UASB反应器处理工业废水及其优越性郑笑彬

18化工给协水设计1992年第3期UASB反应器处理工业废水及其优越性化工部第二设计院郑笑彬在过去数十年中,人们普遍应用好氧方法处理各种工业废水,好氧处理在废水处理中占有着重要的地位。厌氧法处理废水,有机物的徽生物代谢是在缺氧条件下进行的,过去人们普遍认为厌氧法水力停留时间(HRT)太长,而且在整个厌氧过程中,厌氧微生物对各种外来因素很敏感。然而,经过人们广泛的研究,从根本_卜改变了这种状况及认识。现在厌氧法已成为一种可行的废水处理方法,并逐步应用于工业废水处理中。七+年代初,荷兰Wage几ti几gen农业大学的Lettinga博士等人研究开发了UASB反应器,七十年代末,大型的UASB反应器已应用于制糖、淀粉、醇蒸馏及食品行业的废水治理,八十年代初至今,UASB反应器成功的应用于制浆、造纸、制酒、制药等行业的废水处理中,并获得了较好的处理效果。一、UAsB反应.及工作过程UASB反应器结构如图l所示UASB反应器的工作过程为:首先在反应器内装有颗粒状污泥或絮凝状污泥,在反应器底部形成一个能保持高浓度菌体的污泥床层,废水通过反应器底部均匀分布的喷嘴送入反应器,并自下而上滤流,穿过污泥层。废水向上流动的过程中厌氧细菌将废水中的有机物消化分解,同时产生甲烷和二氧化碳等的混合物(沼气),小部份有机物用于新细胞的生长。细菌分解有机物产生的沼气以小气泡形式向上移动,经过反应器顶部的气、液、固三相分离器除去,在分离器上部的脱气区内将细微分散的固体分离出来,沉淀到反应器底部,而澄清后的出水从顶部排出。反应器内产生的顺粒污泥可用于启动其它厌氧污泥床。人们普遍认为厌氧细菌生长速度慢,厌氧法仅限于处理有机负荷低的废水,就这一点来说,传统方法及厌氧接触法的老式反应器的确如此,其最大负荷一般为l~skgCOD/m3·d。而UASB反应器引入了颗粒状悬浮生物,增大了厌氧污泥浓度,消除了一些限制因素,促进了气、液、固分离,降低了能耗,当容积负荷为5~1okgCOD/m“·d时,通过厌氧污泥的成粒作用,有机物去除率可达到80~9咪。由于在反应器底部产生了沉降性能较好的污泥顺粒,且污泥顺粒活性高,这些颖粒不断的积累,形成类似固定床反应器中催化剂床层的污泥颖粒层,使COD的去除率大大提高,既使反应器负荷高达20~3okgCOD/m“·d,也能达到较高的去除率。二、厌叙过程的生物化学过程一司会会出匡一{{{沉沉降污派派迁迁水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水水}}}}}:`.’:::.畔界:价`丁丁{{{{{石半争价一,一:::}}}:,.:!:,.:,..tz介:’.;:.’..’挤”·1992一乍第3期化工给排水设计近十儿年来,人们对应用厌氧生物法处理废水进行了J“泛的研究,并得出了结论:在厌氧产甲烷条件下,厌氧微生物能进行某些好氧微生物所不能进行的降解过程,使有机物得到分解,减少水体污染。有机物厌氧甲烷发酵转变为沼气和污泥产物一般按以下几个阶段进行(见图2所示)1.水解阶段:有机物在产酸菌分泌的外酶作用下发生水解。一般这一步骤反应速度较慢,通常被认为是整个厌氧过程中决定厌氧反应速度的步骤。2.成酸阶段:水解的有机物在产酸菌作用下转化为有机酸类。如乳酸、丁酸、丙酸、乙酸等,此外还有部分醇类、COZ等。3.乙既生成阶段:将前二步有机物转化为乙酸、氢气、COZ等。4.甲沈生成阶段:物转化为甲烷。有机物的厌氧分解甲烷细菌将各阶段的产一般可用如一卜化学方程式表示:`图2.有机物厌礼生物化学过程____ab.,,_、叭H`Ub十(rL一一j一。一)且:U一任`nab.(一一又一+.