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2008年第27卷第10期CHEMICALINDUSTRYANDENGINEERINGPROGRESS·1533·化工进展高效好氧生物技术及其在污水处理中的应用郭振英,吕荣湖,孙惠东(中国石油大学(北京)化学科学与工程学院,北京102249)摘要:近年来好氧生物技术得到了不断的发展,出现许多高效的、可处理难降解甚至有毒废水的好氧生物技术。本文主要综述了3种从不同方面实现高效降解有机废水的好氧生物处理技术:移动床生物膜反应器、加压曝气技术以及膜生物反应器在废水处理中的应用进展,并概括了各自的优缺点,最后对这3种生物工艺的发展进行了展望。关键词:好氧生物处理;难降解;移动床生物膜反应器;加压曝气;膜生物反应器中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1000–6613(2008)10–1533–06AerobicbioreactorswithhighefficiencyandtheirapplicationinwastewatertreatmentGUOZhenying,LÜRonghu,SUNHuidong(FacultyofChemicalScience&Engineering,ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China)Abstract:Withthedevelopmentofaerobicbiologicalprocesses,variousaerobicbioreactorswhicharehighlyefficientandabletotreatrefractory,evenpoisonouswastewaterareavailable.Threekindsofaerobicbioreactors(movingbedbiofilmreactor,pressurizedaerationbioreactor,membranebioreactor)usedinrefractoryorganicwastewatertreatmentarereviewed.Theirapplications,advantagesanddisadvantagesarediscussed.Theprogressesofthesekindsofbioreactorsarealsopresented.Keywords:aerobicbiologicalprocesses;refractory;movingbedbiofilmreactor;pressurizedaeration;membranebioreactor污水好氧生物处理技术是一种在好氧条件下,利用微生物将污水中的污染物质转化为稳定、无害物质的处理技术[1-3]。目前,好氧生物法在污水处理中的研究已经较成熟,并且已经有了广泛的应用,但是随着生物法的继续发展,人们对其提出了更高的要求,例如缩短其水力停留时间、有效处理难降解和有毒性的物质、减小占地面积以及降低运行费用等。根据好氧生物法处理污水的原理,从生物工艺上解决上述问题可从以下几个方面着手:①提高污水中溶解氧的含量;②保持高的微生物量,如通过在反应器中投加陶粒、粉末活性炭、无烟煤、多孔泡沫塑料、聚氨酯泡沫、多孔海绵、塑料网格、废弃轮胎颗粒或特制的一些填料来增加微生物浓度;③增强污水与微生物的碰接机会,加强传质速度;④延长难降解物质的停留时间。基于上述观点,出现了许多可处理难降解有机废水的高效好氧生物处理技术,如加压曝气、微孔曝气、射流曝气或加入纯氧等技术以及粉末活性炭活性污泥法、生物流化床、曝气生物滤池、好氧颗粒化污泥、移动床生物膜反应器、膜生物反应器等。本文作者主要介绍3种比较有代表性的生物工艺:移动床生物膜反应器、加压曝气、膜生物反应器以及三者互相结合生物工艺在难降解有机废水中的应用进展。1移动床生物膜反应器移动床生物膜反应器(MBBR)是20世纪80年代末KMT(KaldnesMiljiteknologi)公司与挪威收稿日期:2008–03–25;修改稿日期:2008–04–26。第一作者简介:郭振英(1984—),女,硕士研究生。联系人:吕荣湖,副教授。电话010–89733254;E–maillurh@cup.edu.cn。化工进展2008年第27卷·1534·的一个研究机构——SINTEF合作开发的而且已申请专利的一种污水生物处理工艺[4-6],此后,它被广泛地应用于市政废水与工业废水的处理。截止到2004年,全球22个不同的国家已有400多个大型的污水处理厂应用此类反应器,另外还有数百个规模较小的现场处理单元基于MBBR。1.1移动床生物膜反应器的原理及特点移动床生物膜反应器的主要原理是在反应器中投加填料[4-6],该填料可以随水流自由移动,微生物附着在填料上,漂浮在反应器内,随混合液的回旋翻转作用而自由移动,从而达到净化污水的作用。它实际上是通过投加填料来增加其微生物量、通过填料的特殊性质增强污水与微生物的碰接机会,从而达到高效处理废水的目的。它将活性污泥法与生物膜法相结合,同时拥有两者的优点,且避免了它们的缺点。它有许多优点[7-11]:污泥浓度高、容积负荷大、所需停留时间短、耐冲击负荷、占地面积小、操作管理简单、扩容方便、适宜用于改造工程。但是MBBR也不可避免的有着缺点:①填料比较昂贵;②容易出现滤池进气不均匀,从而导致局部填料堆积现象;③为了防止填料流失,移动床生物膜反应池出水口要设置格栅板,在运行中易出现格栅堵塞的问题。1.2在降解有机废水方面的应用在有机废水的处理中,MBBR可被有效地应用于有毒、难降解、高温等的有机废水中,表1列出了MBBR在有机污水处理中的一些研究与应用的实例。