高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展
【南通純水設(shè)備http://m.shenzhoujiankang.cn】高濃度有機(jī)廢水一般是指造紙、皮革、食品等行業(yè)排放的COD在2000mg/L以上的廢水。通常根據(jù)其性質(zhì)和來源可分為三類:(1)無有害物質(zhì)、易生物降解的高濃度有機(jī)廢水。(2)含有害物質(zhì)、易生物降解的高濃度有機(jī)廢水，主要來自輕工、冶金等行業(yè)的制藥廢水;(3)含有有害物質(zhì)且難以生物降解的高濃度有機(jī)廢水南通純水設(shè)備，主要來源于有機(jī)合成化學(xué)工業(yè)和農(nóng)藥生產(chǎn)行業(yè)，如農(nóng)藥廢水。高濃度有機(jī)廢水污染物復(fù)雜，對人體健康和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，高濃度有機(jī)廢水處理技術(shù)的研究是環(huán)境科學(xué)與工程領(lǐng)域的一個熱點。
目前，高濃度有機(jī)廢水的處理方法分為生物處理技術(shù)、物理處理技術(shù)、化學(xué)處理技術(shù)和物理化學(xué)處理技術(shù)。其中，生物處理技術(shù)利用微生物作為自身的營養(yǎng)和能量來降解廢水中的污染物。同時還可以凈化廢水，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。
高濃度有機(jī)廢水的特點及危害
高濃度有機(jī)廢水具有以下特點:(1)高濃度有機(jī)物。其COD一般在2000mg/L以上，有的甚至高達(dá)數(shù)萬至數(shù)十萬mg/L，生化需氧量低，很多廢水可生化性差;(2)復(fù)雜的組件。它通常含有原料、副反應(yīng)產(chǎn)物和各種無機(jī)鹽。(3)色度高，有異味。有些廢水散發(fā)出刺鼻的惡臭。對周圍環(huán)境造成不良影響的;有許多酸、堿和鹽。由于生物降解,高濃度的有機(jī)廢水將接收水體缺氧,大多數(shù)水生生物會死,水質(zhì)和環(huán)境惡化,不僅使水體失去使用價值,但也嚴(yán)重影響人們的正常生活在水體附近。同時，高濃度有機(jī)廢水含有大量的有毒有機(jī)物，會在水體、土壤等自然環(huán)境中積累和儲存，最終進(jìn)入人體，危害人體健康。
生物工藝技術(shù)
根據(jù)微生物種類和供氧情況，生物處理技術(shù)可分為好氧生物法、厭氧生物法和水解酸化法。由于其經(jīng)濟(jì)可行性、無二次污染、微生物適應(yīng)性和變異性強(qiáng)等特點南通純水設(shè)備，已迅速發(fā)展成為處理高濃度有機(jī)廢水的理想方法。
1、好氧生物法
好氧生物法是指異養(yǎng)型好氧微生物在有氧情況下，以有機(jī)物等作為電子供體和游離態(tài)的氧作為電子受體使水中有機(jī)物氧化，從而降低有機(jī)物含量的技術(shù)，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(jī)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(jī)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(yīng)器系統(tǒng)(RBS)等。
SBR是一種間歇式(或半連續(xù))運(yùn)行的廢水生物處理技術(shù)。該工藝應(yīng)用于鎮(zhèn)海煉油化工股份有限公司工業(yè)生產(chǎn)一年來。各項出水指標(biāo)都達(dá)到了較好的水平，無論在技術(shù)上還是工程上均是可行的。其缺點是容易產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象.從而導(dǎo)致出水水質(zhì)變差。DSP是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%。該技術(shù)具有動力效率高、產(chǎn)泥量少、占地面積小等優(yōu)點，但其應(yīng)用受地質(zhì)條件的影響。目前已廣泛應(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。曾明等4采用高效曝氣生物濾池工藝處理氮肥工業(yè)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(yīng)器內(nèi)填料的表面積大，生物膜量可達(dá)10-40g/L。因此該工藝具有效能高、占地少、投資省等優(yōu)點。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)廢水尚處于室驗階段.工程應(yīng)用并不多。RBS是我國從日本引進(jìn)的一項處理高濃度有機(jī)廢水的生物處理技術(shù)，屬于活性污泥法的一種。該技術(shù)利用一種高活性兼性土壤菌的生物化學(xué)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(tǒng)活性污泥法.而且具有操作簡便、占地面積小、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)的特點。