国外城市污水厌氧处理技术研究的现状与动态徐向阳

国外城市污水厌氧处理技术研究的现状与动态徐向阳(浙江农业大学环保系)一、新型高效厌氧消化器处理城市污水的研究现状1.厌氧过滤器(AnaerobicFilter)厌氧过滤器(AF)是You吧同McCarty1967年在前人研究的基础上开发的一种固定膜厌氧消化器L’J,最早用AF处理城市污水的研究是由美国OakRidge国家实验室Genugn领导小组进行的,他们设想借助于厌氧滤器的物理过滤作用和消化过程来去除有机物和悬浮固体。当时该项目曾得到国家能源部,EPA环境实验开发署的支持LZJ。在1976年夏天与ohio城市Norotn公司合作设计了处理能力为1.9m’d/的厌氧滤器,直接处理OakRidge城市生活污水,该装置称之为AnFLow处理系统。对运行两年结果的分析表明:处理系统的出水水质符合EPA的二级处理标准,与一般常规活性污泥法相比,其运行能耗相当少,操作简便同时可回收一定量的甲烷。Geungn在此基础上,1981一1983年又在田纳西州Knoxville建造了一座190m3/d的AnFL0w中试装置,其处理系统的流程图如图l所示〔2」。`CH;A。FIOW主物反应器毅回件支架出水初沉池图1中试规模AoF乙Ow装t及流程图(1的m’/d)二年多的运行结果表明在有机负荷为0.1一0.4kgBOD/m’·d或0.35一一ZkgCOD/m’·d,HRTg一loh时,TSS、BOD、COD的去除率依次可达到80%,70%、60%。实验还表明当环境温度降至12℃时,系统处理效果也能保持如上水平,20℃时,容积的甲烷祠r尸一产率为24L/m’、d、系统能耗与活性污泥法相比,可节约55%。对系统物料衡算发现,系统中约有20%碳素转化成甲烷,30%碳素形成污泥,其余50%转化成CO:或以BOD、.T55残存于出水。用所建立的数学模型求得污泥形成量为150kgr.胎入J曰固体/3800m,污水,这值与好氧活性污泥相AnFLOw系统经济分析“〕〔`’、可以认为.比,厌轼处理过程中,污泥形成量相当少,仅有对f人日少的城镇污水处理,当其规模为19后者的20一25%。27m’;d/时,应用AnFLG。系统很有前途-表l是Genung根据多年的运行资料所作的不同规模AnFLOW系统经济分析表1\炭之匕坛认禅写._巫越退卫’}一运俪猫`斌。一}“)ttJ抓“)’一二黑婴书{一上生一耳一_1.11!卜卜不石石不,,处处理量量}一级处理理3J()(}}}52匀川川几艺555几(川川:气。2333.弋.若)1111119mjddd生物处理理汁2:3t川川8(川4jjj3凡)))艺{川川!)。了666}’·”。。出出出水净化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化化污污污泥处置置…窃一一凡25【l(,,下2:11’’}2::、、1。11111。1111其其其它它它57爪川川{{{三冬155555沐。2.布布1111111112123(}}}{271,,,,,{{{{{{{{{{{{{{{{{{{}}}}}}}}}}}}}}}}}}}总总总费用用32()了()了少少3日375()))】3匆了)))153习习万。2333{”·3!!!处处理量量一级处理理1975().)))3175{川川{{{}}}31。1999「一—一一3338(jooo生物处理理9411()(11135(l(贬川川}2“,““{艺5`,{)))l。匀匀}}}mmm3ddd出水处理理2750〔l厦)))275硬川()))}`6`,,、、}:()、、()))6。6百该该…:’:{{{污污污泥净化化530印1111弓(J{川〔)))…,3,(,’’{`;::{{{{{{{其其其它它73`13000053625()))}5里`,,,,,}}}}}}}}}}}}}}}}}}}总总总费用用220器()〔)))16087石(lllr一———665吃)))39。