ASBR SBR 组合反应器用于高浓度有机污水的处理
李秀金 ①
(北京化工大学环境工程系 )
董仁杰 ②
(
中国农业大学水利与土木工程学院 )
收稿日期 :20011104
①李秀金 , 北京化工大学环境工程系 107信箱 , 100029
②董仁杰 , 北京清华东路 17号 中国农业大学 (东校区 ) 184信箱 , 100083
摘 要 把 A naerob ic Sequencing Batch R eacto r (A SBR ) 和 A erob ic Sequencing Batch R eacto r (SBR ) 连接在 一起构成 A SBR SBR 组合反应器系统 , 用于牛场高浓度有机污水的处理 。 A SBR 作为预处理反应器主要用于 去除有机物 , SBR 用于生物脱氮处理 。通过试验确定 A SBR 的最佳有机负荷率 (以 COD 质量浓度计 ) 为 3g ?
(L ?d ) -1, 在此负荷率下处理后的污水在 SBR 中进一步处理 。对硝化和反硝化分别与同时进行时 A SBR SBR
系统的污水处理性能进行了试验研究 。 发现 , 当硝化在反应器中进行 , 反硝化在自然条件下的出水混合液和 上清液中进行时 , 混合液中 NO x 在 3周之内即被全部转化 , 上清液中反硝化反应相对较慢 ; 要通过同时的 硝化与反硝化高效地去除污水中的氨氮 , 则需要添加适量碳元素 , 并实行分段进水 。 关键词 牛场污水 ; 处理 ; A SBR ; SBR 中图分类号 X 505
Aerob ic Trea t m en t of Concen tra ted Ca ttle W a stewa ter W ith Anaerob ic Sequenc i ng Ba tch Reactor (ASBR ) Com b i n i ng W ith
Aerob ic Sequenc i ng Ba tch Reactor (SBR )
L i X iu jin 1, Dong R en jie
2
(1. D epartm ent of Environm ental Engineering , Beijing U niversity of Chem ical T echno logy , Beijing 100029, Ch ina ; 2. Co llege of W ater Conservancy and C ivil Engineering , Ch ina A gricultural U niversity , Beijing 100083, Ch ina )
Abstract A n A naerob ic Sequencing B atch R eacto r (A SBR ) w as com b ined w ith an A erob ic Sequencing B atch R eacto r (SBR ) fo r treating concen trated cattle w astew ater , A SBR w as u sed as the first step fo r p retreatm en t , w h ile SBR as the second reacto r fo r fu rther
treatm en t . T he loading rate of 3g COD (L ?day ) -1
w as found to be the best one fo r A SBR and u sed fo r generating influence fo r the SBR . T he p erfo rm ance of A SBR 2SBR system w as investigated w hen n itrificati on and den itrificati on occu rred sep arately o r si m u ltaneou sly .
It
w as found that in the natu ral conditi on , NO x 2N cou ld be den itrified com p letely in the to tal effluen t (including bo th sup ernatan t and sludge ) in 3W eek s , and the den itrificati on w as relatively slow and incom p lete in the effluen t sup ernatan t . A certain am oun t of additi onal carbon sou rce needs to be added and the influen t fed at differen t segm en ts in o rder to ach ieve sign ifican t den itrificati on .
Key words cattle w astew ater ; treatm en t ; A SBR ; SBR
近年来 , 我国的养牛业有了较大的发展 , 养牛场的规模也在不断地扩大 。 大规模养牛场每 天要产生大量的粪便和污水 , 对环境造成了比较严重的污染 , 因此 , 迫切需要有效的方法进行 处理 。
序批式反应器作为污水处理的一种方法近年来受到了比较广泛的关注 。 序批式反应器是 现行的活性污泥法的一种变型 , 它的生物反应机理和传统的活性污泥法基本相同 , 仅是运行操 作工艺和过程不同 [1, 2]。 序批式反应器有厌氧和好氧 2种 , 即 A naerob ic Sequencing B atch R eacto r (A SBR ) 和 A erob ic Sequencing B atch R eacto r (SBR ) 。 目前 , 对 SBR 的研究较多 , 但 对 A SBR 的研究相对较少 。 A SBR 于 1992年由美国衣阿华州立大学研究成功 , 但投入实用的 时间相对较晚 [3~5]。由于奶牛场污水的有机物含量较高 , 因此需要使用 A SBR 作预处理 。但厌 氧消化并不能去除污水中高浓度的氨氮 , 氨氮的去除需要通过好氧处理 。 SBR 反应器的一个 独特的优点是可在同一反应器内实现有机物的氧化 、 脱氮 、 除磷等多种功能 [6]。 基于此 , 提出了 把厌氧 A SBR 和好氧 SBR 结合到一起的思路 , 通过 A SBR 与 SBR 组合系统的处理达到高效 去除有机物和氨氮的双重目的 。 处理后的污水一部分用于农田灌溉 , 一部分循环到养殖舍作为 粪便和地板的冲洗水 。 这样既可避免牛场污水对环境的污染 , 又可节约水资源 。
1 材料与方法
111 污水来源
试验用污水取自某牛场 。 由于牛场污水中污染物的浓度是变化的 , 为便于研究 , 试验用污 水中 COD 的质量浓度 Q (COD ) 皆调整为 20000m g ?L -1, 污水的特性见表 1。 112 试验装置
A SBR 试验装置由进料罐 、 进出料泵 、 混合气泵 、 A SBR 反应器 、 气体计量计等组成 。 A SBR
SBR 组合反应器污水处理系统 (简称 A SBR SBR 系统 ) 则由 A SBR 试验装置外加一个 SBR 反应器和相应的附件组成 (图 1) 。 A SBR 作为预处理反应器 , 其出水作为 SBR 的进水被泵入 SBR 做进一步的处理
。
图 1 ASBR SBR 组合反应
器污水处理试验装置
113 试验方案
首先对单级 A SBR 的性能进行试验 , 研究有机负荷率对产气率和污染物去除率的影响 , 以确定 A SBR 的最佳有机负荷率 。 测试了有机负荷率为 2, 3, 4g (L ?d ) -1时 A SBR 的污水处理 效果 。 A SBR 的运行参数为 :进水 5m in , 反应 10h 50m in , 沉淀 1h , 出水 5m in ; 一个周期的运 行时间为 12h 。 在反应期间 , 每隔 1h 通过混合气泵把反应器顶部的气体抽到底部 1次 (2
1
11 第 2期 李秀金等 :A SBR SBR 组合反应器用于高浓度有机污水的处理
m in ) , 气体通过安装在底部的气体扩散器扩散到水中形成气泡 , 气泡在由底部上浮过程中搅 动污泥和水 , 使污泥与水得到充分的接触 , 以利于微生物的消化 。 试验结果显示 , 有机负荷率为 3g (L ?d ) -1时 , A SBR 的产气率和污染物去除率最高 , 故使 A SBR 在此负荷率下运行 。 随后把 SBR 与 A SBR 连接到一起组成 A SBR SBR 系统 。对 A SBR SBR 系统 , 着重研究硝化和反硝 化分别和同时进行时系统的污水处理性能 。 SBR 的具体运行参数依试验内容的不同而不同 。 114 测试参数
测试的参数包括产气率 、 化学需氧量 (COD ) 、 总固体 (T S ) 、 挥发性固体 (V S ) 、 凯氏氮 (T KN ) 、 总氮 (TN ) 、 氨态氮 (N H 3N ) 、 硝态氮 (NO x , 含 NO 2和 NO 3) 和 pH 等 。 COD , T S , V S 和 T KN 的质量浓度根据 A PHA (1995) 标准方法测定 [7]; pH 用 A ccum et pH 计测定 ; N H 3, NO 2和 NO 3的质量浓度用 HA CH 公司 DR 2000分光光度计测定 [8]。文中所有 数据皆为 3次测试结果的平均值 。
2 结果与讨论
211 ASBR 的处理性能
污水中有机负荷率对 A SBR 处理性能的影响见表 1。 可以看出 , 当有机负荷率由 2g (L ?d ) -1增加到 3g (L ?d ) -1时 , 各污染物的去除率有所变化 , 但变化不大 , 说明这 2种有机负荷率 对 A SBR 污染物去除性能的影响并无明显区别 ; 但后者的产气率为 0197L (L ?d ) -1, 明显高于 前者的 0160L (L ?d ) -1。 当有机负荷率增加到 4g (L ?d ) -1时 , 产气率和污染物去除率都明显降 低 , 说明此时有机负荷率已经过高 , A SBR 反应器已不能在给定时间里消化如此量的有机物 。 由于有机负荷率为 3g (L ?d ) -1时与 2g (L ?d ) -1时 A SBR 的污染物去除率相近 , 而 3g (L ?d ) -1时的有机物处理能力和产气率都较高 , 因此 , 确定该值为 A SBR 的最佳有机荷率 。在随后的试 验中 , A SBR 一直使用该有机负荷率 。
表 1 有机负荷率对 ASBR 处理性能的影响
检测项目
Q i
(m g ?L -1)
有机负荷率 [g (L ?d ) -1]
234
Q o
(m g ?L -1)
污染物去
除率
Q o
(m g ?L -1)
污染物去
除率
Q o
(m g ?L -1)
污染物去 除率
COD 20000122903816122403818152002410 T S 12642931226139178271411403918 V S 9916722827116898301481291810 TN 1238114871311655191175511 T KN 1238114871311655191175511 N H 3N 640700-914690-718680-613 pH 713714714715
产气率 [L (L ?d ) -1]016001970179
注 :Q i , Q o 分别为进水和出水中检测物的质量浓度 , 有机负荷率以 COD 质量浓度计 ; 全文同 。
211中 国 农 业 大 学 学 报 2002年
212 ASBR SBR 系统的处理性能
当 A SBR 与 SBR 组合后 , 硝化与反硝化过程即可以在 SBR 反应器中同时进行 , 也可分别 进行 。 硝化与反硝化分别进行时 , 硝化在反应器中进行 , 反硝化在反应器外如贮粪池中进行 。 硝 化与反硝化分离有利于提高硝化转化效率 , 且由于养殖场一般都有现成的贮粪池 , 因此无需额 外的投入 。
21211 硝化与反硝化分别进行
足够的碳元素和缺氧是反硝化反应的 2个必要条件 , 缺一不可 。 硝化与反硝化分别进行 时 , 在 1个循环周期内 (12h ) , 实行 1015h 连续曝气 , 最后 115h 为静置期 (供气停止 ) 。 此时 COD , T S , V S , TN , T KN 的 去 除 率 分 别 达 9012, 7212, 7913, 4118和 8617, 有 9217的 N H 3N 通过硝化转化成 NO x N , 但出水中 NO x N 的质量浓度达 555m g ?L -1(表 2) 。这说明 A SBR SBR 系统在该运行条件下可获得较好的有机物和总固体的去除效果 , 硝化 转化效率也较高 , 但无明显的反硝化反应发生 。
表 2 硝化与反硝化分别进行时 ASBR SBR 系统的处理性能
检测项目
A SBR
SBR
Q i (m g ?L -1)
Q o (m g
?L -1) Q ′ o
(m g ?L -1) 污染物去除率 COD 200001224019709012T S 12642917835167212V S 9916689820537913TN 123811657204118T KN 123811651658617HN 3N 640690479217
NO 2N 00239NO 3N 0
0316pH
713
714
613
注 :Q ′ o
为 SBR 出水口检测物的质量浓度 。 图 2 模拟自然条件下反硝化反应的试验结果
为模拟自然条件下贮粪池中反硝化反应的
情况 , 取出水上清液和混合液 (包括上清液和污 泥 ) 各 3L , 分别放到 2个 5L 的容器中静置 。每 隔一定时间取样分析 , 测定 NO x 质量浓度的 变化 , 结果见图 2。
混合液中反硝化反应速率较快 , NO x N 在 3周之内即全部转化 。 在上清液中 , 前 6周内反 硝化反应速率相对较快 , 75的 NO x N 在此期 间被转化 , 但之后反硝化转化速率明显变慢 , 4个月后 , 仍有约 18的 NO x N 残留在上清液
中 。 其原因是混合液中含有污泥 , 可提供足够的反硝化反应需要的碳元素 , 而上清液中可利用
3
11 第 2期 李秀金等 :A SBR SBR 组合反应器用于高浓度有机污水的处理
