孫仲平¹，尹衛(wèi)紅²，李正明³
(1.同濟(jì)大學(xué)污染控制與資源化研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200092；
2.河南省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，河南 鄭州45000023.上海市政工程設(shè)計(jì)研究院，上海200092）

　　摘　要：卡波菲爾反應(yīng)器是根據(jù)亨利定律及水力混合的原理設(shè)計(jì)的新型曝氣裝置，由于氧轉(zhuǎn)移率、充氧能力、和氧利用率的提高而降低處理費(fèi)用和提高處理效率。該技術(shù)用于處理CODcr 10－200 g／L，氨氮0.5－2.8 g/L的污水，去除率可達(dá)96%。適用于處理養(yǎng)畜、禽場、屠宰廠、食品加工等廢水的處理以及污泥好氧消化，具有占地小，電耗低，安裝管理方便等優(yōu)點(diǎn)，在歐洲環(huán)保領(lǐng)域得到迅速發(fā)展。
　　關(guān)鍵詞：廢水處理；卡波菲爾反應(yīng)器；曝氣；畜禽廢水；脂肪廢水；屠宰廢水；污泥處理
　　中圖分類號：X703
　　文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
　　文章編號：1009－2455（2001）02－0040－02

概述

　　隨著環(huán)保要求的提高，工業(yè)污水、生活污水的處理率越來越高，由污水處理產(chǎn)生的污泥量也越來越多，這些都需要高效率的污水、污泥處理設(shè)備。由法國卡波菲爾公司發(fā)明的卡波菲爾反應(yīng)器，是一種高效的污水、污泥處理設(shè)備，已在全世界70多個國家注冊專利，其中包括中國。

1 卡波菲爾反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)

　　卡波菲爾反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　該設(shè)備屬于活性污泥法技術(shù)，但卡波菲爾在活性污泥法的三個基本要素：微生物，有機(jī)物和氧氣的充分混合及接觸，對傳統(tǒng)的曝氣系統(tǒng)進(jìn)行了革命。根據(jù)亨利定律，氣體在水中的轉(zhuǎn)移及溶解隨水的深度增加而增加。但隨著深度的增加，曝氣設(shè)備的功率將提高，使電耗增加。卡波菲爾反應(yīng)器不同于常規(guī)的曝氣設(shè)備，其充氧設(shè)備的功率不隨水深的增加而增加，這一“常壓型”的曝氣有 效地提高了充氧能力。其內(nèi)部特殊的水力結(jié)構(gòu)，提高了活性污泥和氣泡的比表面積，從而大大提高了氧轉(zhuǎn)移率和氧利用率（％），以及混合強(qiáng)度[1]。

2 卡波菲爾反應(yīng)器的工藝特性

2.1 由于卡波菲爾反應(yīng)器改變了供氣方式，且內(nèi)部特殊的水力反應(yīng)系統(tǒng)，將微生物絮體和氣泡分散成極細(xì)的顆粒，從而大大提高了氧轉(zhuǎn)移率、充氧能力、氧利用率和混合強(qiáng)度。與傳統(tǒng)的曝氣方式相比，大大減少了降解CODcr以及NH₃－N的電耗。
2.2 由于反應(yīng)器中特殊的水力條件，微生物絮體在反應(yīng)器中的濃度可達(dá)30g／L，而常規(guī)的活性曝氣池中的微生物濃度不超過3g／L，高出近十倍，從而大大縮小了反應(yīng)器體積。
2.3 卡波菲爾反應(yīng)器對畜禽排泄物進(jìn)行好氧處理，運(yùn)行溫度調(diào)節(jié)在35－55℃之間，水力停留時間僅需4-5d，處理后的殘余污水和泥無致病性微生物，穩(wěn)定、無臭、無害。如采用表面曝氣進(jìn)行好氧處理，理論上水力停留時間需大于40d。
2.4 與通常的油脂廢水生物降解處理工藝不同^[2]，卡波菲爾反應(yīng)器的運(yùn)行不需要專門菌種的馴化，當(dāng)廢水中含有大量的油類脂肪時，脂肪菌的繁殖占優(yōu)勢；當(dāng)廢水中含有大量的氨氮時，硝化菌與反硝化菌的增長將占主導(dǎo)地位。
2.5 由于卡波菲爾反應(yīng)器單體體積小，運(yùn)行管理方便，易于自動化，所以廢水處理站（廠），如肉聯(lián)廠、養(yǎng)豬廠、屠宰場以及城市污水處理廠通常無專人管理，或僅一人管理。
2.6 卡波菲爾反應(yīng)器適用于原有構(gòu)筑物因地制宜的改造，可減少投資費(fèi)用。

