厌氧组合工艺

厌氧组合工艺（共9篇）

厌氧组合工艺 篇1

1引言

目前, 随着香料加工工业的快速发展, 加工产生的废水的污染治理问题越来越严峻。香料废水属于难处理的工业废水之一, 其污染物量多, 成分复杂, COD高, 难降解物质多, 如八角系列深加工生产的污水主要来源于八角加工生产中的有机物吸附过程需排放大量含糖和其他有机物质的废液, 此污水气味较大, 水质呈微酸性, 处理难度较大[1,2]。

2研究内容

本文介绍的系统包括格栅池、调节池、混凝沉淀池、厌氧池、生物除臭器、MBR膜池和储水池, 工艺流程如图1所示。

(1) 污水送至污水处理站后自流入格栅池, 格栅池的格栅间隙为5 mm~8mm; (2) 格栅池流出的污水进入调节池, 调节池预先有COD为3000 mg/L~6000mg/L的污水; (3) 使用污水泵将调节池出水抽至混凝沉淀池, 往混凝沉淀池内投加絮凝剂PAC及混凝剂PAM, PAC浓度是5%, 投加量是100t的废液投加20kg;PAM浓度是0.1%, 投加量是100t的废液投加2kg; (4) 混凝沉淀池上清液自流入水厌氧池, 厌氧池内有活性污泥, 溶解氧控制在小于0.2mg/L, 厌氧池上部的污泥水进入生物除臭器除臭; (5) 厌氧池出水流至膜生物反应池, 膜生物反应池内设膜生物反应器, 内有活性污泥, 溶解氧控制在2 mg/L~4mg/L; (6) 膜生物反应池出水流入储水池, 实现泥水分离。

3案例介绍

某香精调料厂以食用调味品和化妆品香精为主, 利用各种天然动植物原料生产食物添加剂、日化香精等产品, 废水主要来源于生产过程中清洗反应釜和容器、清洁地板的废水和少量办公生活污水, 废水的浓度变化大, 可生化性较好, 但石油类和表面活性剂含量偏高, 直接好氧处理的成本高, 较高浓度的表面活性剂对厌氧处理有抑制作用。为此, 本实验考虑采用混凝预处理去除油和表面活性剂, 然后厌氧水解和好氧处理联合除污。

4工艺简介

移动床生物反应器MBR具有运行管理简单、抗冲击能力强等特点[3], 在较高浓度的工业废水处理中已有应用, 所以在工程实施中采用本工艺, 现将工艺情况介绍如下。

4.1污水送至污水处理站后自流入格栅池, 格栅池的格栅间隙为5mm~8mm, 污水通过格栅后截留大颗粒有机物质和砂砾, 避免进入污水处理系统造成堵塞和对后续设备的损害。

4.2格栅池流出的污水进入调节池, 调节池容积较大, 并且预先有COD为3000 mg/L~6000mg/L的污水, 可以对水质、水量充分平衡, 提高整个系统的抗冲击能力, 使污水均匀进入后续物化和生化处理单元, 减少后续处理单元的设计规模, 有利于降低运行成本和水质波动带来的影响。

4.3使用污水泵将调节池出水抽至混凝沉淀池, 往混凝沉淀内投加絮凝剂PAC及混凝剂PAM, PAC浓度是5%, 投加量是100t的废液投加20kg;PAM浓度是0.1%, 投加量是100t的废液投加2kg, 充分混凝反应沉淀后, 上清液进入下一单元, 污泥进入浓缩池。

4.4混凝沉淀池上清液自流入水厌氧池, 厌氧池内存留大量厌氧污泥, 污泥浓度约5000 mg/L~7000mg/L, 停留时间约12h, 污水从厌氧污泥床底部流入与污泥层中污泥进行混合接触, 污泥中的微生物分解污水中的有机物, 把它转化为沼气, 经生物除臭器进行除臭处理。

4.5厌氧池出水流至膜生物反应池, 膜生物反应池内设膜生物反应器, 内有活性污泥, 溶解氧控制在2 mg/L~4mg/L, 膜生物反应器系统内活性污泥浓度可提升至8000 mg/L~10000mg/L, 甚至更高;污泥龄 (SRT) 可延长至30天以上, 膜生物反应池里的有机物作为碳源维持正常的生命活动, 另一方面硝化菌将氨氮转化为硝态氮, 为反硝化提供必要的前提条件。

4.6膜生物反应池出水流入储水池, 可以根据需要进行外排或回用。

4结语

(1) 混凝沉淀, 能预先去除难降解COD, 同时去除大量的悬浮物。 (2) 采用膜生物反应器将高效膜分离技术与传统活性污泥法相结合, 不仅提高了系统的固液分离效率, 系统的容积负荷得到大幅度提高, 而且系统出水水质更好, 消除了传统活性污泥法中污泥膨胀问题。 (3) 出水水质稳定, 产生臭气经过除臭气达到排放标准。

参考文献

[1]陈金华, 马春燕, 奚旦立, 等.超临界水氧化技术处理香料废水研究[J].水处理技术, 2011, 37 (5) :73-76.

