)水處理的殺菌劑引起人 們注意。使用過氧化氫的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它不會(huì)形成有害的分解產(chǎn)物。 但 它存在著在低溫和低濃度下活性較低，

4、 且可被過氧化氫酶和過氧化物 酶分解的缺點(diǎn)。 過氧醋酸克服了過氧化氫的缺點(diǎn)。 過氧醋酸以前只用 于美國的食品工業(yè)。最近，F(xiàn)MC公司收到了環(huán)保局（EPA的注冊(cè)證， 其組成為 5的過氧醋酸配方產(chǎn)品，可用作工業(yè)水處理殺生劑。由于 其具有快速、廣譜、高效的殺菌性，分解產(chǎn)物無毒、對(duì)環(huán)境友好等特 點(diǎn)，展示了良好的應(yīng)用前景。 Jeffreg F. 等人的試驗(yàn)表明 3 ，過氧 醋酸與冷卻水中一些常用的阻垢緩蝕劑， 具有很好的相容性。 效果比 較試驗(yàn)表明，過氧醋酸的性能優(yōu)于戊二醛和異噻唑啉酮。1.1.5 溴類殺菌劑 4-6 。目前在殺生劑市場(chǎng)出現(xiàn)以溴代氯的趨勢(shì)。 出現(xiàn)這一現(xiàn)象并不是偶然的。 試驗(yàn)室的評(píng)估結(jié)果表明

5、： 溴在 pH8.0 以 上時(shí)較氯有更高的殺生活性； 在一些存在有工藝污染如有機(jī)物或氨污 染的系統(tǒng)中，溴的殺生活性高于氯；游離溴和溴化合物衰變速率快， 對(duì)環(huán)境的污染小。目前，人們常用的溴類殺菌劑主要有以下幾種： 鹵化海因：主要有溴氯二甲基海因（BCDM、二溴二甲基海 因（DBDMH、溴氯甲乙基海因（BCMEH等。有報(bào)道表明，BCME效 果最佳，0.45kg （1 磅）BCME相當(dāng)于 3.18kg （7磅）CI2； 活性溴化物：為由NaBr,經(jīng)氯源（HOC）活化而制得的液 體或固體產(chǎn)物。特點(diǎn)是可大幅度降低氯的用量， 并相應(yīng)降低總余氯量； 氯化溴： 是一種高度活潑的液體, 需由加料系統(tǒng)加到水中,

6、因其危險(xiǎn)性較大,限制了其推廣應(yīng)用。1.2 非氧化性殺生劑1.2.1異噻唑啉酮。是一類衍生物的通稱，Rohma nd Hass公司對(duì)其進(jìn)行廣泛的研究, 申請(qǐng)了一些專利 7-8 。它的常用組份為 2-甲基-4- 異喧唑啉-3- 酮和5-氯-2- 甲基-4- 異噻唑啉-3- 酮，商品異噻唑啉酮 是兩者 1： 3 的混合物。其殺菌性能具有廣譜性，同時(shí)對(duì)粘泥也有殺 滅作用。在低濃度下有效，一般有效濃度在 0.5mg/ L,就能很好地 控制細(xì)菌的生長(zhǎng)。混溶性好，能與氯、緩蝕劑、阻垢分散劑和大多數(shù) 陰離子、陽離子和非離子表面活性劑等相容。對(duì)環(huán)境無害，該藥劑在 水溶液中降解速度快。對(duì)pH值適用范圍廣，一般pH

7、值在5.59.5均能適用。同時(shí) 具有投藥間隔時(shí)間長(zhǎng)，不起泡等優(yōu)點(diǎn)。 80 年代中后期我國也有多家 單位研制出類似國外的同類產(chǎn)品， 并投人生產(chǎn)。 在循環(huán)冷卻水中的應(yīng) 用日益廣泛。1.2.2 戊二醛是另一種非氧化性殺菌劑。 國內(nèi)已開始使用， 其特點(diǎn)是 幾乎無毒，使用pH范圍寬，耐較高溫度，是殺硫酸鹽還原菌的特效 藥劑，本身可以生物降解， 其缺點(diǎn)是與氨、胺類化合物發(fā)生反應(yīng)而失 去活性，因此在漏氨嚴(yán)重的化肥廠不宜使用。 戊二醛價(jià)格昂貴使其應(yīng) 用受阻。目前正在開展復(fù)配降低其用量的研究。 LawrenceA.Grab 等 人的研究表明 9，戊二醛和季銨鹽復(fù)配可大幅度降低成二醛的用 量。1.2.3 季銨鹽。