的碳元素含量较少 , 抑制了反硝化菌的活动 。 但是 , 随着混合液中反硝化反应的进行和污泥的 消化 , 液体变得浑浊 , 所以 , 利用混合液进行反硝化除氮是不适宜的 。 随着反硝化反应的进行 , 上清液的水质并未发生明显的变化 。 因此 , 一个可行的方法是 , 将 A SBR SBR 系统的出水先 经沉淀分离 , 上清液排入贮粪池中暂存并进行自然反硝化 。 大部分 (34) NO x 在 45d 左右 就可完全转化 , 若要完全去除硝态氮 , 则需添加碳元素 。 经自然反硝化后 , 碳元素的需求量会显 著减少 。
21212 硝化与反硝化同时进行
为在 SBR 中同时实现硝化与反硝化 , 改变了 SBR 的曝气方式 , 采用间歇曝气 , 设置了曝 气段与缺氧段 。 其中曝气段用于硝化反应 , 缺氧段用于反硝化反应 。 115h 的缺氧段与 2h 的曝 气段交替进行 , 一个周期内曝气和缺氧时间皆为 6h , 进 、 出水各 1次 , 无额外添加碳元素 。 此时 A SBR SBR 系统的污水处理效果与硝化和反硝化分别进行时基本相同 (表 3) 。除了有机物和 表 3 硝化和反硝化同时进行时 ASBR SBR 系统的处理性能
检测项目
A SBR SBR
Q i
(m g ?L -1)
Q o
(m g ?L -1)
1次进水 多次分段进水
无碳元素添加 无碳元素添加 添加碳元素
Q ′
o
(m g ?L -1)
污染物去
除率
Q ′
o
(m g ?L -1)
污染物去
除率
Q ′
o
(m g ?L -1)
污染物去 除率
COD 2000012240192090142172891121548912 T S 126429178375270133852691538026919 V S 99166898201079172110781722107717 TN 12381165672451749460111728611 T KN 12381165150871912889171358911 N H 3N 64069035941501000100
NO 2N 0035414615
NO 3N 0016822022
pH 713714614716811
总固体去除效果较好外 , 氨氮的硝化转化效率也很高 (9415) , 但反硝化效果不如期望的理 想 , 出水中 NO x 的质量浓度仍高达 522m g ?L -1。 经分析认为是 1次进水引起的 。 由于进水 只有 1次 , 进水中容易消化的有机物 (反硝化菌碳元素 ) 在第 1个缺氧段 (停气 ) 和第 1个曝气 段即已被消耗待尽 , 使得后面 3个缺氧段已无足够容易消化的有机物可被利用 , 因而抑制了反 硝化菌的活动 。基于此 , 对 SBR 的运行参数进行了重新设计 (图 3) , 其目的是通过多次分段进 411中 国 农 业 大 学 学 报 2002年
水为各缺氧段的反硝化反应提供所需要的碳元素 。 结果显示 , 这种方法可使反硝化程度有所提 高 , 出水中 NO x 的质量浓度降低到 366m g ?L -1, 但反硝化反应并不完全 。综合上述结果分 析发现 , 碳元素是抑制反硝化反应的主要原因 。 尽管 SBR 中含有足够多的有机物 , 但大多是相 对较难消化的 , 容易消化的有机物在 A SBR 中已被基本消化 , 使得 SBR 中无足够的碳元素供 反硝化菌利用 。 因此 , 要想通过反硝化反应完全脱氮 , 则需要添加碳元素 。 其他的研究者在研 究厌氧和好氧 2级反应器用于其他污水处理时也发现过同样的问题 [9]。
由于原污水中含有大量的可溶性有机物 SCOD , SCOD 大多是容易生物降解的 , 因此 , 选 择原污水作添加碳源 。 原污水静置 1昼夜后 , 取上清液并测其 Q (COD ) (其中主要是 SCOD ) , 将上清液稀释至 Q (COD ) 与 SBR 进水中相同 , 然后按 SBR 进水体积的 15加入 SBR 进水中 。 该添加量事先通过小型试验确定 , 是保证完全反硝化所需的最小添加量 。 这时 SBR 的运行方 式与不加碳元素时完全一样 (图 3) 。 该运行方式下出水中 NO x N 的质量浓度由原来的 366m g ?L
-1
降到 37m g ?L -1, 说明碳元素的添加取得了较好的效果 , 并且硝化效果好 , 氨氮得到了
完全的转化 。 同时还可看到 , 改变进水次数和添加碳元素对污染物去除率并无明显的影响 (表 3) 。 这是因为改变进水次数并没有改变总有机负荷率 , 而添加碳元素虽提高了有机负荷率 , 但 添加的是容易消化的 SCOD , 所以对污染物去除率的影响不大 。
3 结 论
1) 在 A SBR SBR 系统中 , A SBR 作为预处理反应器主要用于去除有机物 , SBR 用于通过
硝化与反硝化反应进行生物脱氮 , 并可进一步去除有机物 。 A SBR 的最佳有机负荷率为 3g ?(L ?d ) -1, 在此负荷率下可获得较高的产气率和污染物去除率 。
2) 当硝化与反硝化分别进行时 , 硝化在 SBR 中进行 , 反硝化在自然条件下的出水混合液
或上清液中进行 。 上清液中的反硝化反应主要发生在前 6周 , 75的硝态氮在此间得到了转
化 , 反硝化反应对上清液的水质无明显影响 。 因此 , 若对脱氮的要求不高 , 利用上清液在贮粪池 内进行自然反硝化是可行的 , 反硝化不宜在混合液中进行 。
3) 当硝化与反硝化的同时进行时 , 进水方式和添加适量的碳元素对 A SBR SBR 系统的 有机物 、 总固体去除率和硝化效果无明显影响 , 但对反硝化反应有不同程度的影响 。 与 1次进 水相比 , 多次分段进水可提高反硝化效果 , 但提高的幅度不大 。 可利用碳元素的不足是抑制
SBR 中反硝化反应的主要原因 , 要通过反硝化反应完全脱氮 , 则需要添加碳元素 。
在 SBR 的进 水中添加体积为进水的 15的原污水上清液 (两者 Q (COD ) 相同 ) , 分 3次进水 , 可实现氨氮的 完全硝化和几乎完全的反硝化转换 , 并可获得较高的有机物 、 总固体去除率 。
参 考 文 献
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611中 国 农 业 大 学 学 报 2002年
高浓度有机工业废水处理
高浓度有废水机理处术技及 备介绍
项目设位单深:圳道汇科技有市限公 司东道莞汇保环技有科限司
公
汇报纲提
1、景背介绍 2道汇、介 3、简术原技理及先性评价 进、4际应实案例用5 运营、式模 、新产品开6发向方2
1、 景介绍背2
010年我国工废水业排放量总达已22.46吨亿,而业工废水 以又高浓难降度有解废机水最以处理难。在 电子电镀机、械工、加喷印染涂石、油化工、制药垃、 圾处理交、通输运等国民济经支行柱业会均生大量的高浓产 度降难解有机水。废 类此水含有高浓度废降解有难物,C机O高达D千几甚几至 ;万通还含有常高浓重金度属无和机,无法盐生化理;处 另,有机物外重和属金络的,合加大了类废水处理此度难此前, 没通有有用效法办决这解一题。
难
3
2、
道汇简介
为了解决面前提的到题问本,公经司过年多究研发明,了紫“外 催化式湿化技术氧,”要用于高浓主度难降解有废机的处水,理已并申请发 专利。并明此专利在技术基础上,成集为体化一设,具有全备 自控动制处理彻底、、处成本理、低地面积占小特点等为众,多企 业高的浓有度机水处废提理了有供解效决径途。目前 道汇公司已经开多发个系列浓高有度废水机理处备设包括: ,镀电废、油水墨废、水圾垃滤渗液、石化油工含废水、油械机加切 工削液清洗、废水等系列设备后;将续续继开制发药废水医院、水、废 染废印等系列设备水。
4
2、
道汇介
简2
007课 组
2题011 圳深业创大
赛
012 2松山湖东、莞军领人才
201年 4广省东委副书马记瑞兴关注 公发司
5
展
3.1 技
术原
?理原理:UV CWOP+ V紫外U
机物有 2OH2氧化 敏化
高剂催效化剂激发
CO 2+HO2
6
32 .技术比
高温对150-3(50) ℃高(压.0-20MP5a) 统催传化 式湿氧化催
剂化 氧化剂 + 有机+ 催物剂化 +氧 剂化+ 机物有
紫
外 紫外催 湿式氧化化
补弥其缺的点同时,外光可以替代高紫温高压实来催 现湿化式化对难降氧解机物有高的效解降
7
。
.33查新报 告
8
3
.4 产品色特与进先
性技术先性:进?
已请申发明利专“的外催化紫式湿化氧技”可在常术常压下高效温解 有降机物实,现有机污物染的化分矿解。
用应方独向特性:?
主要用应高浓度于机废有水的理,处这类废水染污重,污染源分散, 处理严难大度而且,量变水化,大前没目通有用解决办,法以所术门技槛 ,竞争对手少。本高设的一备化结构体就是应对这些特点设计,根而据目 前况,本情产品很受企业的欢迎各
。产
品用使点特:?
与传统水 处理施,土建设设工建量大,占地面程大积相比,产本占地品面积小, 安使装简单用 ;? 全自动制控可,
以实现无值守;人水稳出定达标,率010。%
9
.53 专及利成果鉴
定0
1
10
4 1. 设应用典型案备
①例② ③④
案例一:化⑤学镍镀水处废理备 案设二:例墨废油水理设备处 案三:例化乳废水处油理设备 例四案清:洗废处水理备 设例案五垃:圾渗液浓缩液处理滤备设案
1
1
案一例:化镀学镍废处水理备
?设 用单使:深位某圳电镀业园 ?工 原水OC:D1,168mg/0L? 总 :5,磷060gm/
L140
0 102000 OC(Dgm/L )10000800 00060 004 2000 0 005 0010Ti em(mi) n15 0200
COD解降曲线
化镀镍学水处理废备
1设2
案二例油:墨废处理设水备?
用使位:浙江某龙头油墨制单企业造? 原水CO D 1:,462mg9/; L110,5mg9/
1L3
案例
二:油废水处理效墨果
14
1
案4例:油墨二废水理效处果
51
案例三:乳化油水处废理备
? 使设用位:单苏江某乳化油废水处理项目? 水C原DO: 8,3500 gm/ ?L 放排标:出水C准OD达到300gm/以l
下化乳废油水处理备
设化油废水乳处过理取程照样片1
6
例四:案清洗废处理设备
?水使 单用位深圳市危险废物处理站 ?:原水 OD:C5,82 3m/L
g清
洗废处水理后取前照片样7
000600 0CD(Og/mL )005 4000 0300 0020 10000 0 500Time m(ni )10 0105
OD=5C283gmL
/清洗水废理设处
备OC降D解曲线17
案例五:垃圾
滤渗浓缩液处液设理备? 使用
单位:京北阿苏垃圾卫填场 埋 ?水C原O:D3, 813gmL
/
京北国清华环设计有院限公司垃圾滤渗浓缩液液处理备设18
案
七例:圾垃滤液渗缩液处浓设备理
渗
液滤处过程试管理样照片
取35
00 030 0CDOm(/L)g2500 200 1500 1000 5000 00 0.2 0.4 0.6 08.1 时 (间h) .1 214 .1. 695
结论:
本设经处理备后,出水可 达论:结本经设备处后,理水可达 出 到到 《活垃生圾埋污染填制标准控 《活生垃填圾埋污染制控准标》( (GB》6818 9GB1688- 92-08020 80) )。
。C
D降解曲线O
91
案
七例:圾垃滤渗浓缩液处理液设备
0
2
4.2
户用用证使明
北国京清华环 环境程工计设研 院使究用明证
21
2
14
3
用.户用证明
使深
市圳安工宝 废物业理站使用处 证明
22
5.
1
营运模式
?营销 式模
:直销接售采:用先“验后购体” 买的方;式
?
运模行:式
本司也承接项目公行运可提供,水废处设理备并行运,收取废处水 费。理
32
52
各.主要产的实业际用需应求公司 已经开的 公司发经开已的发 77系列个产品个系列 产
化学品镀镍水
废电废 水镀
支柱
性业产 柱性支业产
子电信制息业造电 信子制造息业
化学镍镀废系列 水化镀学废镍系列水 电镀水系废列 电镀废水列系
电
器机及设备械制业造电器 械及机备制造业设 织服纺鞋帽制装业 造织服纺鞋帽装造制 业化制工业造 工制造化业 装包印业刷包 印刷装
业乳
化油废水乳 油化水系废列 乳化油废系水 列清废洗水清洗废水系列 清洗废 水系列含
、油表剂、活有机剂废水溶
石化工废水系列油 油化石废工系水列 油废墨 油水墨水系废 列油废墨水列 垃圾系滤渗液系 列圾垃渗滤系液列24
6.
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开新方发
向?院医水、制药废废等水的新型处技理 ?化学术品存容储清器废洗处水理技 ?工术排厂V放oc气体除臭、病,空气净房 ?化泳游水池景、用观净水化环循 食品?包装毒
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5联系方式 :Tel:15206556260 mEalic:enhyanju@ndhioll.ocm We:bww.wdhoil.lcm
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6敬提请宝贵出见!意谢 !
项谢单目位:深市圳道科汇技限公司 有东道汇莞环科保有技限公
司
高浓度有机废水处理技术
高浓度有机废水处理技术
Treatment of high concentration organic wastewater
赵 毅 1, 朱法华 2, 庞庚林 1, 刘 凤 1
(11华北电力大学 , 河北 保定 071003;21国电环境保护研究所 , 江苏 南京 210031) 摘要 :系统介绍了国内外各种高浓度有机废水物化和生物处理技术的工艺 、 原理 , 对其适用条件 、 优缺点 、 功效和应 用前景进行了分析与探讨 , 并结合我国高浓度有机废水排放现状 , 提出了治理技术的研究重点是厌氧生物法 。 关键词 :有机废水 ; 高浓度 ; 处理
Abstract :Theproce sse s and principle s of various physico 2chemical and biological treatment methods for high concentra 2 tion wa stewater are introduced. Their applicable conditions , advantage and disadvantage , effectivene ss and application foreground are analyzed and discussed. Combined with discharge situation of high concentration organic wa stewater in China ,anaerobic way a s study empha sis is sugge sted.