733367.7t奋奋石石石石石石5别)))))))))另外,近儿年,wheatly,Kobayashi、多hcemer等在实验室规模上,还作了AF处理城市污水的研究几一`’。.2上流式厌氧污泥床(UASB)。由荷兰Letti”ga研制开发的一L流式厌氧污泥床反应器具有活性污泥再循环和持留能力的单向流水力学持点。与wilson、Couirer早期的污泥床相比,前者顶端装有气液固三相分离器,使其在高水力负荷下能保持高浓度的生物狱,为反应器高效稳定运行创造了条件,日前,这种高效反应器已J’`泛地被应用于处理不同浓度的工业有机废水,据不完全统计,现已有50多座工业化装置投产运行。是目前应用最高的厌氧消化器。早在十年前:Lettinga等人了就致力于用颗粒化污泥床处理城市污水的可行性研究,期望在uAsB内实现污水和初沉污泥的稳定化化。30L、120L实验室规模UASB处理城市污水的研究结果是令人满意的,其运行参数为:温度8一20℃,进水eoo400一8Oun飞g/L,水力负荷0.6一2.0m’,了m’·d,COD去除率为5()一85%,污泥形成准5川一8.6kgrs/y.,仪为好氧活性污泥法的25%。恨据上述结果,他们认为:在厌氧处理后,出水作进一步处理,以满足接纳水体的要求。表2是半生产性UASB的运行性能〔`〕〔’气在反应器中除有良好布水装性外,还用沼气循环来加强反应器的棍合性能。与AF相比,UASB小铭、垃料而避免堵塞问题,但装有三相分离器,工艺较复杂。对TSS在UASB中去除机理研究表明,T55去除与系统所控制的水力学条件,污泥浓度有关。在大型UAsB装置运行时,水力负荷应控制在4一11.5m3/m’·d,以使污泥床的膨胀作用适当,使其高度低于出水口1.5一2.0m,以防止污泥流失,影响出水水质,同时,反应器也能维持较高的污泥浓度而高效稳定地运行一}`。中试规模UASB处理城市污水的运行性能表2次次次进水水出水水CCCCCODDD有机负荷荷温度度HRT(h)))CODDDCOD去除率率产气ttt污泥产量量mmmmmgLLLkgCODm3一ddd℃℃℃mgLLL%%%%%%%666mJJJ1加一任)00000。9一1。66620一1555888100一20000000。05一0。1333〕。175,eeo。2777UUUASBBBBBBB10一122222150一1755555NmJ/kgCOD·hhhkgDS厂厂888888888一100000175一250000000kgCOD---6664m3331印一七00001。3一1。755524一26663一3。5555572一82220。5一d。6660。02kg曰〕[[[UUUASBBBBBBBBBBBBBBBCHom3/m二·ddd/DE.丫丫在英国水研究中心(wRC)也建有一座半生产性的uAsB装置,容积为32m’、至1985年春,系统一年运行结果表明,漆反应器运行效能与气温有关在温暖季节,运行性能很好,但在气温降至10℃左右,效果变坏,有时甚至失败`’。,。而巴西有三座大规模UASB,一座UASB处理城市污水的同时,还处理城市固体废物,工业、农业废水或废物,生成的沼气供居民燃用。处理系统的运行情况一直良好,其社会、经济、环境效益明显,具有推广价值〔”〕〔`,」。3.厌氧附着膜膨胀床(AAFEB)。厌氧附着膜膨胀床是美国eJwlel在七十年代中期开发的一种新型高效厌氧消化器、在消化器中填充有一定粒径的载体,微生物附着后形成高密度的生物颗粒。这种颗粒在出水回流的冲动下,发生分离而有一定幅度的膨胀。鑫膨胀率一般在10一20%。AAFEB的结构和运行工况特点赋予它具有高效性和运行的稳定性〔,3:。基于AAFEB的特点,Jewell、乏;wifZenbaum〔’`」在1976年开始探索低温下应用它处理城市污水的可能性。不久报道了AAFEB处理COO为200一600mg/L人工污水的效能以及进一步用从FEB反应器处理城市污水。