8、除具有廣譜、高效的殺菌性能外。還有對(duì)菌藻污泥的剝離作用。早期的季鉸鹽以烷基二甲基芐 基氯化銨為代表。 目前國內(nèi)冷卻水系統(tǒng)廣泛使用的潔爾滅和新潔爾滅均屬于此類產(chǎn)品。 隨著時(shí)間的推移和技術(shù)進(jìn)步。 該類季鉸鹽不足之處 也逐步顯現(xiàn)出來。 主要表現(xiàn)在藥劑持續(xù)時(shí)間短、 細(xì)菌易于對(duì)其產(chǎn)生抗 藥性。使用劑量大（ 100mgL 以上）。費(fèi)用高，且使用時(shí)泡沫多。 不易清除等缺點(diǎn)。為了克服上述缺點(diǎn)，國外又先后開發(fā)出了有代表性的一些季 銨鹽新品種，如雙烷基季銨鹽。雙季鉸鹽、聚季銨鹽等。雙烷基季鉸 鹽以雙烷基二甲基氯化銨為代表，其中雙烷基鏈長(zhǎng)為C8- C12的產(chǎn)品，具有優(yōu)良的抗菌性，該產(chǎn)品具有投藥濃度低、藥效持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)

9、、 滅菌效果好、泡沫少、合成工藝簡(jiǎn)單、成本低等優(yōu)點(diǎn)。另外，據(jù)報(bào)道雙烷基季銨鹽與烷基二甲基芐基氯化銨復(fù)配可 大幅度提高它們的殺菌性能 10 。這類產(chǎn)品在國內(nèi)已有初步的生產(chǎn)和 應(yīng)用。DiZ等人11于1994年報(bào)道的化合物，帶有雙季鉸鹽的結(jié)構(gòu)， 它具有高效、廣譜的抗菌性。水溶性的聚季銨鹽用作殺菌劑在水處理、 油田開采。食品及包裝材料等領(lǐng)域已經(jīng)有所應(yīng)用。 近年來的資料表明， 人們對(duì)聚季銨鹽的研究已由早期的制作水溶性聚合物轉(zhuǎn)向制作不溶 性聚合物方向發(fā)展，以改善殺菌劑的性能，降低它對(duì)環(huán)境、人畜的毒 害。一般通過將季銨鹽聚合， 或?qū)⑵涔潭ㄔ诟叻肿虞d體上制成水不溶 性聚合物殺菌劑。 如文獻(xiàn) 12 報(bào)道的以聚苯

10、乙烯或交聯(lián)聚苯乙烯的氯 甲基化物等為載體進(jìn)行季銨化，所得到的聚季銨鹽水不溶性聚合物， 當(dāng)初始菌懸液細(xì)菌數(shù)約為5X 108個(gè)/ L的水，以1012mLZmin的流 速流經(jīng)聚合物樹脂床時(shí)細(xì)菌存活率為 0%1 %。該樹脂失活后，可再生使用，具有長(zhǎng)效性。 可以預(yù)計(jì)這類聚合物在冷卻水處理領(lǐng)域具有 廣闊的應(yīng)用前景。1.2.4 季磷鹽。1990年Gramham旨出13，殺生劑研究的最新進(jìn)展之一是季 磷鹽的出現(xiàn)。 這類化合物與季銨鹽有著相似的結(jié)構(gòu)， 只是用磷陽離子 代替氮陽離子。例如THPS（四羥烷基硫酸磷）、THPC（四羥烷基氯 化磷）。THPS用作殺生劑，迄今雖對(duì)其各種性能參數(shù)的認(rèn)識(shí)并不全 面，但它用于工

11、業(yè)水處理及油田水處理確實(shí)具有高效?？焖佟V譜， 對(duì)環(huán)境、魚類具有低毒， 易生物降解和使用方便等優(yōu)點(diǎn)。 有研究表明， 用于工業(yè)水處理，使用 50卩g/g THPS, 在 6h內(nèi)能將2.5 x 105SR mL殺滅到2.7 x 103SRy mL早期的季磷鹽主要帶有三苯基膦的結(jié)構(gòu)， 已初步顯示出好的抗菌性。如 1987年P(guān)ernak等報(bào)道的 ph3P+CH2ORCJ-式中Ph為苯基，當(dāng)式中R為碳數(shù)11的烷基鏈時(shí)， 則有最佳的抗菌活性 14 。 Akihiko 。等研究的帶有單、雙長(zhǎng)烷基鏈 的季磷鹽具有更佳的抗菌活性 15、 16。國內(nèi)于 90年代初開始由石 化企業(yè)弓 l 進(jìn)使用該類產(chǎn)品。 1992

