城市污水厌氧处理技术的研究及进展孙斌

孙斌等:城市污水厌氧处理技术的研究及进展城市污水厌氧处理技术的研究及进展孙斌`,杨景亮’,李再兴,,杨岚`,刘妍2,陈旭东`(1.河北科技大学环境科学与工程学院,河北石家庄050018;.2河北科技大学化学与制药学院,河北石家庄050018)[摘要1由于厌氧技术处理污水具有工艺简单、能耗低、污泥产生量少等优点,受到国内外的广泛关注。介绍了采用AF、UASB、EsGB等厌氧反应器处理城市污水的研究现状及进展,并提出了厌氧技术在处理城市污水中需研究解决的问题。【关锐词】城市污水处理;厌氧工艺;厌氧反应器【中圈分类号】X505【文献标识码】A「文章编号11003一5095(2X()4)以一加61刁3随着我国社会经济和工业的高速发展,城市化进程的加快,城市用水量和污水排放量不断增加。以好氧活性污泥法为主的城市污水处理技术,污染物去除率高,但占地面积大、基建投资及运行费用高,致使许多污水处理厂难以筹资兴建或因运行成本高而难以维持运转。厌氧处理技术能耗低、污泥产量少、又可回收沼气而成为国内外普遍关注的节能污水处理技术,在工业高浓度有机废水处理中得到了日益广泛的应用。自上世纪80年代以来,国内外先后开展了利用厌氧技术处理城市污水的研究。在1997年第8届国际厌氧会议上有研究者将生活污水(典型的低浓度有机废水)的厌氧处理列为厌氧技术发展的一个新领域。厌氧生物处理专家G玩t-itnga教授断言,厌氧生物处理技术如果有适合的后处理方法相配合,可以成为分散型生活污水处理模式的核心手段,这一模式较传统的集中处理方法更具有可持续性和生命力,尤其适合发展中国家的情况。本文结合作者的研究,重点介绍了国内外研究者采用厌氧滤池(AnaeorbieFilter,简称AF)、上流式厌氧污泥床(UpflowAnaeorbieSludgeBlanket,简称UASB)、厌氧颗粒污泥膨胀床(ExpandGarnularlSudgeeBd,简称EGSB)反应器等处理城市污水的研究情况。1厌氧滤池AF是上世纪60年代中期由Yougn和MoCarty发展起来的一种高速厌氧反应器,采用填料作为生物的载体。厌氧菌在填料上附着生长,形成生物膜。AF填料可用颗粒活性炭、碎石、陶瓷材料的拉希环、聚丙烯波尔环和各种软性填料等。1981一1983年在美国的田纳西州Knoxville建造【收稿日期】2X()4刁3一20【作者简介】孙斌(1979一),男,硕士研究生,研究方向为污染防治生物技术。了一座190mVd的An几OW中间试验装置,两年的运行表明,在有机负荷为0.1一0.4kgBOD/(m3·d)或0.35一1.2kgBOD/(m3·d)、HRTg一10h时,巧S、BOD、COD的去除率分别为80%、70%、60%。当环境温度降低至12℃时,效果依旧,其能耗与活性污泥相比,可节约55%,污泥产生量仅占活性污泥法的20%一25%1[]。南非、印度、日本等国家也先后进行了AF处理生活污水的试验。Ha币5Mt等人,采用102耐的升流式厌氧滤池进行了sood试验运行,当水力停留时间为13h时,BODS去除率为53%,SS去除率为69%,其中20%BODS转化成了甲烷。uKniyasuK等人冈用小型的浸没式厌氧滤池和好氧滤池处理系统进行单住户生活污水的中水回用处理也取得了满意的效果。上世纪90年代中期,我国钱易等阎用弹性立体填料,进行了厌氧生物滤池处理生活污水的试验研究,结果表明,厌氧生物滤池可以在低温(9.子一1.55℃)条件下成功启动,启动期为60d,常温下厌氧生物滤池能有效地去除有机污染物。何强等4I]利用变速厌氧生物滤池进行了城市污水的处理研究,何强等认为,适当地减少粒径,增大比表面积,将有利于生物膜的形成,.20一一5.0~是较适宜的滤料粒径。龙腾锐等阎在进行了低温缺氧挂膜试验中发现,适当的促进剂含量对填料挂膜起到明显的促进作用,在城市污水温度的下限(10一35℃),酶促生物填料历时25d即完成挂膜,该成果对于北方地区污水处理系统的启动极具参考价值。