[2]钱靓, 唐贤春, 陈洪斌.厌氧水解-移动床生物膜反应器处理香精调料废水的研究[J].中国沼气, 2007, 25 (6) :14-18.

[3]陈洪斌, 屈计宁.悬浮填料生物膜工艺的研究进展[J].应用与环境生物学报, 2005, 11 (4) :514-520.

厌氧组合工艺 篇2

为寻求一种较低成本、高效率的.生活污水处理工艺,研究了厌氧消化(UASB)-好氧(BF)后处理组合工艺同时去除生活污水中有机物和氮的可行性.系统的水力停留时间分别设为12、10、8、5 h,有机容积负荷分别为1.0、1.2、1.5、2.0 g / (L・d),出水COD低,平均去除率均大于92%;TN容积负荷分别为62.5、75.3、82.8、159.3 mg/(L・d),TN去除率分别为82.79%、79.97%、76.25%、67.83%.长期生存在微氧条件下,颗粒污泥的紧密度和沉降性能均低于接种厌氧,粒度增大,比产甲烷活性略有降低,但仍保持在较高水平.

作 者：李晓惠 杨凤林 张兴文 Li Xiaohui Yang Fenglin Zhang Xingwen  作者单位：大连理工大学环境与生命学院,辽宁,大连,116023 刊 名：环境污染与防治  ISTIC PKU英文刊名：ENVIRONMENTAL POLLUTION AND CONTROL 年，卷(期)： 28(5) 分类号：X7 关键词：升流式厌氧颗粒污泥床   好氧后处理   污水处理  

厌氧组合工艺 篇3

一、系统的结构

如图1所示,系统包括电气控制装置11(如厕感应器、微电脑控制器、太阳能风力发电装置、曝气机)、沼气恒温装置12(沼气收集装置、恒温装置)、水处理装置13(进料装置、厌氧装置、好氧装置、生态沟装置)。该系统可将收集到的厕所排泄物进行集中环保生态处理,先在厌氧池中进行厌氧反应产生并收集沼气,后在好氧池中进行生物菌好氧反应,在曝气机的作用下反应充分进行,后经生态沟进行净化处理达到排放标准。整个过程中产生的沼气统一收集并用于给厕所供应热水和给恒温装置供热,可避免沼气外泄造成安全事故也可给系统提供恒温环境有利于系统的处理。系统采用太阳能风力发电装置给系统供电,使用清洁能源,可使处理系统用于供电不方便的地区。系统可通过如厕感应器获取厕所的使用频率,通过微处理器调节系统的处理,可使系统合理稳定的运行。

二、水处理装置

如图2所示,系统水处理装置由14进料口、15进料池盖板、16进料池、17进料池过滤板、18进料通道、19沼气出口、20厌氧池定盖板、21厌氧池内盖板、22厌氧池、23恒温管道、24厌氧池沉淀隔离板、25恒温热水进口、26恒温热水出口、27好氧池生物挂钩、28好氧池盖板、29好氧池、30曝气管道、31曝气接口、32生无菌挂环、33溢流口,34生态沟、35净化生物及卵石、36排水口构成。

三、系统的沼气恒温装置

如图3所示,系统沼气恒温装置由进气、37气阀A、41水气分离器、40沼气储存器、39燃气增压器、38气阀B、进水、47单向阀A、45储水罐、43水增压器、42燃气热水器、46热水龙头、23恒温管道、44单向阀B构成。

四、系统工作过程

系统如厕感应器感应到厕所的实用信号,并将信号送给微处理器,微处理器对信号进行计数,微处理器根据厕所的实用频率信号调节系统的曝气机工作时间与强度,控制系统的工作,系统通过进料收集装置自动收集厕所排泄物,通过厌氧装置进行厌氧反应产生沼气并进行收集,厌氧反应后进行好氧反应,在好氧生无菌的作用下,进行生物降解分解后,通过溢流口进入生态沟净化达到排放标准。收集到的沼气通过储存装置存储后提供给燃气热水器,对厌氧池、好氧池的恒温装置进行供热,同时给厕所提供热水。

