厌氧微生物废水处理技术发展及现状

厌氧微生物废水处理技术发展及现状雷鸣摘要：本文系统总结了厌氧微生物废水处理技术的发展过程、应用现状与研究进展，并对几种有代表性的主要技术进行了详细说明，最后对发展趋势进行了展望。关键词：厌氧微生物；AF；UASB；EGSB中图分类号：TU992.3文献标识码：B文章编号：1008－0422(2007)09－0122－021前言水环境污染和水资源短缺是全球正面临的两大问题。目前，我国每年污水排放总量为395亿m3，根据预测，到2050年，我国污水排放总量将高达1200亿m3。研制高效低耗并具有多种附加功能的厌氧污水处理工艺已经成为亟待解决的重大课题。在污水处理的同时实现污水的无害化和资源化，实现水的良性循环和水资源的可持续利用。厌氧消化能进行高浓度污水处理，其主要产物甲烷可以作为能源用来发电或加热。随着对厌氧消化理论深入研究，人们相继开发了多种高效厌氧生物反应器，如厌氧滤池(AF)、升流式厌氧污泥床(UASB)反应器、厌氧附着膜膨胀床(AAFEB)及内循环反应器(IC)反应器等。这些新型高效厌氧反应器能从结构或运行方式上保证反应器内保持较高生物量，较长固体停留时间(SRT)，大大提高反应器容积有机负荷，缩短水力停留时间(HRTl，为废水处理开辟了一个全新领域。2厌氧发展概况厌氧技术发展过程大致经历了三个阶段：第一阶段(1860－1899年)：简单的沉淀与厌氧发酵合池并行的初期发展阶段。这个发展阶段中，污水沉淀和污泥发酵集中在一个腐化池(俗称化粪池)中进行，泥水没有进行分离。第二阶段(1899－1906年)：污水沉淀与厌氧发酵分层进行的发展阶段。第三阶段(1906－2001年)：独立式营建的高级发展阶段。这个发展阶段中，沉淀池中的厌氧发酵室分离出来，建成独立工作的厌氧消化反应器。与此相对应的是，厌氧生物处理技术的反应器主体也经历了三个时代。第一代厌氧反应器是以普通厌氧消化池(CADT)，厌氧接触工艺(ACP)为代表的低负荷系统。第二代反应器是20世纪60年代末以在反应器内保持大量的活性污泥和足够长的污泥龄为目标，利用生物膜固定化技术和培养易沉淀厌氧污泥的方式开发出的。如厌氧滤器(AF)、厌氧流化床(AFB)、厌氧生物转盘(ARBCP)、上流式厌氧污泥床(IAASB)、厌氧附着膨胀床(AAFEB)等。其中UASB反应器为应用最广的反应器，在其为代表的第二代反应器的研究与应用的基础上开发出了新一代反应器。第三代厌氧反应器是在将固体停留时间和水力停留时间相分离的前提下，使固液两相充分接触，从而既能保持大量污泥又能使废水和活性污泥之间充分混合、接触以达到真正高效的目的。目前研究较多的有：厌氧颗粒污泥膨胀床(EGSB)、厌氧内循环(IC)等。3厌氧微生物技术发展3．1化粪池最早的厌氧生物处理构筑物是化粪池，流行于本世纪初，我国的一些城市至今仍在沿用。化粪池主要用于居住房屋及公用建筑的生活污水的预处理。化粪池分为两室。污水于第一室中进行固液分离，悬浮物沉于池底或浮于池面，污水可以得到初步的澄清和厌氧处理；污水于第二室中进一步进行澄清和厌氧处理，处理后的水经出水管导出。污水在池内的停留时间一般为12－2411；污泥在池底进行厌氧消化，一般在半年左右清除一次。由于污水在池内的停留时间较短、温度较低(不加温，与气温接近)、污水与厌氧微生物的接触也较差，因而化粪池的主要功能是预处理作用，即仅对生活污水中的悬浮固体加以截留并消化，而对溶解性和胶态的有机物的去除率则很低，远不能达到国家规定的有关城市污水的排放标准。3．2厌氧生物滤池厌氧生物滤池的构造与一般的生物滤池相似，池内设置填料，但池顶密封。废水由池底进人，由池顶部排出。填料浸没于水中，微生物附着生长在填料之上。滤池中微生物量较高，平均停留时间可长达150d左右，因此可以达到较高的处理效果。滤池填料可采用碎石、卵石或塑料等，平均粒径在40mm左右。