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第6卷VOI.6第l期NO.l污染防治技术PollutlonControlTeehnolo1993年3月Mar.(1993高浓度有机废水治理的沼气化技术装置及评析如匕伟文(南京电力专科学校,南京2]0000)冯汉雯(无锡市能源研究所,南京2了口口00)许纲熙(江苏省环保局,南京2]00]3)摘要高浓度有机废水厌天消化,其沼气作为能涯,对工艺路线、不同装配进行评述。关键词厌衷处理有机废水回收能源1.合理的能源回收线路高浓度有机废水厌氧生物处理技术制取能源一一沼气,在国外已充分利用。厌氧生物处理技术覆盖面宽,在食品、医药、饮料、化工、造纸等行业都能利用此技术处理高浓度有机废水。Schroefer在1955年提出“厌氧接触法,,(ACP)。目前已先后出现了“厌氧滤池”、“升流式厌氧污泥床反应器”(UASB)、“厌氧膨胀床”(AAFEB)、“厌氧流化床”(AFa)、“两相厌氧消化法”、“垂直折流厌氧泥床”(VBASB)和“管道厌氧消化器”(PAD)等新技术、新装配,使厌氧生物处理成为一种有效的高浓度有机废水能源化的途径。1.1厌氧滤池厌氧滤池是在厌氧消化装置内填满砂砾、卵石、塑料或纤维等填料,厌氧微生物附着在填料巨大的表面上,可维持较高的生物量和较长的活性存在时间,在中温条件中,容积负荷率最高可达116gk·coD/m,·d,但化学耗氧量(c0D)去除率和池容产气率较低,无论是AF(上流式)还是BSFF(下行式固定膜反应器),容积负荷一般小千10kg·CoD/m3·d,AF法产沼气率亦低。1.2升式流厌氧污泥床反应器(UASB)UASB反应器是目前国外应用最普遍的一种厌氧生物处理装置,其技术特点为:一是根据厌氧消化过程中,厌氧微生物主要集中在反应器下层的特性,改填料反应区为污泥床反应区。使反应区内保持较多的的微生物量。二是在反应器上部设置了气、固、液三相分离器、使上流混合液中的污泥能自动返回到反应区,保持反应区内微生物量的稳定,从而使厌氧生物处理的水力滞留时间减小,容积负荷率增加。目前,国外已拥有UASB装置六十多座,我国从80代采用UASB装置进行了处理试验,在半生产性试验中,中温条件下COO负荷率达8一20.k3gcoD/m3·d,达到国际生产性装置水平。1.3两相厌氧消化技术两相厌氧消化技术是一种厌氧生物处理的高效能新工艺,它根据厌氧消化的生物学过程中发酵分为产酸和产甲烷二个阶段的特点而开发的,因此,一般又称为:两步厌氧消化或二段厌氧消化。(编注:原文中列出I夕8夕年以前完成的半生产装笠,具体参数略)。该技术把产酸和产甲烷二阶段分开,分别创造两类不同细菌繁殖的环境条件、从而促进厌氧微生物的代谢能力,提高厌氧消化效率,还有利于运行稳定,抗冲击负荷。据国外试验,共容积负荷率可达30kgcoD/m,·d。我国两相厌氧消化技米据试验最高容积负荷率达sokgCoD/m3·d,表l。(收稿日期:1992一09一02)姚伟文等高浓度有机废水治理沼气化技术装置及评析表1我国两相厌叙消化对不同废水的试验数据试验温度进口COCDODCOD容积滞留时间反应器容积丢除率负荷率PH废水种类浓度HRTd()m(3)(℃)(g/1)糖蜜酒精(o,0)(kg/m3·d)76.612产酸产甲烷产酸产甲烷产酸产甲烷0.11.8055废水32~3313.6味精废水30一3217088.785.0192301005.070552.60.8385.57啤酒废水」5~372一385~9525~350.55~0石71.2~2.080刃D570D122571.4厌氧接触法(AC)P厌氧接触法处理高浓度有机废水技术装置由厌氧反应器和沉淀池组成,反应器系完全混合型,采用搅拌器促使反应器内微生物是趋于均布。此项技术特点是:反应器的滞留时间很长而负荷可以很高,不仅可以处理溶解性有机物COD,而且可以处理总悬浮物55含量高的有机废水。