水处理装置由14进料口进行进料、15进料池盖板可遮盖进料池并起防臭作用,在16进料池后有17进料池过滤板可对厕所排泄物进行过滤处理,然后通过18进料通道进入22厌氧池,厌氧池中设有19沼气出口方便沼气的收集,20厌氧池定盖板、21厌氧池内盖板对厌氧池起密封作用,在厌氧池底和周围布置得23恒温管道可对厌氧池进行恒温处理,24厌氧池沉淀隔离板可对厌氧池种的料进行隔离分区;好氧池上有25恒温热水进口、26恒温热水出口为恒温装置的热水循环进出口,好氧池的周围布满27好氧池生物挂钩,在挂钩上安装生无菌挂环方便生无菌着床,好氧池底安装有30曝气管道,通过31曝气接口由曝气机进行供气,使好氧池供养充分,28好氧池盖板起遮盖作用;通过33溢流口,处理水进入34生态沟,在35净化生物及卵石的作用进行净化处理,再通过36排水口进行环保排放。

系统中的厌氧装置的生物反应过程为:厌氧池中可将厕所排泄物等废水再无分子氧条件下进行降解处理,通过厌氧微生物包括兼氧微生物的作用将废水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质,整个厌氧消化可以粗略地将厌氧消化过程划分为三个连续的阶段:水解酸化阶段、产氢产乙酸阶段、产甲烷阶段。厌氧消化的第一阶段是水解酸化阶段,复杂的大分子等不溶性有机物先在细胞外酶作用下水解为小分子溶解性有机物,然后渗入细胞内分解产生挥发性有机酸、醇类等,这个阶段主要产生较高级脂肪酸。厌氧消化的第二阶段为产氢产乙酸阶段,在产氢产乙酸细菌的作用下第一阶段产生的各种有机酸被分解转化成乙酸,在降解奇数碳数有机酸时除了产氢产乙酸外还产生。厌氧消化的第三阶段为产甲烷阶段,产甲烷细菌将乙酸、乙酸盐和等转化为甲烷,此过程由两组生理上不同的产甲烷菌完成,一组把氢和二氧化碳转化成甲烷,另一组从乙酸或乙酸盐脱羟产。

系统中的好氧装置的生物反应过程为:好氧池种的有机污染物从废水中被去除的实质就是有机底物作为营养物质被活性污泥微生物摄取、代谢与利用的过程,这一过程的结果使废水得到了净化,微生物获得了能量而合成新的细胞。一般将这整个净化反应过程分为二个阶段:(1)初期吸附;(2)微生物代谢。所谓“初期吸附”是指:在好氧池内,废水开始与微生物在较短时间(10-30min)内,由于生物挂钩和生物挂环上的生物填料具有很大的表面积因而具有很强的吸附能力,因此在这很短的时间内,就能够去除废水中大量的呈悬浮和胶体状态的有机污染物,使废水的BOD5值(或COD值)大幅度下降。但这并不是真正的降解,随着时间的推移,混合液的BOD5值会回升,再之后,BOD5值才会逐渐下降。

处理系统中的沼气恒温装置种的热水工作工程可以描述如下;热水器工作有两种情况,一是如厕者打开热水用水,二是系统启动恒温装置给厌氧好氧池供热,当热水龙头46打开时,自来水通过47单向阀A进入45储水罐经过43水增压器进入42燃气热水器产生热水给热水龙头;当微处理器通过温度传感器感知温度低时,自动启动43水增压器,在水增压器、燃气热水器、恒温管道、单向阀B、储水罐之间形成一个闭合的热水回路对厌氧好氧池进行供热处理,同时通过温度检测决定供热的时长。单向阀A可向系统补充水。

处理系统的沼气恒温装置的连接为沼气池的出气管道连接恒温装置的进气管道、通过37气阀A、进入41水气分离器进行沼气的过滤处理,通过40沼气储存器进行沼气储存,在39燃气增压器的作用下提高沼气的内压,通过38气阀B给燃气热水器供沼气;外部自来水通过进水管道连接47单向阀A,通过45储水罐在43水增压器的作用下提高热水器的实用水压,通过42燃气热水器加热后、可提供热水给46热水龙头,也可提供热水给23恒温管道给系统的恒温系统供热。

五、系统的效果

通过厌氧好氧工艺将厕所的排泄物收集统一进行生物处理,可实现环保处理效果,排放水可达排放标准;系统处理工程中产生的沼气自动收集,并通过燃气热水器给系统的恒温装置提供热水,同时可给厕所提供热水;通过太阳能风力发电装置给系统供电,可给系统提供充足能源,扩展了系统的应用范围。通过电气系统自动获取厕所的使用频率,自动调节厕所的曝气装置、恒温装置,使系统工作在稳定状态。本系统在岳阳洞庭湖景区使用一年多,效果好。

参考文献

[1]梅小乐.缺氧—好氧—膜生物反应器处理人粪尿工艺研究[D].2005.

[2]邓可彪.环保厕所的发展方向[J].中国旅游,2016(04).