3．3厌氧接触工艺厌氧接触工艺称厌氧活性污泥法是在消化池后设置沉淀分离装置，经消化池厌氧消化后的混合液排至沉淀池分离装置进行泥水分离，澄清水由上部排出，污泥回流至厌氧消化池。这样做既避免了污泥流失又可提高消化池容积负荷，从而大大缩短了水力停留时间。厌氧接触工艺的一般负荷：中温为2－10kgCOD/(m3·d)，污泥负荷0.25kg－COD/(kgVSS·d)，池内的MLVSS为10－15g/L。3．4UASBUASB反应器(图1)污泥床区主要有沉降性能良好的厌氧污泥组成，浓度可达到50－100gL或更高。沉淀悬浮区主要靠反应过程中产生的气体的上升搅拌作用形成，污泥浓度较低，一般在5－40gL范围内，在反应器的上部设有气(沼气)、固(污泥)、液(废水)三相分离器，分离器首先使生成的沼气气泡上升过程偏折，穿过水层进入气室，由导管排出。脱气后混合液在沉降区进一步固、液分离，沉降下的污泥返回反应区，使反应区内积累大量的微生物。待处理的废水由底部布水系统进入，澄清后的处理水从沉淀区溢流排除。在UASB反应器中能得到一种具有良好沉降胜能和高比产甲烷活性的颗粒厌氧污泥，因而相对其他的反应器有一定优势：颗粒污泥的相对密度比人工载体小，靠产生的气体来实现污泥与基质的充分接触，省却搅拌和回流污泥设备和能耗；三相分离器的应用省却了辅助脱气装置；颗粒污泥沉降性能良好，避免附设沉淀分离装置和回流污泥设备：反应器内不需投加填料和载体，提高容积利用率。3．5EGSB20世纪90年代初，荷兰Wageningen农业大学开始了厌氧膨胀颗粒污泥床(简称EGSB)反应器的研究。Lettinga教授等人在利用UASB反应器处理生活污水时，为了增加污水与污泥的接触，更有效地利用反应器的容积，改变了UASB反应器的结构设计和操作参数，使反应器中颗粒污泥床在高的液体表面上升流速下充分膨胀，由此产生了早期的EGSB反应器。EGSB反应器实际上是改进的UASB反应器，区别在于前者具有更高的液体上升流速，使整个颗粒污泥床处于膨胀状态，这种独有的特征使其可以具有较大的高径比。EGSB反应器主要由主体部分、进水分配系统、气液固三相分离器和出水循环等部分组成，结构。其中，进水分配系统是将进水均匀分配到整个反应器的底部，产生一个均匀的上升流速：三相分离器是EGSB反应器最关键的构造，能将出水、沼气和污泥三相有效分离，使污泥在反应器内有效持留；出水循环部分是为了提高反应器内的液体表面上升流速，使颗粒污泥与污水充分接触，避免反应器内死角和短流的产生。3．6IC内循环厌氧反应器IC内循环厌氧反应器为荷兰帕克公司的专利产品，目前帕克公司在全球有300多台IC反应器得以应用。相对于UASB只在顶部有一级三相分离器，IC内循环反应器具有两级三相分离器。IC反应器实际上由两级UASB构成，底部UASB负荷高，顶部负荷低。因为在一级分离时收集了大量沼气，其对废水的扰动减少，使得在二级三相分离中得到更好的气、水、泥分离效果。二级分离的lC反应器确保了最佳的污泥停留时间，这样对于处理一些化工废水是很有利的，因为这些废水厌氧污泥产量很小。IC反应器具有一个自调节的气提内循环结构，循环废水与原水混合将稀释进水浓度。内循环作用所带来的能量使得泥水在底部混合更加充分，从而污泥活性也得到增加。IC内循环所行成的废水内部稀释可以减少生产所带来的负荷波动。IC反应器的容积负荷(15－30kgCOD/m3)为UASB(7－15kgCOD/m3)的两倍。4结论与展望4．1研究开发具有高稳定性，高负荷，并能处理低浓度有机废水以及含高浓度有毒物质废水的厌氧反应器。4．2研究以颗粒载体为基础的固定化厌氧生物膜颗粒污泥，其能够改善反应器中微生物与基质之间的传质条件，加快反应速率，提高污水处理效率。4．3研究内、外循环和沼气循环的复合循环方式来保证在厌氧反应器内维持厌氧细菌所需要的最佳生存环境。