污水厌氧生物处理技术的发展现状及前景

1污水厌氧生物处理技术的发展现状及前景1402032026孙小飞环境工程（2）班摘要：厌氧微生物处理是污水处理程序中一种重要的生物净化工艺，因其能耗少、运行费用低且可产生有用副产物，在世界范围内得到了广泛的研究与应用。在总结厌氧微生物组件在污水处理领域的研究与应用前景的基础上，文章研究认为目前主要应用的是以高速厌氧反应器为代表的工艺，而与其他系统整合而成的处理系统拓展了其适用领域，特别适用于如中国一样的资金有限、能源短缺的发展中国家。关键词：污水处理；厌氧处理；反应器一、引言‘随着世界能源的日益短缺和废水污染负荷及废水中污染物种类的日趋复杂化，废水厌氧生物处理技术以其投资省、能耗低、可回收利用沼气能源、负荷高、产泥少、耐冲击负荷等诸多优点而再次受到环保界人士的重视。二、厌氧处理的原理废水的生物处理以有机物为分解对象，搭载于微生物的代谢过程，获得简单分子的无机物，以此去除污水中的有机污染。自然界范围内常见各类厌氧处理过程，又被称为厌氧消化（发酵），通常理解为厌氧体系中在厌氧型以及兼性厌氧型微生物的共同作用下，将有机物分解为CH4、CC2和水的过程。三、厌氧消化的影响因素及优缺点1.影响因素由于产甲烷菌在厌氧处理的各个阶段中，对环境的影响最敏感，世代时间相对较长，甲烷化反应速度较慢，常作为厌氧消化过程的控制阶段，反应条件应重点满足甲烷菌的环境要求。(1)温度根据甲烷菌对于温度的适应性，可分为中温甲烷菌和高温甲烷菌两类。中温处理一般为33-36C，高温处理为50-55C。两区之间的温度，反应速度反而减退。(2)pH及碱度产甲烷菌适宜的pH值为7.0左右，大体在6.5-7.5之间。(3)氧化还原电位（〇RR)(4)营养比一般认为，厌氧法中的碳、氮、磷的比例应控制在200-400:5:1为2宜（好氧法中B〇Q:N:P=100:5:1)。其中以碳氮比的控制较为重要。(6)搅拌和混合混合搅拌是提高消化效率的工艺条件之一。(7)有毒物质①重金属②阴离子的毒害作用③氨的毒害作用④氧2、厌氧生物处理的优点(1)产泥量少，为好氧法的20-50%。(2)能耗少，运行费用低，为好氧法的10%。。(3)营养盐需要少，C〇D:N:P=500:5:1(4)产生甲烷，生物能。(5)可消除气体排放的污染。(6)可承受较高有机负荷和容积负荷：5-60C〇DMf•d，占地省；可降解难生物降解有机物。(7)应用范围广：高浓度有机废水，污泥，好氧法难处理的有机物。(8)厌氧污泥可长期储存，添加底物后可快速响应，可间歇运行。3、厌氧生物处理的缺点(1)启动与处理时间长，处理过程的反应复杂，反应速度较慢，产能少，因而新细胞合成速度慢。(2)有时需提高喊度。(3)处理程度达不到排放标准，需要进一步处理。(4)对温度、pH等环境因素更为敏感，低温下降解速率低。(5)产生臭味和腐蚀性物质。(6)不能除磷，厌氧放磷，好氧吸磷。(7)处理高、低浓度有机废水时，生产运行经验及理论研究尚欠成熟。三、厌氧技术发展沿革厌氧生物处理技术是对普遍存在干自然界的微生物过程的人为控制与强化，是处理有机污染和废水的有效手段，但由于人们对参与这一过程的微生物的研究和认识不足，致使该技术在过去的100年里发展缓慢，其原因主要有：（1)厌氧生物处理技术是一种多菌群、多层次的厌氧发酵过程，种群多、关系复杂、难于弄清楚；（2)有些种群之间呈互营共生性，分离鉴定的难度大；（3)厌氧条件下培养分离和鉴定细菌的技术复杂随着科学技术发展和分离鉴定技术水平的提高，原来限制该技术发展的瓶颈已被打破，该技术的优越性更加突现出来。其发展过程大致经历了三个阶段：第一阶段（1860-1899年):简单的沉淀与厌氧发酵合池并行的初期发展阶段。3第二阶段（1899-1906年)：污水沉淀与厌氧发酵分层进行的发展阶段。第三阶段（1906-2001年)：独立式营建的高级发展阶段。厌氧生物处理技术的反应器主体也经历了三个时代：第一代反应器：以厌氧消化池为代表，属于低负荷系统。第二代反应器：可以将固体停留时间与水力停留时间分离，能够保持大量的活性污泥和足够长的污泥龄，属于高负荷系统。第三代反应器：在将固体停留时间和水力停留时间相分离的前提下，使固液两相充分接触，从而既能保持大量污泥又能使废水和活性污泥之间充分混合、接触，以达到真正高效的目的。四、厌氧微生物技术发展1.常规的厌氧处理工艺一一UASB的新组合适于产业化经营的反应器，应具有较高的反应速度及简单的配置。优化反应参数，如pH值、温度、基板和其他组件，可提高反应速度增加细胞在反应器内物质浓度。增加细胞反应器内的物质浓度常用的有两种方法：一是使用一个半透膜，保留细胞；二是利用固定化细胞技术。膜反应器允许细胞通过，而保留细胞液、底物和产品，在这些反应堆里可以得到高细浓度。不过一些处理过程，如废水处理，由于其高成本和结垢问题，不是首选。