厌氧氨氧化及其工艺的研究现状 篇4

厌氧氨氧化工艺是生物脱氮领域里不断发展起来的新工艺,具有自身的优势,有很好的发展前景.通过介绍厌氧氨氧化的.发展,进而谈到对厌氧氨氧化菌的研究.重点介绍了目前已开发出的三种厌氧氨氧化工艺:两相SHARON-ANAMMOX工艺、OLAND工艺、CANON工艺.

作 者：马从安 张树德 MA Cong-an ZHANG Shu-de  作者单位：河北理工大学,建筑工程学院,河北唐山,063009 刊 名：河北理工大学学报(自然科学版) 英文刊名：JOURNAL OF HEBEI INSTITUTE OF TECHNOLOGY(NATURAL SCIENCE EDITION) 年，卷(期)： 30(3) 分类号：X703 关键词：厌氧氨氧化   生物脱氮   SHARON-ANAMMOX   OLAND   CANON  

厌氧组合工艺 篇5

南通市某印染公司主要从事布的漂染加工,其产品按布料性质可分为轧染染色布、卷染染色布、漂白布,按布料性质可分为纯棉漂色布、涤棉漂色布、弹力直贡布及高档服装面料。生产过程中产生生产废水(包括退浆废水、煮炼废水、漂白废水、丝光废水和染色废水等)及少量的生活污水。该公司于2010年1月建成了600 m3/d污水处理站一座,正常运行后出水能够满足《污水综合排放标准(GB 8978-1996)》中三级标准要求。

1 废水水质及处理工艺流程

1.1 废水水质

废水主要由退浆废水和漂染废水组成,设计处理水量为600 m3/d,其水质:CODCr 2500～3000 mg/L,BOD5 500～600 mg/L,SS 600～700 mg/L,pH 9～11,色度550～650倍。出水执行《污水综合排放标准(GB 8978-1996)》中三级标准限值。

1.2 工艺流程

南通市某印染公司废水中污染物的形成成分复杂,水质波动大,污染物浓度高,可生化性差,且含有较高浓度的不溶性固体污染物。针对该废水水质特点,应采取物化结合生化的处理思路。由于废水pH值高、水质水量波动大,应采用中和调解法进行预处理,以保障后续生化处理的有效运行;废水悬浮物浓度较高,且主要为PVA等难降解物质,易进行分离预处理,采用混凝沉淀法;由于生产废水可生化性差,因此在选择处理工艺时需考虑如何提高污水的可生化性,一般可采用厌氧+好氧处理工艺,厌氧条件下利用水解酸化作用将难降解的大分子有机物转化为易降解的小分子有机物,达到提高污水的可生化性的目的,以利于后续好氧生物过程的有效处理,为保障出水达标,采用两级厌氧+好氧处理工艺,利用生物膜法提高反应效率。

废水处理工艺流程见图1。

2 主要构筑物和设备

2.1 格栅渠

去除污水中飘浮物,以免堵塞水泵。格栅渠尺寸2.5 m×0.8 m×1.0 m,设置两道格栅,栅距分别为15 mm、5 mm。

2.2 调节池

调节水量和均匀水质,调节pH值至8～9,进行预曝气,减少对核心处理工艺的冲击和污水的腐化程度。分两格,调节池1停留时间4.8 h,尺寸12.0 m×2.5 m×4.5 m;调节池2停留时间8.0 h,尺寸9.75 m×6.55 m×4.0 m。污水提升泵型号50GW20-15-1.5,共四台。

2.3 混凝沉淀池

通过药剂的凝聚作用,将污水中PVA浆料、染料及纤维中的大宗污染物聚成絮体,然后沉淀分离,以降低后续生化处理负荷,降低色度。沉淀时间2.7 h,表面负荷0.60(m3/m2·h), 采用平流式沉淀池,尺寸13.9 m×3.5 m×4.0 m,反应搅拌器功率N=1.5 kW,共两台。

2.4 一级水解酸化池

通过水解酸化作用,使高分子、长链、难生物降解的有机物转化为低分子、短链、较易生物降解的有机物,从而提高废水的可生化性,以利于废水进行后续好氧处理,同时去除部分CODCr。停留时间9.0 h,容积负荷0.61(kgCOD/m3·d),尺寸6.5 m×6.0 m×6.0 m,潜水搅拌机功率N=2.2 kW,共两台,填充弹性立体填料ϕ150共159 m3。

2.5 一级接触氧化池

利用固定或悬浮微生物在好氧的环境下,将小分子有机物分解成无机物,降低废水中的污染指标。池内充填组合填料作为微生物的载体,采用微孔曝气器曝气,由鼓风机供气。停留时间25.0 h,容积负荷1.26(kgCOD/m3·d),尺寸18.7 m×6.0 m×6.0 m,鼓风机型号3L52WD970,共两台,铺设管式微孔曝气器172 m,填充组合填料ϕ150×80共524 m3,污水回流泵型号40GW15-15-1.5,共两台。

