带厌氧性条件的有机废水处理的最新动向和课题周抗寒

/\/\/\\专肠练述/\/\/带厌氧性条件的有机一废水处理的最新动向和课题摘要:本文综述了带厌氧性条件的有机仄水处理的最新动向,并阐述了今后的发展课题。首先在前言中引出了厌氧处理有机废水的特点和关键,然后简要地介绍了其原理,并以大鼠的研究报道为依据,概括并总结了厌氧处理方法的种类和特征以及在各种污水处理中的应用,尤其是详尽地概括了各种厌氧处理方法的最近研究,反映了当今的研究和发展。最后阐述了仄氧处理今后的i果题。前台口废水生物处理大玖可分为以活性污记为代表的好气性处理和以甲烷发酵为代表的厌气性处理两大类.好气性处理是指在有氧的条件下通过好气性微生物的生命活动将有机物分解为CO:和水,厌气性处理则是在无氧的条件下通过仄气性微生物的作用将有机物分解为CH;和CO:而使得有机物得以去除的一种处理方法。以往好气性处理法主要J{JJ二处理’一下水等低浓度的有机废水,而厌气性处理法主妥用于处理粪便、下水处理i万泥,工业废水等高浓皮有机废水。处理高浓度有机污水的仄气性处理法有如下特点:①与好氧性处理相比不需曝气,省端。②废水中的有机物转化为甲烷气,能回收利用。③仄氧微生物比好氧微生物菌休合成的比例低,李亏泥产量少,处理成本低。④厌氧处理后的污泥易脱水处理。⑤病原微生物死亡迅速.但是、与好氧处理相比,仄氧处理除在高浓度有机废水之外应用较少的原因是:厌氧处理`比好氧处理反应速度慢,从而处理设务庞大.为提高反应过度,须备置加热保旅装置,从而增人处歹从互备的费川,乡仁川_.厌氧处理产井恶矣,处理水质劣于好氧处理。然而,近年来,因石油危机而引发的能源危机,对节能的仄氧处理是另眼相看,不断开发新的处理方一式。纵观以往,某些应用一J立高浓度有机玻水处理的厌氧处理法,适用于有机物浓度高的污水,.但不适用于低浓度的有·机污水“这是因为这些以悬浮状厌氧活性污泥来净化的厌氧处理法没有污泥回流系统,采川短的水力停留时间处理时,增殖速度极慢的厌氧微生物被冲刷一空,难以确保净化时必需的微生物浓度.最近研究出了厌氧滤床法、仄氧旋转园翻法、厌氧流动床法、厌氧脸胀床等厌氧生物膜法,以及让废水通过称为自己固定化的颗粒厌氧污泥层的厌气性污泥床法。此外,还不利用包埋剂固定厌氧微生牡的包埋团定化法,这些方法都是为了保扮高侬度的微生物.如果能人为地把增殖速度缓慢的厌氧微生物高浓度地保持处理系统中,就能提高处理速度、缩小处理设备,并且使厌氧处理适用于低浓度有机废水的处理。此外,厌氧与好氧相结合,除去氧、认等营弄盐类的研究也异常活跃。本文所述的厌氧条件是指既不存在分子奋氧,也不存在Nox等化合态软的完全厌氧务件和虽无分子态身创匕有化合志城存在两种情况。本文一首先说明厌氧处理的川岌理,然后指出伟二从氧处理的方法种类和特征及在各种:、卜、处理,{,的应川,再份.:L住厌氧处理~州的最近研究并展望有关厌氧处理的课题。2.厌氧处理的原理厌氧处碑中有机物的代谢过程木.勤牙工{分为产酸过程和产甲烷过程两部分.过程是指废水中的蛋白质、多搪类等真分子有机物首先加水分解成氨基酸和单搪类物质,然后分解成醋酸、丙酸等低级脂肪酸的过程.产甲烷过程是产酸过程生成的低级脂肪酸转化为甲烷的过程。按Henz“等的表示如图l,它表示了在厌氧反伞中产_酸和产气的概况。对甲烷的生成反应尽督’迸行了大量的研究,但尚未达到完全定论的阶段。产酸的细菌群叫产酸细菌,属兼性和绝对厌氧菌。产甲烷的细菌群叫产甲烷菌,是绝对厌氧菌.我们知道,产甲烷·藏的增殖速度和代谢活性是产酸细菌的几分之一,因此,在有机物的厌氧处理中,决定步骤是甲烷的生成反应。因此为使厌氧处理有效地进行,必须具有有利于甲烷生成反应的合适操作条件。我们清楚,随着产酸过程的进行,pH值降低,阻碍甲烷生成反应进行。详细的反应机理参见稻森、野池的总论.由Sp““ce所列出的适合于厌氧处理的可能基质如表1所示。蛋蛋白!