高浓度有机废水生物处理技术王明星

第40卷第8期当代化工Vol.40，No.82011年8月ContemporaryChemicalIndustryAugust，2011收稿日期：2011-06-25作者简介：王明星（1978-），男，河北沧州人，工程师，硕士，2004年毕业于辽宁石油化工大学环境工程专业。研究方向：从事废水和废气处理技术研究工作。E-mail：[e-mail]，电话：[phone]。高浓度有机废水生物处理技术王明星，廖昌建（中国石化抚顺石油化工研究院，辽宁抚顺113001）摘要：对SBR以及新兴的酵母菌技术、生物强化技术和高效厌氧反应器等高浓度有机废水生物处理技术及其发展和应用现状进行了比较全面的综述。各种技术都能够耐受比常规活性污泥法高出几倍的容积负荷，尤其是第三代高效厌氧反应器操作费用低，节省占地，已被用于处理各种废水。同时指出，要想实现废水的达标排放，单靠某一种技术难以实现，必须将不同工艺组合使用。关键词：高浓度有机废水；酵母菌；生物强化；SBR；UASB；EGSB；IC中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1671-0460（2011）08-0820-04BiologicalTreatmentTechnologyofHighConcentratedOrganicWastewaterWANGMing-xing,LIAOChang-jian（FushunResearchInstituteofPetroleumandPetrochemicals,LiaoningFushun113001,China）Abstract:Biologicaltreatmenttechnologiesofhighconcentratedorganicwastewaterweresummarized,suchasnovelmicrozymetechnology,bio-augmentation,highlyefficientanaerobicreactorandsequencingbatchreactor（SBR）andsoon.Thesetechnologiescantolerateseveraltimesvolumetricloadofthatofactivatedsludgeprocess,especiallythethird-generationhighlyefficientanaerobicreactorwhichhasloweroperatingcostandsmallerlandoccupancy,thusithasbeenappliedinvariouswastewatertreatment.Butinordertoensurethedischargetoreachstandard,itisnecessarytointegrateseveralprocessesintothewastewatertreatment.Keywords:Highconcentratedorganicwastewater;Microzyme;Bio-augmentation;SBR;UASB;EGSB;IC高浓度有机废水通常是指化学耗氧量(COD)在2000mg/L以上的废水，而事实上由食品、化工、造纸、农药、制革等行业排放出的废水中COD浓度可以达到几万到几十万mg/L。根据废水的性质和来源可将高浓度有机废水分为三类[1]：①不含有害物质且易于生物降解的高浓度有机废水；②含有有害物质且易于生物降解的高浓度有机废水；③含有有害物质且不易生物降解的高浓度有机废水。由于采用传统的治理方法处理高浓度有机废水难以满足净化处理的经济和技术要求，使得该类废水处理技术的研究成为国内外环保领域的热点研究课题之一。与物化法相比，生化法具有运行可靠、运行费用低和操作管理方便等优点，使得生化法得以广泛应用。因此，本文专门对高浓度有机废水生物处理技术及其应用现状进行了介绍。