表1MBBR在有机污水处理中的研究实例污水类型规模填料比表面积/m2·m-3填充率进水水质/mg·L-1出水水质/mg·L-1降解率HRT农药废水[12]实验室800≥20%COD3000,B/D0.47COD≤500≥85%1d含酚废水[16]实验室35070%COD800(其中酚COD500,糖蜜COD300)COD6093%12h高温造纸废水[17]实验室潜在比表面积490有效比表面积35040%~70%TCOD2000~2600SCOD1800~2200TBOD71000~1100SBOD7930~1100TCOD940~1900SCOD570~930TBOD7350~420SBOD7240~26060%~65%13~22h工业废水[18]中试35050%COD200~800B/C≥0.4COD约为20070%~75%6~15h石化废水[19]现场试验27850%COD200~700BOD5100~350COD50.8~10375%~84%8~10hØdegaard等[12]采用MBBR对稀释后的市政污水进行处理,在负荷为60gSCOD/(m2·d)的条件下有机物的昀大去除率为30gSCOD/(m2·d)。Chen等[13]采用MBBR处理经Fenton氧化及絮凝处理后的农药废水,当生物填料所占体积分数大于20%时,COD的去除效率大于85%;当填料体积分数减少至10%时,COD的去除率锐减,只有72%。孙华等[14]采用该工艺处理染料废水具有较好的处理效果,停留时间为16h,其处理结果相当于活性污泥法32h的处理效果,而且出水比较稳定。天津大学的朱文亭等[15]开发了循环移动床生物膜反应器使反应器中水力流动特性进一步改善,在创造良好的传质效果的同时,也控制了生物膜厚度,使微生物始终处于生长旺盛的阶段,从而提高了处理效果。由上述应用实例可知,MBBR可有效地应用于含酚废水、农药废水、造纸废水以及石化废水等各类有毒、难降解、高温的废水处理中,并且水力停留时间远小于普通活性污泥法所需时间。在MBBR的实际应用中,填料的种类以及填充率对其处理效率有很大的影响,不同水质的废水所要求的昀佳填充率都是不同的,因此在实际应用中,应当对其进行重点考察。2加压曝气1975年,加压曝气生物法首次被应用于污水处理,是由日本的筱冢等将其应用于乙酸废水的处理。1979年,ThomasE.Roberts等[20]设计了一种加压活性污泥法处理废水的装置并申请了美国专利,1980第10期郭振英等:高效好氧生物技术及其在污水处理中的应用·1535·年,TheodoreH.Crane等[21]设计出一种应用于生物处理废水的加压设备并获得美国专利。随后,加压曝气技术得到了很多应用,并且将它与其它生物反应器结合[22-23]。2.1加压曝气的原理与特点在废水好氧生化处理过程中,微生物在降解有机物的代谢过程中所需要的氧通过曝气的方式来供给。水中溶解氧的浓度越高,氧的传递速率越快,微生物浓度就会相应提高,活性也越大,则降解有机物的速率越快。但是,由于氧气微溶于水,氧的气液传递过程往往成为生化反应的速度控制步骤[24-25]。根据亨利定律可知,与普通生化法在同样供气量的情况下,提高系统压力可使废水中溶解氧的浓度提高,氧的传递速率大为增加,从而使供给微生物生化反应所需的氧成倍增加,保持较高浓度的微生物、消除了常压生物氧化时菌胶团存在的厌氧核并且使微生物具有分解有机物的高活性。因此采用加压曝气技术有以下特点[26-27]:①污泥浓度高;②生化反应效率高,水力停留时间短;③耐负荷冲击能力强;④占地面积少,投资低;⑤操作参数少,容易控制;⑥降低能耗,减少污泥产量。然而对反应器增加压力,要考虑到反应器材质强度的问题,这就增加了污水处理成本;而且对在加压条件下,微生物的形态尚未确定。2.2加压曝气在降解有机废水方面的应用现在加压曝气已被广泛应用于难降解有机废水中(见表2)。表2加压曝气在有机污水处理中的研究实例污水类型规模压力/MPa进水水质/mg·L-1出水水质/mg·L-1降解率HRT造纸废水[30]实验室—COD720~1560,BOD210~450SS186~345,pH7.5~9COD252~374BOD32~34COD66%~76%BOD84%~93%2~3h农药废水[31]实验室0.2COD2500~5000,BOD750~1500COD≤300COD92.5%6h乙基胺废水[32]实验室0.25COD1500~3100,BOD640~1289B/C:0.41COD≤150COD>90%8h李润良等[28]研究了加压纯氧曝气生化工艺,研究表明,用传统生化方法较难去除的多糖、果胶、半纤维素、木素等大分子有机物在加压下可得到较快去除。Berktay等[29]将加压法污水处理工艺与其它污水处理工艺所需费用进行了对比,结果表明,因加压污水处理工艺所产生的污泥较少,所以对于人口较少的城市污水的处理,它们的费用基本接近;但是对于人口较多的城市污水的处理,加压法所需的费用较少。由上述实例可知,加压曝气生物法可以有效地将难降解大分子物质去除,因其COD去除速率较高而且所产生污泥较少,它一般被应用于COD值较大(≥1000mg/L)废水的处理中,但是由于它可以去除难降解的物质,也可以应用于COD值较小但含有难降解物质废水的处理中。3膜生物反应器膜生物反应器(MBR)昀先用于酶制剂工业,20世纪60年代开始应用于废水处理领域。1969年[33-34],美国的Smith首次报道了美国的Dorr-Oliver公司把活性污泥法和超滤工艺结合处理城市污水的方法,且该方法获得了极佳的处理效果。随后的几十年里,膜生物反应器得到了大力的发展,逐步由实验室研究走向了实际应用。截至到2006年,世界范围内,实际运行的系统已超过了500套,同时许多工程正在计划或者在建中。在日本的商业应用发展很快,约占世界的66%,其余工程主要在北美和欧洲。这些工程中,98%以上是膜分离工艺与好氧生物反应器相结合。3.1膜生物反应器的原理与特点膜生物反应器是由膜分离技术与生物反应器相结合的一种新型废水处理技术[22-23],它以高效膜分离代替传统生物处理中的二沉池与第三阶段的分离如沙滤等,以实现更好的处理效果。由于膜的高效分离作用,膜生物反应器具有以下特点[33
本文标题:高效好氧生物技术及其在污水处理中的应用
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