南京純水深度解析國內(nèi)外高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)
【www.www.sasting.com南京純水設(shè)備】高濃度有機(jī)廢水的性質(zhì)和來源不一樣，其治理技術(shù)也不一樣。通常根據(jù)高濃度有機(jī)廢水的性質(zhì)和來源可以分為三大類：第一類為不含有害物質(zhì)且易于生物降解的高濃度有機(jī)廢水，如食品工業(yè)廢水；第二類為含有有害物質(zhì)且易于生物降解的高濃度有機(jī)廢水，如部分化學(xué)工業(yè)和制藥業(yè)廢水；第三類為含有有害物質(zhì)且不易于生物降解的高濃度有機(jī)廢水，如有機(jī)化學(xué)合成工業(yè)和農(nóng)藥廢水。
本文匯總了國內(nèi)外高濃度有機(jī)廢水的主要處理技術(shù)，主要包括物化、化學(xué)、生物處理技術(shù)并分析了各種方法和工藝的優(yōu)缺點(diǎn)及其研究現(xiàn)狀。重點(diǎn)對生物處理技術(shù)中MBR、A-B工藝、UASB、SBR工藝進(jìn)行重點(diǎn)研究、歸納總結(jié)其優(yōu)缺點(diǎn)。
一、高濃度有機(jī)廢水來源
高濃度有機(jī)廢水一般是指由造紙、皮革及食品等行業(yè)排出的COD在2 000 mg/ L以上的廢水。這些廢水中含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)、纖維素等有機(jī)物,如果直接排放,會(huì)造成嚴(yán)重污染。高濃度有機(jī)廢水按其性質(zhì)來源可分為三大類：
(1)易于生物降解的高濃度有機(jī)廢水;
(2)有機(jī)物可以降解,但含有害物質(zhì)的廢水;
(3)難生物降解的和有害的高濃度有機(jī)廢水。
二、高濃度有機(jī)廢水水質(zhì)特點(diǎn)
（1）有機(jī)物濃度高。COD一般在2 000 mg/L以上，有的甚至高達(dá)幾萬乃至幾十萬mg/L，相對而言，BOD較低，很多廢水BOD與COD的比值小于0.3。
（2）成分復(fù)雜。含有毒性物質(zhì)廢水中有機(jī)物以芳香族化合物和雜環(huán)化合物居多，還多含有硫化物、氮化物、重金屬和有毒有機(jī)物。
（3）色度高，有異味。有些廢水散發(fā)出刺鼻惡臭，給周圍環(huán)境造成不良影響。
（4）具有強(qiáng)酸強(qiáng)堿性。
三、高濃度有機(jī)廢水危害
高濃度有機(jī)污水主要有以下3種危害：
①需氧性危害。由于生物降解作用,高濃度有機(jī)污水會(huì)使受納水體缺氧甚至厭氧,多數(shù)水生物將死亡,從而產(chǎn)生惡臭,惡化水質(zhì)和環(huán)境。
②感觀性污染。高濃度有機(jī)污水不但使水體失去使用價(jià)值,更嚴(yán)重影響到水體附近人民的正常生活。
③致毒性危害。高濃度有機(jī)污水中含有大量有毒有機(jī)物,會(huì)在水體、土壤等自然環(huán)境中不斷累積、儲(chǔ)存,最后進(jìn)入人體,從而危害人體健康。
四、高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)
高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)粗略分為3類：物化處理技術(shù)、化學(xué)處理技術(shù)以及生物處理技術(shù)。
1、 物化處理技術(shù)
物化法常作為一種預(yù)處理的手段應(yīng)用于有機(jī)廢水處理，預(yù)處理的目的是通過回收廢水中的有用成分，或?qū)σ恍╇y生物降解物進(jìn)行處理，從而達(dá)到去除有機(jī)物，提高生化性，降低生化處理負(fù)荷，提高處理效率。一般常用的物化法有萃取法、吸附法、濃縮法、超聲波降解法等。
（1）萃取法
