高浓度有机废水厌氧处理研究

摘要：指出了高浓度有机废水的排放给水体造成了严重的危害,对其处理的研究具有重要意义。阐述了高浓度有机废水的来源,分析了近年来比较广泛使用的厌氧处理技术,探讨了这项技术在高浓度有机污水资源化处理领域的应用前景及发展方向。

关键词：高浓度有机废水;厌氧处理;反应器

1 引言

作为水体的重要污染物之一,有机污染是水质变坏、发黑、发臭的罪魁祸首。随着现代化工业的发展,这种污染已成为一个全球性问题。特别是某些工业生产过程中产生的高浓度有机废水,如不经处理直接排放将对水体造成严重的危害。因此,对高浓度有机废水的处理应作为废水处理领域的一项重要的任务加以重视。

2 高浓度废水的来源及危害

对高浓度有机废水的定义通常是指废水COD大于1 000mg/L的废水［1］,如食品、发酵、化工、炼焦、医药、造纸、制革等行业排出的废水大多属于高浓度废水。这些废水成分复杂,COD、BOD、SS含量高且排放量大,部分含有有毒有害物质,对环境造成了极大的影响。

高浓度有机废水对环境的危害主要表现在需氧性污染危害,消耗水中的溶解氧危害水生物的生长繁殖;酸、碱污染危害,改变水体pH值,干扰水体自净能力;感官性污染危害;致毒性污染危害,排入水体的有毒物质不容易被降解,会通过食物链富集进入人体,危害人体健康等几个方面。

3 厌氧工艺处理高浓度废水

高浓度废水处理方法主要有化学处理法、物化处理法和生物处理法。生物处理法又因其成本低、处理效果好得到关注。生物处理法中的好氧生物处理适于中低浓度的废水,厌氧处理技术适用于处理高浓度有机废水。厌氧处理技术主要是利用反应器内部的厌氧菌水解、产酸和产甲烷等阶段降解废水中的有机污染物［2］。此过程不但耗能低,而且能够在有机物厌氧降解的同时,产生沼气能源,具有较好的处理潜力和经济效益,且负荷高、产泥少、耐冲击负荷等多种优点而受到广大科研工作者的重视。经过100多年的发展,厌氧生物反应器已经发展到第3代,现分别对其进行介绍。

3.1 内循环(IC)厌氧反应器

IC厌氧反应器是由荷兰PAQUES公司在20世纪80年代研发推出的,用以处理马铃薯、啤酒、食品加工等工业废水。IC厌氧反应器由两个UASB反应器一体化组合而成,通过采用内循环技术大大提高了COD容积负荷,能产生高的沼气量,再配合内循环液的作用,污泥处理膨胀流化的状态,实现了泥水之间的良好接触,强化传质效果。

与UASB相比,IC反应器有更高的容积负荷,内循环提高了第一反应区的液相上升流速,强化了废水中有机物和颗粒污泥间的传质,使其有机负荷升高;IC厌氧反应器有更高的抗冲击负荷能力,运行的稳定性更好,主要是因为内循环的形成,使得IC 厌氧反应器第一反应区的实际水理大于进水量,循环水量可达进水量的3~20倍,进水与循环水在第一反应区充分混合,能使高浓度废水和含有有毒物质的废水得到稀释,大大降低了其浓度及毒性,降低原水对反应器的冲击,从而提高反应器的耐冲击能力。通常情况下,IC厌氧反应器的容积负荷是普通UASB的4倍左右,所以基建投资省,占地面积也更小。IC厌氧反应器具有运行稳定性好、抗冲击负荷能力强、有机负荷高、占地面积小等一系列优点,已成为第三代厌氧反应器的代表工艺之一。

3.2 折流板厌氧反应器

ABR反应器是由美国Stanford大学的Bachman和McCcrty等于20世纪80年代提出的一种高效新型厌氧反应器,能有效改善单体反应器中存在的床体膨胀和床中水力沟流现象。反应器内设置若干竖向导游板,将反应器分隔串联成几个反应室,废水进入反应器后沿导流板上下折流前进,废水中的有机质通过与微生物的充分接触而去除。ABR反应器独特的分格式结构及推流式液态使得每个反应室中可以培养出与流至该反应室中的污水水质、环境条件相适应的微生物群落,从而导致厌氧反应产酸相和产甲烷相的分离,两大类厌氧菌群可以生长在各自最适宜的环境条件下,有利于充分发挥厌氧菌群的活性,提高系统的处理效果。