这些反应器的成本相对较高，不适用的其它流程，如生产大容量、低成本的化学品等。2.UASB-SBR工艺处理废水研究进展应用UASB复合SBR技术，周彬等对于石油天然气的生产废水进行了处理研究，研究结果证实：UASB反应器每小时处理废水1立方米，平均进水COD值4.88g/L，超出设计负荷8%，UASB也出水COD值在0.408〜0.626g/L，装置平均COD去除率90%。李清雪等人使用UASB-SBR对制糖工业废水进行处理，研究证实：在釆用UASB-SBR工艺对淀粉制糖废水进行处理的过程中，对COD的去除率超过85%，对BOD的去除率超过90%，硫化物的残留率低于15%，处理后成水质量高于国家二级排放标准。此复合工艺运行平稳、技术发展成熟可靠、处理效果佳。3.废水处理UASB-CASS复合工艺研究进展一般来说，从工业废水中去除氮需要两个步骤：形成硝酸氮的反硝化（厌氧4过程）或减少微生物的硝化铵（好氧工艺）。传统的方法釆用好氧和缺氧的处理流水线提供两种不同的环境条件。然而，有研究表明，这两个重要的步骤可以同时出现在一个反应器的过程中称为同步硝化和反硝化（SND)。在SND过程中，硝化发生于微生物絮体的好氧区，而反硝化主要发生在内部缺氧区。4.UASB-MBR工艺处理废水研究进展李政等釆用新研制的UASB—MBR—DTRO复合工艺，设计了污泥处理的机械脱水加工焚烧工艺，将焚烧物反渗透液进行浓缩回喷，将臭气进行分散收集然后通过生物处理集中除臭。出水的标准符合《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920-2002)。5、新型厌氧生物处理器要使厌氧处理系统的效率提高，前提之一是要求处理用污泥与进水接触良好紧密。为此，人们需要确保反应器均匀布水，以此达到避免短流的目的。厌氧处理技术在低温环境下只能承载较低的处理负荷，原因在于弊端之一的短流效应由于污泥床内的低混合强度而无法抵消，此限制使得UASB反应器的广泛应用受到非常大的影响。为解决这一问题，科研人员的努力直接或间接推动了下一阶段厌氧反应器的研发和应用。5.1．厌氧型颗粒污泥膨胀床（EGSB)反应器在UASB反应器的研究基础上，厌氧颗粒污泥床反应器（EGSB)发展起来。试点工厂的UASB反应器，内部混合物不适合污水处理的最佳选择（4〜20。C)，降低了流程效率。为了提高程序的效率，寻求足够的进水分配，较高的反应器（一个更大的高度直径比）相结合的污水可循环使用的EGSB应运而生。二者具有一定的相同之处，需要制造具备优良机械性能和沉淀功效的颗粒性污泥，需要使用高效三相分离器来净化出水的水质。5.2厌氧型升流式流化床（UFB)反应器UFB是Biothane国际公司（美荷）开发的一种新型的污水处理反应系统，设计植根于UASB反应器以及流化床，可在极大工作压力（5〜7m/h)下产生和保持污泥颗粒，COD负荷可达15〜30kg/(m3•d)，去除率为60%〜95%。UFB反应器高效易用、持续运行周期长，具有成本低廉的优势。5.3分级多相厌氧（SMPA)反应器5该系统可在极端温度下对多种类型的废水进行净化处理，处理范围涵盖含有大量抑制性废料的数种重污染化工废水。SMPA系统通过UASB和EGSB或混合式反应器的组合使用。如UASB与AF等联合使用，处理污水CODBOD的残留率处15%〜5%之间，Skiadas等开发的新型反应器一一周期性厌氧型折板反应器，较单级高速反应器更具效率以及潜力。9、前景展望厌氧型微生物处理体系相对于传统型活性污泥处理系统，设备能够承载的负荷更高，占地面积更少，运行费用及管理费用更低，产生污泥更低，对于能量和营养的要求也更低，而且可以获得有价值的副产物。对于湿地等土地型处理系统，虽然二者运行费用都比较低廉，但厌氧型微生物处理体系占地面积更少，负荷更高的优点更为突出。由此可以判定，厌氧型微生物处理体系是一种低成本的废水净化处理技术，同时还能回收利用能源。全球范围内，大多数发展中国家都在面临严重的环境问题，而且能源相对短缺、资金严重不足，亟待有效、简单而且费用低廉的净水技术，因此，厌氧微生物处理技术非常适合我国国情，有很高的研究价值。参考文献:[1]张希衡等废水厌氧生物处理工程北京:中国环境科学出版社，1996[2]北京水环境技术与设备研究中心等只废水处理工程技术手册(废水卷)_北京:化学工业出版社，2000[3]胡超，周彬，任标．UASB－SBR污水处理工艺在垫江分厂的应用［J］．石油与天然气化工，2008，37(3):263－266．[6］李清雪，李福勤，许吉现．UASB－SBR工艺处理淀粉制糖生产废水［J］．中国给水排水，2003，19(6):70-71[7]贺延龄.废水的厌氧生物处理[M].北京：中国轻工业出版社,1998.116(6):215－217