在眾多的預(yù)處理方法中，萃取法具有效率高、操作簡單、投資較少等特點(diǎn)。特別是基于可逆絡(luò)合反應(yīng)的萃取分離方法，南京實(shí)驗(yàn)室純水處理設(shè)備對極性有機(jī)稀溶液的分離具有高效性和高選擇性，在難降解有機(jī)廢水的處理方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
溶劑萃取法利用難溶或不溶于水的有機(jī)溶劑與廢水接觸,萃取廢水中的非極性有機(jī)物,再對負(fù)載后的萃取劑進(jìn)一步處理。近年來為了避免有機(jī)溶劑對環(huán)境的污染,又開發(fā)了超臨界二氧化碳萃取。該法簡單易行,適于處理有回收價(jià)值的有機(jī)物,但只能用于非極性有機(jī)物,被萃取的有機(jī)物和萃取后的廢水需要進(jìn)一步處理,有機(jī)溶劑還可能造成二次污染。萃取只是一個(gè)污染物的物理轉(zhuǎn)移過程,而非真正的降解。
由清華大學(xué)開發(fā)的萃取一反萃取體系，可以應(yīng)用于多種染料與中間體廢母液資源回收，對染料中間體的回收率達(dá)90%以上，脫色效果也達(dá)到同樣水平，正在逐步推廣于染料廢水的治理工程中。
（2）吸附法
吸附劑的種類很多，有活性炭、大孔樹脂、活性白土、硅藻土等。
在有機(jī)廢水中常用的吸附劑有活性炭和大孔樹脂。雖然活性炭具有較高的吸附性，但由于再生困難、費(fèi)用高而在國內(nèi)較少使用。例如將活性炭投加到難降解染料廢水的試驗(yàn)容器中，當(dāng)活性炭的投加濃度為200mg/L時(shí)，色度的去除率為77%;而投加質(zhì)量濃度增加到400mg/L時(shí)，色度的去除率達(dá)到86%。
(3)濃縮法
濃縮法是利用某些污染物溶解度較小的特點(diǎn)，將大部分水蒸發(fā)使污染物濃縮并分離析出的方法。濃縮法操作簡單，工藝成熟，并能實(shí)現(xiàn)有用物質(zhì)的部分回收，適合于處理高濃度含鹽有機(jī)廢水。該法的缺點(diǎn)是能耗高，如有廢熱可用或降低能耗，則該法是可行的。
(4)超聲波降解
采用超聲波降解水體中有機(jī)污染物，尤其是難降解有機(jī)污染物，是20世紀(jì)90年代興起的新型水污染控制技術(shù)。該技術(shù)利用超聲輻射產(chǎn)生的空化效應(yīng)，將水中的難降解有機(jī)污染物分解為環(huán)境可以接受的小分子物質(zhì)，不僅操作簡便、降解速度快，還可以單獨(dú)或與其它水處理技術(shù)聯(lián)合使用，是一種具產(chǎn)業(yè)前景的清潔凈化方法。它集高級氧化技術(shù)、焚燒、超臨界水氧化等多種水處理技術(shù)的特點(diǎn)于一身,具有反應(yīng)條件溫和、速度快、適用范圍廣等特點(diǎn),可以單獨(dú)或與其它技術(shù)聯(lián)合使用,具有很大的發(fā)展?jié)摿?。超聲波能在水中引起空?span>,產(chǎn)生約4 000 K和100 MPa的瞬間局部高溫高壓環(huán)境(熱點(diǎn)) ,同時(shí)以約110m/ s的速度產(chǎn)生具有強(qiáng)烈沖擊力的微射流和沖擊波。水分子在熱點(diǎn)達(dá)到超臨界狀態(tài),并分解成羥基自由基、超氧基等,羥基自由基是目前所發(fā)現(xiàn)的強(qiáng)的氧化劑。南京反滲透純水處理設(shè)備有機(jī)物在熱點(diǎn)發(fā)生化學(xué)鍵斷裂、水相燃燒、高溫分解、超臨界水氧化、自由基氧化等反應(yīng)。這些效應(yīng)加上聲場中的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)、次級衍生波等為有機(jī)物提供了其他方法難以達(dá)到的多種降解途徑。
2 、化學(xué)處理技術(shù)