1酵母菌处理技术酵母菌处理废水具有以下特点：①耐受高浓度氨氮和硫酸盐，例如酵母处理法中硫酸盐浓度最高允许值可以达到20g/L，因而当有机废水中含有高浓度硫酸盐而不宜采用厌氧处理工艺时，采用酵母处理法仍然是可行的。中国科学院黑亮[2]等利用酵母菌处理含SO42-20012mg/L，NH3-N17208mg/L，COD24165mg/L，BOD520760mg/L，TOC7411mg/L的高浓度味精废水的连续小试结果表明COD、TOC的去除率可稳定在82.9%以上；②酵母法容积负荷[3]高达8～10kgBOD/（m3·d），是活性污泥法的8～10倍以上，且可适用于BOD5从几千到几万毫克/升的高浓度有机废水的处理；③对废水中的油有很好的适应和降解能力，不需预处理，因而可显著降低一次性投资。吕文洲[4]等利用酵母菌处理色拉油废水的试验结果表明，在进水COD约12000mg/L，油约3500mg/L，BOD-yeast负荷1.0～2.5kg/（kg·d）时，COD和油的去除率分别达到87%～97.3%和92%～99.8%。郑少奎[5]等的试验也表明，含高浓度色拉油的废水可以直接用酵母菌法处理；④能耗低，酵母法需氧量为0.6kgO2/kgBOD，仅为活性污泥法的0.6倍[3]；⑤废水资源化，反应过程中产生的酵母综合评述DOI:10.13840/j.cnki.cn21-1457/tq.2011.08.033第40卷第8期王明星，等：高浓度有机废水生物处理技术821菌体蛋白质含量在40%以上，可回收作为饲料添加剂，而不存在剩余污泥处理问题；⑥耐冲击负荷能力强，运行稳定。自20世纪90年代初日本一家公司成功实现酵母菌废水处理技术的实用化以来，实际运行的酵母菌废水处理厂达50多家，用于处理含油废水、水产品加工废水等。我国利用酵母菌处理废水的工作仍基本停留在生产单细胞蛋白的基础上[6]。2生物强化技术生物强化技术是指为提高处理系统的处理能力，向该处理系统中投加优势菌种从而实现对目标污染物高效去除的方法，选用的菌种可以是从自然界中筛选的优势菌种，也可以是通过基因工程技术得到的有降解能力的基因工程菌[7]。与传统生物处理工艺相比，生物强化技术能够有效提高对有毒、有害物的去除效果，并具有改善污泥性能、耐负荷冲击能力强等特点。目前，生物强化技术的研究多是针对废水中所含有的有毒有害物质和难降解物质，而在高浓度有机废水处理中应用的报道还比较少见。大港石化公司采用韩国SK集团特效菌种处理常减压柴油碱洗渣。该菌种可耐受30g/L的高含盐废水，对进水水质波动具有很强的适应能力[8]。据介绍，在MLSS10g/L左右时，生化装置可将COD从进水34744mg/L降低到370mg/L以下，容积负荷最高时超过9kgCOD/（m3·d）。众所周知，煤气厂（焦化）的废水因含有高浓度的氨氮、酚和难于生物降解的煤焦油等物质而成为污水处理的难点[9]，而叶正芳[10]等利用一种专用的合成高分子材料作载体，固定美国产高效微生物菌群B350对兰州煤气厂焦化废水进行的中试试验表明，在进水COD3250～3590mg/L，氨氮444～458mg/L时，COD和NH3-N去除率分别达到98.3%和99.9%，而且由于采用了微生物固定化技术，硝化菌和反硝化菌处在载体的不同位置，结果硝化、反硝化和有机物降解作用可以同时发生。3序批式反应器（SBR）序批式反应器（SBR）由进水、反应、沉淀、排水和闲置5个阶段组成一个周期，各阶段运行时间、混合液的体积比、运行状态和曝气量等均可依污水进水水质与出水要求而定。据介绍[11]，SBR法能够处理高浓度有机废水通常有两个原因：①SBR系统中微生物核糖核酸（RNA）含量比活性污泥系统中微生物的核糖核酸含量高3～4倍。RNA是微生物生长的基础，RNA高预示SBR系统微生物具有较强的活性和生长速率，这就是间歇式活性污泥系统能够处理高浓度有机废水的主要原因；②SBR反应器中可以保持很高的MLSS，这就比其它活性污泥法的F/M低，即有机负荷低，而且还可以采用非限制曝气方式运行，边进水边降解有机物。