低浓度废水厌氧处理的研究进展马建勇

第3卷第8期2002年8月环境污染治理技术与设备Teehni明esandEquipnientofrEnvir《〕nmentalPollutionoCntorlV〔〕1.3,No.8Aug.2002低浓度废水厌氧处理的研究进展马建勇杨凤林张兴文杨卫身(大连理工大学环境科学与工程学院,大连116012)摘要本文展望了国内外厌氧处理低浓度废水的研究进展状况。着重介绍了厌氧滤池(AF)、厌氧流化床(AF)B、上流式厌氧污泥床(UABS)、厌氧颗粒污泥膨胀床(EGBS)、厌氧折流板反应器(ABR)和厌氧序批式活性污泥法(ASBR)等。关键词低浓度;废水;厌氧处理AdvaneesinthestudyofanaerobietreatmentoflowstrengthwastewaterMaJianyongYangFenglinZharlgXingwenYangWeishen(cShoolofEnviornmentalSeieneeandT、eehnol雏y,DalianUniversityofT。:ehnol眼y,Dalian116012)AbstraetThisPaPerreviewedthedeveloPmentofariaerobietreatmentoflowstrengthwastewaterbothdomestieandaborad,mailyintordueedanaerol〕iefilter(舒’),anaerobiefluidizedbed(A下B),upflowanaeorbiesludgeblanket(UABS),expandedgranularsludgebed(E(奋SB),anaeorbiebaffledreaetor(ABR)andanaero-biesequeneingbatehreaetor(ASBR).Keywordslowstrength;wastewater;anaeorbietreatment引言低浓度废水一般指CoD浓度低于1000mg几的废水川,主要包括生活污水和各种稀释的工业废水等。目前,低浓度废水的处理多采用活性污泥法、接触氧化法和滴滤池等好氧工艺。相对于好氧处理,厌氧处理不但能源需求很少,而且能产生大量的能源,其处理设备负荷高,占地少,产生的剩余污泥少,而且处理比好氧污泥容易。iClle曾认为,仅仅当污水浓度大于4000mgCOD几时,厌氧处理才比好氧处理更加经济。然而随着能源的日益紧缺,厌氧工艺的不断发展和完善,厌氧处理的优点显得更加突出。越来越多的研究者把目光转向低浓度污水的厌氧处理,无论是实验室小试还是生产性处理都取得了很多成果。2厌氧处理工艺的发展历程最初,人们用厌氧消化池处理生活污水。但是由于该工艺的污泥停留时间(SRT)与废水的停留时间(HRT)相同,无法给世代时间长(6一sd)[2〕的甲烷菌提供良好的生存条件,因此污泥在反应器里浓度较低,处理效果差。厌氧接触反应器设有污泥回流装置,使厌氧污泥在反应器中的停留时间超过了水力停留时间,处理效率与负荷显著提高,但微生物保持性能还是不够理想。在用地宽裕的情况下,厌氧塘是成本较低的一种选择,特别是超深厌氧塘,其COD去除率比常规厌氧塘平均提高10%,HRT为1.2一Zd,COD负荷可达250一4009加,·d[’〕。厌氧生物转盘负荷较高,不会发生堵塞的问题,Zaoy-an,Y等人〔4〕用厌氧生物转盘结合好氧生物转盘处理染料废水,在厌氧生物转盘HRT为7到sh,好氧生物转盘HRT为4.5到sh的条件下,可将COD从600一900降至150,色度由200一500倍降至80倍。20世纪60年代后,相继发展了厌氧滤池(AF)、厌氧流化床(AFB)、上流式厌氧污泥床(UAS)B、厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)、厌氧折流板反应器(ABR)和厌氧序批式活性污泥法(ASBR)等厌氧处理工艺,本文主要介绍它们处理低浓度废水的研究应用现状。