2.6 中沉池

用于分离一级接触氧化池出水中的活性污泥。沉淀时间2.0 h,表面负荷0.70(m3/m2·h),采用竖流式沉淀池,尺寸6.0 m×6.0 m×6.0 m,污泥回流泵型号65GW25-15-2.2,共两台。

2.7 二级水解酸化池

作用原理同上。停留时间9.0 h,容积负荷0.20(kgCOD/m3·d),尺寸8.0 m×5.5 m×5.3 m,潜水搅拌机功率N=2.2 kW,共两台,填充弹性立体填料ϕ150共157 m3。

2.8 二级接触氧化池

作用原理同上。停留时间17.0 h,容积负荷0.50(kgCOD/m3·d),共三格,尺寸分别为5.6 m×5.5 m×5.3 m、5.6 m×5.5 m×5.3 m、12.25 m×2.25 m×5.3 m,填充组合填料ϕ150×80共372 m3,铺设管式曝气器123 m,鼓风机同上。

2.9 二沉池

二级接触氧化池出水泥水分离。沉淀时间2.8 h,表面负荷0.76(m3/m2·h),采用平流式沉淀池,尺寸12.0 m×3.0 m×5.3 m,污泥回流泵型号65GW25-15-2.2,共两台。

2.10 污泥处理

污泥浓缩池:竖流式,停留时间16.0 h,尺寸6.55 m×3.15 m×4.0 m,污泥泵型号G40-1,共两台;压滤机房:尺寸6.0 m×4.0 m,选用1.5 m带宽带式压滤机一台。

3 处理效果及主要技术经济指标

3.1 处理效果

该工程于2009年9月开始建设,2010年1月土建设备安装结束开始设备调试及菌种的培养驯化,经过近6个月的调试和运行,整个系统运行正常,出水达到设计要求。工程2010年6月通过了南通市环保局验收,目前运行稳定,各项数据均达标,几次抽测数据结果见表1。

3.2 主要技术经济指标

该污水处理站总投资274.30万元,处理规模600 m3/d。耗电费1.00元/m3;耗药剂费0.60元/m3;值班人员共三人,每人一班,人工费0.30元;直接运行费用为1.90元/m3。

4 结 论

从工程设计及运行效果来看,采取化学混凝沉淀去除大部分浆料及纤维杂质等胶体物质,降低废水中COD浓度,减轻后续生物处理负担;二级水解酸化接触氧化确保了难降解有机物的有效去除,水解酸化将大分子有机物降解为小分子有机物,提高了好氧进水的可生化性,接触氧化池进一步将小分子有机物转化成无机物,保证了出水稳定达标排放。可见混凝沉淀+二级厌氧好氧组合工艺能有效处理高浓度印染废水。

摘要：印染废水具有有机物含量高、色度高、成分复杂、可生化性低、处理难度大等特点。采用混凝沉淀+二级厌氧好氧组合工艺处理南通市某印染公司生产废水,实现了600 m3/d的印染废水达标排放。工程运行结果表明,该工艺运行稳定、处理效果好,是一种处理高浓度印染废水行之有效的工艺。

关键词：印染废水,混凝沉淀,水解酸化,生物接触氧化

参考文献

厌氧组合工艺 篇6

市政污水是低浓度污水中种类最丰富的。低浓度污水的特征在于有机物浓度低和颗粒有机物含量较高。市政污水处理厂是可再生能源重要一环, 包括有机污染物的市政污水化学能源转换成可用能源。因此, 选择一种适当的技术, 将污水中能量转化为可再生能源已经变得越来越重要。

市政污水处理采用厌氧技术已越来越受人关注。除了不需要曝气, 可以回收沼气外, 厌氧工艺可明显减少污水处理总能量, 氨和磷酸盐的矿化营养作为反应后产物可直接用于农业灌溉。目前影响能源回收和可持续利用的主要因素是采用适当的技术将溶解的甲烷从出水中分离出来。

利用厌氧工艺处理市政污水早已经引起了很多研究者的关注, 例如:20世纪70年代初, 由Lettinga和他的同事发明的升流式厌氧污泥床 (UASB) 是废水厌氧处理中的一个里程碑。UASB反应器的成功在于通过形成密实的污泥床维持高浓度的生物量。污泥床由沉降性良好的产甲烷颗粒污泥组成, 污泥允许水力停留时间 (HRT) 和污泥停留时间 (SRT) 的相互独立, 反应器可以在较高的有机负荷 (OLRs) 下运行, 从而降低反应器的尺寸。例如在发展中国家, (亚) 热带气候地区, 如巴西、印度、哥伦比亚等。然而, 在很多温热带气候的地区, 在低温条件下 (<20℃) , 颗粒物水解成溶解性小分子有机物成为限速环节, 导致了悬浮固体 (SS) 的沉积, 降低了有机物质转化效率。此外, 和好氧菌相比, 厌氧菌实际上很难达到化学需氧量 (COD) 的低浓度排放, 也很难满足污水回用方面的环保要求。

