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高濃度有機廢水處理技術研究進展

發布時間:2022-03-25 08:36:09人氣:

高濃度有機廢水處理技術研究進展

高濃度有機廢水處理技術研究進展

      高濃度有機廢水一般是指由造紙、皮革及食品等行業排出的COD在2000mg/L以上的廢水。通常根據其性質和來源可分為三類:

(1)不舍有害物質且易于生物降解的高濃度有機廢水.其一般來自以農牧產品為原料的工業廢水,如食品工業廢水;

(2)含有有害物質且易于生物降解的高濃度有機廢水,其主要來自輕工和冶金工業等,如制藥業廢水;

(3)含有有害物質且難于生物降解的高濃度有機廢水.其主要來自有機合成化學工業和農藥生產工業等,如農藥廢水。

高濃度有機廢水中污染物成分復雜,排人水體后對人類健康和生態環境構成嚴重威脅。因此.高濃度有機廢水處理技術的研究是當前環境科學和工程領域的研究熱點。

 

      目前,高濃度有機廢水處理方法分為生物處理技術、物理處理技術、化學處理技術和物理化學處理技術四種。其中生物處理技術是利用微生物降解廢水中的污染物質作為自身的營養和能源.同時使廢水得到凈化的方法,由于其符合可持續發展的思想.近幾年來在中具有極其重要的地位。

 

高濃度有機廢水的特點及危害

 

      高濃度有機廢水主要具有以下特點:(1)有機物濃度高。其COD一般在2000mg/L以上,有的甚至高達幾萬至幾十萬mg/L,BOD較低,很多廢水可生化性較差;(2)成分復雜。往往含有生產原料、副反應產物和多種無機鹽,廢水中還多含有重金屬和有毒有機物;(3)色度高,有異味。有些廢水散發出刺鼻的惡臭。給周圍環境造成不良影響;(4)酸,堿、鹽類眾多.往往具有強酸或強堿性。由于生物降解作用,高濃度有機廢水會使受納水體缺氧,多數水生物將死亡,惡化水質和環境,不但使水體失去使用價值,更嚴重影響水體附近人民的正常生活。同時高濃度有機廢水中含有大量有毒有機物,會在水體、土壤等自然環境中不斷累積、儲存,最后進入人體,危害人體健康。

 

生物處理技術

 

      按參與作用的微生物種類和供氧情況,生物處理技術可分為好氧生物法、厭氧生物法及介于兩者之間的水解酸化法三大類。由于其經濟可行、無二次污染,且微生物具有較強的適應性和可變異性等特點,因此發展迅速并成為處理高濃度有機廢水較為理想的方法。

 

1、好氧生物法

 

      好氧生物法是指異養型好氧微生物在有氧情況下,以有機物等作為電子供體和游離態的氧作為電子受體使水中有機物氧化,從而降低有機物含量的技術,可以分為活性污泥法和生物膜法兩大類。由于其操作簡單、出水效果好等特點一般用于處理低濃度有機廢水。近年來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廢水,如序批式活性污泥法(SBR)、深井曝氣法(DSP)、好氧生物流化床(ABFB)和生物降解反應器系統(RBS)等。

 

      SBR是一種間歇式(或半連續)運行的廢水生物處理技術。該工藝應用于鎮海煉油化工股份有限公司工業生產一年來。各項出水指標都達到了較好的水平,無論在技術上還是工程上均是可行的。其缺點是容易產生污泥膨脹現象.從而導致出水水質變差。DSP是利用深井中的靜水壓力把氧的轉移率從傳統曝氣法的5%~15%提高到60%~90%。該技術具有動力效率高、產泥量少、占地面積小等優點,但其應用受地質條件的影響。目前已廣泛應用于現代化學合成工業的高濃度有機廢水的治理。曾明等4采用高效曝氣生物濾池工藝處理氮肥工業終端廢水,出水COD、BOD5分別為81—158mg/L和8~15mg/L。ABFB的特點是反應器內填料的表面積大,生物膜量可達10-40g/L。因此該工藝具有效能高、占地少、投資省等優點。由于要使填料流化,必須進行出水循環,并保持反應器內具有一定的流速,從而增加了運行的復雜性。目前國內利用ABFB處理高濃度有機廢水尚處于室驗階段.工程應用并不多。RBS是我國從日本引進的一項處理高濃度有機廢水的生物處理技術,屬于活性污泥法的一種。該技術利用一種高活性兼性土壤菌的生物化學作用來凈化污水,可處理BOD51000一15000mg/L以上的廢水,不但對BOD5,CODcr、ss、磷、氟氮的去除率高于傳統活性污泥法.而且具有操作簡便、占地面積小、抗沖擊負荷能力強的特點。該技術在處理豬場廢水方面,已取得了很好的效果。在特定條件下,如場地面積小,可考慮應用DSP法:如某些含有抑制厭氧菌物質的廢水,可采用其他高教好氧處理裝置。