3用于低浓度废水处理的主要厌氧工艺厌氧处理工艺形式多样,特点各异,但其基本原理都是利用厌氧水解菌和厌氧产甲烷菌的代谢活环境污染治理技术与设备3卷动,将水中的大分子有机污染物水解为小分子的醇类和有机酸,最终转化为甲烷和二氧化碳(沼气的主要成分)。处理低浓度污水时,有很多与普通厌氧处理法不同的地方。近年来研究应用较多的一些低浓度厌氧工艺主要有如下几种。3.1厌级滤池《A)F厌氧滤池是采用填料作为微生物载体的一种高速厌氧反应器。厌氧菌在填充材料上附着生长,形成生物膜。生物膜与填料一起形成固定的滤床,其结构和原理类似于好氧生物滤床。厌氧滤池采用上流式时容易由于悬浮物堵塞造成水头损失加大,形成短流,因此需要定期反冲洗。而下流式则膜的形成较慢,容积负荷也较低。厌氧滤池的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1[]。厌氧滤池的特点是构筑简单,运行方便、灵活,很适合于小批量的生活污水处理,通常和其他厌氧或好氧工艺联用,以获得更佳的出水水质。Kuniya-su,K等人〔5〕用小型的浸没式厌氧滤池加好氧滤池处理系统,进行单住户生活污水的中水回用,取得了满意的效果,并且因为厌氧滤池的加人可使系统的排泥周期延长。aTnemura等人工“〕用厌氧滤池处理进水TOC浓度35mg几的污水,HRT为4h时,出水Toc可以降到15mg几。陈学毅等人川用加入新型填料—K容器的两级厌氧滤池加两级好氧滤池加砂滤的工艺流程处理生活污水,该种K容器的几何形状使得微生物在其内部的流动与阻滞得到兼顾,大大提高了处理效果。3.2厌权流化床(AFB)及厌舰膨胀床《AEBR)厌氧流化床依靠在惰性填料微粒表面形成的生物膜来保留厌氧污泥。由于填料在较高的上流速度下处于流化状态,传质作用强,所以厌氧流化床反应器可以在较短的HRT下运行。流化床反应器一般以沙粒、塑料、活性炭、沸石、玻璃等作为填料。为了使填料处于流化状态需要大量的回流水来保持较高的上流速度,这就导致能耗加大,成本上升。厌氧膨胀床与流化床很相似,所不同的是流化床的膨胀率在100%以上,而膨胀床的膨胀率一般只有20%。TheiS等人[9」研究指出,当出水COD标准高于230mg几时,用厌氧膨胀床处理生活污水是一种经济有效的选择。Tanemuar等人L“〕用厌氧流化床在37℃下处理食品加工厂的低浓度废水。HRT为6h,当TOC从100mg几降到35mg几时,去除率从85%降到65%。杨云霞等人8[J人工合成了多孔高分子载体,运用包络法技术固定微生物进行厌氧流化床的研究,可强化传质过程,克服低浓度有机废水甲烷化能力低的障碍,同时膨胀能耗也较小。处理COD浓度为220一250mgL/的城市污水,HRT在Zh以上时,容积有机负荷为2.4一2.6gcOD几·d,COD去除率为54%一56%。3.3上流式厌饭污泥床《UASB)UASB反应器是20世纪70年代发展起来的一种高效厌氧反应器,具有SRT长,处理负荷高,运行稳定等优点。这种反应器的高效运行取决于反应器内形成沉降性能好、活性高的颗粒污泥。厌氧处理过程反应速率缓慢,生物增长量低,而在处理低浓度废水时,低的有机物浓度更加剧了这一问题。颗粒污泥的培养比较困难。国内对UASB处理低浓度污水的研究,着重于其接种启动。竺建荣等人〔`”」比较了进水COD浓度分别为9000和1000mgL/时UASB反应器颗粒污泥的形成情况。研究发现,低浓度进水虽然也能培养出颗粒污泥,但过程较慢,颗粒直径较小。周琪、顾国维等人〔”〕采用UAsB加好氧接触氧化池处理生活污水,温度在13℃以上,不接种污泥,靠截留污水中的悬浮物,使其在UABS中逐渐消化,成熟,自动完成启动过程。在初期,为了加快启动过程,厌氧段的停留时间为2.9h,C()D去除率第sd时仅n.6%。但厌氧段效率不高时正适合好氧段的挂膜,启动后两周内好氧段挂膜成功,系统达到处理要求,而厌氧段完全启动需要一个月左右。