随着好氧膜生物反应器 (MBR) 应用的普及, 厌氧膜生物反应器 (An MBR) 逐步替代传统的厌氧处理工艺。与传统厌氧工艺相比, COD、SS和病原菌处理能满足排放标准, 出水水质更好。据报道, 在缺水地区, An MBRs处理的污水可以进行农灌。由于厌氧生物反应不能去除营养素例如铵和磷酸盐, 而膜单元保留了病原体, An MBRs的渗透性对于污水应用于农业影响很大。在Norton-Brandao等的研究中。除了较高的出水水质, 与UASB相比, An MBRs要求的启动时间较短, 这是处理低浓度污水的优点之一。Hu和Stuckey和Lin等研究分别提出了6天和12天的启动时间。然而UASB系统的启动时间在1至几个月范围内。

但An MBRs仍然存在局限性, 和好氧生物膜反应器 (MBRs) 相比, 较高的混合液悬浮固体浓度 (MLSS) 会产生大量污泥需要定期清洗, 间隔运行。An MBRs需要较高的运行费用及化学药品花费。然而, 随着膜组件成本的下降, 膜的采集或更换的费用也显著降低。

An MBRs在处理市政污水还是具有较大潜力, 研究表明, 处理效果跟选择的工艺配置有关。不同类型的厌氧生物反应器, 包括完全混合连续式反应器 (CSTR) 、UASB、颗粒污泥膨胀床 (EGSB) 等, 厌氧生物反应器类型及其与模组件的组合需要优化。研究关注的是各种类型的厌氧膜生物活性污泥床, 例如UASB、EGSB, 传统的由附带内部或者外部的膜分离装置CSTR型生物反应器组成的An MBRs反应器的替代。本文综述了当前厌氧生物反应器膜过程集成方案以及应用方面的建议, 探讨了An MBRs应用于市政污水, 包括可处理性和过滤, 厌氧处理所遇到的问题以及合理的解决方案。

1 膜技术与各种厌氧反应器的组合

膜技术可以和各种类型的厌氧反应器相组合, 例如CSTRs、UASB和EGSB, 以不同的配置来处理市政污水。表1和表2在生物性能和膜方面, 分别表明了不同的AnMBR应用于市政污水处理时的效果, 第二节讨论了膜技术和厌氧反应器不同组合的优缺点。

1.1 完全混合反应器

与好氧MBRs类似, CSTR是An MBRs系统中最常见的厌氧反应工艺。CSTRs在相同的HRT和SRT没有任何内部的生物量保留装置的条件下操作, 通过二沉池的回流来维持反应器内的生物量, 形成了一个厌氧接触, 没有污泥分离, 低负荷, 增加了停留时间, 导致反应器体积增大。但膜技术与CSTRs相结合的反应器中, 总的污泥停留时间在SRT到HRT之间, 导致生物量浓度的增加, 转化率的增加, 例如颗粒物的水解/增溶和产甲烷过程。通常CSTRs和外部交叉流膜技术相结合, 形成充分混合的流态。高强混合后, An MBR装置产甲烷率增高。

注:amg BOD/Lbkg BOD/m3·天cVSS去除率dTOC去除率eDOC去除率fg VSS/Lg除取样外无排放hmg TOC/Lig TOC/L·天jm3/m3·天。

然而, CSTRs反应器将生物膜直接暴露在污泥中, 导致严重的膜污染。由于CSTRs反应器出水与水体的颗粒物浓度相等, 使通量较低。污泥回流通过膜进料泵, 特别是外部流膜, 导致平均粒径大幅下降。粒子的破坏可能会对水解产生积极的作用, 但也可能对乙酸菌和产甲烷菌共存产生负面影响, 限制了较高产甲烷率 (SMA) 所需的种间氢转移。

Martinez-Sosa等研究了由外超滤膜 (UF) 和CSTRs相结合的An MBRs系统处理市政污水, 得到的出水可用于农业灌溉。例如由Grundestam和Hellstrom提出的振动膜和CSTR相组合的创新工艺, 他们的总有机碳 (TOC) 去除率可以高达92%。作者随后利用反渗透膜 (RO) 作为后处理, 以收集营养物重新利用到土地。Ho和Sung的研究表明, 膜技术和CSTRs组合处理合成污水的COD去除率很高。Gimenez等测试了由CSTRs和浸泡在外室的浸没式膜组成的An MBRs系统中的中空纤维膜, 在通量为10 L/m2·h时COD的去除率达到了90%。