ACP装置在我国酒精废醒的厌氧生物处理中得到较多的应用,有机负荷率一般为8一10kgCOD/m3·d,产气率46m3/m3·d,coD去除率为85%。1.5VBASB反应器和PAD反应器厌氧生物处理装置vBASB反应器和PAD反应器都是我国自行提出设计的厌氧生物处理装置。VBAS任装置是采用高温发酵,通过消化液回流来调节进料液的pH值,使废醒能够不经过溶液分离和调节pH值就能直接进料的厌氧生物处理技术,该反应器与UASB装置相比,是在反应器内设置档板,使反应器内的水流上下垂直折流,使反应器内的水流具有推流的特点。在整个厌氧生物处理系统中,减少了前处理环节。PAD反应器是一种管道形的厌氧消化器,它与一般的塔形池式消化器相比较显著的特点是反应器高度降低,处理效果达到第二代反应器的水平。VBASB反应器与PAD反应器的运行试验数据见表2。!.6其他厌氧物处理装置和技术在国内外采用和研究的有机废水厌氧生物处理装置和技术中,还有水压式厌氧消化池、厌氧流化床、厌氧附着膜膨胀床消化器等。其中水压式厌氧消化池具有结构简单、适用性广的特点。玲2不同厌氧装里能源回收技术评述2.1典型生产性装置运行参数比较和项目评价:在生产上已有应用的六种厌氧生物处理技术装置技术参数可见表3。表2VBASB、PAD反应器运行试验数据进水COD装置名称废水种类装置容积(m3)COD容积负荷率(kg/m3·d)含量(mg/I)COD去除率(%)池容产气率(m3/m3·d)试验完成时间VBASB味精废水柠檬酸废水5`15.565000200008584.22.47`51985一19891986科45PAD一36一姚伟文等高浓度有机废水治理沼气化技术装置及评析衰3各类技术装里典型生产性运行奋数比较衰COD技术装丑名称废水种类进水COD含t(mg/l)容积负荷率(kg/m3·d)产气率(m3/m3.d)运行温度(℃)UASB厌板接触法水压式VBASBPADAF二柠橄酸废水酿酒废水酿酒废水味精废水柠擞酸废水酒精废水35755COD去除率(%)93.6240000~50000中温中温55℃中温中温55℃600xZ500002000xZ25:6丘42`J`UnO一托65000200008584242000~4700070~8012.15.445185*此数据按正常运行加理论计井应为4j8耐/mJ·山**此法国内尚未生产性运用不同的装置各具特点,其中UASB装置规模较大,在相对废水COD含量较低的条件下,COO去除率、容积负荷率。去污量和产气率在六项目中都居首位,在生产性运行的各类装置中,其技术指标先进,环境效益显著。(参见表6)2.2典型生产性装置运行效益评价:根据调查情况和对典型生产性厌氧生物处理装置运行数据处理后可见各装置的运行效益。(参见表4)由表4可见,在五种类型的厌氧生物处理装置中,从技术、经济、环境效果分析,UASB装置是一种先进的技术,能够在高浓度有机废水处理中,取得显著的环境效益和经济效益。是一种值得推广应用的厌氧生物处理技术。厌氧接触法生物处理技术投资回收期较短,具有一定的应用价值。水压式沼气池投资少,经济效益和环境效益较好,在高温高浓度有抓废水处理中具有一定的应用价值。VBASB装置相对而言效益差,其性能能否超过UASB尚值得确定。PAD装置投资回收期较长,万元投资去污量较高,在小型厂高浓度有机废水处理中具有应用价值。表4各类技术装里典型工程运行效益表装置名称产气量(l).(m,/m3·a)沼气回收价值(2).(元/m3·a)去污量(tCOD/m3参考投资(元/m3)万元投资沼气生年去污量产成本(的.(teoD/万动(元/m,)投资回收期(年)(4)UASB厌氢接触法水压式沼气池PADVBASB165013807501370720496名414.075.0412.2216.03.451600150015001000125021.5615.330.0560,0250一0563.952.3044.556l7l,..