該技術(shù)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(yīng)用DSP法：如某些含有抑制厭氧菌物質(zhì)的廢水南通純水設(shè)備，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(jī)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(yōu)點：不需充氧、能耗低、污泥量小和所需氨磷元素少，因而運(yùn)行費(fèi)用低.并且甲烷是一種有用的終產(chǎn)物。其缺點是反應(yīng)器污泥增長慢、啟動時間長、單一的厭氧處理后出水水質(zhì)一般不能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。一般認(rèn)為，當(dāng)原污水CODcr在1000mg/L時，厭氧與好氧生物處理技術(shù)費(fèi)用相當(dāng);當(dāng)污水中CODcr達(dá)到4000mg/L時，采用厭氧處理就會有能量剩余，而且當(dāng)采用高效厭氧反應(yīng)器時，COD容積負(fù)荷可高達(dá)15~100kg//(m3.d)。所以說，厭氧法是處理高濃度有機(jī)廢水的一種切實有效的方法。厭氧生物法已有100多年歷史，南通水處理設(shè)備其發(fā)展經(jīng)歷了3個階段.下面主要介紹第二和第三代厭氧處理技術(shù)。
a、第二代厭氧處理技術(shù)
以傳統(tǒng)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(fā)酵工程中固定化技術(shù)的發(fā)展，在20世紀(jì)70年代末人們成功地開發(fā)出以厭氧接觸法(ACP)、厭氧濾池(AF)、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(uASB)等為代表的第二代厭氧處理技術(shù)。
1955年，Soefer等提出了ACP，標(biāo)志著現(xiàn)代廢水厭氧處理工藝的誕生。ACP能適應(yīng)高ss有機(jī)廢水的處理，可允許進(jìn)水ss≥50g/L。COD容積負(fù)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(shè)施內(nèi)較高濃度的生物量。1966年由McCarty等開發(fā)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(yīng)器，COD容積負(fù)荷為5~10kg/(m3d)，要求進(jìn)水ss<200mg/L或經(jīng)過100目網(wǎng)過濾。AF具有耐沖擊負(fù)荷、設(shè)備簡單、運(yùn)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(jī)廢水。1974年由Lettinga等開發(fā)的UASB.COD容積負(fù)荷為8_15kd(m3.d)，要求進(jìn)水SS≤4g/L。UASB具有容積負(fù)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(yōu)點，其處理的廢水包括幾乎所有以有機(jī)污染物為主的廢水南通純水設(shè)備。UASB的厭氧處理主要依靠水中微生物的代謝活動.根據(jù)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(yīng)器。湯金如等(1研究發(fā)現(xiàn)在低溫下保持溫度在15.5~25℃且不發(fā)生突變、pH為6.8~7.2.即能保證UASB穩(wěn)定高效運(yùn)行，COD去除牢穩(wěn)定在60%以上。
與AF、UASB相比，ACP雖然負(fù)荷較低，但運(yùn)行可靠，啟動時間短。這些厭氧處理技術(shù)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(yōu)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(guān)鍵是獲得性能優(yōu)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(shù)關(guān)鍵是培養(yǎng)出沉淀性能好、活性高的顆粒污泥，國內(nèi)這方面技術(shù)尚處于探索階段。同時UASB運(yùn)行中有可能出現(xiàn)污泥層膨脹，造成微生物隨出水大量流失，難以達(dá)到預(yù)期效果。
b、第三代厭氧處理技術(shù)
針對第二代厭氧生物處理技術(shù)工藝易出現(xiàn)污泥流失、難實現(xiàn)均勻布水等同題，20世紀(jì)90年代初在國際上出現(xiàn)了第三代厭氧處理技術(shù)，包括厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)、厭氧膨脹顆粒污泥床(EGSB)、垂直折流厭氧污泥床(VBASB)反應(yīng)器和內(nèi)循環(huán)厭氧(IC)反應(yīng)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(fù)荷并具有較高的有機(jī)污染物凈化效能。