1.2 高效厌氧反应器

在高效厌氧反应器如污泥床系统和厌氧过滤器内, 生物量吸附到支撑材料上。出水SS浓度显著低于反应器内的生物量浓度, 这使其可在高水力负荷下运行。例如, 污泥床系统的特点是总悬浮固体 (TSS) 浓度介于20~40 kg/m3反应器体积。高效厌氧反应器可以提供很好的和膜技术结合的机会, 尤其是在出水SS浓度要求非常高, 有毒工业废水排放。水力负荷过高时需要保持较高的生物量。然而, 膜技术的应用对于污泥固定化和颗粒稳定性方面的影响还不是很明确。

注:am3/m2·hbKDa, 分子量筛c水位差驱动。

1.2.1 升流式厌氧污泥床反应器

合理选择UASB和膜技术的分离组合, 可降低膜表面的SS浓度, 因为污泥床会使大部分的颗粒物质通过吸附和降解得到截留。生物过程发生在UASB反应器底部的稠密的污泥床内。例如, 当UASB反应器有的生物量浓度为20~30 g/L时, 出水的SS浓度低于1 g/L。An等的研究表明UASB反应器内的TSS浓度范围为11~32 g/L, 出水中的总固体含量 (TS) 低于50 mg/L。显然, 颗粒物的包裹效率决定了颗粒物随出水流出UASB反应器的数量和特性。很多研究的重点是UASB和膜结合的反应器的污染问题。Liao等认为膜和UASB组合系统通过去除UASB上的气-液-固分离器可以降低投资成本。通过增加SRT从而增加反应器内的生物量浓度去除有机污染物, 降低出水的COD浓度。显然, 随着沼气产量的逐渐增加, GLS分离器会导致污泥量增加。

对于亚中温条件下的市政污水处理来说, 剩余颗粒物的水解仍可能成为限速环节, 导致活性的损失, 特别是小微粒 (亚微米) 决定了运行通量。因此, 对于组合膜过滤系统来说, 污泥床的小颗粒截留程度是关键的。

一些研究中, 使用膜过滤作为UASB系统后续处理, 而不像An MBRs一样回流 (见图1) , 装置可作为三级过滤。这种方法具有更容易控制UASB内的水力条件和作为细菌选择标准的稀释率, SS在浓缩后会沉积在膜表面。

1.2.2 膨胀颗粒污泥床反应器

SUASB反应器在低温和中温时处理污水时具有混合性较小的特点, 这会导致COD处理效率下降, 采用EGSB反应器可解决此问题。小 (中) 型的实验表明, EGSB反应器对于低浓度污水的处理是较好的选择。作为预沉的替代, Chu等 (文献中例子) 提出了一种膜单元, 能够将SS保留在EGSB反应器内。EGSB反应器被认为是一种在常温下处理市政污水的潜在的技术。浸没式膜结构被发现比外部配置在EGSB反应器上更合适。因此, 与膜滤组合的EGSB反应器没有造粒作用, 长期运行这将降低生物量的沉降性能。

1.2.3 其他类型反应器

除了最流行的高速率的反应器, 即UASB和EGSB反应器, 其他类型的反应器例如:混合上流式厌氧系统和射流厌氧反应器用于低温条件下处理市政污水。Wen等将混合上流式厌氧系统和一个膜单元组合运行了200 d。混合系统获得了较高的COD去除效率 (>97%) , 出水COD浓度为20mg/L。射流厌氧反应器和膜滤结合处理市政污水。这种反应器采用内管和喷嘴系统使内部的液体循环, 提供了一个良好的同质化作用, 通过将超滤膜和射流厌氧反应器结合, 可以有效去除病菌, 出水水质好, 可以用于农业。

2 其他可用于城市生活污水处理的处理流程

市政污水处理的再利用包括资源的回收、能源的生产、回用。通过集成, 可以找到停止养分和水循环的最佳途径。在一些文献中可以找到传统污水处理方案中的An MBRs集成的研究, 应当不断开发能源和营养回收利用的新技术。

对于在低温 (15℃) 和波动的温度 (15℃~25℃) 下处理市政污水, 污泥消化池的UASB反应器有利于防止活性污泥床丧失活性。膜集成到UASB消化系统对于温和的气候条件下获得较高的水质和回用目的的营养丰富的出水有很好的吸引力, 见图2 (a) 。