 

2、厭氧生物法

 

      厭氧生物法是利用兼性厭氧菌和專性厭氧菌將有機物降解為CH4、CO2等的一種生物處理法。其與妤氧處理相比有以下優點:不需充氧、能耗低、污泥量小和所需氨磷元素少,因而運行費用低.并且甲烷是一種有用的終產物。其缺點是反應器污泥增長慢、啟動時間長、單一的厭氧處理后出水水質一般不能達到排放標準。一般認為,當原污水CODcr在1000mg/L時,厭氧與好氧生物處理技術費用相當;當污水中CODcr達到4000mg/L時,采用厭氧處理就會有能量剩余,而且當采用高效厭氧反應器時,COD容積負荷可高達15~100kg//(m3.d)。所以說,厭氧法是處理高濃度有機廢水的一種切實有效的方法。厭氧生物法已有100多年歷史,其發展經歷了3個階段.下面主要介紹第二和第三代厭氧處理技術。

 

a、第二代厭氧處理技術

 

      以傳統厭氧消化池為代表的早期厭氧消化工藝被稱為第一代厭氧消化工藝。隨著生物發酵工程中固定化技術的發展,在20世紀70年代末人們成功地開發出以厭氧接觸法(ACP)、厭氧濾池(AF)、上流式厭氧污泥床反應器(uASB)等為代表的第二代厭氧處理技術。

 

      1955年,Soefer等提出了ACP,標志著現代廢水厭氧處理工藝的誕生。ACP能適應高ss有機廢水的處理,可允許進水ss≥50g/L。COD容積負荷3-5kg/(m3.d)。由于采用將消化物泥回流至消化器的措施,可保持消化設施內較高濃度的生物量。1966年由McCarty等開發的AF是采用填充材料作為微生物載體的一種高速厭氧反應器,COD容積負荷為5~10kg/(m3d),要求進水ss<200mg/L或經過100目網過濾。AF具有耐沖擊負荷、設備簡單、運行管理方便等特點。其一般采用上流式.在中溫條件下還可采用下流式,適用于處理可溶性有機廢水。1974年由Lettinga等開發的UASB.COD容積負荷為8_15kd(m3.d),要求進水SS≤4g/L。UASB具有容積負荷率高、水力停留時間短、能耗低,能形成高活性的厭氧顆粒污泥等優點,其處理的廢水包括幾乎所有以有機污染物為主的廢水。UASB的厭氧處理主要依靠水中微生物的代謝活動.根據不同的微生物生長需要不同的溫度范圍通常將其劃分為低溫(16—25℃)、中溫(30-40℃)及高溫(50-60℃)UASB反應器。湯金如等(1研究發現在低溫下保持溫度在15.5~25℃且不發生突變、pH為6.8~7.2.即能保證UASB穩定高效運行,COD去除牢穩定在60%以上。

 

      與AF、UASB相比,ACP雖然負荷較低,但運行可靠,啟動時間短。這些厭氧處理技術的共同特點是可以把SRT與HRT相分離,使HRT從過去的幾天或幾十天縮短到幾個小時。它們具有容積小、處理效果良好等優點,但目前在某些方面還存在一定的問題而需深入的研究。如AF裝置的關鍵是獲得性能優良的填料,但目前高技的填料成本較高,而廉價的填料則易堵塞。UASB的技術關鍵是培養出沉淀性能好、活性高的顆粒污泥,國內這方面技術尚處于探索階段。同時UASB運行中有可能出現污泥層膨脹,造成微生物隨出水大量流失,難以達到預期效果。

 

b、第三代厭氧處理技術

 

      針對第二代厭氧生物處理技術工藝易出現污泥流失、難實現均勻布水等同題,20世紀90年代初在國際上出現了第三代厭氧處理技術,包括厭氧折流板反應器(ABR)、厭氧膨脹顆粒污泥床(EGSB)、垂直折流厭氧污泥床(VBASB)反應器和內循環厭氧(IC)反應器等工藝。其共同特點有:占地面積小、動力消耗小、生物量高、能承受更高的水力負荷并具有較高的有機污染物凈化效能。