K ey words :organicwa stewater ;high concentration ;treatment
中图分类号 :X703. 1 文献标识码 :B 文章编号 :1009-4032(2003) 03-0046-03
高浓度有机废水一般是指由造纸 、 皮革及食品 等行业排出的 C OD 在 2000mg/L 以上的废水 。 这些 废水中含有大量的碳水化合物 、 、 素等有机物 ,
:
(1) ;
(2) 有机物可以降解 , 但含有害物质的废水 ;
(3) 难生物降解的和有害的高浓度有机废水 。 1 物理化学处理方法
物理化学处理方法主要以光化学混凝法、 氧化 — 吸附法 、 焚烧法等为代表 [1]。
1. 1 光化学混凝法
光化学混凝法是通过紫外光照射产生自由基而 引发聚合反应 , 使废水中小分子有机物转化为大分 子悬浮物 , 继而混凝沉淀去除 。该法投资仅为湿式 氧化法的 1/8~1/5, 反应在常压下进行 , 易于操作 , 催化剂用量仅为光催化氧化法的 1/10, 对废水有机 物浓度和 BOD 5/C OD 值没有限制 [2]。
光化学混凝法处理流程如图 1所示 。 其中光化 学反应箱内壁用氯磺化聚酯漆进行了防腐处理 , 并 设可调加热装置 。
待处理废水进入均质槽 (必要时调节 pH ) , 经流 量计计量 、 加热器加热 , 然后进入光化学反应箱 。向 箱内加入催化剂 , 反应温度控制在 40~45℃ 。废水 在光化学反应箱中停留 30min , 经紫外光照射并发 生聚合反应 , 加入
, 。
1-pH 控制器 ;2-均质槽 ;3-酸液贮槽 ;4-加热装置 ; 5-流量计 ;6-光化学反应箱 ;7-催化剂贮槽 ;
8-混凝沉淀器 ;9-混凝剂贮槽 ;10-过滤装置
图 1 光化学混凝法处理有机废水流程
用此法处理不饱和聚酯废水 ,C OD 总去除率为 91. 9%, 可回收残液 22%, 残液中主要含酯类化合 物 , 可用来生产低档树脂类产品 。与焚烧法相比 , 该 技术具有能耗低 , 一次性投资费用少等优点 。 1. 2 氧化一吸附法
高浓度废水稀释后用煤粉进行初步混凝、 吸附 处理 , 然后用 Fenton 试剂催化氧化和酸性凝聚 , 再用 煤粉混凝 、 吸附 。经此法处理的废水 , 色度和 C OD 可分别去除 100%、 90%[3], 具有较好的处理效果 。 吸附后的煤粉用于燃烧 , 无二次污染 , 比使用活
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2003年 9月 电 力 环 境 保 护 第 19卷 第 3期
性炭作吸附剂更经济 [4]。 1. 3 焚烧法
焚烧法适用于处理高浓度有机废水。预处理后 的废水经加压 、 过滤 、 计量后送至炉拱上方 , 由高压 空气雾化专用喷嘴喷入炉膛蒸发焚烧 [5]。
该法在保证锅炉安全运行的条件下 , 能对高浓 度有机废水彻底处理 , 其优点是初投资省 , 运行费用 低 。 若采用专门技术 , 焚烧效果良好 , 灰渣及飞灰含 碳量均有所降低 , 对锅炉出力 、 效率均无显著影响 。
该法在实际推广应用中存在的缺点是 :① 废水 水量受相配锅炉的限制 ; ② 对废水成分应详细分析 , 确保不影响锅炉本体燃烧 ; ③ 该法在理论上有待进 一步深入研究 。
2 生物学处理方法
生物处理按参与作用的微生物种类和供氧情
况 , 可分为好氧法和厌氧法两大类 。 2. 1 好氧生物法
, , 化床等 。 在特定条件下 , 如场地面积小 , 可以考虑应 用深井曝气法 ; 某些含有抑制厌氧菌物质的废水 , 可 采用高效好氧处理装置 。 2. 1. 1 深井曝气法 (DSP ) 常见的深井曝气法处理工艺流程如图 2所示
。
图 2 深井曝气法废水处理工艺流程
DSP 是 20世纪 70年代初 , 英国皇家化学工业公
司在进行利用好氧细菌生产单细胞蛋白的研究时派 生出来的一种工艺 。 它改变了传统生化法处理污水 时氧的转移率 , 增大氧气与液膜的接触面积 , 提高了 氧的饱和浓度及其利用率 , 具有很好的处理效果 。
DSP 法利用深井中的静水压力把氧的转移率从
传统曝气法的 5%~15%提高到 60%~90%[6]。动 力效率很高 , 处理效果极好 。此外 , 还具有产泥量 少 , 不受气温影响 , 不产生污泥膨胀 , 占地面积小 、 效
能高 、 能耗低 、 耐冲击负荷性能好 、 操作简单 、 易于管 理 、 投资少等优点 。 因此 , 它广泛应用于现代化学合 成工业的高浓度有机废水的治理 , 如塑料 、 合成纤 维 、 合成橡胶 、 洗涤剂 、 染料 、 溶剂 、 涂料 、 农药 、 食品 添加剂 、 药品等工业 。 2. 1. 2 好氧生物流化床法 (ABF B )
ABF B 法是澳大利亚科学家于 20世纪 70年代
初开发的工业废水生物处理工艺 。这种工艺的特点 是反应器内填料的表面积超过 3300m 2/m 3, 生物膜 量可达 10~40g/L , 比普通活性污泥法高 1个数量 级 。 因此 , 该工艺具有效能高 、 占地少 、 投资省等优 点 。 但由于要使填料流化 , 必须进行出水循环 , 并保 持反应器内具有一定的流速 , 从而增加了运行的复 杂性 。 目前 , 国内利用 ABF B 处理高浓度有机废水 尚处于实验阶段 , 工程应用并不多 。 2. 2 CH 4和 C O 2等 。
自 20世纪 70年代以来 , 我国在研究和开发处 理高浓度有机废水的厌氧水解 、 厌氧消化技术方面 取得了显著成绩 , 其优点是运行费用低 。厌氧水解 法 、 厌氧接触法 、 厌氧生物滤池 、 升流式厌氧污泥床 、 厌氧流化床等已被广泛用于处理高浓度 有 机 废 水 [7]。 2. 2. 1 厌氧滤池 (AF )
AF 是美国斯坦福大学的 2位学者首先研制的 。
装置中填满了砂砾 、 卵石 、 塑料或纤维等 , 厌氧微生 物附着在填料的巨大表面上 , 可维持较高的生物量 和较少的 SRT 。一般采用上流式 , 在中温条件下也
可采用下流式 。 表 1为国内外 AF 商业应用效果 。
2. 2. 2 升流式厌氧污泥床 (UAS B )
UAS B 是荷兰农业大学几名教授在 AF 基础上发 展起来的 , 其特点是反应器的上部设置 1个气 、 固 、 液三相分离器 , 混合液中的污泥能自动回到反应区 以维持较多的生物量和较长的 SRT , 整个反应器由 反应区和沉淀区两部分组成 。从表 2可以看出 , UAS B 具有很高的容积负荷率和污泥负荷率 [9]。与 其他厌氧生物处理装置相比 ,UAS B 以其处理能力 强 , 处理效果好 , 操作简单等特点 , 正越来越受到人 们的青睐 , 在处理悬浮物含量少的高浓度有机废水 方面正发挥着越来越重要的作用 。
7
42003年 赵 毅等 :高浓度有机废水处理技术 第 3期
表 1 国内外部分 AF 处理高浓度有机废水 [8]的结果
研究单位 废水种类
进水
COD/mg ? L -1
COD 去除率
/%
容积负荷
COD/kg ? m -3d -1
产气率
/m 3? m -3? d -1
温度
/℃
规模 /m 3? d -1
美国 酒糟废水 45000755. 42. 55515000法国 污冷却水 10000807. 72. 4301700加拿大 土豆加工废水 70006011. 61. 736205广州能源所 酒精废水 9000874. 13. 22810上海工微所 大豆加工废水 200007811. 25. 13225
表 2 国内部分 UAS B 治理高浓度有机废水的结果
研究单位 废水种类
进水
COD/mg ? L -1
COD 去除率
/%
容积负荷
COD/kg ? m -3? d -1
产气率
/m 3? m -3? d -1
温度
/℃
装置容积 /m 3
北京环保所 味精废水 12000885. 52. 3304. 6西南师院 酒厂废水 25000906. 72. 53220武汉能源所 淀粉废水 170009210. 28. 13512. 5华北制药厂 丙丁废水 15000909. 54. 540140湖南冶金所 脱酸废水 18000606. 01. 83625徐州环保所 制药废水 4000807. 01. 6306. 3
与好氧法相比 , 厌氧法处理高浓度有机废水具 有以下优点 :① 剩余污泥量少 , , 养少 ; ② , ; ⑤ 活 性厌氧污泥能保存几个月 。
3 催化氧化处理法
该方法是在高效表面催化剂存在的条件下 , 利 用二氧化氯在常温常压下氧化高浓度有机废水 。 在 降解 C OD 的过程中 , 打断有机分子中的双键发色 团 , 如偶氮基 、 硝基 、 硫化羰基 、 碳亚氨基等 , 达到彻 底脱色的目的 , 同时有效提高 BOD 5/C OD 值 [10]。 一般的高浓度有机化工废水色度高 , 有机物难 以降解 。 采用 “物化 — 催化氧化 — 生化” 处理方法 , 可使高浓度有机化工废水达标 。
4 结束语
一般认为 , 当污水 C OD Cr 质量浓度在 1000mg/L 时 , 厌氧与好氧生物处理费用相当 , 当污水 C OD Cr 达 到 4000mg/L 时 , 厌氧处理会有能量剩余 , 其剩余程 度将随污水中有机物浓度的提高而上升 。因此 , 我 国今后对高浓度有机废水处理的研究工作重点应放 在厌氧生物处理上 。在开展新工艺研究时 , 应首先 考虑以下两个方面 :(1) 在厌氧反应器内尽可能维持
, , 从而提高 ; (2) 尽可能减少水力停 , 缩小反应器的容积 , 降低工程投资 。 参考文献
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收稿日期 :2003204221; 修回日期 :2003207216
作者简介 :赵 毅 (1955-) , 男 , 河北秦皇岛人 , 教授 /博导 , 主要 从事环境工程教学与科研工作 , 研究方向为大气与水污染控制。
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2003年 9月 电 力 环 境 保 护 第 19卷 第 3期
高浓度有机废水处理专题
高浓度有机废水
来源及处理的迫切性
高浓度有机废水一般是指由造纸、皮革及食品等行业排出的COD在2000mg/L以上的废水。这些废水中含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等有机物,如果直接排放,会造成严重污染。
水污染是当前我国面临的主要环境问题之一。预测工业废水占总污水量的70%以上。而工业废水又以高浓度有机废水为主。高浓度有机废水对环境水体的污染程度大,而且处理难度较高,是国内外环保研究领域中的难题之一,它的净化处理越来越受到人们的关注。
目前,工业废水和城市生活废水是我国水环境污染的污染源之一,尤其是随着生产规
模的不断扩大及工业技术的飞速发展,含有高浓度有机废水的污染源日益增多。但由于高浓度有机废水的性质和来源不一样,其治理技术也不一样。通常根据高浓度有机废水的性质和来源可以分为三大类:
(1) 第一类为不含有害物质且易于生物降解的高浓度有机废水,如食品工业废水;
(2) 第二类为含有有害物质且易于生物降解的高浓度有机废水,如部分化学工业和制药业废水;
(3) 第三类为含有有害物质且不易于生物降解的高浓度有机废水,如有机化学合成工业和农药废水。
由于高浓度有机废水采用一般的废水治理方法难以满足净化处理的经济和技术要求,因此对其进行净化处理、回收和综合利用研究已逐渐成为国际上环境保护技术的热点研究课题之一。本文针对上述三大类高浓度有机废水的典型治理技术进行评述有助于高浓度有机废水治理技术的选择。废水处理过程的各个组成部分可以分类为生物处理法、化学处理法、物理化学处理法、物理处理法等四种。对于高浓度有机废水的治理方法,往往是上述两种或三种方法进行综合处理,如废水中 含有芳烃、芳香族和卤代芳香族化合物、脂肪族和氯化脂肪族化合物、有机氰化物等,若含量很高,则可先通过湿式氧化法等进行处理,可大大降低有害化合物的浓 度,并可提高残余有机物的可生化性,如有必要,还可以采用化学法如焚烧做最终处理,可使有害物质的去除率达到环保要求。
随着工业的发展和人们对环境要求的不断提高,生物处理技术的不足就逐渐显现出来,如难降解有机物的去除、水体的富营养化、高浓度高COD工业废水、微污染水源的治理都是生物处理技术已面临的难题。
高浓度有机废水水质特点和性质及危害
1 高浓度有机废水水质特点
高浓度有机废水主要具有以下特点:
一是有机物浓度高。COD一般在2 000 mg/L以上,有的甚至高达几万乃至几十万mg/L,相对而言,BOD较低,很多废水BOD与COD的比值小于0.3。
二是成分复杂。含有毒性物质废水中有机物以芳香族化合物和杂环化合物居多,还多含有硫化物、氮化物、重金属和有毒有机物。
三是色度高,有异味。有些废水散发出刺鼻恶臭,给周围环境造成不良影响。
四是具有强酸强碱性。
2 高浓度有机废水的危害
工业产生的超高浓度有机废水中,酸、碱类众多,往往具有强酸或强碱性。
一是需氧性危害:由于生物降解作用,高浓度有机废水会使受纳水体缺
氧甚至厌氧,多数水生物将死亡,从而产生恶臭,恶化水质和环境。
二是感观性污染:高浓度有机废水不但使水体失去使用价值,更严重影响水体附近人民的正常生活。
三是致毒性危害:超高浓度有机废水中含有大量有毒有机物,会在水体、土壤等自然环境中不断累积、储存,最后进入人体,危害人体健康。 高浓度有机废水的处理方法及工艺简介
1物理化学处理方法
物理化学处理方法主要以光化学混凝法、超临界水氧化法、氧化-吸附法、焚烧法等为代表。
2生物学处理方法
生物处理按参与作用的微生物种类和供氧情况,可分为好氧法和厌氧法两大类。
3催化氧化处理法
4多种方法结合的工艺
物理化学处理方法
物理化学处理方法主要以光化学混凝法、超临界水氧化法、氧化-吸附法、焚烧法等为代表。
A 光化学混凝法
B 超临界水氧化法
C 其他方法
光化学混凝法
