UASB厌氧生物处理机理探讨与应用张东安

`0201中国水污染治理行业发展论坛高峰会ChianWaterPollutionContorlIndusytrDeveloPmentFourm一2001CEOSummitUASB厌氧生物处理机理探讨与应用张东安,王清照,李咏梅,毛宏伟(鞍山静电技术研究设计院,辽宁鞍山114011)摘要本文从微生物产沼气发酵分解有机物的步骤介绍了高分子有机物被最终分解为甲烷是在两个反应槽进行的。在酸化槽中,微生物将生物高分子聚合物分解为单体,单体又被发酵为酸性产物丙酸和丁酸;在厌氧反应槽中,这些酸性中间产物被五十多种共生的微生物构成的颗粒状厌氧污泥菌团彻底分解为甲烷。因此,设计设备时要对菌团的适应性予以特殊的考虑。另外还将UASB技术与其他方法作了技术经济比较。1发展现状升流式厌氧污泥床技术,(即upnow劫aeorbiesludgeBI歇水etporcess)是由荷兰农业大学G.eLittgna教授等人于1974年开发成功的。是将生物化学原理与工业发酵技术相结合,对高浓度的生物类产品的废水进行处理的工艺。自八十年代以来,UASB技术经欧洲、日本等国家的大公司在各类轻工业生产领域广泛开展研究与工业化应用,几乎己覆盖了轻工业的大部分领域,例如:(1)制搪厂;(2)淀粉厂;(3)发酵与酿造,生产柠檬酸,青霉素,酵母,酒精,啤酒,味精:(4)造纸,纸浆;(5)合成化工,生产甲醛,乙醛,丙醇,丁醇,甘油,氨基醇类,乙酸己酷;(6)食品加工,包括屠宰场。但我国是从九十年代开始由大的啤酒企业引进UASB技术的,现在主要集中在发酵与酿造行业,及淀粉厂,因此还有很大的发展空间。2原理微生物产沼气发酵分解有机物的步骤如下图所示:中国环境保护产业协会水污染治理委员会常州国家高新技术产业开发区管理委员会`2001中国水污染治理行业发展论坛高峰会ChinaWtaerPollutionControlIndusrtyDeveloPmentForum一2001CEOSummit高分子有机物(l)水解阶段(2)酸化阶段(3)乙酸生成阶段(4)甲烷产生阶段多多糖类,蛋白质,脂肪肪己己糖,戊糖,氨基酸,,脂脂肪酸,甘油,乙醇醇丙丙酸,丁酸酸乙乙酸酸酸H222CCC氏氏3有机物的厌氧降解100%COD生生物类高分子有机物物lll缨竺」匣过]巨璧川白质质质质质质质碳碳碳水化合物物物物物脂类类类氨氨基酸、糖糖糖糖糖糖糖糖脂脂脂脂脂脂脂脂脂脂脂脂脂肪酸酸中中间产物物丙丙酸盐、丁酸盐盐氢氢氢甲甲烷烷100%COD中国环境保护产业协会水污染治理委员会常州国家高新技术产业开发区管理委员会262`2001中国水污染治理行业发展论坛高峰会ChinaWaterPollutionControlIndustryDeveloPmentFor切m一2001CEOSumrnit水解阶段:胞外酶将生物高分子聚合物分解为单体。酸化阶段:单体被发酵为酸性终端产物丙酸和丁酸。乙酸生成阶段:发酵产物异化为乙酸(盐)、二氧化碳和氢。乳酸脂+2珑。一乙酸盐+HCo3一+扩+2珑(·4.2KJ/lnol)乙醇+玩。~乙酸盐+扩+2H2(+9.6KJ/lnol)T酸盐+2玩。一乙酸盐+H++2H2(科s.IKJ/mol)丙酸盐+ZHZo一乙酸盐+Heo3一+扩+3H2(+76.1幻/m01)甲烷生成阶段:乙酸盐、二氧化碳、氢、甲酸(盐)和甲醇直接转变成甲烷和二氧化碳。乙酸盐+H20~C风+HCO3’(一31.OKJ/m01)HeO3一+扩+4H:一C玩+3HZO(一135.6KJ/mol)水解阶段、酸化阶段和乙酸生成阶段的反应比较容易进行,而甲烷生成阶段的反应则取决于产甲烷菌的培养和运行情况。