 

      ABR是20世紀80年代由McCarty開發的生物膜和UASB相結合的新型厭氧反應器。其結構特點是:反應器被垂直設置的擋板分割成幾個隔室,廢水逐級經過各隔室,類似于多個UASB串聯。其具有結構簡單,無三相分離器,無污泥堵塞,運行管理方便等優點。目前ABR工藝已應用于多種高濃度有機廢水的處理和研究。IC反應器于20世紀由荷蘭PAQUES公司開發成功,反應器由底部和上部兩個UASB反應器串連疊加而成,高度約為16-25m,占地少,增加了水力負荷并可防止污泥大量流失,當廢水COD為10000~15000mg/L時,進水容積負荷率可達30-40kg/(m3.d).是一種值得推廣的厭氧產甲烷反應器。EGSB是20世紀90年代初荷蘭Wageingen農業大學的Lettinga教授等人在UASB反應器研究的基礎上率先開發的第三代高教厭氧反應器,其顯著特點是增加了出水再循環部分,使反應器內液體上升流速遠遠高于UASB,強化了廢水與微生物之間的接觸。YejianZhang等采用EGSB反應器在中溫條件下(35℃)處理高濃度棕桐油廢水.在HRT為2d.COD有機負荷為17.5kg/(m3.d)的條件下。COD去除率為91%。但在高水力負荷和生物氣浮力攪拌的共同作用下,ECSB容易發生污泥流失。因此三相分離器的設計和布水系統的改進成為其高教穩定運行的關鍵。1993年陳際平研制成功的VBASB將厭氧ACP、AF和UASB組合在一個單元體反應器中,兼有三者的功能,對高懸浮物高濃度有機廢水比AF和UASB有更好的適應性。目前市場上運行的厭氧反應器以第二代處理技術為主,尤其是AF和UASB近年來在世界范圍內各種高濃度有機廢水處理中均得到廣泛應用,而新型的第三代厭氧反應器如IC反應器也在逐漸推廣中。

 

3、水解酸化法

 

      水解酸化法是在兩相厭氧理論基礎上發展起來的一種介于好氧和厭氧之間的方法。該方法已廣泛地應用于有機廢水的預處理,可以對絕大多數有機廢水中多種復雜有機物進行水解.使BOD/COD明顯提高,有利于廢水進一步的好氧或厭氧處理(16)。水解酸化機理是在大量水解細菌酸化菌的作用下,將廢水中不溶性有機物水解為溶解性有機物,將難生物降解的大分子物質轉化為易生物降解的小分子物質的過程。水解酸化利用的是兼性厭氧苗,其具有繁殖速度快、代謝強度高、對外界環境適應性強等特點,適用范圍較廣。國內外對此工藝已進行了廣泛。的試驗研究.現階段主要是對其用于各種具體的難降解廢水的處理進行實驗論證。

 

4、其他生物處理技術

 

      近年來發展迅速的新型生物處理技術主要有固定化微生物技術和膜生物反應器(MBR)。

 

      固定化微生物技術是將微生物固定在載體上培養特異菌種,用于高濃度有機廢水的定向處理技術。該技術因其處理效效高、占地面積少及產污泥量少等優點已應用于處理染料、制藥等廢水。其缺點是固定化成本高,固定化微生物結合強度不夠,活性損失大以及底物傳質阻力大。因此尋找優良的固定化載體,確定最優的同定化技術條件,加強固定化微生物反應特性的研究是使該技術走上大規模工業應用的關鍵。目前該技術已在高濃度苯酚廢水、氯酚廢水和喹啉廢水的處理中得到廣泛研究和成功應用。

 