ùO才0012830.0610.240056上衣中()I产气t按手生产劝口天计井丫2)沼气价格按口J口元/二j计算,;臼夕沼气成本中,UASB按实际夕个月运行费用计算,未计设备折旧资,水压式和水压式按沼气浓度折成口.10元计井F刃ASB成本以UASB成本为依据,庆或接触法为自投成本费用`了4夕投资回收期除反礼接触法和尸AD为自役成本外,均为计井伍(投货未计利率)一37一姚伟文等高浓度有机废水治理沼气化技术装置及评析表5UASB装t运行效益统计表.进口废水COD去污量万元投资沼气回收投资COO容积负荷串池容产气量COD浓度去除率去污量成本回收期(kg/m3·d)(m3/m3·a)(mgCOD/1)(%)(t/m3·a)(tCOD/万元)(元/m3)(a)726786.73.6209425名90.23860582348791059922.72817.050.071485357559362123426144016563.4521.560.0563.96度水种类为柠根酸皮水,投资回收期未计投资利率和设备拆旧资用。2.3不同浓度废水对厌氧生物处理经济环境效益影响的评价:在厌氧生物处理回收能源技术中,废水的COD浓度直接影响装置回收能源的经济效益,表5是调查典型的UASB装置在进水浓度不同的运行效益表。如表5所示:当废水浓度COD在7267mg/l左右时,UASB装置也失去了应用价值,而在COD进水浓度达到20000mg/I以上时,UASB装置具有明显的环境、经济效益,具有明显的应用价值。.24同类处理装置对不同工业废水处理的效果及评价:在工业废水由于其内含污染物质的差异,在厌氧生物处理中对同一装置而言具有不同的处理效果,以水压式沼气池而言,其水力滞留时间长,池容产气率低,但是对含有大量纤维素的工业废水具有良好的处理效果。在典型的升流式厌氧反应器处理不同的工业废水也具有不同的效果。从表6可见:UASB装置对工业废水处理有较强的适应性,对酒精、溶剂、柠檬酸废水都能达到较高的技术指标,其中柠檬酸废水处理已生产性运行,酒精、溶剂废水己达中试规模,技术已趋成熟。2.5试验性厌氧生物处理技术、新装置的技术性能评价:两相厌氧消化技术和厌氧流化床反应器是厌氧生物处理高浓度有机废水的二种新技术、新工艺,自该二项技术问世以来,国内外都进行了大量的试验,典型的试验数据见表7。表6UASB装皿处理不同工业废水效果分析表废水种类规模装置(m,)COD容积负荷率(kg/m〕·d)进水COD含量(m只/I)COO去除率(%)池容产气量(m3/m3·d)运行温度,tǎ甘U八,00酒情废水溶剂废水柠嵘酸废水22.35314.880012.39000一280001987035755936212.1高温58652℃.552中温一38一姚伟文等高浓度有机废水治理沼气化技术装置及评析表7新技术、新装盆试验数据表进水CODCOD去除率COO容积负荷率装置名称废水种类备注(mg/l)(%)(kg/m3·d)两相厌氧啤酒废水20000~0038500~092~553试验温度53一73℃消化技术葡萄糖基质~411000000075~80实验室试验装置糖蜜酒精废水115000中试规模温度03℃厌氧流化片檬酸废水270022ee0004~0096.~003.5比利时应用实例床反应器酵母废水120922.5瑞典应用实例食品废水800057~683~42美国应用实例化学药品废水1100079~934一27美国应用实例两相厌氧消化技术的试验表明,该项技米带够大大提高厌氧处理装置的容积负荷率,并能取得良好的经济欺益,但是,该技术的试验规模小,基本处于实验室试验状况,因此必须扩大试验,为扩大应用莫定基础。厌氧流化床反应器在比利时、瑞典、美国有应用于柠朦水、酵母废水、食品废水、化学药品废水等多个领域的报导,处理废水效果相当于UASB装置,对高浓度有机废水中COD浓度相对较低的工业废水具有应用价值,是值得研究和有发展前途的一种厌氧生物处理技术。3.讨论3.1厌氧生物技术是一项发展中的高浓度有机废水能源化技术,高浓度有机废水是造成社会水质污染的