200多天的小试结果:经初沉的城市污水,COD为88一3o6mg/L,温度为20oC,在HRT0.5h条件下,出水coD一般低于40mg/L,55、小于5mg/L,反应器可耐受的最高有机负荷为4kg/m’·d。这一效能明显地优于在类似条件下运行的厌氧滤器。此外,AAFEB还能抗温度、有机负荷、水力负荷等参数瞬变的冲击`’UAAFEB高效稳定的运行性能是与附着生物膜特性有关的。Jewe11等人〔’。〕〔”〕对厌氧附着膜有关特性研究发现,其SRT一般可达到200一300d,生物量浓度至少有一009/L;同时生物膜还有较长时间的活性和稳定性,eJ-well在1985年春,为了验证早年的实验结果,将已停用6年的AAFEB再次启用,经24h(HRT=h2)处理城市污水,其BOD的去除率即可达到甚至超过早期所报道的结果。由于AAFEB反应器具有高浓度的生物量,其有效地处理城市污水的水力滞留时间与好氧生物法相接近,故AAFEB被认为是目前最有希望与好氧生物法相竟争的厌氧消化工艺。最近,Jewell报道他们已有一座7.25m3的中试规模AAFEB处理系统投入运行。近一年的运行参数如下:HRT5h,温度18℃,出水Bon为4omg/L,其去除率50%,55去除率80%〔,。」。近儿年来,美国EPA辛辛那提水环境工程研究所在中试水平上对AAFEB处理城市污水作了系统的评述和研究〔,5〕。该研究项目曾列为l/A技术项目。三套中试装置的容积为334L、334L和66LxZ,其载体分别是颗粒活性炭(GA.C),硅灌土(DE)和砂子(S),以砂子作载体的处理装置是由两个容积为“L的AAFEB串联而成(如图2,3)。出气出广毛出水分月姗`过叮叫当簇耸张进进水水贮贮槽槽回流水采样点水}}流虽公十点~t二.一叫权李影影矜矜礼礼之三三一一气气才才艺}}}··}}}一一`}}}循环泵图2以DE、GA〔作载体的AAFEB处理系统流程图(334L)三个处理系统分别处理M:llcrae吻Mu-ddyCreak污水处理厂的污水。表3是近二年的运行参数。对不同载体的处理系统综合分析认为,基质去除速度大小顺序是GAC系统图3以砂作载体的AAf卜B处理系统流程图6t,L,2)S系统·OE系统,其原因主要是由于载体大小,比表面不同引起反应器内生物量浓度差异造成的。不同类型人AFEB反应器处理城市污水的效果载体类型容积(L)载体大小(mm)水力滞留时间(hr)膨胀率(L「。GAC反应器砂子反应器DE反应器电飞。77仁-一等汁一一!一-—3一24——一一一一一一——一十一一一一一—一2(j}l—一~一一一一一一一一一—一十一-一—一一之3〔;二1吸)〔)133工27红、9一42。51。19一7。36CCCUDDD23〔;二1吸)〔)))TTT5555133工2777TTTKNNN21、9一42。555TTTPPP1。19一7。3666CCCODDD139士6111丁丁5555(39士14今今TTTKNNN5了丁〕熟熟TTTPPP(58二刊’」少少00000。3~137「「111111。U一31“!!!只8士6凡22一了。工112士万7f3二二l了29上之(.(匕2立212.绍一21。62。5一:亏1。8____14.厌氧流化床反应器(AFB)厌氧流化床是七十年代末继好氧流化床出现而产生一种新型厌氧消化器。其工况特点类似于厌氧附着膜膨胀床,只是其膨胀率达到5。「,,以上,生物颗粒类似于流化状态,这样工艺的高效稳定性更加明显。近几年来,厌氧流化床已成功地应用一子处理不同类型工业有机废水,有的已有大型处理装置`已`补,将该工艺应用于城市污水的处理,日本、美国研究较一早、并取得了进展。42一据Jeris等人报道,牙,美国纽约州Nass`,u么县现有一座直径26英寸,高10英尺的中试AFB装置在运行,处理该县城生活污水。装置用砂和活性炭作载体一年的运行结果表明,在常温条件下,以活性炭作载体的反应器,起动快,BoD去除率高,这可能与它拥护较大空隙与比表面附着微生物,以及在流化状态下,能减