光化学混凝法是通过紫外光照射产生自由基而引发聚合反应,使废水中小分子有机物转化为大分子悬浮物,继而混凝沉淀去除。该法投资仅为湿式氧化法的1/8-1/5,反应在常压下进行,易于操作,催化剂用量仅为光催化氧化法的1/10,对废水有机物浓度和BOD/COD值没有限制。光化学混凝法处理流程如图1所示。 5
其中光化学反应箱内壁用氯磺化聚酯漆进行了防腐处理,并设可调加热装置。待处理废水进入均质槽(必要时调节pH),经流量计计量、加热器加热,然后进入光化学反应箱。向箱内加入催化剂,反应温度控制在40-45?。废水在光化学反应箱中停留30 min,经紫外光照射并发生聚合反应。反应箱的出水进入混凝沉淀槽,加入混凝剂进行混凝沉淀,再经过滤装置过滤后排出。用此法处理不饱和聚酯废水,COD总去除率为91.9%,可回收残液22%,残液中主要含酯类化合物,可用来生产低档树脂类产品。与焚烧法相比,该技术具有能耗低,一次性投
超临界水氧化法
超临界水是指在温度和压力分别超过临界状态温度374?和临界压力22MPa时水处于超临界状态。在超临界状 态下,水就会处于一种既不同于气态,也不同于液态和固态的新的流体态一超临界状态,水的许多性质都发生很大的变化。在室温下,水因分子间存在大量氢键而具 有较高的介电常数,而在超临界状态下,水的密度很低,氢键不存在或只有少量残存的氢键,所以,超临界水具有低的介
电常数、高的扩散性和快的传输能力。这些 性能的极大变化使超临界水具有很好的溶剂化特征,可与戊烷、苯、甲苯等有机物以任意比例相混溶,同时,一些只能少量溶于普通水的氧气、空气、氢气和氨气等 也可以完全溶于超临界水中。
由于超临界水对有机物和氧气都是极好的溶剂,因此,有机物的氧化可以在富氧的均一相中进行,反应不会因相间转移而受限制。同时,高的反应温度(建议采用范围为400-6001?)也使反应速度加快,可以在很短时间内有效的破坏有机物结构。
超临界水氧化法可用于各种有毒有害废水、废物的处理,对于大多数难降解有机物均能有很高去除率。有试验表明,有机碳含量在27000,33000mg/L之间的有机废水经超临界水氧化法处理,有机碳的破坏率超过99.97%,并且所有有机物都转化为二氧化碳和无机物。资费用少等优点。
其他方法
氧化-吸附法
高浓度废水稀释后用煤粉进行初步混凝、吸附处理,然后用Fenton试剂催化氧化和酸性凝聚,再用煤粉混凝、吸附。经此法处理的废水,色度和COD可分别去除100%、90%,具有较好的处理效果。吸附后的煤粉用于燃烧,无二次污染,比使用活性炭作吸附剂更经济。
焚烧法
焚烧法适用于处理高浓度有机废水。预处理后的废水经加压、过滤、计量后送至炉拱上方,由高压空气雾化专用喷嘴喷入炉膛蒸发焚烧。该法在保证锅炉安全运行的条件下,能对高浓度有机废水彻底处理,其优点是初投资省,运行费用低。若采用专门技术,焚烧效果良好,灰渣及飞灰含碳量均有所降低,对锅炉出力、效率均无显著影响。
该法在实际推广应用中存在的缺点是:?废水水量受相配锅炉的限制;?对废水成分应详细分析,确保不影响锅炉本体燃烧;?该法在理论上有待进一步深入研究。
吸附法
吸附法是用具有很强吸附能力的固体吸附剂,使废水中的一种或数种组分富集于固体表面的方法。常用的吸附剂有活性炭和树脂,活性炭再生和洗脱困难;树脂吸附具有实用范围广,不受废水中无机盐的影响,吸附效果好,洗脱和再生容易,性能稳定等优点,因而在超高浓度有机废水处理中,最常用的吸附剂为树脂吸附剂。树脂吸附法可用于处理含酚、苯胺、有机酸、硝基物、农药、染料中间体等废水,是一种处理有机废水的有效方法。
催化氧化处理法
该方法是在高效表面催化剂存在的条件下,利用二氧化氯在常温常压下氧化高浓度有机废水。
在降解COD的过程中,打断有机分子中的双键发色团,如偶氮基、硝基、硫化羰基、碳亚氨基等,达到彻底脱色的目的,同时有效提高BOD/COD值。一5般的高浓度有机化工废水色度高,有机物难以降解。采用“物化-催化氧化-生化”处理方法,可使高浓度有机化工废水达标。与其他厌氧生物处理装置相比,UASB以其处理能力强,处理效果好,操作简单等特点,正越来越受到人们的青
方面正发挥着越来越重要的作用。 睐,在处理悬浮物含量少的高浓度有机废水
与好氧法相比,厌氧法处理高浓度有机废水具有以下优点:?剩余污泥量少,污泥易于脱水,需营养少;?不需曝气所需的能量;?甲烷作为产物,是一种有用的终产物;?能在较高的负荷下运行;?活性厌氧污泥能保存几个月。
多种方法结合的工艺
1 物化+生化法
洗毛废水是一种高浓度、富含大分子(长链状或环状)有机物,须作特殊断链处理的特殊废水。同时洗毛废水富含羊毛脂,油脂量高达0.8%-2.6%,含泥沙量1%-3%,加上废水中含碱、皂、表面活性剂,易形成乳浊液,为碱性乳化废水。由于BOD。和COD值高,加上排放量不定量,排放不定时,采用传统处理方式或单一处理工艺,都不可能达到净化目的和排放标准。针对这种特殊情况,广东南海品德毛条厂采用预处理、物化和生化的多级处理技术,使废水经处理后,达到较为理想的效果。
洗毛废水经预处理后,用泵抽到曝气沉砂调节鸽,使不同时间排出的高浓度废水和低浓度废水混 合均匀后再进入三效反应器,整个过程必须注意各处
理工序的浓度控制,按各工序所要求处理浓度指标进行调整,如物化工序要求把浓度指标由COD,在 15000mg/L-20000mg/L之间,调整为10000mg/L-12000mg/L。厌氧工序仍需相应调整浓度指标,保证厌氧进水(即物化出 水)COD:在140omg/l以下,目的在于提高该工序的去除率,调节浓度指标的稀释水来源于清水池的回流水。根据污水中的有机物质成分,采用硫酸铝作 混凝剂,聚丙烯酞胺作助凝剂,在物化中CODcr去除率可达90%以上,可使CODcr降至1000mg/L-1500mg/L。
2 厌氧+好氧工艺
该工艺的核心为厌氧技术(厌氧反应的效果直接影响到处理效果。在该
、接触氧化、活性污泥等方工艺中,厌氧可采用UASB、ABR等,好氧则采用SBR
法(以处理印染退浆废水为例,其工艺流程图为:
3 电解催化+好氧工艺
该工艺是利用电解催化氧化作用对废水进行前期的预处理,降低COD,提高可生化性、去除有毒物质。以处理抗生素废水为例子,其处理工艺流程为:
厌氧浮动生物膜反应器处理高浓度有机废水
由上流式厌氧污泥床(UASB)与厌氧过滤器(AF)两种工艺结合的反应器近年来应用较多,其积累微生物能力强,启动速度快,运行中填料上附着的生物膜对降解有机物起着相当的作用,同时可避免滤池堵塞,是一种高效、稳定、易于管理的厌氧处理系统。一般将保留了UASB三相分离器的污泥床加填料的装置称为污泥床过滤器,将不带三相分离器的污泥床-滤层反应器称为厌氧复合床反应器。
1 试验材料与方法
1.1 悬浮生物膜填料
3 FBM用天津市科林思有限公司的聚丙烯材料制成,其密度为0.92kg/m,可在水中漂浮或随水体流动。该填料形似拉西环,但环内有十字形支撑,外侧沿径23向有许多长约0.5mm的芒刺,环的直径为11mm,高度10mm,比表面积约为527m/m。
1.2 试验装置及工艺流程
厌氧浮动床生物膜反应器用有机玻璃柱制成,直径14.7cm,总高度100cm,
,有效容积13.48L。AFBBR内填料的填充率为有效高度79.5cm,总容积17.01L
50%,即FBM占据了一半的有效容积。
AFBBR处理高浓度有机废水试验的工艺流程如图1所示。泵入高位槽的废水经过计量阀由底部进AFBBR,处理后的水由上部排出,在生物降解过程中产生的气体从反应器顶部排出,悬浮在上部的填料由于上向水流和气体的作用而不停地上下浮动或轻微滚动。
2 试验方法
2.1 挂膜与启动
厌氧生物膜反应器存在的一个突出问题是挂膜困难,启动时间长。在本试验中,首先将填料进行好氧预挂膜,利用好氧微生物繁殖快并生成多糖物质的性能,在较短时间内填料表面形成一层生物膜即膜基,改善了填料的表面性能,有利于厌氧微生物的附着、生长、缩短了反应器的启动时间。
好氧污泥取自邯郸市东郊污水厂氧化沟。污泥与填料静态接触24h后,将污 泥全部排掉, 投加生活污水连续运行5,6d后,填料内外表面形成一层均匀生物膜。经好氧预挂膜后的填料与5 L厌氧污泥静态接触24h,然后将污泥排掉,3连续投加葡萄糖废水。反应器启动开始采用的有机负荷为2kgCOD/(m?d),水力
33负荷为1m/(m?d)。2,3d后,好氧膜脱落,填料表面变黑,1周后发现填料33内表面形成一薄层生物膜。将水力负荷控制在0.5m /(m?d),有机负荷为31kgCOD/(m?d),经过2周培养,膜生长均匀良好,COD去除率可达到70%以上。33此后,水力负荷增到1m/(m?d),进水浓度从2000mg/L逐渐升至6000mg/L,经过50d的运行COD去除率可达到90%以上,反应器底部出现大量0.5mm左右颗粒污泥,AFBBR运行稳定。
2.2 稳定运行试验
在此阶段考察了进水水质、HRT、水力冲击负荷对运行状况的影响,此阶段的运行结果见表1。试验废水为用葡萄糖合成的污水。
在改变进水水质期间,控制HRT基本不变,将进水浓度逐步升高。在HRT变化阶段,保持进水浓度不变,数次改变水力停留时间。最后突然降低HRT,考察反应器在水力冲击负荷下工况的变化。
整个试验在室温下进行,温度变化范围20,28?。
3 容积负荷与COD去除率
负荷直接反映了食物与微生物之间的平衡关系,容积负荷的变化可以通过改变进水浓度或水力停留时间来实现。在试验中,首先保持停留时间基本不变(平均为 23.5h),进水COD浓 度从5327.7mg/L逐渐升高到20140.0mg/L,相应的3容积负荷从5.38kgCOD/(m3?d)增到20.62kgCOD/(m?d),COD去除率随进水浓度增加而缓慢下降,最高达98.5%。之后,将进水浓度控制在14522mg/L,水力 停留时间分别为76.1245.89、32.35、23.11、17.87 h,相应的容积负荷从4.58 33kgCOD/(m?d)增到19.50kgCOD/(m?d)。COD去除率随水力停留时间的变化存在一个分界点 ,低于此值,COD去除率随水力停留时间减小而迅速下降;高于此值
COD去除率基本稳定。由表1可以看到,在试验条件下,当容积负荷增高时,AFBBR3的去除,kgCOD去除/(m?d),增高,显示了强大的处理能力。
4 结论
?好氧预挂膜显著改变了载体表面性能,有利于厌氧菌的附着、生长,缩短反应器的挂膜时间。
?厌氧浮动床生物膜反应器处理高浓度有机废水,在常温下取得了良好效3果。在容积负荷为5.38,20.62 kgCOD/(m?d),水力停留时间为0.98d时,COD去除率最高达到98.54%,平均为90.4%。
?厌氧浮动床生物膜反应器内微生物浓度高,活性强,存在悬浮与附着生长
的微生物系统,并有其各自的优势菌种。
?厌氧浮动床生物膜反应器缓冲能力大,抗冲击负荷能力强,无堵塞与污泥流失的问题。
ALAO系统处理高浓度有机废水
1 简介
厌氧-低氧-厌氧-好氧一体化废水处理系统(Anarebic-Low oxic-Anareobic system, 简称ALAO system),该系统将厌氧,低氧,厌氧,好氧等操作单元组合在一起,处理效率更高,占地面积更少,投资更省,运行费用更低。
2 工艺流程
3 主要技术特点
(1)ALAO一体化系统是江南大学(原无锡轻工大学)近年来开发成功的高浓度有机废水生物治理专利技术。该技术将厌氧处理、低氧处理和好氧处理组合在一起,能为不同微生物降解有机物创造最适环境。该技术以能耗较低的厌氧处理为主,高浓度有机废水经两级厌氧和一级低氧处理,可去除废水中的绝大部分有机物质,大幅度降低好氧处理负荷,因而运行费用低。
(2)采用近年来开发成功的UASB为第一级厌氧处理反应器,UASB或EGSB为第二级厌氧处理反应器,处理效率高,并可回收大量沼气用于锅炉燃烧或民用
等。
(3)废水经第一级UASB反应器处理之后,其所含的COD大部分为难厌氧降解的物质,因此,在进行第二级UASB或EGSB厌氧处理之前,废水先经低氧反应器“新型气升式反应器”进行初步水解、氧化和部分降解,为UASB或EGSB进行第二级厌氧处理创造条件。新型气升式反应器为近年来开发成功的专利技术,占地面积省,处理效率较好,并可与UASB、EGSB建成共壁结构,节省建筑费用。
(4)好氧反应器采用接触氧化工艺,可将废水中难降解的物质彻底降解,使废水达标排放。
(5)整个反应系统采用组合式设计,节省建筑面积40%,节省建设费用
30%,沼气回收增加20%,总运行费用可下降20%以上。
高浓度有机废水处理新技术-----多相催化氧化工艺 1 工艺背景
多相催化氧化工艺是在石油化工和精细化工中广泛应用的催化方法,它的出现主要是为了解决均相催化系统的催化剂须定时添加并容易在反应中流失的问题。由 于多相催化氧化系统中催化剂是附载在机械强度高和具有化学惰性的多孔材料上,这样就避免了催化剂的流失,同时多孔材料为催化剂提供了巨大的比表面积,使得 催化反应在单位时间内有更高的效率。九年前,日本的科学家就开始把多相催化氧化工艺用于废水治理中,并产生了意想不到的效果。
2 工艺原理
在化工行业中使用的多相催化材料的催化方向是有指向性的,为的是加速某种化学反应,而我们现在应用在废水处理中的多相催化氧化工艺主要目的是通过催化生成OH羟基自由基的链式反应,因为OH羟基自由基是仅次于氟的强氧化剂,可以对范围很广的有机物进行无选择氧化,在必要的条件下将会使有机污染物矿化成二氧化碳和水,还可以使无机物氧化或转换。
为了使该种多相催化材料的性质稳定,催化材料的主催化活性组分是适量的Pt等稀贵金属,辅助组分则是过渡金属的氧化物和盐类。主催化Pt组分有着天然的高催化活性,而辅助组分可以帮助Pt组分催化剂恢复活性,同时提供了广泛的催化方向。
3 工艺应用
多相催化氧化工艺在高浓度有机废水处理中是以多相催化氧化反应器的形式出现,并需根据不同水质和环境添加不同的氧化剂,如空气,臭氧,双氧水,二氧化氯等,氧化剂的加入会加快OH羟基自由基的生成和对有机物的氧化。此