化學(xué)處理技術(shù)是應(yīng)用化學(xué)原理和化學(xué)作用將廢水中的污染物成分轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì),使廢水得到凈化的方法?；瘜W(xué)氧化法分為兩大類,一類是在常溫常壓下利用強(qiáng)氧化劑(如過氧化氫、KMnO4、次氯酸鹽、臭氧等)將廢水中的有機(jī)物氧化成二氧化碳和水;另一類是在高溫高壓下分解廢水中有機(jī)物,包括超臨界水氧化和濕空氣氧化工藝,所用的氧化劑通常為氧氣或過氧化氫,一般采用催化劑降低反應(yīng)條件,加快反應(yīng)速率。化學(xué)氧化法反應(yīng)速度快、控制簡單,但成本較高,通常難以將難降解的有機(jī)物一步氧化到無機(jī)物質(zhì),而且目前對中間產(chǎn)物的控制的研究較少。該技術(shù)也常常作為生化處理的預(yù)處理方法使用。其主要的方法有焚燒法、Fenton氧化法、臭氧氧化法、電化學(xué)氧化法等。
(1)焚燒法
焚燒法利用燃料油、煤等助燃劑將有機(jī)廢水單獨(dú)或者和其他廢物混合燃燒,焚燒爐可采用各種爐型。效率高,速度快,可以一步將有害廢水中有機(jī)物徹底轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。但設(shè)備投資大,處理成本高,除某些特殊廢水(如醫(yī)院廢水)以外難以采用。
(2)Fenton氧化法
Fenton試劑具有很強(qiáng)的氧化能力,因此Fen2ton氧化法在處理廢水有機(jī)物過程中發(fā)揮了巨大的作用。但由于體系中含有大量的Fe2+離子,H2O2的利用率不高,使有機(jī)物降解不完全。后來,人們對傳統(tǒng)的Fenton氧化法進(jìn)行了改進(jìn)。如光助反應(yīng)就是在反應(yīng)體系中輔以紫外線和可見光,在低濃度亞鐵離子、理論雙氧水加入量、紫外線和可見光的汞燈的照射下,反應(yīng)0. 5 h ,溶解性有機(jī)碳去除率高達(dá)90 %。郁志勇等用UV +Fenton法對氯酚混合液進(jìn)行處理,在1 h內(nèi)COD去除率達(dá)到83.2 %。
(3)臭氧氧化法
臭氧在水處理方面具有氧化能力強(qiáng),反應(yīng)速度快,不產(chǎn)生污泥,無二次污染等特點(diǎn),在去除合成洗滌劑以及降低水中的BOD、COD等方面都具有特殊的效果。臭氧對難降解有機(jī)物的氧化通常是使其環(huán)狀分子的部分環(huán)或長鏈分子部分?jǐn)嗔?span>,從而使大分子物質(zhì)變成小分子物質(zhì),生成易于生化降解的物質(zhì),提高廢水的可生化性。臭氧氧化技術(shù)在難生物降解有機(jī)廢水處理過程中常作為預(yù)處理。研究發(fā)現(xiàn),臭氧氧化法對多數(shù)染料能取得很好的脫色效果,但對硫化、還原、涂料等不溶于水的染料脫色效果較差。
(4)電化學(xué)氧化法
電化學(xué)氧化又稱電化學(xué)燃燒,它是在電極表面的電氧化作用下或由電場作用而產(chǎn)生的自由基作用下使有機(jī)物氧化。電化學(xué)氧化分為直接電化學(xué)氧化和間接電化學(xué)氧化。直接電化學(xué)氧化是使難降解有機(jī)物在電極表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)。目前,已證實(shí)對氯苯酚、五氯化酚均可在陽極上徹底分解。Hwang B J等報(bào)道了電化學(xué)處理含氯有機(jī)物的有效性,并成功地利用PbO2/聚吡咯復(fù)合電極去除廢水中的氯離子。陰極還原過程已被用于一氯乙烷、三氯乙烷和芳香氯化物等的脫氯處理。間接電化學(xué)氧化就是利用電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氧化劑或還原劑使污染物降解的一種方法。據(jù)報(bào)道,采用電解生成次氯酸鹽氧化劑,可氧化去除氨氮及難降解的有機(jī)污染物。
3、生物處理技術(shù)
生物處理是廢水凈化的主要工藝，主要用于處理農(nóng)藥、印染、制藥等行業(yè)的有機(jī)廢水。生物處理法是利用微生物的代謝作用來分解、轉(zhuǎn)化水體中的有毒有害化學(xué)物質(zhì)和其它各種超標(biāo)組分的生物技術(shù)，降解作用的場所主要是含微生物的活性污泥、生物膜及其相應(yīng)的反應(yīng)器，由此誕生了各類生物處理方法和技術(shù)。微生物法不僅經(jīng)濟(jì)、安全，而且處理的污染物閾值低、殘留少、無二次污染，有較好的應(yīng)用前景。根據(jù)反應(yīng)條件的不同，微生物處理法可分為好氧生物處理和厭氧生物處理兩大類。