李秀金[12]采用两级SBR（SBR1和SBR2）对牛场高浓度有机污水进行处理，停留时间分别为2d（SBR1）和0.5d（SBR2），当进水COD20000mg/L，NH3-N540mg/L（TKN＝1140mg/L）时，出水COD和NH3-N分别为640mg/L和0mg/L（TKN＝38mg/L），出水可再循环用作养殖场的冲洗用水。石家庄化纤有限责任公司采用以SBR为主体的“延时序批式生物氧化硝化反应器（ENSBR）－膜法生物兼氧反硝化反应器（BDAR）－推流式生物接触氧化反应器（PCOR）”工艺处理其高浓度化工废水，运行结果表明，在进水COD5000mg/L左右，NH3-N500mg/L左右，经ENSBR处理后，出水COD在300～500mg/L，NH3-N50～60mg/L，再经BDAR和PCOR处理后出水COD≤200mg/L，NH3-N≤40mg/L，达到石化行业二级排放标准[13]。4厌氧技术与好氧生物处理技术相比，厌氧法在处理高浓度有机废水方面具有以下优点[14-16]：（1）剩余污泥产生量少。好氧法每去除1kgCOD的污泥产量约为0.3～0.45kgVSS，而厌氧法每去除1kgCOD的污泥产量为0.04～0.15kgVSS；（2）产生的生物污泥易于脱水；（3）营养盐需求量少。好氧法营养需求量BOD5/N/P为100︰5︰1，而厌氧法BOD5/N/P为100︰2︰0.3；（4）不需要曝气，故能耗低，并可回收沼气；（5）容积负荷高，从而节约占地和基建投资；（6）提高废水可生化性。但由于厌氧反应器出水中仍然含有较高的COD，且废水中无溶解氧，因此，厌氧反应器须与其它工艺联合使用。厌氧反应器的发展共经历了三个阶段[16-18]：以传统厌氧消化池为代表的第一代厌氧反应器；以上流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧滤池（AF）等为代表的第二代反应器，第二代反应器实现了污泥停留时间和水力停留时间的分离，使厌氧活性污泥泥龄延长到了上百天，而水力停留时间从过去的几天或几十天缩短到几小时或几天；第三代厌氧反应器是在第二代厌氧反应器的基础上进行改进，解决了反应器的短流问题，并使废水与污泥之间能够保持良好的接触状态。第822当代化工2011年8月三代厌氧反应器以厌氧颗粒膨胀污泥床(EGSB)和内循环式反应器为代表。自开发以来，UASB、EGSB和IC等得到了广泛应用。4.1上流式厌氧污泥床（UASB）上流式厌氧污泥床（UASB）是由荷兰学者Glettinga等于1974年开发的，该反应器由分配板、颗粒污泥处理区、膨胀污泥床再生区、气固分离区等四部分组成。UASB成功地使污泥停留时间（SRT）与水力停留时间(HRT)相分离，解决了反应器内生物量保持问题。1983年荷兰帕克（PAQES.B.V）首先将UASB反应器应用于Roermond造纸厂。随后到1999年的20多年时间里，在国外1303座废水厌氧处理工程中，有769座采用了UASB工艺，占近60%[16]。目前，UASB已被应用于啤酒、味精、化工、制药、制糖等各个行业。如郑强[19]采用UASB+生物接触氧化工艺处理啤酒废水，在COD5100～5900mg/L，SS330～800mg/L，BOD51400～2200mg/L，容积负荷10kgCOD/(m3·d)时，UASB出水COD在700～1200mg/L，COD去除率超过80%，后经接触氧化工艺处理后出水COD＜100mg/L，所得沼气中甲烷含量在70%左右。赵军[20]使用UASB工艺处理猪场粪污，在进水COD6000mg/L，容积负荷8kgCOD/(m3·d)时，出水COD在200～400mg/L，所产生的沼气使猪场获得了很好的经济效益。孙震[21]等应用UASB技术处理高浓度抗菌素废水，在COD15000mg/L左右，容积负荷5kgCOD/(m3·d)时，COD去除率在80%左右，大大减轻后续处理负荷。4