项工艺近几年在国外被广泛应用于印染,制药,造纸和化工等高难度有机废水的预处理中。多相催化氧化工艺对CODcr去除,脱色以及提高废水的可生化性有着显著的效果。如在印染废水处理中,其脱色效率高达75%-95%之间,同时可以去除50%-80%的CODcr,提高B/C比至0.45以上。在对CODcr超过15万的农药废水处理中,多相催化氧化工艺也体现了极高的效率,经过2小时的反应其CODcr去除率可达90%以上,且废水性状发生很大的变化,最明显的是B/C比由0提高到0.3以上,废水的可生化性加强,从而使后级生化处理达标排放成为可能。
多相催化氧化工艺中的催化氧化材料具有高稳定性,所以使用周期可达五年以上,并且安装操作简单,运行经济可靠。该工艺最大的优点是可以附加于任何传统处理工艺,因此对高浓度废水原处理工艺的改造有着其他工艺无法比拟的独特优势。以下是加入了多相催化氧化工艺的印染废水处理工艺流程:
4 印染废水处理
印染、纺织作为一个劳动力密集型、耗水量大、污染严重的行业,在发达国家的发展空间越来越小,许多发达国家都把印染厂迁移到象中国这样的发展中国家,加上我国原有的、为数众多的印染厂,印染行业已成为我国的一个污染大户。
印染废水中悬浮物含量高,物化处理污泥产量大,污泥处理成本高;印染废水可溶性、难降解有机物含量高,处理达标难度大;印染废水排放量大,对接受水体会造成较大影响。处理成本,特别是物化处理工艺污泥处理成本,高、处理效果差,绝大多数处理设备均未正常运行。
多相催化氧化工艺处理印染废水技术是针对传统处理工艺的缺点开发出的物理吸附化学氧化处理技术。整个系统完全采用融碳离子催化剂处理技术,无须采用混凝气浮等工艺,因而污泥产量低,大大降低污泥处理成本。
融碳离子催化剂把难降解有机物的含量大幅度降低,处理效果好、容积负荷高,脱色效率高可达97%,因而构筑物体积小,占地面积少,一次性投资低。加上高效生化,废水处理后出水水质达到国家综合排放标准一级一类。
CMBR一体化超声波振动膜生物反应技术在处理制药高浓度有机废水中的应用
1、超声波是物理介质中的一种弹性机械波和电、磁、光等同样是一种物理高能能量形式。具有聚束、定向及反射、透射引起微粒振动。超声波作用于废水中不同的声强、声密度、声功率、频率下会产生下面七种理化效 应:?机械震动效应;?热效应;?破碎气泡增加溶氧及空化清洗效应;?超临界氧化热解和自由基氧化效应;?声流促使 粒子移动效应;?生化反应加速传质效应;?加速污泥絮凝沉淀触变效应。
2、超声波技术作为一种新的废水、微污染水源处理技术,在国内还鲜为人知,在国外,日本、美国已有了大量实验室的基础研究成果, 并有大规模进入水处理实际工程应用,被认为是一种有前途的水处理 技术,本司研究了大量国外、国内超声波技术在水处理方面的研究。
10MHZ的声波,当一定强度的超声波通过废 3、超声波是指频率高于15KHZ-
水媒体时,会产生一系列的物理、声化学效应。早在1929年就有超声波废水化学效应的报道。超声波环境保护领域的应用也发展较快,主要有超声波清洗、固液分离、超声波超临界氧化热解、有毒物消化降解和自由基氧化效应对污泥的降解处理等,其对有机物的处理与有机声化学是密切相关的,也是国外新近开展的研究课题,目前在制药废水已有一些应用成果,如超声波除酚和降解抗生素酶。
4、1995年樊工很早就与超声研究所-广州环保研究所,以及日本本多株式会社和日本千代田公司专家共同研究超声波水处理技术,还研究了超声波与膜生物反应器的协同作用新的废水处理技术,以及超声波对膜的清洗抗污技术研究;以前我国此方面的研究很少。
(1) 专性复合优势菌LC1循环载体生物膜法;
(2) 微电脑超声波在线膜清洗及膜节涌流防堵塞技术;
(3) 高效中空纤维漂悬膜分离技术(微滤、超滤、纳滤);
组合成一体的创新型膜生物反应高效污水处理专利技术:该技术适用于高难度、高浓度制药有机废水(如造纸废水、垃圾渗透液、印染废水、、乳化油污水、餐饮废水、制药化工、炼钢、油田、船舶行业)的处理,该技术能显著降低COD、BOD、NH-N、总磷、色度、除臭等污染物指标,全部截留去除悬浮物(SS)、油3
类、细菌、病毒、芽胞等微生物。
1.1实验部分
实验共分两个阶段,微生物驯化阶段和CMBR运行阶段。实验按C:N:P为100:5:1比例人工配制模拟废水,初期用苯酚和葡萄糖混和溶液培养,在驯化微生物过程中,用苯酚逐渐取代葡萄糖直至成为单一碳源,之后苯酚浓度不断增
-1加,直至达到2500 mg?L; 后期加入帘式膜,进行CMBR运行实验。
1.2 结果与讨论
1.2.1微生物的驯化
开始驯化的污泥呈黄褐色,颗粒细碎,镜检发现其主要微生物为太阳虫、漫游虫和钟虫等 ,污泥浓度2200-4000mg/l;
培养中期, 废水中葡萄糖和苯酚按比例加入,钟虫和累枝虫 较多,污泥浓度8000,15000mg/l; -1中只加苯酚, (苯酚浓度1000,2500mg?L),原生动物 培养后期,废水
变得很少, 污泥浓度为15000,18000mg/l。
污泥浓度随时间的变化图
1.2.2不同初始浓度酚的降解
-1 图为相同的MLSS=3500mg?L,pH=7.2,T=25oC,不同初始浓度下苯酚-1浓度与时间的关系图,从图中看出,酚初始浓度为550 mg?L时,经过8h时,-1-1酚初始浓度为855 mg?L时,经过12h,酚初始浓度为1500 mg?L时,苯酚经过
26h,苯酚降解完全,降解率达到99%以上。
1.2.3不同温度下酚的降解
1.3 小结
实验结果表明:
?采用苯酚浓度递增方式培养驯化适应高浓度苯酚的微生物,前期加入适量葡萄糖辅助驯化,最后以苯酚作为唯一碳源,微生物培养效果良好; -1-1 ?污泥浓度在3500 mg?L,苯酚浓度550 mg?L时,7h酚降解率能达-1到99.9%;苯酚浓度855 mg?L时,苯酚完全降解时间增长到12h;酚浓度接近-1-1-12500 mg?L时,经过26h酚浓度降到3.35 mg?L,COD浓度降到42 mg?L。
?温度在20,36?条件下,酚降解效果较好。
日本氮化学环境设计公司应用RBS处理高浓度有机废水 生物降解反应器系统(RBS),是从日本引进的一项处理高浓度有机废水的生物处理技术,属于活性污泥法的一种。该技术利用一种高活性的兼性土壤菌的生物化学作用来净化污水,不但对BOD5、CODCr、SS、磷、氨氮的去除率高于传统活性污泥法,而且具有操作简便、占地面积小、抗冲击负荷能力强的特点。该技术在处理猪场废水上的应用,已取得了很好的效果。
1 工程概况
1.1水质情况
3 鞍山市某种猪场共有种猪及肉猪5 000多头,平均排水量约为150 m/d,废水中含有大量的有机质和植物营养素,经无害化处理后加以资源化利用,不仅可防止环境污染,保证猪群健康和安全,也对促进农牧结合,物质良性循环和生态平衡有重要意义。为此该种猪场与日本氮化学环境设计公司合作,引进RBS污3水处理技术,处理废水量为115 m/d,BOD为4 000 mg/L左右。该系统从20015
年7月1日起运行至今,处理效果极佳。
种猪场的废水主要为冲洗地坪及猪洗浴用水,其成分主要由粪便及尿液组成,具体指标见表1。
1.2 工艺流程
对废水处理工艺流程的选择,我们本着适水、适地、运行稳定、处理效果达标的基本原则,采用了以RBS技术为核心加上传统的活性污泥法处理工艺,具体流程见图1。
1.3 运行结果
废水处理系统运行结果见表2。
2 工程运行实践
种猪场的废水由污泥泵送到格栅间,经格栅去除毛发等杂物后进入流量调节池,进行预曝气,该阶段BOD去除率可达35%,SS去除率可达45%。经过预5
曝气后的废水被提升至No.1曝气池,经充分曝气后溢流至No.1沉淀池,该阶段
BOD去除率可达98%,SS去除率可达97%。该处理单元的曝气池采用推流式曝气,5
通过充分曝气,增强土壤菌的活性,达到去除有机污染物质的目的。曝气池分3格,令废水从一端进入,池底分布曝气管,其上每格均匀安装4个曝气头,经过该曝气头喷射的空气,具有很强的搅拌和混合能力,使废水中的胶体物质物化脱稳,从而大大提高了絮凝反应速度及效果,同时利用废水中微生物所具有的吸附絮凝能力,将废水中有机物和SS吸附絮凝,形成活性污泥,再经污泥浓缩池、脱水设备外排。经过No.1沉淀池的废水上清液自流到No.2曝气池和No.2沉淀池进行深度处理,部分返回流量调节池。该过程BOD去除率可达50%,SS去除率5
达40%,沉淀污泥浓缩物返回No.1曝气池,处理后的水送到贮水池,一部分外排,一部分做为污水处理厂的杂用水。
运行效果 3
经过RBS处理后的外排水,由于水质稳定且含有一定的有机质,该种猪场用此水养鱼、浇地,效果良好。该系统运行成本主要为电耗,药剂用量极少,按每3d运行8 h计,处理废水量为115 m/d,每kW?h电费0.7元计算,运行成本为30.8元/m。
该工艺产生的剩余活性污泥,采用了传统的污泥处理工艺,即浓缩、絮凝、脱水机脱水。产生的泥饼用做农肥,滤过水进入调节池重新处理。
4 结论
(1)该工艺耐冲击负荷能力强,出水水质稳定。系统实际运行中进水BOD5在500-4 000 mg/L,出水水质一直保持稳定,从而保证出水水质。
(2)系统运行近一年从未出现污泥膨胀现象,说明RBS法由于高活性营养物质的存在使土壤菌大量繁殖抑制了丝状菌的生长,因此没有污泥膨胀现象发生。同时由于兼性土壤菌本身具有分解氨氮的能力,从而减少了传统活性污泥法的脱氮过程。
(3)在工程实际运行中为了达到稳定的出水效果,我们摸索出SV30值在运行中应控制在23%左右,太高时出水混浊,太低时出水水质达不到排放要求。
(4)由于土壤菌是一种兼性菌,在运行中可根据出水情况和SV30值采取间歇曝气的形式以节省能源。
运行实践表明,RBS污水处理技术是处理养殖和食品加工行业高浓度有机废水的首选方案。该工艺先进、设计合理、处理效果稳定,且具有占地少、操作简单、维护方便等优点,是处理高浓度有机废水的一条新途径。
深圳市卫生处理厂高浓度有机废水处理
深圳市卫生处理厂采用高温杀菌工艺对进出口检疫不合格的动物类产品进行无害化处理,其主要处理设备为蒸煮罐。检疫不合格的动物类产品装入蒸煮罐,向蒸煮罐 内通入1 MPa的蒸汽,加热至145-150?,然后保温16-24 h,以彻底
杀灭动物类产品所携带的各类细菌、病毒。动物类产品经高温处理后形成的渣水混合物首先进行油水分离,然后进行固液分离,分离出的废水中悬浮物、氨氮、有机物浓度很高。该厂拟对此废水进行处理,但国内目前还没有类似废水的处理工程实例,因此有必要对该废水的处理进行中试研究,为实际生产提供设计依据。
1 中试处理系统设计简介
1.1 废水来源
深圳市卫生处理厂废水的主要来源为:(1)高温杀菌过程中向蒸煮罐内通入蒸汽冷凝后产生的冷凝水。(2)从动物类产品中溶出的油脂、蛋白质、体液等。由于加热后保温时间长,动物类产品大部分溶于水中,蒸煮后的废渣为动物
放料完毕后加入的少量清洗水。 类产品原重量的1/5左右。(3)
水质 1.2 废水
废水水质见表1。
废水的水质取决于动物类产品的成分、腐败程度、加热时间、保温时间等多种因素。经调查、取样、分析,废水具有如下特点:
(1)有机物浓度高,氨氮含量高,对于某些动物类产品,废水的COD高达289 000mg/L。
(2)废水的色度高,且有时会有恶臭。
(3)水质、水量变化很大,废水的产生量取决于动物类产品的处理量,而动物类产品的处理量变化极大。
(4)废水的BOD/COD为0.5:0.6,具有较好的可生化性。卫生处理厂的废水最终排入深圳市滨河污水处理厂,废水经处理后,出水执行《污水综合排放标准》(GB8978-96)三级标准(参照皮革、酒精行业),主要水质指标为:COD<1 000="">1><600>600><100 mg/l。="">100>
1.4 中试工艺流程
由于废水浓度很高,且可生化性较好,因此采用厌氧-好氧处理工艺。
废水首先进入水解酸化器,在此进一步提高可生化性,同时又去除大部分悬浮物;水解酸化段的出水进入UASB反应器;经UASB反应器处理后的废水(悬浮物含量较低),进入AF工艺;由于废水中氨氮浓度较高,好氧处理采用了具有较强脱氮能力的SBR工艺。中试工艺流程见图1。
1.5 中试主要装置
(1)水解酸化反应器。圆筒形,底部为倒锥体,直径0.9 m,总高2.5 m,3有效容积1.2 m。由底部进水,经顶部的周边溢流堰溢流出水。
(2)UASB反应器。圆筒形,分为反应区与三相分离区两部分。下部反应3区底部为倒锥体,反应区直径0.9 m,高4 m,有效容积2.4 m;三相分离区直径1.2 m,高1 m。反应器由底部进水,三相分离器的出水由分离器顶部的周边溢流堰溢流出水。
(3)AF反应器。圆筒形,底部为倒锥体,直径0.7 m,总高2.8 m,有3效容积0.7 m。内装组合填料,填料高1.8 m;生物膜区上部为澄清区,高0.25m,澄清区周边设溢流堰。
(4)SBR反应器。共2个,每个SBR反应器直径0.85 m,总高1.5 m,3有效容积0.7 m,采用射流曝气器进行曝气。
2 运行情况
2.1 启动
中试装置的启动时间为3个月,废水的温度为22?-31?。
(1)水解酸化反应器。反应器内的接种污泥为深圳市滨河污水处理厂好3氧浓缩污泥,接种量为5kgVSS/m。水解酸化反应器内的污泥呈絮状,在试验初期出现了部分污泥由于沉降性能差而上浮、流失的情况,但试验中未观察到污泥流失对水解酸化反应器有明显的影响。
(2)UASB反应器。其接种污泥取自深圳市某养猪场废水处理站的UASB3反应器,接种污泥活性较高且沉降性能良好,接种量为15 kgVSS/m。UASB反应
3器启动初期,进水稀释至3 000-5 000 mgCOD/L,进水量为0.5 m/d。在启动初期发生过一次污泥上浮现象,但通过降低负荷,人工搅动三相分离器内的上浮污泥层,上浮问题很快得到解决,并且再未出现污泥上浮现象。
(3)厌氧滤池。厌氧滤池的接种污泥与UASB反应器的相同,接种量为315 kgVSS/ m。启动运行30天后,发现生物膜的厚度大大增加,且较紧密。通过显微镜观察,可发现大量的杆菌、球菌、丝状菌、弧菌,滤池产气量稳定,且出水的COD随进水浓度的波动较小,基本稳定在3 000mg/L左右。试验发现,组合填料的膜更新相对容易,可避免蜂窝填料、软性填料等容易出现的阻塞问题。(4)SBR反应器。反应器的接种污泥为深圳市滨河污水处理厂好氧浓缩污泥,接3种量为10kgVSS/m,启动期间SBR反应器的进水COD保持在3000 mg/L左右。