3 卡波菲爾反應(yīng)器的應(yīng)用領(lǐng)域

　　卡波菲爾反應(yīng)器最初是為處理污染濃度極高的廢水而設(shè)計(jì)的，如肉聯(lián)廠的脂肪廢水，養(yǎng)豬廠的糞便污水等。卡波菲爾反應(yīng)器目前逐漸被應(yīng)用到城市污水廠的污泥好氧消化甚至污水處理。其設(shè)計(jì)參數(shù)依據(jù)不同領(lǐng)域的主要污染指數(shù)，根據(jù)碳、氮、磷污染程度以及排放標(biāo)準(zhǔn)等來確定反應(yīng)器的主要工藝參數(shù)。
3.1 處理食品工業(yè)廢水
　　據(jù)法國《Environnement》對卡波菲爾反應(yīng)器的特別?？瘓?bào)道中指出^[3]，法國目前從食品工業(yè)和餐飲業(yè)產(chǎn)生的脂肪約4×105t/a，這些脂肪的最終處理以前一直是采用堆埋的方法。由于脂肪的生物難降解性和堆埋場地的不斷減少，導(dǎo)致脂肪廢物的最終處置問題?？úǚ茽柗磻?yīng)器給這個問題帶來了解決方法。通常，脂肪中的主要成分甘油脂被水解成甘油酸和脂肪酸，然后經(jīng)過微生物的好氧處理，將甘油酸和脂肪酸轉(zhuǎn)化成細(xì)胞物質(zhì)和CO₂?？úǚ茽柗磻?yīng)器對脂肪的處理既是將脂肪轉(zhuǎn)化為細(xì)胞物質(zhì)的生物反應(yīng)器，又可被視為脂肪菌的生物培養(yǎng)器?？úǚ茽柗磻?yīng)器對脂肪的處理打破了傳統(tǒng)的“廢水處理”的概念^[4]，因?yàn)檫M(jìn)入反應(yīng)器的CODcr、懸浮物和脂肪的濃度分別高達(dá)280g／L、89g／L、92g／L。卡波菲爾反應(yīng)器降解脂肪的另一個特點(diǎn)是隨著好氧反應(yīng)的進(jìn)行^[5]，反應(yīng)器內(nèi)的溫度可維持在35－45℃，這一方面可以使脂肪溶解，有利于生物降解，另一方面可降解在普通生物反應(yīng)器內(nèi)所不能降解的生油脂。法國的AUBRET公司是一家大型屠宰場（豬），以前一直被屠宰廢水中的油脂處理所困擾，特別是生油脂。自從采用了卡波菲爾反應(yīng)器后，其對油脂的降解率高達(dá)96％，剩余的4％積累在微生物細(xì)胞體內(nèi)。如在后續(xù)采用分離裝置，如二沉池等，則整個工藝的脂肪去除率將可達(dá)100％。
3.2 處理養(yǎng)畜、禽廢水
　　卡波菲爾反應(yīng)器的另一個主要應(yīng)用領(lǐng)域是畜禽廢水如豬、雞、鴨的排泄物處理。對豬的排泄廢物處理，主要是對排泄物中的氨氮進(jìn)行硝化和反硝化，卡波菲爾反應(yīng)器處理這類高濃度廢水的優(yōu)點(diǎn)是安裝、運(yùn)行簡單，可適應(yīng)各類不同的畜禽廢水。對于一個約2500頭出欄的養(yǎng)豬廠，僅需27立方米容積的卡波菲爾反應(yīng)器^[5]。在投資費(fèi)用上，由于其是“連泥帶水”一統(tǒng)處理，不需要初沉池，減少了投資費(fèi)用。畜禽廢水經(jīng)好氧降解后，糞便無臭、無害且易于分離，作農(nóng)灌和肥料。運(yùn)行費(fèi)用為10法郎／每頭出欄豬（約10元人民幣／頭豬）。
3.3 處理城市污水
　　法國西部的St－Mars La Jaille市的污水處理廠的改造采用了卡波菲爾反應(yīng)器^[6]。該污水處理廠有機(jī)負(fù)荷5000kg[CODcr]／d，2000kg[BOD₅]/d，污水由工業(yè)廢水和城市污水組成，工業(yè)廢水占80％。由于原設(shè)計(jì)的日處理量僅650kg[BOD₅]／d，目前污染負(fù)荷已大大超過該廠的處理能力，所以在維持原處理構(gòu)筑物的基礎(chǔ)上，采用化學(xué)法處理污水?；瘜W(xué)污泥和生物污泥混合，經(jīng)卡波菲爾反應(yīng)器好氧消化后，成為無臭、穩(wěn)定、無致病性微生物的污泥經(jīng)泥水分離后，上清液可作為液體肥料或回流到進(jìn)水，污泥作為農(nóng)肥或土壤改良劑。儲存期可長達(dá)8個月。新增加的化學(xué)預(yù)處理以及污泥處理的整套運(yùn)行系統(tǒng)全部自動化，每天僅有一名員工負(fù)責(zé)化驗(yàn)，投藥和污泥脫水等工作。卡彼菲爾反應(yīng)器的好氧消化可大大減少污泥量，產(chǎn)泥量僅為0.35kg／kgBOD₅，而傳統(tǒng)的曝氣方法為每0.7－0.8kg／kgBOD₅。
　　上海某合工業(yè)廢水的城市污水處理廠采用SBR法與卡波菲爾法的對比如表1：

表１　　SRB法與卡波菲爾法對比 對比項(xiàng)目 SBR 化學(xué)法+卡波菲爾 含工業(yè)廢水比例/% 83 80 日處理CODcr/t 24 5 COD去除率/% 75 80 所需人工/tCODcr 2.5 0.2 電耗/（kW.h.kg^-1[CODcr] 1.67 ＜0.3 占地/（hm².kg^-1[CODcr] 3.6 0.1

　　 由上述比較可見，卡波菲爾反應(yīng)器用于城市污水處理同樣也具有較大的優(yōu)越性。

參考文獻(xiàn)：

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　　[2]賴萬東，楊卓如，陳煥欽 油脂廢水的生物降解研究[J].工業(yè)用水與廢水，2000，31（4），21－23
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　　[6]Alain BOULAN.Traitement des graisses et stabilisation thermo-phyledes boues[R].法國：A.B.Reacteur,2000年8月.

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　　作者簡介： 孫仲平，（1952－），女，博士，法國環(huán)境工程技術(shù)協(xié)會，中國國家教育部高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)室訪問學(xué)者基金資助，主攻方向：城市供水與廢水處理.聯(lián)系電話：021－65215190，E－mail：sunzp＠online.sh.cn