ABR是20世紀(jì)80年代由McCarty開發(fā)的生物膜和UASB相結(jié)合的新型厭氧反應(yīng)器。其結(jié)構(gòu)特點是：反應(yīng)器被垂直設(shè)置的擋板分割成幾個隔室，廢水逐級經(jīng)過各隔室，類似于多個UASB串聯(lián)。其具有結(jié)構(gòu)簡單，無三相分離器，無污泥堵塞，運(yùn)行管理方便等優(yōu)點。目前ABR工藝已應(yīng)用于多種高濃度有機(jī)廢水的處理和研究。IC反應(yīng)器于20世紀(jì)由荷蘭PAQUES公司開發(fā)成功，反應(yīng)器由底部和上部兩個UASB反應(yīng)器串連疊加而成，高度約為16-25m，占地少，增加了水力負(fù)荷并可防止污泥大量流失，當(dāng)廢水COD為10000~15000mg/L時，進(jìn)水容積負(fù)荷率可達(dá)30-40kg/(m3.d).是一種值得推廣的厭氧產(chǎn)甲烷反應(yīng)器。EGSB是20世紀(jì)90年代初荷蘭Wageingen農(nóng)業(yè)大學(xué)的Lettinga教授等人在UASB反應(yīng)器研究的基礎(chǔ)上率先開發(fā)的第三代高教厭氧反應(yīng)器，其顯著特點是增加了出水再循環(huán)部分，使反應(yīng)器內(nèi)液體上升流速遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于UASB，強(qiáng)化了廢水與微生物之間的接觸。YejianZhang等采用EGSB反應(yīng)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(jī)負(fù)荷為17.5kg/(m3.d)的條件下。COD去除率為91%。但在高水力負(fù)荷和生物氣浮力攪拌的共同作用下，ECSB容易發(fā)生污泥流失。因此三相分離器的設(shè)計和布水系統(tǒng)的改進(jìn)成為其高教穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)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(yīng)器中，兼有三者的功能，對高懸浮物高濃度有機(jī)廢水比AF和UASB有更好的適應(yīng)性。目前市場上運(yùn)行的厭氧反應(yīng)器以第二代處理技術(shù)為主，尤其是AF和UASB近年來在世界范圍內(nèi)各種高濃度有機(jī)廢水處理中均得到廣泛應(yīng)用南通純水設(shè)備，而新型的第三代厭氧反應(yīng)器如IC反應(yīng)器也在逐漸推廣中。
3、水解醇化法
術(shù)解酸化法是在兩相厭氧理論基礎(chǔ)上發(fā)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(yīng)用于有機(jī)廢水的預(yù)處理，可以對絕大多數(shù)有機(jī)廢水中多種復(fù)雜有機(jī)物進(jìn)行水解.使BOD/COD明顯提高，有利于廢水進(jìn)一步的好氧或厭氧處理(16)。水解酸化機(jī)理是在大量水解細(xì)菌酸化菌的作用下，將廢水中不溶性有機(jī)物水解為溶解性有機(jī)物，將難生物降解的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易生物降解的小分子物質(zhì)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(qiáng)度高、對外界環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點，適用范圍較廣。國內(nèi)外對此工藝已進(jìn)行了廣泛。的試驗研究.現(xiàn)階段主要是對其用于各種具體的難降解廢水的處理進(jìn)行實驗論證。
4、其他生物處理技術(shù)
近年來發(fā)展迅速的新型生物處理技術(shù)主要有固定化微生物技術(shù)和膜生物反應(yīng)器(MHR)。
固定化微生物技術(shù)是將微生物固定在載體上培養(yǎng)特異菌種，用于高濃度有機(jī)廢水的定向處理技術(shù)。該技術(shù)因其處理效效高、占地面積少及產(chǎn)污泥量少等優(yōu)點已應(yīng)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(jié)合強(qiáng)度不夠南通水處理設(shè)備，活性損失大以及底物傳質(zhì)阻力大。因此尋找優(yōu)良的固定化載體，確定最優(yōu)的同定化技術(shù)條件，加強(qiáng)固定化微生物反應(yīng)特性的研究是使該技術(shù)走上大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵。目前該技術(shù)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(yīng)用。
MBR將生化法與膜技術(shù)有機(jī)結(jié)合，是常規(guī)活性污泥法的進(jìn)一步發(fā)展，是一種新型高技污水處理技術(shù)。MBR主要由膜組件和生物反應(yīng)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(jìn)行同液分離，而且膜的截留作用有利于維持生物反應(yīng)器內(nèi)微生物的濃度，從而提高了處理裝置的容積負(fù)荷所以MBR特別適合處理高濃度有機(jī)廢水。按膜組件和生物反應(yīng)器的相對位置，MBR主要有兩種構(gòu)型：一體式(浸投式)和分置式(旁流式)。