-二一+-丁-)乙石弓Coz+(一~石~+`ab__,_-~二尸一一二一)七且`石4一三、废水的毒性对厌叙处理的形晌对于高浓度有机废水,特别是化工废水的厌氧生物处理,除HRT、有机负荷等影响处理效果外,毒物的种类及含量也影响运行过程的稳定性及处理效果。有机毒物的种类不同,抑制的程度也不同,并且有机毒物主要是对产甲烷过程有影响。表l为几种有机物抑制50%产甲烷作用的临界浓度值。一般情况下,有机毒物主要对产甲烷过程有影响,但也有例外的情况,如苯酚·在浓度达600mgl/时,会抑制苯酚降解菌,而不抑制产甲烷细菌。表1几种有机物抑制s0%产甲烷作用的临界浓度(mg/l)有机物名称…-一l资竺挤度___{5。,抑。”乙酸产甲烷{5。,抑,。。丙酸产甲烷苯酚对苯酚邻苯酚毗吮苯胺1一茶酚1500~3000750~25002000~40005000~110005000~7000100~7001500~3000750~12502000~40005000~80005000~6000600~700.......曰..,...护`.曰.,.........州,....曰口.户书除有机毒物外,其它的无机物及重金属对厌氧过程的影响也不容忽视。一般情况下,厌氧过程中其它抑制产甲烷过程的有毒物质的允许浓度为:S’:20omgl/溶解性重金属1mgl/氨*15009/l等。四、上流式厌妞污泥床工艺处理班水近十多年来,UASB工艺处理工业废水已较为普遍,并取得了较为满意的处理效果。见表2所示。据资料报导,UASB反应器处理焦化度水,当有机容积负荷为lok`COD/m`·d时,eon的去除率可维持在90%以上,一般为80~85%。对于抗生素药物废水,.国内原来基本否定采用厌氧技术来处理,普遍认为此类废水中残留的抗生素及盐类会严重的抑制厌氧菌的正常代谢。从表2中可知,经过驯化后的污泥,采用UASB反应器处理抗生素药物废水是可行的,采取一定措施,控制某些参数后,能够取得较为满意的处理效果。另外,有人应用UASB反应器对石油化工废水、聚丙始树脂及其它制药废水等进行了研究,并认为,容积负荷为6.5~l,kgCOD/化工给排水设计1992一年第3期衰2UASB主艺处理离浓度康水数姆唆水类烈进水CODmg/`l客积负荷kgCOD/m二d水力停留时间(h)琳鹰吸℃)COD去除串呱…:.mlJ“废水{棉浆黑液{{污`、Z废水13.10016000~350002。。。~数万35000500016005500500012~1510~1510~1515156.810~14l624483~12335.6298~1040~4536沪、碑4030口、J40363520~2485~3085~9080~85987ORO60~3585水废水物药废酵物发药水水水度废素废废浓生化醇版高抗焦造甲m“·d,HI之`r为12.5~25小时时,COD的去除率可达40~50%,)。`甲烷量为0.12~0.25Nm3/kg·CO)[。但UASB反应器对于染料废水及色素_户Ik废水处理效果不理想。五、应用UASB反应.处理度水的优越性应用UASB反应器处理废水具有如下特点:I洲般传统的厌氧法处理废水,有机容积负荷为1~skgCOI)/爪,·d,而UASB反应,器山一J:`列入J’颗粒悬浮物,容积负荷可10~ZOkg(C〕l一)/m“·d。::.对J“:岛浓度有机废水可不稀释,直接处理。与好氧处理比较,可节省攀资,一般情况下UASB工艺投资为好氧处窟投资的80~90%。3.U人SB反应器气、液、固分离在一个反应器内进行,卜过时微生物不需要载体,在反应一器内酸化、甲烷化同时进行,减少了乡H,潮调节所需要的化学物质,pH值在一定范围内由系统缓冲容量自动调节。应用U叨B反应器处理废水,在启势阶段能否驯化培养出合格的污泥是关键。在尽应器`中大敬细颗粒污泥做为污泥颗粒转化的沃心而起重要作用。高浓度的活性污泥,特别是沉降性能好的颗粒污泥决定于反应器的稳定性和高效率。4.