废水厌氧生物处理技术综述

废水厌氧生物处理技术综述生物技术11111120212134吴佳敏摘要本文主要论述厌氧生物处理的特征与影响因素，总结了国内外主要厌氧反应器的研究现状，最后指出一体化两相厌氧反应器具有更加良好的特性，是一项很有吸引力的生活污水处理技术。关键词生活污水；厌氧生物处理；两相一体化厌氧生物处理与好氧生物处理相比，具有造价低、占地小、能耗小、设备清理周期长、能回收能源等优点，是一种环保型、可持续的污水处理方式。目前国内厌氧生物处理技术在高浓度有机废水处理方面已经投入使用，但在低浓度废水特别是生活污水处理方面还处于科研阶段。生活污水属于复杂水，温度相对低（对于我国大部分地区的冬季），有机物浓度低，厌氧生物处理难以达到很好的效果。而高效厌氧反应器的开发以及颗粒污泥的引入，使得生活污水的厌氧处理成为可能。厌氧生物处理特征与好氧生物处理相比较，厌氧生物处理的主要特征有：（1）能量需求大大降低，还可产生能量。去除1kgCOD，好氧生物处理大约需消耗0.5～1.0kW·h电能,而厌氧生物处理大约能产生3.5kW·h电能。（2）污泥产量极低。因为厌氧微生物的增殖速率比好氧微生物低得多,去除每千克COD，好氧生物处理的污泥产量约为250～600gVSS；而厌氧生物处理的污泥产量仅为180～200gVSS。（3）对温度、pH等环境因素更为敏感。如温度降至10℃以下，厌氧微生物的活动能力将非常低下。而好氧微生物对温度的适应能力较强，在5℃以上的温度条件下均能较好地发挥作用。甲烷菌的最适pH范围也较好氧菌为小。（4）出水有机物浓度一般高于好氧处理。（5）厌氧微生物可对好氧微生物所不能降解的一些有机物进行降解(或部分降解)。（6）处理过程的反应较复杂，控制难度大。（7）有一定的危险性。厌氧生物处理对环境的要求比较严格。主要影响因素有温度、pH值、氧化还原电位、营养、食料\微生物比、有毒物质、搅拌等。这些因素在以往实践中都做了很深入的研究，这里针对生活污水相对低温、低浓度的特性重点介绍一下温度和污水浓度对生活污水厌氧处理的影响。当污水中有机物浓度很低时，反应器内的底物浓度低。根据Monod微生物基质去除动力学方程，可知基质去除率与微生物浓度和基质浓度有关，当基质浓度很小时，去除率随微生物浓度和基质浓度的升高而升高。而生活废水污泥长期处于饥饿状态，实际污泥活性远低于最佳值。底物浓度低还使产气量减少，结果底物和污泥之间的接触传质作用较差，从而降低污染物的去除效果。处理低浓度废水要求污泥的流失量要少，这就对反应器保留污泥的能力有很高的要求，另外对三相分离器的设计也有很高的要求。因此，生活污水厌氧反应器的设计体积一般受水力负荷限制，而不像处理中、高浓度废水那样受有机负荷限制。厌氧反应器的发展经历过三个阶段，第一代厌氧反应器，如化粪池和稳化池，主要用于处理生活废水下沉的污泥，特点是污泥龄等于水利停留时间；第二代反应器，如UASB实现了污泥龄与水力停留时间的分离，即HRTSRT；第三代反应器，如IC和EGSB，提高了反应器传质的效率，扩展了其水力负荷和有机负荷的适应范围。20世纪70年代以来，随着能源问题的日益突出，迫切需要开发高效节能的废水处理工艺，厌氧反应器得到了快速发展，国内外研究用于生活污水处理的主要厌氧工艺有UASB、EGSB、ASB、两相反应器等。UASB反应器升流式厌氧污泥层（UASB）反应器是荷兰学者Lettinga等人开发的，它的特点是通过上升的水流增加污泥的传质效率从而得到较好的去处效果。UASB反应器技术开发相对较早，国内外对UASB处理低浓度污水的研究取得了很好的效果。GrantS和LinKC.利用UASB反应器处理COD浓度为1400mg／L左右的牛肉膏配液，水处理系统在水温10℃左右，结果表明，水力停留时间(HRT)为16h，COD有机污泥负荷(SLR)为2～10kg／(kg.d)时，去除效率比较稳定，COD去除率达49％～80％。梁海恬等人使用x1005和x1213菌株低温条件下进行UASB法处理猪场废水降解能力的测定。试验结果表明：x1005和x1213菌株对污水中COD的去除率分别为72.5%和67.1%；对BOD的去除率分别为56.7%和49.3%[14]。芬兰的S.Luostarinen等人，在低温条件下（10～20℃），使用UASB厌氧现场处理人工黑水和奶牛场废水，黑水中COD去除率超过90%，奶牛场废水中CODt去除率在80%以上。低温条件下产气率较低，UASB反应器内的混合受到很大限制，需要设置搅拌器或者气体回流。EGSB反应器膨胀颗粒污泥床（EGSB）反应器是厌氧流化床与UASB反应器两种技术的成功结合。它是通过颗粒污泥床的膨胀以改善废水与微生物之间的接触，强化传质效果，以提高反应器的处理效率。国内EGSB反应器的微生物特性以及启动研究比较多，而研究处理效果的很少，初里冰等人应用与膜结合的EGSB反应器处理中、低温生活污水，EGSB反应器总容积为4.18L。