贡贡周周酸酸lll之乞乞月特肪酸酸丙丙酉交交交交交西齐酸酸佗佗二二乙乙醉醉醉甲酸酸酸甲醉醉甲甲烷烷毛)产酸反应图1(2)产气反应厌氛处理中有机物的分解过程表1适合厌氧处理的可能基质续表l曰系扩甲}酸醉…丙酮一,丙烯酸}己二终乏{苯胺}氨基丙醇氨基酪酸苯酚丁酉辛丁醛}丁烯丙三非邻苯二盼甲酚{丁烯醉卜丁烯酸’一二甲氧基苯酚一乙醇乙酸乙酮丙姗酸乙酗4一径基一3一甲氧基肉桂酸甲西性蚁酸.富马酸谷氨酸廿油、己酸氢醚异酪酸异丙醇乳酸马来酸甲酉享醋酸甲酷丙烯酸甲酮丁酮纹酸中价育砰尸浅龚兰硝酸醋戊醇酚苯二酸丙醛丙醇异丙醇丙酸丙二醇间苯二酚2一丁醇2一丁胺山梨酸丁香醛丁香酸唬拍酸3一丁醇香章酸`端西交乙味希玉米土豆甘蔗甘蔗渣泥炭木材玉米杆麦仟海草畜产废水干酪乳清果胶废水屠宰废水玉米淀粉废水食品加工废水啤酒酿造废水蜜酒蒸馏废水葡萄酒蒸馏废水愈疮橡胶加工废水可溶性聚合体大豆煮汁排水造纸废水羊毛制造废水鞍革废水酵母热处理污泥脱离字阮CI一1.+C()厌氛处理法厌氧活性污泥法仄氮滤床法C于1.+C。:户日,+U〔):瀚瀚掀创创C11.+CO:川川川日日丽丽mmmmm们们皿皿厌氧流化床法厌氮污泥床法厌氛旋转园板法图2厌乳处理法的类型3.厌氧处理法的种类和特征厌氧处理过去是以有机物浓度极高的墓质为对象,其处理方式并不太多.但最近扩大厌氧处理应用范围的研究很活跃,并开发了许多处理方式.特别是以有机污水为对象,其处理方式可分为活性污泥法与生物膜法二大类。前者是在过去的标准消化法中增加污泥回流系统,后者则是为捕捉或附着生物填充接触材料。除此之外,自己固定化法等的研究也异常活跃。图2为各种方式的概略.下面谈谈厌氧处理法的种类和特征。3.1单独厌氛处理工艺单独厌氧处理工艺是高浓度有机污水的处理方法。过去发展了污泥贮留池法和腐败槽法。贮留池法和腐败槽法处理装置构造简单,易于管理,但其缺点是:①厌氧微生物的反应速度慢,水力停留时间长.②产生恶臭,污染周围环境,必须考虑场地的选择。但是,只要能确保场地,则是一种经济、省能的处理.日本在30一40年前也在乡村建造混凝土池,让尿粪停留数为后作肥料,可以说是厌氧性贮留池法的简单应用.在此情况下,即使完全熟化,也还是产生恶臭.但是厌氧反应,如果进行完全,可以无臭.在美国最近为防臭保温用发泡苯乙烯覆盖厌气性贮留池的表面,开发出防止恶臭的方法.从这些情况可知,厌气性贮留池法特别适应于在人口稀疏的郊外,简单地净化生活排水等有机性污水.厌气性贮留池法对有机物的去除能力不及活性污泥法,但是如果不要求很高的去除万率,利用自然净化功能的厌气性贮留池法可说是一种省能的好方法。目前厌气性贮留池法的应用在日本已经消失,“但腐败槽在净化槽领域中的应用却相当普及。在关国腐败槽作为土壤处理的前处理,处理着总人口l/3的生活污水,应用非常广泛。)离败槽利用了污水的沉淀分离作用和厌气消化作用。它能有效地用于小规模设施,BOD去除率大约50%左右。其构造和沉淀分离槽相似,因此流动变化一旦增大,厌享微生物便会冲走,净化效率显著下降。因此,为极大发挥腐败槽的效果,必须延长平均停留时间,减少流量变化或设置流量调节槽,加强管理等等。在腐败槽中,如果管理不善,就会出现进水与出水有机物浓度相等的情况,这是由于过度地进行酸发酵,阻碍了甲烷的产生,进水中的有机物仅转化为低级脂肪酸,碳的浓度没有发生变化。近年来,通过提高反应槽内微生物浓度来弥补单独厌氧处理工艺反应速度慢的不足,开发了一些高效化的装置.其中有厌氧活性污泥法、厌氧滤床法、厌氧流动床法、厌氧污泥床法、厌氧旋转园盘法等。厌氧活性污泥法也称为变形(改进)消化法或厌氧接触法.基本流福和活性污泥法相同,只是不需进行曝气,也就是把活性污泥法的好氧变成厌氧;从反应槽流出的厌氧微生物依靠后续的沉淀池回收,取合适的量返回反应槽,与流入的原水相混合.因此,反应槽内的微生物浓度可以保持很高,从而缩短水力停留时间.厌氧活性污泥法是为解决过去的厌氧消化法中因没有污泥回流系统,净化中厌氧微生物被冲出使处理性能下降的问题,而由Schroepter等于1955年开发的一即厌氧活性污泥法具有污泥回流使槽内微生物浓度增大的装置,以及具有除去在沉淀池中恶化固液分离附着在微生物絮体周围气泡的减压装置,适合于象在好氧处理法中超负荷运行一样的废水处理.