2.2 系统运行效果
在正常运行中,废水处理系统的各项指标均达到了预期效果,整套处理系统COD的去除率大于99%,氨氮的去除率为98%,外排废水水质满足GB8978-96三级标准(参照皮革、酒精行业)要求。
3 分析与总结
(1)该工艺根据废水的 性质采用全生化工艺,将水解酸化,UASB,厌氧滤池,SBR等处理单元有机地结合起来,各工序取长补短,提高了系统运行的稳定性与可靠性。本工艺厌氧段 采用三级不同的厌氧工艺,较之单独一段厌氧处理或多级相同的厌氧工艺串联具有非常明显的优势。好氧段采用SBR工艺,该工艺具有较好的脱氮能力,可将硝酸盐、氨氮等对微生物的抑制作用降至最低。
(2)目前,一些关于高浓度氨氮废水处理的研究和实际生产中,多采用吹脱法脱氮。吹脱工艺氨吹脱的效果良好,但吹脱成本高,一次性投资大,操作管理复杂。本系统采用全生化工艺,操作简单、效果也较理想。
(3)该中试处理装置已通过相关部门的验收,目前生产规模的处理装置已建成并在调试中,以后将对相关情况予以介绍。
剑南春集团重庆柏林酒厂高浓度有机废水处理
污水治理有多种类型的处理方法,按其功能划分,其中主要有环保治理型和资源治理型两种。对COD>1000 mg?L-1的高浓度有机废水,采用先厌氧后好氧,生物和物理化学方法相结合的资源治理型工艺已在环保工程建设中得到了广泛应用。
1 工艺流程
将高浓度有机废水输至收集池除渣和沉砂后,用泵输至储存调配池,再用泵输至厌氧发酵罐,经厌氧发酵后产生的沼气经过净化,用作厂区生产和职工生活燃料,发酵液自流或用泵输至曝气池好氧曝气,进一步去除污染物,出水可再经处理使出水水质达到国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中一级排放
-1-1-1标准: CODcr?100 mg?L, BOD?20 mg?L, SS?70 mg?L, pH值6-9。收5
集池、调配池、厌氧发酵罐、曝气池的污泥用泵输至污泥浓缩池,浓缩污泥脱水后形成污泥饼以用作肥料,浓缩池上清液及脱水机压滤液回流到收集池(图1)。
2 能源回收
采用厌氧发酵工艺治理高浓度有机废水产生附产物沼气,在目前能源发3展中有着重要作用。按每千克CODcr理论上可产沼气0. 35 m/kgCOD(0?大气压),3而实际工程中以进入厌氧消化装置的COD计算,可达到0. 4m/kgCOD左右。以我国每年畜禽粪便含CODcr 10 000 mg/L以上的污水量计算,经过厌氧消化装置3处理可回收沼气1. 656亿m,按有效热利用计算相当1. 656亿吨原煤,因此,在高浓度有机废水处理中要更加重视沼气的回收。
3 减少后续好氧投资
沼气回收量越大,厌氧阶段去除污染物效率就越高,后续好氧处理的投资就越少。
4 经济与环保效益
已有的高浓度废水处理工程表明通过沼气回收可以降低运行管理费,缩短工程投资回收年限,有着显著的经济及环保效益。
山东景芝集团有限公司(UASB)处理高浓度有机废水 1废水处理工艺流程
酒精醪液经沉砂池沉砂后进行固液分离,分离后的酒糟作饲料,废水进
入调节池。淀粉废水经复配混凝器,沉淀出固形物(主要为蛋白粉)用板框压滤,凉干出售。废水进入调节池与酒精废水混合,调温至53??2?,用泵提至UASB反应器,产生的沼气输送至热电厂做为锅炉的辅助燃料,出水经二级沉淀后进入后续(好氧系统)工序做深度处理,污泥排至浓缩池浓缩,用板框压滤,外运做农肥。
2上流式厌氧污泥床(UASB)的机理
上流式厌氧污泥床的主体部分是一个无填料的空容器。内装一定数量的厌氧污泥(种污泥),反应器上部设置了一个气——液——固分离系统称为三相分
也称发酵区),上部是沉淀区,离器。容器内分为二个区,分离器下部是反应区(
在反应区中部根据污泥的分布分为污泥层(也称污泥床)与悬浮层。
反应器工作状态,废水用泵提 至脉冲发生器以一定流速自反应器底部喷射进入反应器。通过污泥层向上流动。料液与污泥菌体得以充分接触并进行生物降解产生沼气。由于水和沼气泡向上流动形 成了良好的自然搅拌,并使一部分污泥在反应区的污泥床上方形成相对稀薄的污泥悬浮层,气、水、泥的混合液上升至三相分离器(丫型结构)内,气体碰到三相分 离器的反射板时折向气室,污泥和水则进入上部沉淀区,在重力作用下,水与泥分离,截留在沉淀区下部的污泥沿分离器斜壁返回到反应区(即悬浮层内)。由于三 相分离器的作用,使混合液中的污泥有沉淀分离与再絮凝的环境,有利于提高污泥的沉淀性能,并会有足够的污泥量来消化废水中可溶性有机物,有机负荷及去除效率都较高。厌氧出水从反应器上部集水槽排出,沼气从反应器顶部排出。
3上流式厌氧污泥床(UASB)的运行控制
3.1 UASB的调试
UASB调试之前需对反应器进行气密性试验,确保无泄漏后,配备与所3处理废水特性相似的污泥为接种污泥,种污泥量大于10KgVSS/m,污泥负荷0.05-0.1kgCOS/KgVSS?d,污泥量小时可进行复壮和驯化培养。充分掌握水质状况。上述准备工作做好,循环升温,升温日平均不超过2?,接近设计温度逐渐3进料,初始进料应采用间歇式进料方式,进料负荷0.2kgCOD/md,待产沼气高峰
过后,视其pH值及挥发酸的高低(VFA不大于200mg/L),增加负荷,稳定运行一阶段,逐步缩短进料间隔时间,保持恒温运行,并注意污泥回流,逐渐达到设计能力。应当注意:废水中 原来存在和产生出来的各种挥发酸未能有效分解之前,不应增加反应器负荷。同一负荷要稳定运行一段时间,视运行状况,再改变负荷量。由于厌氧污泥增殖缓慢, 厌氧调试运行时间一般较长,大约需2-6个月的时间,种污泥量大可缩短调试时间。污泥一旦成熟,就可以长期贮存,并且可以季节性或间歇性运转,二次起动的 时间也将会大大缩短。运行过程中,反应器内的环境条件应控制在有利于厌氧细菌(产甲烷菌)的繁殖。
3.2反应器的运行控制与管理
反应器正常运行后,主要观测控制的指标有:进水水制,温度,处理负
荷,沼气组分,出水的挥发酸含量与微生物的种类,污泥沉降性能及停留时间等,简单地讲, 进水水质要稳定,水量均匀,增加负荷也应逐渐提高,不要有较大波动,运行温度要恒定,每日波动范围不超过2?,同时监测化验出水挥发酸 (VFA<300mg ),正确控制有机负荷,这样可以尽快形成或形成较大的颗粒污泥。研究者认为:挥发酸的高低是颗粒污泥形成不同类型的重要因="" 素,控制反应器出水的挥发酸浓度来选择污泥的优势菌种,利用甲烷丝菌基质亲合力较高的特点,维持低的出水乙酸浓度来达到使甲烷丝菌成为主要降解乙酸的产甲="" 烷优势菌的目的。在53??2?,出水乙酸浓度低于200mgcod/l,增加负荷率,可培养出含甲烷丝菌为主的颗粒污泥,当出水乙酸浓度高时,增加负荷="" 可培养出含甲烷八叠球菌为主的颗粒污泥。实践证明:控制反应器的有机负荷和提高污泥的沉淀性是控制污泥过量流失的主要手段。="">300mg>
应当注意的是:操作合理的反应器的碱度,合理的氮磷 营养,对正常厌氧消化也起重要作用。如果反应器中碱度及缓冲力不够的话,厌氧消化所产生的有机酸将会使反应器消化液的碱度pH值下降到抑制产甲烷反应的程 度,对于缓冲能力很低的反应器适当添加重碳酸钠,有提高沼气产量,控制pH值,碱度,沉淀有毒金属,提高污泥的沉淀性能与处理效果等作用。同一有机废水(化工废水除外)氮磷含量变化不大,日常操作时不用调节氮磷比例,一个厌氧反应器最佳运行的pH值,酸、碱度,CO含量尚由废水中的有机物而定,稍微增加氮素,2
有利于微生物的增殖,同时能提高反应器的缓冲能力。
4污水处理厂主要工艺参数
4.1设计参数
33 UASB设计净池容2750m,设计负荷8kgCOD/m?d,发酵温度53??2?,3设计进水浓度为14600mg/L,流量1510m/d,设计去除率为COD85%,SS80%。
4.2实际运行参数
33 进水水量1350m/d,进水浓度为(酒精废水450m/d,COD平均35000mg/L,3SS平均15000mg/L,粮食酒底水水量50m/d,COD100000mg/ L, SS8000mg/ L,
3淀粉废水850m/ d, COD平均15000mg/L,SS平均7500mg/L)COD平均24815mg/L,3SS平均10019mg/ L,有机负荷可达12kgCOD/ m?d以上,出水水质COD2465mg/L,去除率90%,SS平均1103mg/L,去除率89%。
5主要结论
? 实践证明:上流式厌氧污泥床(UASB)处理酒精、淀粉等高浓度有机废水采用高温度发酵,取得了显著效果,为UASB在高浓度有机废水处理,特别是高悬浮物含量的废水处理上,建立了一个良好的示范工程,并且打破了专家们一致认为该装置不能处理悬浮物大于2000mg/L的结论。
? 采用“Y”型结构的三相分离器,进行防腐处理,延长使用寿命、固
——液——气分离彻底,提高了运行效率及出水水质,使用效果良好。脉冲进料搅拌力大,且均匀,反应充分,节约能源。
? 该装置运行稳定,去除效率高,运行费用省,停留时间短,降低了后续处理的投资和处理难度。由于酒精醪液进行固液分离,淀粉废水经 复配混凝技术加药预处理,降低了有机负荷,分离出的酒糟、淀粉蛋白粉等都可以作为饲料出售,厌氧发酵产生的沼气作为锅炉辅助燃料,使煤燃烧更充分,降低吨 气耗煤,厌氧发酵产生的污泥用板框压滤后作为农肥,不再造成二次污染。而且充分利用资源,做到了综合利用,真正解决了高浓度难降解有机废水处理难题,是一个综合利用的实用技术项目。
苹果汁加工高浓度有机废水的处理
青岛某饮料有限公司主要加工生产苹果汁,其废水主要来自冲洗、粉碎、榨汁等
1000 m3/d,废水中含有大量的碎果屑、果胶,具有有机物浓度工序,水量约为
高,SS高,pH值低,水质变化大等特点。本着投资省,技术可靠,运行稳定的原则,确定采用以水解酸化十接触氧化为主体的生化处理工艺。该工程2001年建成,2002年调试运行成功。运行1年多来,出水水质稳定,管理简便,从根本上解决了生产废水对环境的污染。
1 原水水质、水且和处理后水质
1.1 原水水量
根据公司提供的资料,该工程设计水量为1000 m3/d 。
1.2 原水水质
该公司废水主要来自冲洗、粉碎、榨汁工序,污水可生化性较高。根据环保部门要求,处理后水质满足《污水综合排放标准》(GB8978-96)中的二级标准。原水水质和处理后水质见表1。
表1 原水水质及处理后水质
2 废水处理工艺流程
2.1 工艺流程
本工程采用水解酸化+接触氧化为主体的生化处理工艺,流程如图1:
2.2 工艺流程说明
?格栅:污水中含有大量漂浮物和悬浮物,为减少后续处理单元的负荷,设计粗细两道格栅,保证后续处理构筑物正常运行。
?预曝气调节池:由于生产车间污水排放水质、水量变化大,因此需设调节池调节水质、水量。在池内投加 NaOH,调节 pH值。本工程采用预曝气调节池,可以防止细微的果屑发酵,对有机物也有一定的去除率。
?提升泵:预曝气调节池内水位较低,且变化较大,因此池内设污水提升泵,使污水流到后续的构筑物中进行处理,提升泵采用WQ潜污泵,l用1备。
?初沉池:采用平流式沉淀池,进一步沉淀微细果属及悬浮物,以保证后续处理构筑物的正常运行。
?水解酸化池[2]:利用兼氧菌将大分子有机物转化为易好氧生物降解的小分子有机物,降低CODcr浓度,减轻后续好氧处理负荷。池内设置弹性填料,分段加密悬挂。正常运行后,CODcr去除率45%,运行相当稳定。运行时采用间歇曝气,间隔时间8h,每次曝气时间 5,10 min。水解酸化出水在进接触氧化池前,利用自动投药泵投加NaOH溶液,调节pH值调至6,8。
,一级接触氧 ?接触氧化池:本工艺采用两级接触氧化,池内安装弹性填料化池采用散流式曝气器,二级接触氧化池采用微孔曝气器。
?二沉池:采用平流式沉淀池,沉淀分离接触氧化池出水中脱落的生物膜,减少后续气浮池加药量,降低运行成本。
高浓度有机废水处理技术前景展望
从下表可看出,随着社会和经济的发展,高浓度有机废水污染物的种类和污水的数量不断增加,而目前使用的单一的污水处理技术均存在一定的局限性,往往不能取得满意的效果。因此必须用综合治理的理念既要大力发展处理技术,还要从源头防治,以减轻污染。今后,新工艺的开发和探索将是高浓度有机废水处理的一个重要问题。
今后,新工艺的开发和探索将是高浓度有机废水处理的一个重要问题。一般认为,下述3个方向将在今后的污水处理中起到重要的作用:
(1)几种处理技术的联用,如先用絮凝、内电解、光催化氧化等技术破坏水中难降解的有机物,改善废水的可生化性,再联用生化方法,如接触氧化工艺、A/O工艺等对废水进行深度处理;
(2)针对废水成分复杂,单元处理装置难以达到处理要求的特点,发展具有高效能、多功能、设备小型化,且便于操作的组合处理装置;
(3)开发新工艺、新产品,以满足越来越严格的环保要求,适应环保发展的需要。
另外,超声波去除也是一种比较新兴的方法。超声波是一种不同于光和热的能量形式,利用波的压缩和扩张,在水中形成微小的气泡,溶质和溶液分子在气泡中形成 蒸汽。由于波的压缩而在气泡中产生瞬时高压和高温,使得蒸汽中有OH自由基生成。一些学者用超声-Fenton法处理偶氮染料橙黄?,当染料质量浓度为100 mg/L时,COD去除率最高可达93%,超声对Fenton试剂降解该物质具有强化作用。超声技术的能耗较大,噪声严重,处理大量的废水是否经济尚需进一步研究。
高浓度有机废水处理技术
高浓度有机废水处理技术
朱艳霞
摘要:对国内外目前高浓度有机废水的主要处理技术进行综述, 主要包括物化、化学、生物处理技术并分析了各种方法和工艺的优缺点及其研究现状。重点对生物处理技术中MBR 、A-B 工艺、UASB 、SBR 工艺进行重点研究、归纳总结其优缺点,并提出应用几种处理技术连用的方法来处理高浓度有机废水,用综合治理的理念既要大力发展处理技术, 还要从源头防治, 以减轻污染。
关键字:有机废水;高浓度;处理技术;前景
1 水资源状况