12、年石化科學(xué)研究院開發(fā)出了類似 于國外B350 （十四烷基三了基氯化磷）的季磷鹽產(chǎn)品，并已在循 環(huán)冷卻水系統(tǒng)中推廣使用。1.2.5 其它種類的非氧化性殺生劑。 目前市場(chǎng)上常見的非氧化性殺生 劑還有氯酚類、有機(jī)錫化合物、有機(jī)硫化合物（異唑啉酮前已述）、 銅鹽等。氯酚類殺生劑國內(nèi)生產(chǎn)的有以雙氯酚（ 2， 2二羥基 5，5二氯苯甲烷）為主的復(fù)合殺生劑。該類殺生劑由于其毒性 大，易污染環(huán)境水體，故近年來已逐漸被淘汰。有機(jī)錫化合物在堿性 州值范圍內(nèi)的效果最好。 它們常與季銨鹽或有機(jī)胺類復(fù)配成復(fù)合殺生 劑以改善其分散性。實(shí)踐證明，這類復(fù)合殺生劑還有增效作用。該類 殺生劑目前國內(nèi)沒有生產(chǎn)。有機(jī)硫化合物類殺生劑

13、中目前國內(nèi)使用較普遍的有二硫氰基甲烷、 大蒜素（硫酮類化合物）。許多有機(jī)硫化合物殺生劑對(duì)于真菌、粘泥 形成菌，尤其是硫酸鹽還原菌十分有效。2 冷卻水用殺菌劑發(fā)展方向開發(fā)具有廣譜、高效、低毒、性能價(jià)格高、對(duì)環(huán)境友好的 冷卻水用殺菌劑是今后發(fā)展的必然趨勢(shì)。 正確解決環(huán)境安全與殺生效 果之間的矛盾是殺生劑領(lǐng)域所面臨的挑戰(zhàn)。從目前國際殺菌劑市場(chǎng)的特點(diǎn)來看，是繼續(xù)遠(yuǎn)離氯氣和氯化 產(chǎn)物向比較安全的替代產(chǎn)品轉(zhuǎn)移。據(jù)文獻(xiàn) 17報(bào)道， 1995 年美國殺菌劑和氧化劑的銷售額達(dá) 到 1 億 5 千萬美元。其中有機(jī)硫化物和季鉸化合物約占市場(chǎng)的2 3。1995年，有機(jī)硫化合物的消耗達(dá) 1910 萬磅，價(jià)值 4000萬

14、美元。其 中50%60%用于冷卻水處理。預(yù)計(jì)今后有機(jī)硫化合物將以4%的年 增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。Robm and Hass公司的有機(jī)硫化合物Kaho WT（異 噻唑啉酮）是最暢銷的產(chǎn)品。該公司所開發(fā)的4, 5二氯-2n-辛 烷-4- 異噻唑啉酮 -3- 酮（ DCO）I 曾獲“美國總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)”。 二硫氰基甲烷預(yù)計(jì)銷量要下降，因該產(chǎn)品在高 pH下殺菌活性降低。 而氯酚等對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重的殺生劑品種正逐步被淘汰。季銨化合物 1995年總消耗為 3710萬磅，價(jià)值 6900萬美元，其中約有 220 萬磅 用于冷卻水處理，年增長(zhǎng)率約 2，其它殺菌劑，如 Union Carbide 公司的成二醛、DOV公司

15、的二溴氮川；丙酰胺（DBNP）、（Great Lakes 和 Lonia 公司的溴代海因、 Elf Atochem morth America 公司的三丁 基氧化錫也是市場(chǎng)上出售的殺菌劑品種。在殺生劑市場(chǎng)中，對(duì)氯的管制正為其它氧化性殺生劑敞開大 門，如溴、臭氧、二氧化氯和過氧化氫等。美國用于殺菌劑溴的消耗 量1993年為7.7t以每年5%6%的速度增長(zhǎng)。臭氧在替代氯氣方 面獲得了一定市場(chǎng)。 目前它的市場(chǎng)份額雖然遠(yuǎn)比其它殺生劑小， 但增 長(zhǎng)很快。3 我國冷卻水用殺菌劑發(fā)展方向 冷卻水系統(tǒng)中微牛物種類的多樣性，決定了殺生劑種類的 多樣性。在這方面我國與國外的差距明顯， 國際市場(chǎng)已有的一些殺菌 劑種