一體式MBR能普遍應(yīng)用于市政和工業(yè)廢水的處理，其特點是運(yùn)行能耗低，且具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小等優(yōu)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(shè)膜組件的特點更適合應(yīng)用于工業(yè)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(guī)模的廢水處理廠，這也是一體式MBR得以廣泛應(yīng)用的原因，目前MBR技術(shù)的研究和商業(yè)應(yīng)用已經(jīng)在全球范圍取得了顯著的進(jìn)步，在單座污水處理廠的最大處理量能達(dá)到10000m3/d的水平，并還將在水的深度處理等應(yīng)用領(lǐng)域繼續(xù)探索下去。搖動床生物膜反應(yīng)器(以下簡稱搖動床)是日本NET株式會杜開發(fā)的一種新型、高效的污水生物處理新技術(shù)，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(chǎn)生的搖動效應(yīng)可增強(qiáng)生物膜與污水的傳質(zhì)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(shù)處理高濃度有機(jī)廢水，當(dāng)進(jìn)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(chǎn)率僅為普通話性污泥法的50%左右。。
生物處理技術(shù)的實際應(yīng)用
生物處理技術(shù)一般要求有機(jī)物的濃度處于中低水平(COD為1000-10000mg/L)，而高濃度有機(jī)廢水的COD較高，僅采用單一的厭氧或好氧處理很難達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，因此通常采用生物與物理、化學(xué)處理相結(jié)合的方法和厭氧一好氧兩級處理方法。韓衛(wèi)清等采用徽電解、A/O和膜生物反應(yīng)器組合工藝處理泰州某化學(xué)有限公司排放的農(nóng)藥廢水，該廢水生物毒性強(qiáng)，COD高達(dá)8000mg/L，可生化性差南通純水設(shè)備，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(tǒng)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(yīng)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(yùn)行溫度為25-35℃、pH為5.0—8.5的條件下，當(dāng)廢水的COD為1400—3000mg/L、氨氮為15.0—24.0mg/L時，系統(tǒng)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(dá)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(jīng)過4個月的調(diào)試達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行，COD、BOD、ss、氨氮和TP的去除率分別達(dá)到98.1%、98.5%、95.4%、82%和86.7%。該工藝是處理啤酒釀造工業(yè)高濃度有機(jī)廢水的有效方法。王相乙利用厭氧和好氧浮動生化床相結(jié)合的工藝處理以乳制品廢水為主的中高濃度有機(jī)廢水。COD去除率達(dá)到95%以上，該工藝具有占地面積小、工程投資低、運(yùn)行效果穩(wěn)定等優(yōu)點。石慧等利用EGSB-A/O工藝處理高濃度淀粉生產(chǎn)廢水，當(dāng)廢水COD為10000--12000mg/L時，ECSB反應(yīng)器負(fù)荷達(dá)到20kg/(m5.d)左右，對COD、BOD5、ss和NH3-N去除率分別達(dá)99.2%、99.7%、97.6%和97.9%.經(jīng)過該組合工藝處理后出水COD<100m/L。
生物處理是高濃度有機(jī)廢水處理系統(tǒng)中最重要的過程之一。今后，針對好氧生物法的耗能問題，應(yīng)努力尋求一種既能夠節(jié)省能源又能夠產(chǎn)生新能源的方法。厭氧生物法由于其能耗低、產(chǎn)泥量少。沼氣可回收利用等優(yōu)點應(yīng)重點研究南通水處理設(shè)備，同時應(yīng)注意其預(yù)處理和后續(xù)處理工藝的選擇。因此，除了開發(fā)新的處理技術(shù)及完善現(xiàn)有技術(shù)以外。如何組合成一套經(jīng)濟(jì)有效的處理方寨，以避免各方法的局限性，發(fā)揮各處理單元的優(yōu)勢，也是高濃度廢水處理技術(shù)的發(fā)展方向之一。新型優(yōu)化組合處理技術(shù)由于集中了不同工藝的優(yōu)點，在高濃度有機(jī)廢水治理中已被優(yōu)先選用。但在設(shè)計參數(shù)、運(yùn)行模式、動力學(xué)機(jī)理等方面.尚須進(jìn)一步研究和開發(fā)。隨著綠色化學(xué)和技術(shù)引起的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)革命的興起，同時應(yīng)重視清潔生產(chǎn)，從源頭上減少或消除污染，使被動治理變?yōu)橹鲃宇A(yù)防——中微環(huán)保微生物技術(shù)專業(yè)研究公司，專業(yè)提供黑臭水體治理、有機(jī)廢氣處理、有機(jī)廢水處理環(huán)保DM微生物產(chǎn)品、配套兼容設(shè)備、微生物處理技術(shù)等相關(guān)服務(wù)。純水設(shè)備，南通水處理設(shè)備，去離子水設(shè)備。
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