当前,水资源是世界各国普遍面临急需解决的问题之一。据联合国世界资源研究所研究报道,世界水资在质和量的方面都面临着比其它资源和比以往都更为严峻的局面。据统计全球2006年全球工业用水量为2.07万亿立方米,而这一现象世界各地状况极不相同,需求量与有限的可以用水资源极不适应,并且全世界每年排向自然水体的工业和生活废水为4200亿立方米,造成35%以上的淡水资源受到污染,因而治理水体污染将尤为重要。在一定意义上说世界各地经济发展的快慢将依据可利用水资源的状况而确定。
我国的水资源也面临严重的污染问题。大量工业废水不达标外排,绝大部分生活污水不经处理直接排放,广大农村地区不合理使用化肥、农药等农用化学物质,对地表水影响日趋严重。全国大部分城市和地区的淡水资源己受到水质恶化和水生态系统被破坏的威胁。由于全国80%左右的污水未经任何处理直接排入水域,造成全国1/3以上的河段受到污染,90%以上的城市水域污染严重,近50%的重点城镇水源地不符合饮用水标准。我国城市水资源质量也较差,大部分城市和地区地下水位连续下降,形成了不同规模的地下水降落漏斗,形势相当严峻。造成水资源受到严重污染的根本原因是大量生产生活废水未经处理或虽经处理但未达标。这些未得充分利用的废水即污染环境,又浪费资源,迫切需要进行资源化利用。水中的各种污染物中,有机污染物,尤其是高浓度的有机污染物,不仅在水中存在时间长、迁移范围广,而且危害大、处理难度大,一直是环保领域的一个重要研究课题。
2 高浓度有机废水
2.1 高浓度有机废水来源
高浓度有机废水一般是指由造纸、皮革及食品等行业排出的COD 在2 000 mg/ L 以上的废水。这些废水中含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等有机物, 如果直接排放, 会造成严重污染。高浓度有机废水按其性质来源可分为三大类: [1]
(1) 易于生物降解的高浓度有机废水;
(2) 有机物可以降解, 但含有害物质的废水;
(3) 难生物降解的和有害的高浓度有机废水。
2.2 高浓度有机废水水质特点
高浓度有机废水主要具有以下特点: [2]
㈠ 有机物浓度高。COD 一般在2 000 mg/L 以上, 有的甚至高达几万乃至几十万mg/L, 相对而言, BOD 较低, 很多废水BOD 与COD 的比值小于0.3。
㈡ 成分复杂。含有毒性物质废水中有机物以芳香族化合物和杂环化合物居多, 还多含有硫化物、氮化物、重金属和有毒有机物。
㈢ 色度高, 有异味。有些废水散发出刺鼻恶臭, 给周围环境造成不良影响。
㈣ 具有强酸强碱性。工业产生的超高浓度有机废水中, 酸、碱类众多, 往往具有强酸或强碱性。 ㈤ 不易生物降解有机废水中所含的有机污染物结构复杂,如蔡环是由10个碳原子组成的离域共扼键,结构相当稳定,难以降解。这类废水中大多数的BODSC/OD极低,生化性差,且对微生物有毒性,难以用一般的生化方法处理。
2.3 高浓度有机废水危害
高浓度有机污水主要有以下3 种危害: [3]
① 需氧性危害。由于生物降解作用, 高浓度有机污水会使受纳水体缺氧甚至厌氧, 多数水生物将死
亡, 从而产生恶臭, 恶化水质和环境。
② 感观性污染。高浓度有机污水不但使水体失去使用价值, 更严重影响到水体附近人民的正常生
活。
③ 致毒性危害。高浓度有机污水中含有大量有毒有机物, 会在水体、土壤等自然环境中不断累积、
储存, 最后进入人体, 从而危害人体健康。
3 高浓度有机废水处理技术
高浓度有机废水处理技术粗略分为3 类: 物化处理技术、化学处理技术以及生物处理技术。
3.1 物化处理技术
物化法常作为一种预处理的手段应用于有机废水处理,预处理的目的是通过回收废水中的有用成分,或对一些难生物降解物进行处理,从而达到去除有机物,提高生化性,降低生化处理负荷,提高处理效率。一般常用的物化法有萃取法、吸附法、浓缩法、超声波降解法等。
3.1.1 萃取法
在众多的预处理方法中,萃取法具有效率高、操作简单、投资较少等特点。特别是基于可逆络合反应的萃取分离方法,对极性有机稀溶液的分离具有高效性和高选择性,在难降解有机废水的处理方面具有广阔的应用前景。
溶剂萃取法利用难溶或不溶于水的有机溶剂与废水接触, 萃取废水中的非极性有机物, 再对负载后的萃取剂进一步处理。近年来为了避免有机溶剂对环境的污染, 又开发了超临界二氧化碳萃取[4]。该法简单易
行, 适于处理有回收价值的有机物, 但只能用于非极性有机物, 被萃取的有机物和萃取后的废水需要进一步处理, 有机溶剂还可能造成二次污染。萃取只是一个污染物的物理转移过程, 而非真正的降解。
由清华大学开发的萃取一反萃取体系[5],可以应用于多种染料与中间体废母液资源回收,对染料中间体的回收率达90%以上,脱色效果也达到同样水平,正在逐步推广于染料废水的治理工程中。
3.1.2 吸附法
吸附剂的种类很多,有活性炭、大孔树脂、活性白土、硅藻土等。
在有机废水中常用的吸附剂有活性炭和大孔树脂。虽然活性炭具有较高的吸附性,但由于再生困难、费用高而在国内较少使用。例如将活性炭投加到难降解染料废水的试验容器中,当活性炭的投加浓度为200mg/L时,色度的去除率为77%;而投加质量浓度增加到400mg/L时,色度的去除率达到86%[5]。
3.1.3 浓缩法
浓缩法是利用某些污染物溶解度较小的特点,将大部分水蒸发使污染物浓缩并分离析出的方法。浓缩法操作简单,工艺成熟,并能实现有用物质的部分回收,适合于处理高浓度含盐有机废水。该法的缺点是能耗高,如有废热可用或降低能耗,则该法是可行的。
3.1.4 超声波降解
采用超声波降解水体中有机污染物,尤其是难降解有机污染物,是20世纪90年代兴起的新型水污染控制技术。该技术利用超声辐射产生的空化效应,将水中的难降解有机污染物分解为环境可以接受的小分子物质,不仅操作简便、降解速度快,还可以单独或与其它水处理技术联合使用,是一种极具产业前景的清洁净化方法。它集高级氧化技术、焚烧、超临界水氧化等多种水处理技术的特点于一身, 具有反应条件温和、速度快、适用范围广等特点, 可以单独或与其它技术联合使用, 具有很大的发展潜力。超声波能在水中引起空化, 产生约4 000 K 和100 MPa的瞬间局部高温高压环境(热点) , 同时以约110m/ s的速度产生具有强烈冲击力的微射流和冲击波。水分子在热点达到超临界状态, 并分解成羟基自由基、超氧基等, 羟基自由基是目前所发现的最强的氧化剂。有机物在热点发生化学键断裂、水相燃烧、高温分解、超临界水氧化、自由基氧化等反应。这些效应加上声场中的质点振动、次级衍生波等为有机物提供了其他方法难以达到的多种降解途径。
3.2 化学处理技术
化学处理技术是应用化学原理和化学作用将废水中的污染物成分转化为无害物质, 使废水得到净化
的方法。化学氧化法分为两大类, 一类是在常温常压下利用强氧化剂(如过氧化氢、高锰酸钾、次氯酸盐、臭氧等) 将废水中的有机物氧化成二氧化碳和水; 另一类是在高温高压下分解废水中有机物, 包括超临界水氧化和湿空气氧化工艺, 所用的氧化剂通常为氧气或过氧化氢, 一般采用催化剂降低反应条件, 加快反应速率。化学氧化法反应速度快、控制简单, 但成本较高, 通常难以将难降解的有机物一步氧化到无机物质, 而且目前对中间产物的控制的研究较少。该技术也常常作为生化处理的预处理方法使用。 其主要的方法有焚烧法、Fenton 氧化法、臭氧氧化法、电化学氧化法等。
3.2.1 焚烧法
焚烧法利用燃料油、煤等助燃剂将有机废水单独或者和其他废物混合燃烧, 焚烧炉可采用各种炉 型。效率高, 速度快, 可以一步将有害废水中有机物彻底转化为二氧化碳和水。但设备投资大, 处理成本高, 除某些特殊废水(如医院废水) 以外难以采用[6]。
3.2.2 Fenton 氧化法
Fenton 试剂具有很强的氧化能力, 因此Fen2ton 氧化法在处理废水有机物过程中发挥了巨大的作用。但由于体系中含有大量的Fe 2 + 离子,H 2O 2 的利用率不高, 使有机物降解不完全。后来, 人们对传统的Fenton 氧化法进行了改进。如光助反应就是在反应体系中辅以紫外线和可见光, 在低浓度亚铁离子、理论双氧水加入量、紫外线和可见光的汞灯的照射下, 反应0. 5 h ,溶解性有机碳去除率高达90 %[7]。郁志勇等[8]用UV +Fenton 法对氯酚混合液进行处理, 在1 h 内COD 去除率达到83.2 % 。
3.2.3 臭氧氧化法
臭氧在水处理方面具有氧化能力强, 反应速度快, 不产生污泥, 无二次污染等特点, 在去除合成洗涤剂
以及降低水中的BOD 、COD 等方面都具有特殊的效果。臭氧对难降解有机物的氧化通常是使其环状分子的部分环或长链分子部分断裂, 从而使大分子物质变成小分子物质, 生成易于生化降解的物质, 提高废水的可生化性。臭氧氧化技术在难生物降解有机废水处理过程中常作为预处理。研究发现, 臭氧氧化法对多数染料能取得很好的脱色效果, 但对硫化、还原、涂料等不溶于水的染料脱色效果较差[9]。
3.2.4 电化学氧化法
电化学氧化又称电化学燃烧, 它是在电极表面的电氧化作用下或由电场作用而产生的自由基作用下使有机物氧化。电化学氧化分为直接电化学氧化和间接电化学氧化。直接电化学氧化是使难降解有机物在电极表面发生氧化还原反应。目前, 已证实对氯苯酚、五氯化酚均可在阳极上彻底分解。Hwang B J 等[10 ]报道了电化学处理含氯有机物的有效性, 并成功地利用PbO2/ 聚吡咯复合电极去除废水中的氯离子。阴极还原过程已被用于一氯乙烷、三氯乙烷和芳香氯化物等的脱氯处理。间接电化学氧化就是利用电化学反应产生氧化剂或还原剂使污染物降解的一种方法。据报道, 采用电解生成次氯酸盐氧化剂, 可氧化去除氨氮及难降解的有机污染物。
3.3 生物处理技术
生物处理是废水净化的主要工艺,主要用于处理农药、印染、制药等行业的有机废水。生物处理法是利用微生物的代谢作用来分解、转化水体中的有毒有害化学物质和其它各种超标组分的生物技术, 降解作用的场所主要是含微生物的活性污泥、生物膜及其相应的反应器, 由此诞生了各类生物处理方法和技术。微生物法不仅经济、安全, 而且处理的污染物阈值低、残留少、无二次污染, 有较好的应用前景。根据反应条件的不同, 微生物处理法可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两大类。
3.3.1 好氧活性污泥法
在污水处理中, 活性污泥法是应用最广的技术之一, 它是自然界水体自净的人工模拟, 是对水自净作用的强化, 利用悬浮生长的微生物絮凝体(Floc) 处理有机污水。活性泥法自1914 年在英国曼彻斯特试验厂开创以来, 已有90 多年的历史, 随着在实际生产上的广泛应用和技术上的不断革新改进, 特别是近几十年来, 在对其生物反应和净化机理进行深入研究探讨的基础上, 活性污泥法在反应动力学以及在工艺方面都
得到长足发展, 出现了多种能够适应各种条件的工艺流程。当前, 活性污泥法已成为各类有机污水的主体处理技术。
根据各种不同运行方式的工艺特征与应用条件可将好氧活性污泥法分为: 普通活性污泥法(Conventional activatedsludge , CAS) 、减量曝气活性污泥法(Tapered aeration) 、分段进水活性污泥法(Step2feed activated sludge , SFAS) 、吸附—再生活性污泥法(Contact stabilization activated sludge , CSAS) 、完全混合活性污泥法(Completely mixed activated sludge , CMAS) 、高负荷活性污泥法(High activated sludge) 、纯氧曝气活性污泥法(High purity oxygen activated sludge , HPOAS) 。以上这些污水处理方法都是对传统活性污泥法在使有机负荷及需氧量提到均衡, 提高曝气池对水质、水量、冲击负荷的适应能力, 减少污泥产生, 缩短曝气时间, 提高氧向混合液中的传递能力及利用率, 减少污泥膨胀现象发生等方面进行的改进, 改进的同时又不可避免地出现处理效果差等缺点, 尤其是对于高浓度有机污水, 更具有难处理性[3]
3.3.2 好氧生物膜法
好氧生物膜法是与活性污泥法并列的一种污水好氧生物处理法。这种方法的实质是使细菌、真菌、原生动物、后生动物等微生物附着在滤料或某些载体上生长繁育, 并在其上形成膜状生物污泥———生物膜(Biofilm)。
与传统法处理污水相比,膜生物反应器具有以下几个方面的特征:
①出水水质好 用超微滤膜组件取代二次沉淀池可以使生物反应器获得比普通活性污泥法更高的生物浓度,提高了生物降解能力,处理效果好; 同时膜分离后出水质量高,当处理对象为生活污水时,可满足建设部生活回用水水质标准C(J25.1一89) 。
②工艺参数易于控制 膜生物反应器内可以实现STR 和HTR 的完全分离。通过控制较长的STR ,使世代时间较长的硝化菌得以富集,提高硝化效果; 同时膜分离也使废水中那些大分子、颗粒状难降解的成分在有限体积的生物反应器中有足够的停留时间,从而达到较高去除率。
③设备紧凑,占地少 由于生物反应器内污泥浓度高,容积负荷可大大提高,生物反应器体积大大减小; 从形式上看,一体式膜生物反应器可使设备更加紧凑。
④污泥产率低同传统活性污泥法相比,膜生物反应器的污泥产率很低 如表1-1
:
⑤抗冲击负荷能力强 膜生物反应器中维持着高浓度的MLSS ,使它比传统生物法具有高得多的抗冲击负荷能力。
⑥易于自动控制管理 膜分离单元不受污泥膨胀等因素的影响,易于设计成自动控制系统,便于管
理。
通常提到的膜生物反应器,实际上是三类反应器的总称,它们分别是(l)膜一曝气生物反应器
(MembrnaeAaertionBioeractor,MABR);(2)萃取膜生物反应器E(xartctiveMembnareBioeroactr,EMBR);(3)膜分离生物反应器(BiomassSeparationMembnareBioeracotr,BSMBR ,简称MBR).