       MBR將生化法與膜技術有機結合,是常規活性污泥法的進一步發展,是一種新型高技污水處理技術。MBR主要由膜組件和生物反應器兩部分組成。它用膜分離裝置代替普通恬性污泥法中的二沉池,不僅能高效地進行同液分離,而且膜的截留作用有利于維持生物反應器內微生物的濃度,從而提高了處理裝置的容積負荷所以MBR特別適合處理高濃度有機廢水。按膜組件和生物反應器的相對位置,MBR主要有兩種構型:一體式(浸投式)和分置式(旁流式)。一體式MBR能普遍應用于市政和工業廢水的處理,其特點是運行能耗低,且具有結構緊湊,體積小等優點;但單位膜的處理能力小,膜污染較重,膜通量較低。分置式MBR的膜組件形式一般為平板式和管式,其易于清洗、更換廈增設膜組件的特點更適合應用于工業廢水的處理:但動力消耗較高,相比之下一體式MBR可用于大規模的廢水處理廠,這也是一體式MBR得以廣泛應用的原因,目前MBR技術的研究和商業應用已經在全球范圍取得了顯著的進步,在單座污水處理廠的最大處理量能達到10000m3/d的水平,并還將在水的深度處理等應用領域繼續探索下去。搖動床生物膜反應器(以下簡稱搖動床)是日本NET株式會杜開發的一種新型、高效的污水生物處理新技術,它利用親水性的高性能丙烯酸樹脂纖維(Biofringe)填料為半軟性生物載體,該載體隨水流產生的搖動效應可增強生物膜與污水的傳質效果,并能使微生物保持較高的活性。金虎等利用搖動床和活性污泥法組合技術處理高濃度有機廢水,當進水COD由1500m/L上升到2514mg/L時,出水COD的平均去除率基本保持在96%以上,污泥產率僅為普通話性污泥法的50%左右。

 

生物處理技術的實際應用

 

      生物處理技術一般要求有機物的濃度處于中低水平(COD為1000-10000mg/L),而高濃度有機廢水的COD較高,僅采用單一的厭氧或好氧處理很難達到排放標準,因此通常采用生物與物理、化學處理相結合的方法和厭氧一好氧兩級處理方法。韓衛清等采用徽電解、A/O和膜生物反應器組合工藝處理泰州某化學有限公司排放的農藥廢水,該廢水生物毒性強,COD高達8000mg/L,可生化性差,BOD5/COD僅為0.03。處理后COD<300mg/L,氨氮<15mg/L總氮<50mg/L。孫根行等采用UASB-兩級生物接觸氧化一過濾工藝處理酒精廢水。系統出水COD<100mg/L,色度<50倍,SS<70mg/L,NH3-N<15mg/L,TP<0.5mg/L。何玉鳳等采用三級厭氧/好氧一體式折流板生物反應器處理馬鈴薯淀粉廢水,井在好氧室添加多孔爐渣作為填料,在運行溫度為25-35℃、pH為5.0—8.5的條件下,當廢水的COD為1400—3000mg/L、氨氮為15.0—24.0mg/L時,系統的出水COD≤200mg/L、氨氮為10.8mg/L.對COD和氨氮的去除率分別可達96%和53.0%。多孔爐渣填料的投加可提高好氧室的處理效果。丁振宇等采用ECSB+接觸氧化工藝處理黑龍江華潤啤酒有限公司啤酒廢水,經過4個月的調試達到滿負荷運行,COD、BOD、ss、氨氮和TP的去除率分別達到98.1%、98.5%、95.4%、82%和86.7%。該工藝是處理啤酒釀造工業高濃度有機廢水的有效方法。王相乙利用厭氧和好氧浮動生化床相結合的工藝處理以乳制品廢水為主的中高濃度有機廢水。COD去除率達到95%以上,該工藝具有占地面積小、工程投資低、運行效果穩定等優點。石慧等利用EGSB-A/O工藝處理高濃度淀粉生產廢水,當廢水COD為10000--12000mg/L時,ECSB反應器負荷達到20kg/(m5.d)左右,對COD、BOD5、ss和NH3-N去除率分別達99.2%、99.7%、97.6%和97.9%.經過該組合工藝處理后出水COD<100m/L。

 

結束語

 

      生物處理是高濃度有機廢水處理系統中最重要的過程之一。今后,針對好氧生物法的耗能問題,應努力尋求一種既能夠節省能源又能夠產生新能源的方法。厭氧生物法由于其能耗低、產泥量少。沼氣可回收利用等優點應重點研究,同時應注意其預處理和后續處理工藝的選擇。因此,除了開發新的處理技術及完善現有技術以外。如何組合成一套經濟有效的處理方寨,以避免各方法的局限性,發揮各處理單元的優勢,也是高濃度廢水處理技術的發展方向之一。新型優化組合處理技術由于集中了不同工藝的優點,在高濃度有機廢水治理中已被優先選用。但在設計參數、運行模式、動力學機理等方面.尚須進一步研究和開發。隨著綠色化學和技術引起的工業生產技術革命的興起,同時應重視清潔生產,從源頭上減少或消除污染,使被動治理變為主動預防——中微環保微生物技術專業研究公司,專業提供黑臭水體治理、有機廢氣處理、有機廢水處理環保DM微生物產品、配套兼容設備、微生物處理技術等相關服務。

高濃度有機廢水處理技術研究進展

 

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