当温度控制在15℃以上时，COD去除率可达90％；在11℃条件下，当水力停留时间从3.5h增至5.7h时，COD去除率从76％增至81％。国外的M.T．Kato和Lettinga.G等以乙醇为基质进行了EGSB反应器处理低温、低浓度废水的实验。在30℃下运行，当进水COD为100～700mg/L，COD去除率在80%～97%之间。M.T．Kato等人在温度30℃时用EGSB处理进水COD浓度为100～200mg／L的污水，去除率可达80％左右。LettingaG等处理COD浓度为300mg／L的城市污水，温度为9～11℃，HRT为2.1h，去除率为20～48%。ABR反应器厌氧折流板反应器（ABR）是P.L.McCarty等人1982年研制的新型厌氧生物处理器，它具有很高的处理稳定性和容积利用率，不会发生堵塞和污泥膨胀而引起的污泥流失。ABR处理高浓度废水的研究较多，生活低浓度的较少。沈桢等人对ABR处理低浓度有机废水的启动方式进行了试验研究。结果表明:固定HRT、逐步提高进水COD浓度的启动方式,可使ABR反应器于90d内完成启动,但污泥颗粒比较松散；而固定进水COD浓度、缩短HRT的启动方式,49d就可使ABR对COD的去除率达到80%,且污泥颗粒化程度较高。沈耀良等对ABR处理低浓度废水的效果及运行特性进行了研究。试验在中温35℃，HRT为3～12h条件下处理进水COD浓度为150-850mg／L的污水时，COD去除率达50％-95％；研究表明，该反应器处理低浓度废水时，不仅具有良好的处理效果，而且运行稳定。国外的AletteAMLangenhoff等人对ABR处理低浓度污水的研究中得出，在HRT为10h，温度35℃时，COD的去除率为95％；温度20℃时，COD的去除率为70％；降至温度为10℃，COD去除率下降至60％。温度35℃，HRT缩短到2.85h，去除率可达到80％。3.4两相反应器两相厌氧反应有时也称两步或者两阶段厌氧反应，是指两个厌氧反应器串联操作，它主要着重于工艺流程的改进。两相厌氧反应器的重点是如何实现两相的分离。张代钧等人将膨胀颗粒污泥床(EGSB)和曝气生物滤池(BAF)集成，EGSB出水进入BAF进行短程硝化，系统地处理氨氮为50mg／L，COD为500mg／L的合成废水，结果表明：当外回流比为200％时，系统COD、氨氮和总氮的去除率分别为92.4％、97.4％和80.6％。王凯军等进行低温下HUSB+EGSB串联工艺处理生活污水的研究,进水COD为300～700mg/L，HRT为6h,温度15℃，总COD和SS去除率分别为71％和83％；在温度为12℃，总COD和SS去除率分别为51％和76％。Elmitwalli等人用AF+AH的两级系统，COD的去除率较单级反应器均有提高，总COD去除率达到71%。芬兰的S.Luostarinen等人，利用两相的UASB反应器处理黑水和厨房废水，温度在10℃～20℃之间，黑水和厨房废水的COD去除率都达到90%以上。浦跃武等人自行设计的一体化两相厌氧反应器处理猪场废水，对启动进行研究。在37℃下，通过交替增加进水COD浓度和缩短HRT来提高系统的VLR，采用动力学控制与pH值调节相结合的方法对产酸相和产甲烷相进行分离，经过68天的运行，系统COD去除率稳定在80%以上。任南琪等人开发了新型一体化两相反应器专利设备（专利号zl00206243.7）。它通过内部结构的优化实现了两相的分离，使两相厌氧工艺系统的产酸相和产甲烷相微生物群在同一反应器得让不同空间中发挥各自的降解作用，取得了良好的效果。一体化两相反应器如何很好实现相分离是决定其运行是否成功的关键因素，一般通过动力学控制与pH值调节来实现。参考文献[1]仲海涛，胡勇有，田静.废水低温厌氧处理技术[J].科技信息综述，2004，30（2）：98-110[2]贺延龄.废水的厌氧生物处理[M].北京：中国轻工业出版社,1998.1[3]张希衡等.废水厌氧生物处理工程[M].北京：中国环境科学出版社,1996.12[4]马建勇,杨凤林等.低浓度废水厌氧处理的研究进展[J].环境污染治理技术与设备，2002.08[5]SariA.Luostarinen,JukkaA.Rintala.Anaerobicon-sitetreatmentofblackwateranddairyparlourwastewaterinUASB-septictanksatlowtemperatures[J].WaterResearch,2005,436–448[6]GrantS,LinKC.Effectsoftemperatureandorganicloadingontheperformanceofupflowanaerobicsludgeblanketreactors.CanJCivilEng,1995,22:143-149