(l)膜一曝气生物反应器
无泡曝气MBR 最早见于Co.etP 等于1988年的报道。它采用透气性致密膜(如硅橡胶膜) 或微孔膜(如疏水性聚合膜) ,以板式或中空纤维式组件,在保持气体分压低于泡点b(ubblepoin)t的情况下,可实现向生物反应器的无泡曝气。由于传递的气体含在膜系统中,因此提高了接触时间,极大地提高了传氧效率。同时由于气液两相被膜分开,有利于曝气工艺的更好控制,有效地将曝气和混合功能分开。因为供氧面积一定,所以该工艺不受传统曝气系统中气泡大小及其停留时间等因素的影响。
(2)萃取膜生物反应器
萃取MBR 是结合膜萃取和生物降解,利用膜将有毒工业废水中有毒的、溶解性差的优先污染物从废水中萃取出来,然后用专性菌对其进行单独的生化降解,从而使专性菌不受废水中离子强度和pH 值的影响,生物反应器的功能得到优化。目前膜一曝气生物反应器和萃取膜生物反应器还处在实验室阶段,尚无实际的工程应用。
(3)膜分离生物反应器
膜分离生物反应器中的膜组件相当于传统生物处理系统中的二沉池,利用膜组件进行固液分离,截流的污泥回流至生物反应器中,透过水外排。按膜组件和生物反应器的相对位置,膜分离生物反应器又可以分为一体式膜生物反应器、分置式膜生物反应器、复合式膜生物反应器三种。
在分置式MBR 中,生物反应器的混合液由泵增压后进入膜组件,在压力作用下膜过滤液成为系统处理出水,活性污泥、大分子物质等则被膜截留,并回流到生物反应器内。分置式MBR 通过料液循环错流运行,其特点是:运行稳定可靠,操作管理容易,易于膜的清洗、更换及增设。但为了减少污染物在膜面的沉积,由循环泵提供的料液流速很高,为此动力消耗较高。
一体式MBR 根据生物处理的工艺要求,可分为两种组成形式:第一种有两个生物反应器,其中一个为硝化池,另一个为反硝化池。膜组件浸没于硝化反应器中,两池之间通过泵来更新要过滤的混合液。第二种组合最 简单,直接将膜组件置于生物反应器内,通过真空泵或其它类型的泵抽吸,得到过滤液。为减少膜面污染,延长运行周期,一般泵的抽吸是间断运行的。
3.3.3 厌氧生物处理法
早在一百多年前, 人们就开始采用厌氧工艺处理生活污水污泥. 1860 年, 法国工程师Mouras 首次采用厌氧方法处理沉淀池的固定物质[11-12] ,后来德国的Karl Imhoff 将其发展为目前仍然在使用的腐化池和双层沉淀池(又称Imhoff 池) [13] . 在1910 年~1950 年间, 高效的、可加温和搅拌的污泥消化池得到了进一步地发展, 如厌氧接触工艺, 这些反应器被称为第一代厌氧反应器. 由于第一代厌氧反应器无法将污泥停留时间和水力停留时间分开, 污泥中温消化池的HRT 长达20 d~30 d ,这就大大增加了消化池的容积和占地面积, 提高了建设费用. 为了提高厌氧反应系统的处理效率, 人们成功地研究和开发了第二代厌氧反应器, 例如厌氧滤池(AF) 、升流式厌氧污泥床反应器(UASB) 、厌氧流化床(AFB) 和厌氧接触膜膨胀床反应器(AAFEB) 等[14] 。它们共同的特点就是可以将固体停留时间和水力停留时间相分离, 这使得反应器内固体停留时间可以长达上百天, 而水力停留时间可以从过去的几十天缩短为几天, 甚至几小时。在已经开发的这些高效厌氧处理系统中,UASB 已广泛用于实际生产中。
UASB 即上流式厌氧污泥床。工作原理:废水中的有机污染物在厌氧条件下经微生物降解, 转化成甲烷、二氧化碳等, 所产气体(沼气) 含甲烷大于60% ,可作为能源再次利用, 如用于锅炉燃烧、发电等。这样, 既去除了有机污染物又回收了能源。上流式厌氧污泥床反应器主体是内装颗粒厌氧污泥的容器, 在其上部设置专用的气、液、固分离系统(即三相分离器) , 它可使反应器中保持较高活性及良好沉淀性能的厌氧微生物, 工艺上较一般厌氧装置的效率更高, 同时还节省了投资与占地面积。其技术关键为三相分离器、布水系统及工艺条件, 特别是形成颗
粒污泥的工艺条件是UASB 装置发挥高效的技术关键。
使用UASB 处理高浓度污废水,UASB 的容积负荷可高达10 kg/ m3·d ~50 kg/ m3·d (好氧最高为5 kg/m3·d ~10 kg/ m3·d) ,HRT 可缩短为10 h~12 h ,这与污泥床中保留有大量厌氧颗粒污泥是分不开的。厌氧颗粒污泥大多呈卵“ ,”形, 直径015 mm~5 mm ,具有良好的沉降性和生物活性. UASB 反应器中颗粒污泥的形成往往需要几个月的时间, 但向反应器中加入惰性载体、颗粒活性碳, 及向碳水中加入甲醇都可以缩短颗粒的形成时间。 三相分离器分离效果的好坏也是决定UASB 成功的关键。同时, 人们在使用厌氧工艺过程中开发了水解(酸化) 工艺[15] 。 水解酸化的目的是把废水中的不溶物转变为可溶物, 将微生物难降解物质转变为生物易降解物质。研究证实, 厌氧消化过程中的水解酸化段, 不但能降低CODcr ,而且还可以提高废水的可生化性, 利用这一特点, 人们设计并开发了多种类型的水解酸化反应器, 在生活废水、印染废水、食品废水、化工废水等治理工作中发挥了重要作用, 获得了满意的效果。[16]
虽然第二代厌氧处理工艺在应用中取得了很大成功, 但在进一步扩大其应用范围时, 仍然遇到了不少问题 ,迫使人们在此基础上继续进行研究和开发, 这样相继开发了第三代和新型厌氧反应器。 主要包括膨胀颗粒污泥床( EGSB) 、厌氧内循环反应器( IC) 、厌氧折流板反应器(ABR) 等。
3.3.4 A-B工艺
A-B 工艺即吸附—生物降解技术。70年代德国亚深工业大学的Boehnke 教授提出了吸附—生物降解工艺
[18]。由A 段和B 段组成,2 段串联运行, 不设初沉池, 污水经预处理后, 直接进入A 段曝气池,A 段曝气池排出的混合液在中间沉淀池进行泥水分离,A 段曝气池、中间沉淀池及其回流和排泥组成A 段处理系统。中间沉淀池出水进入B 段曝气池继续进行处理,B 段曝气池混合液排入二沉池进行泥水分离,B
段曝气池、二沉池及其回流和排泥组成B 段处理系统, 工艺流程如图:[17]
A-B工艺中的A 段为高负荷(通常BOD5 的负荷>2.0kgBOD5/kgMLSS·d) 的生物吸附段, 利用活性污泥的吸附、絮凝作用将污水中的有机物吸附于活性污泥上对其进行降解,A 段产生的大量污泥在中间沉淀池进行泥水分离, 停留时间30~60min 。A 段的微生物绝大部分是细菌(大肠杆菌群) ,其世代时间短(约为20 min) ,繁殖速度快。A 段可通过控制溶解氧含量, 以好氧或兼氧方式运行, 耗氧量负荷,污泥产率较高, 沉降性能较好, 污水经A 段处理后可生化性有可能提高。B 段以低负荷(BOD5 的负<0.1-0.3kgbod5 gmlss·d)="" 运行,="" 停留时间2~4="" h="" ,b="">0.1-0.3kgbod5>
A-B 工艺的特点有:[17]
(1) A-B 工艺具有高效去除有机物的能力,BOD5的去除率可达95 % ,CODCr的去除率可高达90 %。
(2) A-B 工艺具有较强的出水稳定性。A 段对进水有机物的负荷、有毒物质和极端pH 的冲击具有较 强的缓冲能力, 使大部分冲击被A 段所截留, 从而为B 段提供了良好的微生物生存环境, 保证了总出水水 质的稳定性。
(3)A 段以兼氧运行时, 可提高污水的可生化性, 从而使A-B 工艺在处理难生物降解物质方面具有较 高的去除率。
(4) A-B 工艺污泥沉降性能好, 易于克服污泥膨胀。
(5)B 段污泥负荷较低, 污泥龄较长, 有利于提高活性污泥中硝化菌的比例, 为B 段去除NH3-N 创造了比较好的条件。
(6)A 段在高负荷条件下运行, 污泥产量大, 其剩余污泥量较传统活性污泥工艺多10 %~15 %。
3.3.5 SBR 法[18]
SBR 反应器即序批式活性污泥生物反应器,是早期充排式反应器(Fill-Draw )的一种改进,比连续流活性污泥法出现得更早,但由于当时运行管理条件限制而被连续流系统取代。随着自动控制水平的提高,SBR 法又引起人们的重视并对它进行更加深入的研究和改进,自1995年我国第一座SBR 处理设施在上海吴淞肉联厂投产运行以来,SBR 工艺在国内外已用于屠宰、含酚、啤酒、化工试剂、鱼品加工。制药等工业废水及城市生活污水。SBR 工艺的曝气池,在流态上属完全混合,在有机物降解上,却是时间上的推流,有机物是随时间的推移儿被降解的。其流程由进水、反应、沉淀、出水和闲置等5个基本过程组成, 从污水流
入到闲置结束构成一个周期,在每个周期里上述过程都是在一个设有曝气或搅拌的反应器内依次进行
4 前景
高浓度有机污水的处理技术正向高效、节能、环保的方向发展。好氧处理技术与厌氧处理技术的联合工艺将具有广阔的前景。
(1) 改造常规的污水处理工艺。强化混凝处理过程, 研制经济实用的强化混凝设备, 是适合我国国情,高浓度难降解有机污水处理技术的重要发展方向之一。[19]
(2) 多种处理技术联合应用。如先用絮凝、微电解、电化学催化氧化等技术破坏水中难降解的有机物, 提高有机污水的可生化性, 再交叉耦合生化方法进行深度处理[3] 。
(3) 发展具有高效能、多功能、设备小型化以及更便于操作的组合处理装置。另外还须推行清洁生产, 让污染在生产过程中得到减少或消除。[20]
(4) 开发污水净化生物强化技术。即向系统中投加从自然界中筛选的优势种群或通过基因工程改良的
能够快速“吃”污的高效降解菌, 以强化高浓度有机污水的处理效果[21]。随着全球科学技术和工农业生产的发展, 不但已知种类的高浓度有机污水需要着重处理, 一些无法预料的新有机污染物也层出不穷, 而国家对排放水质的要求也日益严格。因此, 作为污水处理核心技术的生物处理必将面临新的挑战, 新工艺的开发和高效降解微生物的研究将是今后高浓度有机污水处理的重要研究领域。
总之,为保护水资源,保护环境,实施可持续发展战略,高浓度有机废水必须进行处理达到排放标准再排放,在今后的研究中不仅要用综合治理的理念大力发展处理技术, 还要从源头防治, 以减轻污染。
参考文献
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Treatment of high concentration organic waste water
Zhu Yan-xia
Nanjing University of Science & Technology Environmental Engineering Nanjing 210044
ABSTRACT: At present, domestic and foreign high concentration of organic waste water treatment technology to carry out a major overview, including physical, chemical, biological and technical analysis to deal with a variety of methods and technology research and their strengths and weaknesses. Focus on the biological treatment technology in the MBR, AB Technology, UASB Technology, SBR process, summary of their advantages and disadvantages, and application of technology to deal with several MS way to deal with the high concentration of organic waste, with the idea of comprehensive management. Not only stronger the development of process Key words: Organic waste; High concentration; Biological treatment technology; Prospects technology, but also prevention and control at the source in order to reduce pollution.
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