16、類中我國能生產(chǎn)的不多， 即使那些能生產(chǎn)的如季銨鹽、 有機(jī)硫化 合物等，品種也較單一。因此今后應(yīng)加大這方面的投入，擴(kuò)大我們的 殺生劑品種。 加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究，提高創(chuàng)新意識(shí)。隨著冷卻水處理配方向堿性處理方案過渡和人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，對(duì)一些傳統(tǒng)的殺菌劑提 出了挑戰(zhàn)。我們應(yīng)把此作為機(jī)遇，努力開發(fā)新型的替代產(chǎn)品。 提高我們的應(yīng)用水平。在現(xiàn)有殺菌劑品種的基礎(chǔ)上，開發(fā) 復(fù)配產(chǎn)品，最大限度的發(fā)揮現(xiàn)有品種的潛力。 開發(fā)有針對(duì)性的特效殺生劑品種。循環(huán)式活性污泥法（C-TECH）- 種高效經(jīng)濟(jì)的城市污水除磷脫氮工藝1前言隨著污水處理除氮脫磷要求的不斷提高，污水處理工藝及其運(yùn)行 日益復(fù)雜化，污水處理的投資及其運(yùn)行費(fèi)用

17、也隨之越來越高，因此如何在滿足處理要求的前提下，簡(jiǎn)化工藝流程，減少工程投資和運(yùn)行費(fèi) 用，是世界各國所面臨的一個(gè)共同課題。下面簡(jiǎn)要介紹由Goro nszy教授和奧地利SFC環(huán)境工程有限公司開發(fā)、推廣應(yīng)用的循環(huán)式活性污 泥法工藝（簡(jiǎn)稱C-TECH工藝）。循環(huán)式活性污泥法工藝在其優(yōu)異的 除氮脫磷性能基礎(chǔ)上，能大大地簡(jiǎn)化工藝流程，減少工程投資和運(yùn)行 費(fèi)用，是目前國際上較為先進(jìn)的一種城市污水除磷脫氮工藝。循環(huán)式活性污泥法（Cyclic Activated Sludge Technology, 簡(jiǎn) 稱C-TECHT藝）為一間隙式反應(yīng)器，在此反應(yīng)器中活性污泥法過程 按曝氣和非曝氣階段不斷重復(fù)進(jìn)行。該法將生物

18、反應(yīng)過程和泥水分離過程結(jié)合在一個(gè)池子中進(jìn)行。C-TECH方法是一種”充水和排水”活性 污泥法系統(tǒng)，廢水按一定的周期和階段得到處理，故C-TECH方法是SBR工藝的一種變型。C-TECHT藝在七十年代開始得到研究和應(yīng)用， 隨著電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用和自動(dòng)化控制的日益普及，間隙運(yùn)行的 C-TECH 工藝由于其投資和運(yùn)行費(fèi)用低處理性能高超， 尤其是其優(yōu)異的脫氮除 磷功能而越來越得到重視， 該工藝已廣泛應(yīng)用于城市污水和各種工業(yè) 廢水的處理。本文將簡(jiǎn)要介紹循環(huán)式活性污泥法（C-TECH）的主要特性及其在 大型城市污水處理廠除氮脫磷方面的應(yīng)用。2循環(huán)式活性污泥法工藝（C-TECHE藝）的基本組成及運(yùn)行方式2.1

19、C-TECH 工藝的組循環(huán)式活性污泥法 （Cyclic Activated Sludge Technology ，簡(jiǎn) 稱C-TECH工藝）是間隙式活性污泥法（SBR法）的一種變型。該工藝將 可變?nèi)莘e活性污泥法過程和生物選擇器原理進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合。 在循環(huán) 式活性污泥法（C-TECH）中，每一操作循環(huán)包括進(jìn)水-曝氣階段、沉淀 階段、撇水階段和閑置階段等幾個(gè)過程。在操作循環(huán)的曝氣階段 （同 時(shí)進(jìn)水 ） 一步完成生物降解過程 （ 包括降解有機(jī)物、 硝化 / 反硝化、 生 物除磷等過程 ）；在非曝氣階段完成泥水分離功能。排水裝置系移動(dòng) 式撇水堰，籍此可將每一循環(huán)操作中所處理的廢水經(jīng)沉淀階段后排出 系統(tǒng)。

20、圖1表示單池或多池C-TECH系統(tǒng)的各個(gè)循環(huán)操作過程，包 括進(jìn)水曝氣階段、 固液分離階段和撇水階段等步驟。 當(dāng)撇水結(jié)束后撇水階段尚有多余的時(shí)間可供支配時(shí)，可設(shè)置進(jìn)水 - 閑置階段。從圖 1也可看出C-TECH系統(tǒng)中生物選擇器和主反應(yīng)區(qū)之間的相互聯(lián)系。2.1.1 生物選擇器在循環(huán)式活性污泥法工藝中設(shè)有生物選擇器 ,在此選擇器中 , 廢 水中的溶解性有機(jī)物質(zhì)能通過酶反應(yīng)機(jī)理而迅速去除。 選擇器可以恒 定容積也可以可變?nèi)莘e運(yùn)行。 污泥回流液中所含有的硝酸鹽可在此選 擇器中得以反硝化。選擇器的最基本功能是防止產(chǎn)生污泥膨脹。2.1.2 主曝氣區(qū)在循環(huán)式活性污泥法工藝的主曝氣區(qū)進(jìn)行曝氣供氧， 主要完成降