(1)好氧活性污泥法
在污水處理中，活性污泥法是應(yīng)用廣的技術(shù)之一，它是自然界水體自凈的人工模擬,是對水自凈作用的強(qiáng)化,利用懸浮生長的微生物絮凝體(Floc)處理有機(jī)污水。南京工業(yè)純水處理設(shè)備活性泥法自1914年在英國曼徹斯特試驗(yàn)廠開創(chuàng)以來，已有90多年的歷史，隨著在實(shí)際生產(chǎn)上的廣泛應(yīng)用和技術(shù)上的不斷革新改進(jìn)，特別是近幾十年來，在對其生物反應(yīng)和凈化機(jī)理進(jìn)行深入研究探討的基礎(chǔ)上，活性污泥法在反應(yīng)動(dòng)力學(xué)以及在工藝方面都得到長足發(fā)展，出現(xiàn)了多種能夠適應(yīng)各種條件的工藝流程。當(dāng)前，活性污泥法已成為各類有機(jī)污水的主體處理技術(shù)。
根據(jù)各種不同運(yùn)行方式的工藝特征與應(yīng)用條件可將好氧活性污泥法分為：普通活性污泥法(CAS)、減量曝氣活性污泥法、分段進(jìn)水活性污泥法(SFAS)、吸附—再生活性污泥法(CSAS)、完全混合活性污泥法(CMAS)、高負(fù)荷活性污泥法、純氧曝氣活性污泥法(HPOAS)。以上這些污水處理方法都是對傳統(tǒng)活性污泥法在使有機(jī)負(fù)荷及需氧量提到均衡,提高曝氣池對水質(zhì)、水量、沖擊負(fù)荷的適應(yīng)能力，減少污泥產(chǎn)生，縮短曝氣時(shí)間，提高氧向混合液中的傳遞能力及利用率，減少污泥膨脹現(xiàn)象發(fā)生等方面進(jìn)行的改進(jìn)，改進(jìn)的同時(shí)又不可避免地出現(xiàn)處理效果差等缺點(diǎn)，尤其是對于高濃度有機(jī)污水，更具有難處理性。
(2)好氧生物膜法
好氧生物膜法是與活性污泥法并列的一種污水好氧生物處理法。這種方法的實(shí)質(zhì)是使細(xì)菌、真菌、原生動(dòng)物、后生動(dòng)物等微生物附著在濾料或某些載體上生長繁育,并在其上形成膜狀生物污泥———生物膜。
與傳統(tǒng)法處理污水相比，膜生物反應(yīng)器具有以下幾個(gè)方面的特征：
①出水水質(zhì)好 用超微濾膜組件取代二次沉淀池可以使生物反應(yīng)器獲得比普通活性污泥法更高的生物濃度，提高了生物降解能力，處理效果好；同時(shí)膜分離后出水質(zhì)量高，當(dāng)處理對象為生活污水時(shí)，可滿足建設(shè)部生活回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)C(J25.1一89)。
②工藝參數(shù)易于控制 膜生物反應(yīng)器內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)STR和HTR的完全分離。通過控制較長的STR，使世代時(shí)間較長的硝化菌得以富集，提高硝化效果;同時(shí)膜分離也使廢水中那些大分子、顆粒狀難降解的成分在有限體積的生物反應(yīng)器中有足夠的停留時(shí)間，從而達(dá)到較高去除率。
③設(shè)備緊湊，占地少 。由于生物反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度高，容積負(fù)荷可大大提高，生物反應(yīng)器體積大大減小;從形式上看，一體式膜生物反應(yīng)器可使設(shè)備更加緊湊。
④污泥產(chǎn)率低同傳統(tǒng)活性污泥法相比，膜生物反應(yīng)器的污泥產(chǎn)率很低。
⑤抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng) 膜生物反應(yīng)器中維持著高濃度的MLSS，使它比傳統(tǒng)生物法具有高得多的抗沖擊負(fù)荷能力。