因此,我们在设计过程中,对产甲烷阶段的设备作了各种特殊考虑,以适应各行业水质状况的特点及地区温度特点。从实验与工业应用效果来看,UASB技术对原水的水质要求不苛刻。大致要求如下。但尚须具体考虑现场实际情况。(1)CODcr:最小巧oom叭;最大,无限制,但反应槽入口处应稀释至10,000mg/L以T。(2)BOD,:COD“旧OD==51.5时,发酵良好;.25~.30时,发醉一般:大于3.0时,发酵效果差。(3)ca:应为400一500m叭以下;若浓度太高,污泥的活性成分偏低,不利于降解。(4)悬浮物55:应在I000m叭以下;并且要求SSlcOD吠0.25。(5)脂肪:应在100~Zoolu叭以下:若偏高,则豁要进行预处理。(6)蛋白质与碳水化合物需酸化后才能进入反应槽。(7)毒物:按有奋物质的容许浓度。如:含ZHoZ,NaClo等杀菌剂的污水.(8)苯化物:苯、甲苯及苯类其他难分解化合物须懊!考虑.中国环境保护产业协会水污染治理委员会常州国家商新技术产业开发区,理续员.一263一`2001中国水污染治理行业发展论坛高峰会ChinaWaterPollutionConrtolnIdus匀eDveloPmnetForum一2001CEOSnnuuit4UASB技术的系统说明耳耳耳耳耳矿矿人人人人人\.`\\\污污污污泥悬浮层②``污污污污泥床布水器器阅阅阅阅廿七户廿争争酸化槽UASB厌氧反应槽①上部挡流板②下部挡流板整个系统主要由酸化槽和UASB厌氧反应槽两部分组成。水解阶段和酸化阶段的反应在酸化槽内进行。乙酸生成阶段和甲烷产生阶段的反应在反应槽内进行。.42酸化槽酸化槽除了进行酸化反应外,还用来实现多种功能:(l)进行酸化反应(2)调整浓度(3)调整PH,最适PHS.5一.70(4)水量波动调整与缓冲功能(5)混合(多种污水的混合场所)(6)营养盐的添加(7)消泡剂的添加(8)原水的稀释(9)无毒化预处理。.43UASB厌氧反应槽UASB处理的技术关键在于其两个组成部分:三相分离器和布水器。采用特殊的布水系统装置,为的是使进水更均匀、稳定,有利于在反应槽内形成颖粒状污泥菌团明显而丰富的污泥床,可以保证污水与活性污泥良好地接触,高效地降解有机污染物。目前各个公司发展起来的布水器系统差别很大,有的由成对的阀交替使用,可实现进水方向按一定时间间隔切换:有的是将几条进中国环境保护产业协会水污染治理委员会常州国家高新技术产业开发区管理委员会一264一`2001中国水污染治理行业发展论坛高峰会ChinaWaterPollutionConrtolIndusrtyDeveloPmentForum一2001CEOSummit水管制成各种弯曲的形状使其出水口均匀地散布。三相分离器是架在反应器上部,实现(甲烷)气体、(污水)液体、(污泥)固体三相分离的组成结构。其上部由两片特制的折流板组成,水流(包括污水,颗粒污泥菌团)从两板之间流过,气体则沿着折流板上升到顶部,收集。在分离器上沉淀下来的污泥,则沿着折流板流下,顺着三角形折流板返回污泥流化层。这样,在平板沉淀板与三角形折流板之间便形成了循环水流,流入分离器的污泥可以有效地返回污泥流化层,流化层的污泥水平变得容易控制了。不同角度的上下折流板既能减少水流速度,又能将甲烷气体导入气室集中回收。而且,由于循环流的滚动作用,有利于颗粒化活性污泥的形成。5处理工艺与现场应用我院于1998年与日本住友公司合作给日本独资企业CALBEE食品公司设计了一个污水处理厂,并完成了设备安装与运行调试。