21、解有機(jī)物和同時(shí)硝化 /反硝化( simultaneous nitrification/denitrification )過程。循環(huán)式活性污泥法工藝操作循環(huán)過程4L水ng藝（裡:ft#*昨H理鬥韭j進(jìn)術(shù)-隔莖防枚F*盤7葉槽此和D（觀屯綽運(yùn)布冊(cè)朮罰戲】崔術(shù)附皿也幣屯a.Z-Aijum 弋城幵皓階川沉法曲4土撻盒 出水和朋花階屋弄搐圖1匚-TECH聚統(tǒng)的確環(huán)操作過程2.1.3污泥回流/排除剩余污泥系統(tǒng)在池子的未端設(shè)有潛水泵，污泥通過此潛水泵不斷地從主曝氣區(qū) 抽送至選擇器中（污泥回流量約為進(jìn)水流量的20 %左右）。所設(shè)置的 剩余污泥泵在沉淀階段結(jié)束后將工藝過程中產(chǎn)生的剩余污泥排出系 統(tǒng)。剩余污泥的濃

22、度一般為10 g/l左右。2.1.4撇水裝置在池子的未端設(shè)有由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的可升降的撇水堰， 以排出處理出 水。 撇水裝置及其它操作過程如溶解氧和排泥等均實(shí)行中央自動(dòng)控 制。2.2 工藝的運(yùn)行方式和運(yùn)行階段在循環(huán)式活性污泥法系統(tǒng)中， 一般至少設(shè)二個(gè)池子， 以使系統(tǒng)能 處理連續(xù)的進(jìn)水。為此，在第一個(gè)池子中進(jìn)行沉淀和撇水時(shí)，在第二 個(gè)池子中同時(shí)進(jìn)行進(jìn)水和曝氣過程， 反之亦然。 為避免充入池子的進(jìn) 水通過短流影響處理水質(zhì)量，在工藝執(zhí)行沉淀、撇水過程時(shí)，一般需 中斷進(jìn)水。 在設(shè)有四個(gè)池子的系統(tǒng)中， 通過合理地選擇各個(gè)池子的循 環(huán)過程，可以產(chǎn)生連續(xù)均勻的出水。根據(jù)處理出水要求， 系統(tǒng)可以多種不同的適合進(jìn)水實(shí)

23、際情況的循 環(huán)過程進(jìn)行運(yùn)行。 另外，為進(jìn)行硝化和反硝化或除磷也可以選擇不同 的循環(huán)操作。循環(huán)式活性污泥法系統(tǒng)簡(jiǎn)單地按曝氣和非曝氣階段進(jìn)行運(yùn)行， 系 統(tǒng)通過時(shí)間開關(guān)加以控制，每一循環(huán)的出水量是變化的。根據(jù)生產(chǎn)性裝置的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)， 在旱流流量條件下， 循環(huán)式活性污 泥法系統(tǒng)以 4 小時(shí)循環(huán)周期能達(dá)到最佳的處理效果 （2 小時(shí)曝氣，2 小 時(shí)非曝氣 ） 。在負(fù)荷較低時(shí)，可以調(diào)整循環(huán)中各個(gè)階段的時(shí)間分配以 適應(yīng)此時(shí)的水力和有機(jī)負(fù)荷。如實(shí)際負(fù)荷僅為設(shè)計(jì)負(fù)荷的 50%，則在 4小時(shí)循環(huán)周期中， 可采用 1 小時(shí)曝氣， 3小時(shí)關(guān)閉曝氣的方式運(yùn)行。 另外，還可考慮 6小時(shí)和 8小時(shí)循環(huán)周期。每一循環(huán)具體可劃分為

24、下列階段 :(1) 充水 / 曝氣(2) 沉淀(3) 撇水(4) 閑置 (隨具體運(yùn)行情況而定 )運(yùn)行階段 1：曝氣階段在曝氣階段，池子同時(shí)進(jìn)水， 在進(jìn)水負(fù)荷較低時(shí)可適當(dāng)縮短曝氣 時(shí)間，也可采用 6 小時(shí)循環(huán)系統(tǒng)，其中 1 小時(shí)沉淀， 1 小時(shí)撇水 , 這 種根據(jù)進(jìn)水負(fù)荷來調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)所表現(xiàn)的靈活性是其他連續(xù)流系統(tǒng) 所無法相比的。運(yùn)行階段 2：沉淀階段在此階段 , 系統(tǒng)停止曝氣和進(jìn)水，此時(shí)進(jìn)水可直接轉(zhuǎn)換到另一個(gè) 池子。由于在沉淀階段無水力干擾因素存在， 因而可以在池子中形成 有利于沉淀的條件。污泥絮體在池子中沉淀下來，并形成污泥層，污 泥層不斷下沉，在其上方形成上清液。在曝氣階段 , 池子中污泥