⑥易于自動(dòng)控制管理 膜分離單元不受污泥膨脹等因素的影響，易于設(shè)計(jì)成自動(dòng)控制系統(tǒng)，便于管理。
通常提到的膜生物反應(yīng)器，實(shí)際上是三類反應(yīng)器的總稱，它們分別是（1）膜一曝氣生物反應(yīng)器(MABR)，（2）萃取膜生物反應(yīng)器E(EMBR)，（3）膜分離生物反應(yīng)器(BSMBR，簡稱MBR)。
（1）膜-曝氣生物反應(yīng)器
無泡曝氣MBR早見于Co.etP等于1988年的報(bào)道。它采用透氣性致密膜(如硅橡膠膜)或微孔膜(如疏水性聚合膜)，以板式或中空纖維式組件，在保持氣體分壓低于泡點(diǎn)b(ubblepoin)t的情況下，可實(shí)現(xiàn)向生物反應(yīng)器的無泡曝氣。由于傳遞的氣體含在膜系統(tǒng)中，因此提高了接觸時(shí)間，極大地提高了傳氧效率。同時(shí)由于氣液兩相被膜分開，有利于曝氣工藝的更好控制，有效地將曝氣和混合功能分開。因?yàn)楣┭趺娣e一定，所以該工藝不受傳統(tǒng)曝氣系統(tǒng)中氣泡大小及其停留時(shí)間等因素的影響。
（2）萃取膜生物反應(yīng)器
萃取MBR是結(jié)合膜萃取和生物降解，利用膜將有毒工業(yè)廢水中有毒的、溶解性差的優(yōu)先污染物從廢水中萃取出來，然后用專性菌對其進(jìn)行單獨(dú)的生化降解，從而使專性菌不受廢水中離子強(qiáng)度和pH值的影響，生物反應(yīng)器的功能得到優(yōu)化。目前膜一曝氣生物反應(yīng)器和萃取膜生物反應(yīng)器還處在實(shí)驗(yàn)室階段，尚無實(shí)際的工程應(yīng)用。
（3）膜分離生物反應(yīng)器
膜分離生物反應(yīng)器中的膜組件相當(dāng)于傳統(tǒng)生物處理系統(tǒng)中的二沉池，利用膜組件進(jìn)行固液分離，截流的污泥回流至生物反應(yīng)器中，透過水外排。南京EDI純水處理設(shè)備按膜組件和生物反應(yīng)器的相對位置，膜分離生物反應(yīng)器又可以分為一體式膜生物反應(yīng)器、分置式膜生物反應(yīng)器、復(fù)合式膜生物反應(yīng)器三種。
在分置式MBR中，生物反應(yīng)器的混合液由泵增壓后進(jìn)入膜組件，在壓力作用下膜過濾液成為系統(tǒng)處理出水，活性污泥、大分子物質(zhì)等則被膜截留，并回流到生物反應(yīng)器內(nèi)。分置式MBR通過料液循環(huán)錯(cuò)流運(yùn)行，其特點(diǎn)是:運(yùn)行穩(wěn)定可靠，操作管理容易，易于膜的清洗、更換及增設(shè)。但為了減少污染物在膜面的沉積，由循環(huán)泵提供的料液流速很高，為此動(dòng)力消耗較高。
一體式MBR根據(jù)生物處理的工藝要求，可分為兩種組成形式：第一種有兩個(gè)生物反應(yīng)器，其中一個(gè)為硝化池，另一個(gè)為反硝化池。膜組件浸沒于硝化反應(yīng)器中，兩池之間通過泵來更新要過濾的混合液。第二種組合簡單，直接將膜組件置于生物反應(yīng)器內(nèi)，通過真空泵或其它類型的泵抽吸，得到過濾液。為減少膜面污染，延長運(yùn)行周期，一般泵的抽吸是間斷運(yùn)行的。
厭氧生物處理法
早在一百多年前,人們開始采用厭氧工藝處理生活污水污泥。1860年，法國工程師Mouras采用厭氧方法處理沉淀池的固定物質(zhì)，后來德國的Karl Imhoff將其發(fā)展為目前仍然在使用的腐化池和雙層沉淀池(又稱Imhoff池) 。