流入的原水水质:化学需氧量CODer为507omgL/,五日生物化学需氧量BODS为3380mgL/,悬浮物55为246om创L。在接近满负荷的生产(300吨污水/天)条件下,由环保监测站对该厂进行监测,处理后的污水水质为:CODer(loomgL/,BODS(6omgL/,55(loomg/L。监测数据表明污水排放的各项指标符合国家环保局规定的允许排放标准。工艺流程图如下:酸酸生成槽槽白白白白白白白白白^55槽槽生生活原水槽槽槽槽槽槽槽槽脱脱水机机机.污泥池池池沉淀池池现场污水先由格栅去处土豆皮等大块污物。进入调整槽,将流入的污水的酸碱度由PH科一9调整为PH=7。进入酸生成槽,由这里的水解细菌将污水中的大中国环境保护产业协会水污染治理委员会常州国家高新技术产业开发区管理委员会`2010中国水污染治理行业发展论坛高峰会ChinaWaterPollutionConortlIndus仰DeevloPemntFourm一2010CEOSummit分子有机物,如多糖、蛋白质、脂肪等降解为小分子的酸、醇。污水以脉冲横向流进水方式进入直径为10米,高8米的UASB厌氧反应槽,这种进水方式每个布水点的服务面积为.24平方米。不同于荷兰、德国的专利技术。颗粒状厌氧活性污泥完全与空气隔离的状态下,将小分子的酸、醇转化为甲烷气。然后进入曝气池,将厌氧反应分解不够彻底的某些物质在曝气的状态下进行的氧化分解,分解成二氧化碳。好氧微生物结成的好氧活性污泥一部分水净化的废水流入沉淀池,上面的清水排出,下面沉降的污泥有四分之一被回流到曝气池作为流失菌种的补充,其余污泥加入絮凝剂聚丙烯酞胺,由脱水机压成泥饼,运出。厌氧处理与好氧处理的比较:项项目目UASB法法比较较活性污泥法法加加氧气气不需要要要需要要电电能消耗耗少少低于于多多(((((且能回收沼气)))))(大部分为供氧耗能)))污污泥浓度度高高高于于低低(((((20一100创L)))))(2一7岁L)))污污染负荷荷高高高于于低低(((CODer)))(7一30k创m3.d)))))(l·3kg/m3.d)))设设备大小小反应器体积小小小于于曝气池体积大大占占地面积积,J、、小于于大大剩剩余污泥量量少(5%以下)))少于于多(3-050%)))反反应器的COO转化化7.5一2.5kglmJ.ddd远大于于.0似.0叼mJ.ddd污污泥产生率率0.01一07555远小于于0,2·0.444kkkkkg污泥/kg转化物物物kg污泥/kg转化物物水水力停留时间间.05一7天天少于于12。15天天污污泥停留时间间20天天少于于100天天臭臭气控制制容易易易于于很难(通常为敞开式)))由于歉粒污泥菌团的生理代谢旺盛,能将90%以上的高分子有机聚合物去除掉,把污染物转化为沼气,可供锅炉使用;剩余污泥的发生t大大降低,仅为普中国环境保护产业协会水污染治理委员会常州国家高新技术产业开发区管理委员会`2001中国水污染治理行业发展论坛高峰会ChinaWaterPollutionCnotrolIndustryDeveloPmnetForum一2001CEOSummit通方法的十分之一,从而降低了处理污泥的设备投资和运行费用;与活性污泥法、接触氧化法、传统的厌氧处理法相比,占地面积和运行费用都降为四分之一;设备运行启动快,一个月即可完成试运行,而传统法则需要半年以上;由于颗粒污泥能承受较大的负荷变动的冲击,即使长时间停用后,仍能恢复其活性,达到最佳处理效率;颗粒污泥沉降性好,可消除污泥的丝状膨胀现象。中国环境保护产业协会水污染治理委员会常州国家高新技术产业开发区管理委员会