25、呈均 勻分布狀態(tài)，曝氣停止后， 在池子中泥水混合液尚有部分殘余混合能 量，因此在沉淀階段開始時(shí)， 污泥顆粒利用這部分殘余能量進(jìn)行絮凝 過程。在此混合能量消耗完后，污泥形成一邊界層，并以成層沉淀的 方式進(jìn)行沉淀。在沉淀開始時(shí)，污泥沉速較慢，之后逐漸增加，在污 泥進(jìn)入池底壓縮區(qū)時(shí)，沉速又逐漸減慢。污泥的沉降速度主要取決于沉降開始時(shí)的污泥濃度，池子深度， 池子表面積以及污泥的沉降性能。 沉淀后污泥濃度可達(dá) 10 g/l 左右。運(yùn)行階段 3：撇水階段在撇水階段移動(dòng)撇水堰沿給定軌道以較高的速度降到水面， 在與 水面接觸后， 撇水裝置的下降速度即轉(zhuǎn)換到正常下降速度， 當(dāng)撇水裝 置下降到最低水位后， 再返回

26、到初始狀態(tài)。撇水堰渠的前部設(shè)有擋板， 可以避免將水面可能存在的浮渣 （泥） 隨出水一起排出。運(yùn)行階段 4：閑置階段在實(shí)際操作中， 撇水所需的時(shí)間往往小于理論設(shè)計(jì)最大時(shí)間， 故 撇水完成后剩余的時(shí)間即可作為閑置階段，此階段可以進(jìn)行充水 （ 不 曝氣）或其它反應(yīng)過程。在撇水器返回初始狀態(tài)三分鐘后，即開始作 為閑置階段。3 工藝基本原理3.1 生物選擇器與傳統(tǒng)意義的SBR反應(yīng)器不同，C-TECH工藝在進(jìn)水階段中不設(shè) 單純的充水過程或厭氧進(jìn)水和缺氧進(jìn)水混合過程。另外，C-TECH工藝不同于SBR法的一個(gè)重要特性在于在反應(yīng)器的進(jìn)水處設(shè)置一生物 選擇器。生物選擇器是一容積較小的污水污泥接觸區(qū)， 在此接觸區(qū)

27、內(nèi)， 進(jìn)入反應(yīng)器的污水和從主反應(yīng)區(qū)內(nèi)回流的活性污泥相互混合接觸。 生 物選擇器的設(shè)置嚴(yán)格遵循活性污泥種群組成動(dòng)力學(xué)的有關(guān)規(guī)律， 創(chuàng)造 合適的微生物生長(zhǎng)條件并選擇出絮凝性細(xì)菌。 生物選擇器的機(jī)理和作 用在七十年代和八十年代分別由 Chudoba和Wanner進(jìn)行了深入的研 究。大量研究結(jié)果表明， 設(shè)計(jì)合理的生物選擇器可有效地抑制絲狀性 細(xì)菌的大量繁殖，克服污泥膨脹，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。活性污泥的絮體負(fù)荷So/Xo（即基質(zhì)濃度So和活性微生物濃度Xo 的比值 ）對(duì)系統(tǒng)中活性污泥的種群組成有較大的影響，較高的污泥絮體負(fù)荷將有助于絮凝性細(xì)菌的生長(zhǎng)和繁殖。傳統(tǒng)SBR工藝中，為防止可能發(fā)生的污泥膨脹， 往往

28、在循環(huán)過程中， 通過快速進(jìn)水的方式使系 統(tǒng)在某一時(shí)段內(nèi)產(chǎn)生較高的污泥絮體負(fù)荷。 因此傳統(tǒng)SBR工藝中反應(yīng) 池的進(jìn)水模式和方案對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行有很大的影響。在C-TECH工藝中，由于在池子首部設(shè)置有生物選擇器， 使得活性污泥不斷地在選 擇器中經(jīng)歷一高絮體負(fù)荷階段，從而有利于系統(tǒng)中絮凝性細(xì)菌的生 長(zhǎng)。此外，在選擇器中較高的污泥絮體負(fù)荷可以提高污泥活性，使其 能快速地去除廢水中的溶解性易降解基質(zhì)。一般地 , 由于溶解性易降 解基質(zhì)較有利于絲狀性細(xì)菌的生長(zhǎng)， 因此在選擇器中迅速地去除這部 分基質(zhì)，可進(jìn)一步有效地抑制絲狀性細(xì)菌的生長(zhǎng)和繁殖。 由于 C-TECH 工藝的這些特性， 可使整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行不取決