在1910年～1950年間，高效的、可加溫和攪拌的污泥消化池得到了進(jìn)一步地發(fā)展，如厭氧接觸工藝，這些反應(yīng)器被稱為第一代厭氧反應(yīng)器。由于第一代厭氧反應(yīng)器無法將污泥停留時(shí)間和水力停留時(shí)間分開,污泥中溫消化池的HRT長達(dá)20 d～30 d ,這就大大增加了消化池的容積和占地面積,提高了建設(shè)費(fèi)用。為了提高厭氧反應(yīng)系統(tǒng)的處理效率，人們成功地研究和開發(fā)了第二代厭氧反應(yīng)器，例如厭氧濾池(AF)、升流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)、厭氧流化床(AFB)和厭氧接觸膜膨脹床反應(yīng)器(AAFEB)等。它們共同的特點(diǎn)就是可以將固體停留時(shí)間和水力停留時(shí)間相分離,這使得反應(yīng)器內(nèi)固體停留時(shí)間可以長達(dá)上百天,而水力停留時(shí)間可以從過去的幾十天縮短為幾天，甚至幾小時(shí)。在已經(jīng)開發(fā)的這些高效厭氧處理系統(tǒng)中，UASB已廣泛用于實(shí)際生產(chǎn)中。
AF是美國斯坦福大學(xué)的兩位學(xué)者首先研制的。裝置中填滿了砂礫、卵石、塑料或纖維等，厭氧微生物附著在填料的巨大表面上，可維持較高的生物量和較少的SRT，在中溫條件下也可采用下流式。
UASB即厭氧污泥床，是荷蘭農(nóng)業(yè)大學(xué)幾名教授在AF基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其特點(diǎn)是反應(yīng)器的上部設(shè)置1個(gè)氣、固、液三相分離器，混合液中的污泥能自動(dòng)回到反應(yīng)區(qū)以維持較多的生物量和較長的SRT，整個(gè)反應(yīng)器由反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)兩部分組成。UASB具有很高的容積負(fù)荷率和污泥負(fù)荷率。
工作原理：廢水中的有機(jī)污染物在厭氧條件下經(jīng)微生物降解，轉(zhuǎn)化成甲烷、二氧化碳等,所產(chǎn)氣體(沼氣)含甲烷大于60% ,可作為能源再次利用,如用于鍋爐燃燒、發(fā)電等。這樣，既去除了有機(jī)污染物又回收了能源。厭氧污泥床反應(yīng)器主體是內(nèi)裝顆粒厭氧污泥的容器,在其上部設(shè)置專用的氣、液、固分離系統(tǒng)(即三相分離器) ,它可使反應(yīng)器中保持較高活性及良好沉淀性能的厭氧微生物,工藝上較一般厭氧裝置的效率更高,同時(shí)還節(jié)省了投資與占地面積。其技術(shù)關(guān)鍵為三相分離器、布水系統(tǒng)及工藝條件，特別是形成顆粒污泥的工藝條件是UASB裝置發(fā)揮高效的技術(shù)關(guān)鍵。
使用UASB處理高濃度污廢水,UASB的容積負(fù)荷可高達(dá)10 kg/ m3·d～50 kg/ m3·d (好氧高為5 kg/m3·d～10 kg/ m3·d) ,HRT可縮短為10 h～12 h ,這與污泥床中保留有大量厭氧顆粒污泥是分不開的。厭氧顆粒污泥大多呈卵“,”形,直徑015 mm～5 mm ,具有良好的沉降性和生物活性. UASB反應(yīng)器中顆粒污泥的形成往往需要幾個(gè)月的時(shí)間,但向反應(yīng)器中加入惰性載體、顆粒活性碳,及向碳水中加入甲醇都可以縮短顆粒的形成時(shí)間。三相分離器分離效果的好壞也是決定UASB成功的關(guān)鍵。同時(shí),人們在使用厭氧工藝過程中開發(fā)了水解(酸化)工藝。
水解酸化的目的是把廢水中的不溶物轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇芪?span>,將微生物難降解物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樯镆捉到馕镔|(zhì)。研究證實(shí),厭氧消化過程中的水解酸化段,不但能降低CODcr ,而且還可以提高廢水的可生化性,利用這一特點(diǎn),人們設(shè)計(jì)并開發(fā)了多種類型的水解酸化反應(yīng)器,在生活廢水、印染廢水、食品廢水、化工廢水等治理工作中發(fā)揮了重要作用,獲得了滿意的效果。