在厌氧活性污泥法中除去附着在微生物絮体上的气泡,、r提高沉淀池中固液分离性能极为重要.仄氧污泥床法(UASB),它是把厌氧活性污泥法中的反应槽和沉淀槽合二为一,简化处理装置的一种方法。它是由Lettiinga(1980年)、1犷rostell(1981年)等开发的,由具有将附着z毛泡的生物絮体分离成泥、水、气的装置构成。厌氧污泥床法的从木特征是不用吸附载体,就能形感沉降性能良好的粒状污泥,保持反应槽内高浓度的微生物.原田(1989)列举了厌氧污泥床法的优点:①与流化床反应器相比,为使吸附载休流化需要动力消耗,而此法不要。②不需机械搅拌与污泥回流系统。③无固定床的堵塞、反冲洗,也无流化床的载体流失、膜厚控制等问题。④不需高价的填充材料。因为厌氧污泥床法构造简单、处理性能好,在日木以各种排水为对象的研究一1卜常盛行。厌氧滤床法,在日木,它是最受承视的一种厌氧处理方法,现已发展到实用的规模。其原理是Coulter(1957)提出的,但直到70年代左右刁`由Young(1969)、Plummer(1967)、Tamblyn(1970)Je-nnett(1975)等开发.Young认为该法有如下优点:①适合处理低浓度可i容性有机废水。②不需污泥回流系统。③污泥产录少、沉降性能好。④能延长SRT,对低浓度有机废水也能有效地处理。⑤维持管理容易等。厌氧流动床法。它是由Jeris(1974,1975,1977)等开发的,首先主要探明能有效地脱氮。后来Leusellner(1669)、Jewe!I(1979,1951)、Switzenbaum(1980)等发现此法在较短的停留时间内能有效地处理低浓度的有机废水。松井、依田等也进行了这方面的基础研究。根据Jcwell(1979)的假设.J欠氧流6l化床的开发主要是使附着微生物的填充材料的有效表面积最大,而填充材料所占反应槽的体积最小,保证体系内附着的活性微生物浓度最大,也就是说如果以很小的颗粒为填充材料流化,则能增加单位容积内的活性微生物量。松井用这种方法处理城市污水,探讨了经济上的可行性。如果设以往的活性污泥法的维持管理费为1.0,则估计此法100。吨规模为。.77,10000吨规模为0.68,并且在占地面积上也比活性污泥法有利。松井认为,用此法处理污水,还存在下面二个技术课题:①降低载体流化的动力。②如何有效地回收溶解在处理水中的约粤的甲烷.’一’一`”’一`一一“”一`3一`’`夕`’厌氧生物转盘法。它与好氧处理的生物转盘法的不同之处是使转盘浸没在水中,隔断氧的供应。厌氧生物转盘法的动力费用低,是今后发展值得考虑的地方。石黑(1985)、田口(1988:).等对厌氧、生物转盘法处理下水进行了研究。黑田还报道了用厌氧和好氧生物转盘相结合有效地处理低浓度有机污水的研究.T“it(1980)等研究认为此法也适用于高浓度有机废水二:.3.2厌扭好氯复合处理工艺以往厌氧单独处理工艺主要用于高浓度有机排水的处理,但近年来,由于各种处理工艺的开发,也能用之于低浓度排水的处理了.过去的排水处理主要是开发去除有机物的处理工艺,而氮、磷的去除放在其次。但是近年来封闭水域出现了富营养化问题,』为此现在也要求排入这些封闭水域的处理设施能处理氮、磷`.氮、磷的去除方法,美国1960年左右就进行了开发,在日本根据1970年的“水质污浊法环境标准的基本方针”的内阁决定,为达到环境标准也进行了广泛的处理技术开发。此外,随着1985年溯沼氮、了磷环境标准及排放标准的制定,确立一j’洲沼水质保护特别措施。在湖沼法中指定的湖沼周围,从过去的5引人以上就需具备净化槽,严格到201人以上就必须具备,同时要求氮、磷达标.因此小规模处理设备中的除氮、磷技术的开发越来越重要了。生物的硝化、脱氮是适合于污水脱氮的方法,它是在好氧下硝化,然后在”又软