厌氧滤池结构简单,运行方便、灵活,很适合于小批量的生活污水处理,和其他厌氧或好氧工艺连用可获得更佳的出水水质。但有研究结果表明其BODS去除效果一般不如悬浮固体去除效果;运行时间较长后,生物固体的积累使滤池的有效容积减小;填料粒径较小,影响水流的再分布,容易引起堵2004年第4期塞。好的生物活性和沉降性能;在运行方式上EGSB反应ZUAS日反应器器可采用较大的水力负荷,上升流速一般控制在UASB反应器是荷兰Wagningon农业大学G玩t一.2561可h左右,最高可达1任一巧川了h,较高的水力itnga等人在20世纪70年代研制开发的。UASB反应器负荷使污泥床处于膨胀状态,有利于污泥与废水间结构合理,生物持有量大,并可培养出沉降性能好、充分接触,提高了传质效率,有利于基质和代谢产物活性高的颗粒污泥,三相分离器的设置可较好地完在颗粒污泥内外的扩散,保证了反应器在较高的容成气、液、固的分离,近年来在国内外广泛的应用于积负荷条件下正常运行,特别是在低温条件下,处理高浓度有机废水的处理中。低浓度有机废水优势明显叫。玩ittnga等人最早在1979年采用UASB反应器进肠st和玩tdngall3〕采用120L的EGSB反应器在常行了处理城市污水的研究,在水温8一20℃、HRT温下对生活污水进行处理研究,接种颗粒污泥取自12h的条件下,COD去除率达到65%一85%。1989年处理造纸废水的UASB反应器,试验用水为预沉后的Balr犯sa等人闭利用城市污水中沉降积的悬浮物作为生活污水,在干燥气候且温度大于13℃条件下,当UAsB反应器接种污泥,实现了反应器的顺利启动,HRT大于3.5h时,容积负荷大于.27k岁(心·d),可在水温18一28℃、HRT4h的条件下经过9个月的运溶性COD去除率及总COD去除率分别为51%和行,实现了反应器污泥床颗粒化,颗粒污泥粒径达到34%,而在HRT为Zh和1.5h时,可溶性COD的去除8~,COD去除率为74%。Be址ign等人因的中试结果率分别为45%和32%。表明,采用UASB反应器处理城市污水,在常温下,我国王凯军等人lt’]以水解反应器对城市生活污HRT为.76h,COD平均去除率为85%。水进行预处理,去除sS并提高COD的溶解性和可生我国赵建夫等人叫采用UASB反应器处理生活化性后,出水进人EGSB反应器,在温度为8一10℃,污水,重点考察了温度对运行效果的影响,当温度为HRT仅Zh时,COD去除率达到印%。15℃以上,HRT为3h时,COD去除率可达75%以笔者采用EGSB反应器处理生活污水,在常温条上;当温度为10一14℃,HRT为sh时,去除率为件(25一30℃)下,进水COD浓度约为550mg几,64%左右。陈学民等人10[]在常温(15一23℃)下,利HRT为3h时,COD容积负荷可达.42kgCODm/3·d,用某污水处理厂的初沉池污泥和消化污泥共同接种COD去除率为8%0。当进水浓度为350m岁飞,HRT为UASB反应器,在较短的时间内启动了反应器,经一.34h时,负荷为.24kgCOD(/m,·d),COD去除率为段时间运行后,虽然反应器中污泥未实现颗粒化,但70%。絮状污泥仍然使系统运行效果良好。当HRT为.53hEGSB反应器作为新一代的高速厌氧反应器,较时,COD去除率达77%。郭晓磊等人叫使用某污水处好地改善了污水与污泥的接触状态,即使在底物浓理厂浓缩池好氧污泥接种UASB反应器,对极低浓度度较低的情况下,仍然可以维持相当高的底物利用的生活污水(COD为168m岁L)进行处理,结果表率,因此更有利于处理浓度较低的城市生活污水。明,用UASB反应器处理极低浓度的生活污水是可行4其它厌叔反应器的。在城市污水处理的研究中,国内外学者采用的采用UASB反应器处理生活污水取得了良好的厌氧反应器还包括厌氧流化床(A~oribcnulidzed效果,但是出水水质均在10(卜~200mg/L,随着对水Bed,简称A邓)和折流式厌氧反应签(A旦旦旦鱼h远环境要求越来越高,出水水质不能满足要求,其原因B心edReacfor,简称ABR)等。