雖然第二代厭氧處理工藝在應(yīng)用中取得了很大成功,但在進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用范圍時(shí),仍然遇到了不少問題,迫使人們在此基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行研究和開發(fā),這樣相繼開發(fā)了第三代和新型厭氧反應(yīng)器。主要包括膨脹顆粒污泥床( EGSB)、厭氧內(nèi)循環(huán)反應(yīng)器( IC)、厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)等。
A-B工藝
A-B工藝即吸附—生物降解技術(shù)。70年代德國亞深工業(yè)大學(xué)的Boehnke教授提出了吸附—生物降解工藝。由A段和B段組成,2段串聯(lián)運(yùn)行,不設(shè)初沉池,污水經(jīng)預(yù)處理后,直接進(jìn)入A段曝氣池,A段曝氣池排出的混合液在中間沉淀池進(jìn)行泥水分離,A段曝氣池、中間沉淀池及其回流和排泥組成A段處理系統(tǒng)。中間沉淀池出水進(jìn)入B段曝氣池繼續(xù)進(jìn)行處理,B段曝氣池混合液排入二沉池進(jìn)行泥水分離,B段曝氣池、二沉池及其回流和排泥組成B段處理系統(tǒng)。
A-B工藝中的A段為高負(fù)荷(通常BOD5的負(fù)荷>2.0kgBOD5/kgMLSS·d)的生物吸附段，利用活性污泥的吸附、絮凝作用將污水中的有機(jī)物吸附于活性污泥上對其進(jìn)行降解，A段產(chǎn)生的大量污泥在中間沉淀池進(jìn)行泥水分離，停留時(shí)間30～60min。A段的微生物絕大部分是細(xì)菌(大腸桿菌群) ，其世代時(shí)間短(約為20 min) ，繁殖速度快。南京超純水處理設(shè)備A段可通過控制溶解氧含量，以好氧或兼氧方式運(yùn)行，耗氧量負(fù)荷，污泥產(chǎn)率較高,沉降性能較好，污水經(jīng)A段處理后可生化性有可能提高。B段以低負(fù)荷(BOD5的負(fù)<0.1-0.3kgBOD5/kgMLSS·d)運(yùn)行，停留時(shí)間2～4h，B段的微生物中原生動(dòng)物和后生動(dòng)物占較大的比例。
A-B工藝的特點(diǎn)有：
(1) A-B工藝具有高效去除有機(jī)物的能力,BOD5的去除率可達(dá)95 % ,CODCr的去除率可高達(dá)90 %。
(2) A-B工藝具有較強(qiáng)的出水穩(wěn)定性。A段對進(jìn)水有機(jī)物的負(fù)荷、有毒物質(zhì)和極端pH的沖擊具有較強(qiáng)的緩沖能力,使大部分沖擊被A段所截留,從而為B段提供了良好的微生物生存環(huán)境,保證了總出水水質(zhì)的穩(wěn)定性。
(3)A段以兼氧運(yùn)行時(shí),可提高污水的可生化性,從而使A-B工藝在處理難生物降解物質(zhì)方面具有較高的去除率。
(4) A-B工藝污泥沉降性能好,易于克服污泥膨脹。
(5)B段污泥負(fù)荷較低,污泥齡較長,有利于提高活性污泥中硝化菌的比例,為B段去除NH3-N創(chuàng)造了比較好的條件。
(6)A段在高負(fù)荷條件下運(yùn)行,污泥產(chǎn)量大,其剩余污泥量較傳統(tǒng)活性污泥工藝多10 %～15 %。
SBR 法
SBR反應(yīng)器即序批式活性污泥生物反應(yīng)器，是早期充排式反應(yīng)器（Fill-Draw）的一種改進(jìn)，比連續(xù)流活性污泥法出現(xiàn)得更早，但由于當(dāng)時(shí)運(yùn)行管理?xiàng)l件限制而被連續(xù)流系統(tǒng)取代。隨著自動(dòng)控制水平的提高，SBR法又引起人們的重視并對它進(jìn)行更加深入的研究和改進(jìn)，自1995年我國第一座SBR處理設(shè)施在上海吳淞肉聯(lián)廠投產(chǎn)運(yùn)行以來，SBR工藝在國內(nèi)外已用于屠宰、含酚、啤酒、化工試劑、魚品加工。制藥等工業(yè)廢水及城市生活污水。SBR工藝的曝氣池，在流態(tài)上屬完全混合，在有機(jī)物降解上，卻是時(shí)間上的推流，有機(jī)物是隨時(shí)間的推移兒被降解的。其流程由進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、出水和閑置等5個(gè)基本過程組成,從污水流入到閑置結(jié)束構(gòu)成一個(gè)周期，在每個(gè)周期里上述過程都是在一個(gè)設(shè)有曝氣或攪拌的反應(yīng)器內(nèi)依次進(jìn)行。