废水处理正常运转后,停车几未或九个月对系统不会育危害,驯化后的厌氧污泥能维持一年左右时间不变质,并能在较短时间内恢复活性,使废水处理达到较高的有机负街。5.在上流式厌氧污泥床反应器中,由于没有机械混合装置,可将能耗及动力消耗系统的故障减少到最低程度。另外,反应器内没丫f生物载体,很少出现堵塞及短路问题。6.由于厌氧过程中不需要曝气及机械混合装置等,因此,可节省运转费用。如对产生的沼气回收利用,可进一步降低能耗及操作费用。六、几点建议1.为了消除有机物对厌氧过程,特别是甲烷过程的影响,可采用以下几种预处理方法:(1).加强微生物的驯化,提高厌氧微生物对毒物的适应及降解能力,保证出水水质,(2).对浓度过高的废水可进行适当的稀释,使有机毒物的浓度降低到低于其抑制微生物的临界浓度值,(3).采用化学拮抗、沉淀、络合、城化等方法进行预处理,降低有机毒物的浓度,以提高后续厌氧处理效率。2.对废水处理出水要求严格时,UASB反应器可能达不到出水要求,这时可采用厌氧一好氧联合工艺进行处理,以达到较好的处理效果。3.UASB反应器启动开车时,在运行初期要加强污泥回流,并间歇进水,颖粒污泥一经出现(沉降性能好的顺粒污泥直径一般为0.1~3nI。)会迅速增长。如有可能的话,可取其它污泥床的顺粒污泥进行污泥接种驯化,`:、f使反应器迅速达到高负荷,并具有耐冲、卜性。4.污泥床进水中55对COD的去除率影响太大,适当的55便于污泥床的运行管理。司1992年第3期化工给排水设计,21,年产三万吨磷按装置水平衡及污水封闭循环系统的改进建议南化(集团)公司设计院姚永发卜一、前盲由成都科技大学和邓睐化肥总厂开发的磷酸污水封闭循环系统在通用设计施工图设计中已被采用。鉴于当时是在1万吨磷按装置上进行试验的,故施工图设计按其提供的基础设计,采用了三个小型水力旋流器。1989年底用于通用设计l付,该系统当时在国内尚无在1套3万吨磷按装置上运行,缺乏生产实践。通过二年来四川银山磷肥厂、什邝化肥总厂、河北遵化化肥厂等数套3万吨磷按装置运行情况看,笔者认为有必要将此污水封闭循环系统作些改进,以进一步加以完善。另外,八十年代中期建设起来的一些磷钱装置用水量大,大部份设有循环水装丑和污水处理站,详见表l。年产3万吨磷钱通用设计施工图设计取消了循环水站和污水处理站,节省了大量投资和中和污水的石灰粉,消灭了污渣排放,还将生产用水四次串联利用,将用水量降至45m3/h。对于一些水资源极为紧张的建设单位,具有重大的现实意义,可谓设计上的一项重大改进。表1一些工祖袭一用水情况衰一.lt|副ōJ时计设序号磷铁或磷酸规模万吨/年生产方法MAP〔i」I)AP〔::MAP::〕DA卫[:]DAPC艺’利浆法传统法塔式造粒传统法传统法19891986198619861985用水量m./h新鳅}循耽45·。{/73.0!160321181每吨磷钱用水m./h,新鲜水{循环水设计对仓10·o!/16.2·357.140水水水水水二二半二二|险日l陌日we3,2`·5{45Q{’31…30以下是1场吨/年P:O。礴酸三家公司报价仁`’m./h.tP:0。R一PBadg`rN15犷ane二水磷酸户水磷酸)i来水一二水磷酸{19861986198611013448个磷按袭置宁夏磷肥厂昆明化肥厂陕西复肥厂铜陵磷铁厂贵溪化肥厂即{5·o,70!一|一078一注:用水范围:1.2.包括碑矿湿磨、碑酸、碑按、氛站、成品、分析及其它另星用水3.原朴崎矿干磨、崎酸、礴按、污水处理站4.包括磷矿湿磨、碑酸、礴按、礼盆5.原料崎矿干磨、磷酸、碑按、氛盐、污水处理站6.7.8.磷酸部份,不包括原料加工.近二十年来,厌氧生物处理在某些行业已得到广泛应用。目前废水厌氧处理技术已成为人们研究的热点。人们探讨广泛使用厌氧技术处理工业废水,UASB反应器由于处理效率高,稳定性及耐冲击性强而不失为一个较好的废水处理方法。