ABR反应器的优点在于结构简单、无需机械混合装置、不易阻塞、污泥床膨胀程度较、投资成本和运转费用低;水力停留时间短、可采用间歇运行方式、耐水力冲击负荷和有机冲击负荷能力强。

3.3 膨胀颗粒污泥床

膨胀颗粒污泥床(EGSB)是荷兰Wageningen农业大学Lettinga于1976年提出,是对UASB的一种改进工艺,在UASB的基础上提高了液体的上升流速［3］:UASB采用的水力不升流速一般小于1m/h,而EGSB采用较大高径比和出水回流循环量/进水流量比,使其上升流速达到5~10m/h。EGSB的主要组成部成有进水配水系统、气固液相分离器、出水系统以及进出水循环系统。

EGSB主要特点是采用处理出水回流,回流可增加反应器的水力负荷,并且对超高浓度废水及有毒物质有一定的稀释效果,既能保证高浓度污水处理效果,也能降低有毒物质的抑制与毒害;反应器的设计采用塔形结构,有较高的高径比,能在提高上升流速的同时减少占地面积;高的水力负荷也使上面上升流速和搅拌速度增强,确保废水与污泥的充分接触,传质得到强化,有效的解决了UASB的短流、堵塞等问题。

3.4 序批间歇式厌氧生物反应器

厌氧序批式反应器(ASBR)是20世纪90年代由美国R.R.Dague等［4］提出的一种新型高效厌氧反应器。ASBR工艺是一种间歇进水、间歇排放、悬浮生长的厌氧生物处理工艺。它由一个或者几个ASBR反应器组成,运行时,从废水分批进入反应器中,经与厌氧污泥进行混合接触、生化反应和沉淀,到净化后的上清液排出,完成一个运行周期,不必设置空转期。进水阶段反应器内基质浓度骤然增高,微生物获得巨大推动力;反应阶段是有机基质转化成生物气的一个重要阶段,这一阶段的时间由基质性质、出水水质要求等多种因素决定,反应过程中可进行搅拌;沉淀阶段停止搅拌以使泥水分享,反应器自身也为澄清池;在有效的泥水分离后进行出水。

这种工艺能够延长污泥在反应器的停留时间,增加污泥浓度,在反应器内能培养出沉降性能好、活性高的颗粒污泥,提高厌氧反应器的负荷和处理率,同时大大缩短具了水力停留时间,从而减小了反应器的容积,有利于厌氧技术用于生产规模的废水处理,增强了厌氧系统的稳定性和对不良因素的适应性［5］。尽管ASBR运行上类似于厌氧接触,,但ASBR的固液分离在反应器内部进行,出水固液分离效果好,不需另设澄清池;另外ASBR中不需设置UASB中复杂的三相分离器,具有工艺简单、投资省、操作灵活、生化反应推动力大等优点,而且温度对ASBR反应器影响小,适应范围广。

4 结语

随着社会经济的发展,高浓度有机废水的种类和数量将不断地增加,厌氧处理在这一领域的运用必将越来越广泛。但是随着高浓度废水处理难度的增加,单一的厌氧污水处理技术的运用存在一定的局限性。新型厌氧技术的产生以及不断改进的现有厌氧污水处理技术将在高浓度废水处理领域发挥日益重要的作用。

参考文献：

［1］ 童 昶,沈耀良,赵 丹,等.厌氧反应器技术的发展及ABR反应器的工艺特点［J］.江苏环境科技,2001,14(4):9~11

［2］ 徐晓秋.高浓度有机废水厌氧处理技术的研究进展与应用现状［J］.应用能源技术,2010(12):6~9.

［3］ Lettinga G.Anaerobic treatment of sewage and low strength wastewater.Proc［J］.Anaerobic digestion,1984（2）:271~279.

［4］ Dague R E,McKinney J T.Anaerobic activated sludge［J］.Water Poll Control Fed.,1996,38(2):220~226.

［5］ 李亚新,李玉瑛.厌氧生物处理新工艺-厌氧序批式反应器［J］.工业用水与废水,2002,33(1):4~6.