好氧生物法一般用于處理低濃度有機(jī)廢水，但近年來有人研制出一些高效的好氧生物處理工藝，可用于處理高濃度有機(jī)廢水，如深井曝氣、好氧流化床和好氧活性污泥法等。在特定條件下，如場地面積小，可以考慮應(yīng)用深井曝氣法；某些含有抑制厭氧菌物質(zhì)的廢水，可采用高效好氧處理裝置
深井曝氣法(DSP)
DSP是20世紀(jì)70年代初，英國皇家化學(xué)工業(yè)公司在進(jìn)行利用好氧細(xì)菌生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的研究時(shí)派生出來的一種工藝。它改變了傳統(tǒng)生化法處理污水時(shí)氧的轉(zhuǎn)移率，增大氧氣與液膜的接觸面積，提高了氧的飽和濃度及其利用率，具有很好的處理效果。DSP法利用深井中的靜水壓力把氧的轉(zhuǎn)移率從傳統(tǒng)曝氣法的5%-15%提高到60%-90%。動(dòng)力效率很高，處理效果極好。此外，還具有產(chǎn)泥量少，不受氣溫影響，不產(chǎn)生污泥膨脹，占地面積小、效能高、能耗低、耐沖擊負(fù)荷性能好、操作簡單、易于管理、投資少等優(yōu)點(diǎn)。因此，它廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化學(xué)合成工業(yè)的高濃度有機(jī)廢水的治理，如塑料、合成纖維、合成橡膠、洗滌劑、染料、溶劑、涂料、農(nóng)藥、食品添加劑、藥品等工業(yè)。
好氧生物流化床法(ABFB)
ABFB法是澳大利亞科學(xué)家于20世紀(jì)70年代初開發(fā)的工業(yè)廢水生物處理工藝。這種工藝的特點(diǎn)是反應(yīng)器內(nèi)填料的表面積超過3300 m2/m3，生物膜量可達(dá)10-40 g/L，比普通活性污泥法高1個(gè)數(shù)量級。因此，該工藝具有效能高、占地少、投資省等優(yōu)點(diǎn)。但由于要使填料流化，必須進(jìn)行出水循環(huán)，并保持反應(yīng)器內(nèi)具有一定的流速，從而增加了運(yùn)行的復(fù)雜性。目前，國內(nèi)利用ABFB處理高濃度有機(jī)廢水尚處于實(shí)驗(yàn)階段，工程應(yīng)用并不多。
高濃度有機(jī)污水的處理技術(shù)正向高效、節(jié)能、環(huán)保的方向發(fā)展。好氧處理技術(shù)與厭氧處理技術(shù)的聯(lián)合工藝將具有廣闊的前景。
(1)改造常規(guī)的污水處理工藝。強(qiáng)化混凝處理過程，研制經(jīng)濟(jì)實(shí)用的強(qiáng)化混凝設(shè)備,是適合我國國情，高濃度難降解有機(jī)污水處理技術(shù)的重要發(fā)展方向之一。
(2)多種處理技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用。如先用絮凝、微電解、電化學(xué)催化氧化等技術(shù)破壞水中難降解的有機(jī)物,提高有機(jī)污水的可生化性,再交叉耦合生化方法進(jìn)行深度處理。
(3)發(fā)展具有高效能、多功能、設(shè)備小型化以及更便于操作的組合處理裝置。另外還須推行清潔生產(chǎn),讓污染在生產(chǎn)過程中得到減少或消除。
(4)開發(fā)污水凈化生物強(qiáng)化技術(shù)。即向系統(tǒng)中投加從自然界中篩選的優(yōu)勢種群或通過基因工程改良的能夠快速“吃”污的高效降解菌，以強(qiáng)化高濃度有機(jī)污水的處理效果。
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