29、于污水處理廠的進(jìn)水情 況，可以在任意進(jìn)水速率并且池子在完全混合的條件下運(yùn)行而不會(huì)發(fā) 生污泥膨脹。3.2 同步硝化反硝化和生物除磷C-TECH工藝中的池子構(gòu)造和操作方式可允許在一個(gè)循環(huán)中同時(shí) 完成硝化和反硝化過程。C-TECH系統(tǒng)的一個(gè)重要特性是在工藝過程 中不設(shè)缺氧混合階段的條件下， 高效地進(jìn)行硝化和反硝化， 從而達(dá)到 深度去除氮的目的（見表3）。在C-TECH工藝中，硝化和反硝化在曝 氣階段同時(shí)進(jìn)行 （co-currently or simultaneously） 。運(yùn)行時(shí)控制供 氧強(qiáng)度以及曝氣池中溶解氧濃度 ,使絮體的外周能保證有一個(gè)好氧環(huán)境進(jìn)行硝化，由于溶解氧濃度得到控制，氧在污泥絮體內(nèi)

30、部的滲透?jìng)?遞作用受到限制，而較高的硝酸鹽濃度（梯度）則能較好地滲透到絮體 的內(nèi)部，因此在絮體內(nèi)部能有效地進(jìn)行反硝化過程。另外，在曝氣停 止后的非曝氣階段中，沉淀污泥床中也存在有一定的反硝化作用。 通 過污泥回流，將部分硝酸鹽氮帶入設(shè)在池首的生物選擇器中，因此在選擇器中也有部分反硝化功能。表3 C-TECH工藝的除氮脫磷效果（85%累積頻率值，水溫為8.3度,污泥泥齡為20天）BOE(mg/1)COD(mg/l)TKN(mg/l)T-P(mg/l)NQN(mg/I)Nh4-N(mg/I)PC4-P(mg/I)進(jìn)水3906506310-出水-6.32.22.54.52.0C-TECH系統(tǒng)中通過曝

31、氣和非曝氣階段使活性污泥不斷地經(jīng)過好 氧和厭氧的循環(huán)，這些反應(yīng)條件將有利于聚磷細(xì)菌在系統(tǒng)中的生長(zhǎng)和 累積。因此C-TECH系統(tǒng)具有生物除磷的功能。生物除磷的效果很大 程度上取決于進(jìn)水中所含有的易降解基質(zhì)的含量。在C-TECHE藝的選擇器中活性污泥通過快速酶去除機(jī)理吸附和吸收大量易降解的溶解性基質(zhì)，這些吸附和吸收的易降解基質(zhì)可用于后續(xù)的生物除磷過 程，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的生物除磷功能起著非常重要的作用。根據(jù)Goronszy等人的研究，當(dāng)微生物體內(nèi)吸附和吸收大量易降解物質(zhì)而且處在氧化 還原電位為+100 mV至 -150 mV的交替變化的環(huán)境中時(shí)，系統(tǒng)可具 有良好的生物除磷功能。圖2及圖3所示為典型C-T

32、ECH虧水廠在進(jìn)水曝氣階段氨氮濃度 硝酸鹽氮濃度以及溶解氧濃度的典型變化曲線。圖2 C-TECH污水廠在進(jìn)水曝氣階段氨氮儂度硝酸鹽氮械度 以廉濬解氧橄度的典型芟化曲線圖3 C-TECH污水廠在進(jìn)水曝r階段滝解氧濃度的典型變化曲線3.3工藝控制方式C-TECHC藝中的池子流態(tài)呈完全混合式，通過溶解氧探頭測(cè)定池 子中曝氣階段開始時(shí)和曝氣階段結(jié)束時(shí)的溶解氧變化情況， 從而可在 生產(chǎn)性裝置上直接測(cè)得活性污泥的呼吸速率，所測(cè)得的污泥呼吸速率將直接作為調(diào)節(jié)曝氣階段曝氣強(qiáng)度和排除剩余污泥量的控制參數(shù)。 由 于這種控制方式能使池子中的溶解氧濃度與工藝要求相一致， 故能最 大程度地減少曝氣所需的能耗。4 C-T