是UASB反应器高径比较小、横截面积较大、上升流A邓依靠在惰性填料微粒表面形成的生物膜来速较小(.05一1.0州了h),难以实现反应器的均匀布保留厌氧微生物。由于填料在较高的上流速度下处水,固液混合较差,容易形成沟流和死角,特别是在于流化状态,厌氧微生物能够与废水最大程度的接低温、低浓度的条件下运行上述缺陷反映的更为明触,传质作用强。我国杨云霞等人l5[]以人工合成的多显。孔高分子为载体,运用包络法技术固定微生物,可强3EGS日反应器化厌氧流化床传质过程,克服低浓度有机废水产甲EGSB反应器是基于UASB反应器的理论基础上烷能力低的障碍,同时膨胀能耗也较小。当城市污水发展起来的第三代厌氧反应器,与UASB反应器相COD浓度为22任一25Om合飞,容积负荷为.24一2.69比,EGBS反应器增大了高径比。从目前应用及研究COD(/.Ld)时,COD去处率为54%一56%。情况来看,EGSB反应器接种物为颗粒污泥,具有良ABR是在垂直于水流方向设置导流板,将反应孙斌等:城市污水厌氧处理技术的研究及进展器分隔为串联的几个反应室,每个反应室都是一个相对独立的上流式污泥床系统,其中的污泥能以颗粒化形式或絮状形式存在。水流由导流板引导上下折流前进,逐个通过反应室内的污泥床层,使得进水中的有机污染物与厌氧微生物充分接触而得以降解去除。国外学者对ABR处理生活污水的性能、微生物分布和出水组成等研究的较多。lAetteAMUn-gehnoff等人阴的研究表明,在进水浓度较低时,发酵菌、产酸菌、产甲烷菌在不同隔室中不会发生选择性积累。在相同的HRT(10h)下,温度35℃时,COD去处率为95%。温度为20℃时,COD去处率为80%,降低温度至10℃时,COD去处率可达85%。M-arhcioertotMM等人四采用臭氧氧化和溶气气浮法对经ABR处理的城市生活污水进行后续处理,整个工艺取得了较好的效果。5结束语采用厌氧技术处理城市污水具有工艺和运行操作简单;能耗小,运行费用较低;处理系统规模宜大宜小,可分散布置;剩余污泥产生量少,稳定性好,易于脱水,与传统的好氧处理技术相比显现出明显的优势。但从目前研究的情况看,仍存在着出水水质较差,运行效果受外界环境影响较大等问题,若使其成为处理城市污水的实用技术,应重点解决好的问题,一是研究开发适应处理城市污水的新型厌氧反应器及运行控制技术;二是根据厌氧技术的特点,研究低投资、低能耗的预处理或后处理技术,使其与厌氧反应器构成一高效的组合工艺技术。[参考文献]【11王彩霞.城市污水处理新技术MI」J匕京:中国建筑工业出版社,l夕男).[ZIK画aysu.K,ohmoirH.nAaerobieandaerobiesubme飞edbio-曰terforsmallSCaleon一isted。,s成sewageit℃atment[Jl.WaterSeieneeandTeehnology,1993,27(l):273一1223.3[]钱易,王凤芹.常温下厌氧生物滤他处理生活污水的试验研究明·给水排水,1994,20(1):24一27.l4]何强,陈士年.变速厌氧生物滤池处理城市污水填料挂膜特性研究切.水处理技术,1995,21(3):183一186.5[l龙腾锐.酶促生物填料低温缺氧挂膜试验研究田.给水排水,1999,25(9):13一16.[冈咖igand,oeR~R,“n.PAnaeobric~,ntof~do-mesticsewageat田nbientetmpeart二uisgna,an』ar悦dUSAB~todJ」.BioteehBioegn,1983,25(7):1701一1723·[7]B目obasRA,Sant1AilnarJGLT浏比旧entofarwdolne86e~昭einanUASB~加城JIW时e比,1989,23(1