胡启春等人〔`2」用斜板上流式厌氧污泥床(UASBI/T)S在常温下处理低浓度有机废水,启动阶段仅用77d,HRT为12h,C()D去除率达到78.9%。其研究结果还显示,对于处理低浓度有机废水的厌氧装置的启动,采用高浓度进行快速启动方法有利于缩短启动时间,快速富集和稳定污泥。李彦春等人t`3〕用上流式厌氧复合床(UASB+AF)单元进行了处理城市污水的生产性试验。厌氧复合床接种庐性污泥法二沉池污泥,水温13一巧℃,HRT大于3h,对于BODS的去除率为41%一52%,对55的去除率为34%一49%。在低浓UASB启动的研究方面,国外的Birt。AG等人〔`“〕在研究中用uABS反应器处理低浓度葡萄糖配水时,没有培养出完整的颗粒污泥,而是得到了一些绒毛状的球形污泥。sootM等人〔’9〕在中8期马建勇等:低浓度废水厌氧处理的研究进展温(30℃)与低温(20℃)下用低浓度蔗糖废水(C〔)D为500mg几)启动UABS反应器,在一到两个月内都培养出了颗粒污泥,C(〕D去除率分别达到95%和92%。各温度下得到的污泥在外形和大小上很相似,但厌氧菌组成有区别,甲烷产率也不同。另一方面,国外运用UABS的时间较长,工艺也较成熟,也有很多低浓度污水处理的研究是直接采用中高浓度UASB反应器中的颗粒污泥作为种泥的。但E.Behling等人[`4]在夏季平均气温达犯℃的地区,以颗粒污泥接种UABS反应器处理城市污水,启动过程依然长达90d。颗粒污泥在接种到处理低浓度污水的UASB反应器中运行一段时间后,其产甲烷活性会有很大程度的下降〔`5〕。uemu-ras等人〔’“〕研究也发现,在低浓度uAsB反应器中,运行后期的颗粒污泥其产甲烷活性仅为接种颗粒污泥的4%一10%,在显微镜下观察显示,虽然污泥保持着颗粒形态,但是已经部分破裂。对于低浓度污水,溶于出水而被带走的甲烷量是可观的,同时,当污水中的硫酸盐相对于COD的比值较大时,一部分COD被硫还原菌利用,也会导致甲烷产率较低[`7〕。产甲烷菌是严格的厌氧菌,溶解氧对低浓度污水的厌氧处理是一个潜在的危险。但Kat。等人〔2“〕却发现,进水中含有溶解氧与不含溶解氧的两座UASB反应器,其处理效果差别并不大,影响COD去除的最主要因素是低浓度进水的预酸化程度。3.4厌权颗粒污泥膨胀床《EGSB)EGSB实际上是改进的UASB反应器,不同之处是EGSB的高径比大,上流速度也较高,颗粒污泥处于悬浮状态,从而使进水与颗粒污泥充分接触,传质效果更好。特别是在处理低浓度污水时,比UASB具有更高的容积负荷。王凯军等人21[」以水解反应器(HusB)对城市污水进行预处理,去除55并提高COD的溶解性和可生化性后,出水进人EGBS反应器。在温度8一12℃时,HRT仅Zh,EGBS可获得60%的COD去除率。MarioT.Kato等人[22]在温度30℃时用EGBS处理进水COD为100一200mg几的污水,容积负荷达到129COD几·d,去除率为80%。Salih等人〔23]配制COD为500一500mg几的污水,在10一12℃的温度下用EGSB进行处理,HRT为1.6h,COD去除率可以达到90%。3.5厌权折流板反应器(ABR)ABR反应器是20世纪80年代以来发展的一种高效厌氧处理工艺,其实质是一系列升流式污泥悬浮反应器,具有结构简单,生物截留能力强,处理效果好,运行管理方便等优点L24]。ABR反应器分为若干个隔室,处理高浓度污水时,位于反应器前端的隔室中,主要以水解及酸菌为主,而在较后面的隔室中,则以甲烷菌为主25[〕。国外的学者对ABR处理低浓度污水的性能、微生物分布和出水组成等研究较多。lAetetA.M·aLngehnoff等人〔2“」研究得出,在进水浓度低(coD为500mg几)时,发酵菌、产酸菌、产甲烷菌在不同隔室中的选择性累积不会发生。在相同的HRT(10h)下,温度35℃时,COD去除率为95%,温度20℃时,COD去除率为70%,降低温度至10℃,COD去除率下降到60%。在温度35℃下,HRT缩短到2.85h,进水COD为500mg几,去除率可达