33、ECH 工藝除磷脫氮應(yīng)用實(shí)例自七十年代以來， 對(duì)循環(huán)式活性污泥法的機(jī)理及其應(yīng)用進(jìn)行了大 量的研究和開發(fā)工作，工藝技術(shù)和設(shè)備不斷地得到完善，目前，循環(huán) 式活性污泥法工藝在美國、澳大利亞、歐洲、亞洲等國的很多污水處 理廠尤其在深度脫氮除磷方面得到大量應(yīng)用。迄今為止，操作循環(huán)為4小時(shí)的C-TECH系統(tǒng)已成功地應(yīng)用于日 處理從500人口當(dāng)量（120m3/d）至400000人口當(dāng)量（210000m/d） 規(guī)模 的污水處理廠。目前已經(jīng)投入運(yùn)行的最大的可變?nèi)莘e活性污泥法污水廠 （采用C-TECHE藝）為澳大利亞的Quakers Hill污水處理廠，該廠擬進(jìn)行 分期建設(shè)，全部建成后，共有五組 C-TECH池子

34、。設(shè)計(jì)時(shí)采用模塊布 置方法，根據(jù)進(jìn)水水量情況逐步建成。目前已有二組C-TECH池子投入運(yùn)行，每組池子長(zhǎng)度為131 m 寬度為76 m池子表面積達(dá)9956吊。 每組C-TECH池子的進(jìn)水端設(shè)有生物選擇器，位于池子中部污泥回流 泵（靠池壁設(shè)置）將主反應(yīng)區(qū)的活性污泥回流至生物選擇器并與污水 混合接觸， 選擇器的平均水力停留時(shí)間為 1.0 小時(shí)（包括回流量）。選 擇器的運(yùn)行可分為曝氣和不曝氣二種方式。 處理出水通過 5個(gè)同步運(yùn) 行的撇水裝置排出系統(tǒng)， 各個(gè)撇水器的撇水速率保持相等。 每一操作循環(huán)為4小時(shí)，其中曝氣時(shí)間為2小時(shí)。撇水速率為13毫米/分鐘 每一組C-TECH也子的處理能力為100000人口

35、當(dāng)量。采用管式橡膠膜 曝氣裝置進(jìn)行曝氣和混合。該廠已運(yùn)行五年，其運(yùn)行結(jié)果見表 4。從 該表可看出，C-TECHE藝具有非常高超的除磷脫氮效果。表4澳大利亞Quakers Hill污水處理廠設(shè)計(jì)及運(yùn)行出水值比較設(shè)計(jì)值實(shí)際運(yùn)行結(jié)果出水指標(biāo)50%累積頻率(mg/l)90%累積頻率(mg/l)50%累積頻率(mg/l)90%累積頻率(mg/l)BOD15251015SS153059NH-N120.51.1TN15-1-TP1-0.8-SVI(ml/g)150-53-澳大利亞Black Rock污水處理廠也是一個(gè)采用C-TECHE藝的污 水處理廠,共設(shè)四個(gè)C-TECH池子，每個(gè)池子長(zhǎng)為120米，寬為60

36、米, 池子表面積為7200平方米,池子設(shè)計(jì)最大水深為5米.該廠最大日處 理能力可達(dá) 210000 m/d. 進(jìn)水 BOM 370 mg/l, SS為 360 mg/l,TKN 為63 mg/l, TP為8.6 mg/l.安裝在池子底部的圓盤式橡膠膜曝氣系統(tǒng)提供曝氣和混合。在C-TECH也子中也結(jié)合有生物選擇器.每個(gè)池子 設(shè)置八臺(tái)同步運(yùn)行可同時(shí)升降的長(zhǎng)度各為 10米的撇水裝置.在設(shè)計(jì) 該廠時(shí)進(jìn)行了為期一年的中試試驗(yàn)。聯(lián)邦德國波茨坦(Potsdam)污水處理廠設(shè)計(jì)平均日處理量為21082 m/d，最大設(shè)計(jì)小時(shí)流量為2490 m/h。在旱流流量條件下循 環(huán)周期為4小時(shí)，在雨天流量下為3小時(shí)。系統(tǒng)共設(shè)4個(gè)C-TECH單 元，內(nèi)置于2個(gè)圓形池子中，每個(gè)池子的直徑為 52m最大設(shè)計(jì)水深 為5.5m。由于該廠進(jìn)水泵提升能力過大，對(duì)后續(xù)生物處理段造成很 大的沖擊，其進(jìn)水氮的負(fù)荷波動(dòng)高達(dá) 4倍以上，見圖4。2G0C 10050lrllunl Loads cf totalsamplesvcAwazt卄“ “F 叭e 、冃i一、T-y月hr * ii ft* i bi -! t smn * ! r 1 : ! -p-R r I I 宮M色宮合倉譽(yù)h卅只 P R S ft 5 S g左山對(duì)戸七檔亶g畫 p *2 =