厌氧适用于浓缩污水, 可向渗透技术 (FO) 浓缩污水受到越来越多的关注。FO使用渗透压梯度驱动水通过半透膜从低渗透压侧进入高渗透压侧。。在沿海地区, FO处理工艺用来预处理浓缩市政污水。适当的提取溶液和其再生方法的研究已经有了一定的研究。污水流量的减少是FO的优点, 出现了小型化的厌氧消化处理系统 (AD) 作为主要的污水生物稳定化工艺。图2 (b) 是一种FO单元集成到AnMBRs系统的装置。荷兰项目研究利用FO将淡水从污水中提取出来, 浓缩污水中AD回收的能量用来浓缩提取液, 产生的能量是否足够可以驱动整个集成系统。当An MBRs系统用于处理市政污水时, 预处理是非常重要的。例如固液分离。因此, 在处理过程中An MBRs可能起着污泥消化池的作用, 如图2 (c) 。

Sutton等提出了类似的流程方案。Sutton进行了基于模型的可行性研究包括: (1) 通过好氧和厌氧膜生物反应器组成的城市污水处理厂的概念流程图进行质量平衡计算; (2) 创新的养分回收过程, 建模和仿真结果优化系统设计。重点应该关注膜的性能, 用试验性的和全面的研究来验证概念的准确性。

另一种可替代An MBR集成体中的污泥消化池如图2 (d) 所示。图2 (c) 和图2 (d) 的主要不同是图2 (d) 有一个膜组合水解反应器。Kiriyama等研究利用过滤单元浓缩污水, 将浓缩污泥加入到配有外部横流膜的水解反应器中。Kataoka等进行了水解反应器和流化床 (FB) 组成的二级系统实验。这两个反应器均配备外部膜单元。膜耦合FB反应器在有机负荷1.1kg BOD/m day的条件下运行BOD的去除率为91%。

在营养物必须去除而不再回收利用的情况下, 所有方案都可以通过增加营养物, 例如Sharon和Anammox的磷酸铵镁回收研究。Grundestam和Hellstrom提出利用反渗透膜处理An MBR出水以获得较高的营养物回收和污水再利用。该系统在22℃不加热的条件下运行, 具有较高的渗透性能。系统的凯氏氮, 磷和有机碳的去除率分别为91%、99%、99%。系统总能量消耗为3~6 k Wh/m3。

3 厌氧膜生物反应器用于城市生活污水处理的影响因素

An MBR的优化一般集中在要么提高生物学效率如要么增强膜分离过程。一些作者研究了两者之间的交互作用。温度、HRT、上升流速、OLR、污泥特性、添加吸附剂这些影响因素需进一步探讨。

3.1 运行参数

3.1.1 温度 (T)

生物反应速率对于温度有很强的依赖性, 温度对于生物处理过程的整体效率至关重要。温度降低时, 微生物反应活性降低, 从而导致COD去除效率的降低。除了对微生物群落代谢活性的影响, 温度还对其他因素有影响, 如甲烷的溶解度, 有机物的溶解度, 由于水的温度的变化导致的生物固体沉降特性变化。

Chu等研究了温度对膜耦合EGSB反应器在中、低温性能的影响。温度从25℃降到11℃时COD的去除效率和活性明显下降。温度降低, 膜对于COD的去除效率的贡献从8.8%增加到14.2%, 即在低温下, 由于颗粒COD和生物量完整的保存, 膜耦合反应器能保持较高的处理效率的优势和稳定性。这和Ho、Sung等的发现一致, 他们将两个相同的An MBRs在25℃和15℃分别运行112 d。发现由膜补偿SMA的下降维持物理去除能力, 在15℃拒绝可溶性有机物维持生物去除能力。Wen等也观察到An MBRs处理市政污水对于温度在12~16℃之间的波动。在12℃时, COD去除率为88%。Martinez-Sosa等研究表明, 厌氧外浸没式MBR处理市政污水时生物反应器温度影响甲烷回收。Gimenez等研究了An MBRs处理市政污水时, 温度对于甲烷回收效率的影响, 发现20℃的回收效率比33℃时略低, 这是由于反应效率降低以及气体溶解度增加。

3.1.2 OLR

An MBRs工艺有耐受有机负荷的优势。OLRs范围为0.3~12.5 kg COD/m3d, 已经广泛应用于处理市政污水 (见表1) 。Wen等证实, 通过将厌氧生物反应器和膜单元组合即使有机负荷在0.5到12.5 kg COD/m3day之间波动, 能获得较好的出水水质。Lin等忽略进水COD波动的影响, 观察到相对稳定的出水COD。An等的研究出水水质也很稳定, 与传统的厌氧工艺相比, An MBR出水水质更稳定。此外, 甲烷产量随着有机负荷的增加而线性增加。

3.1.3 水力停留时间 (HRT)

从经济的角度来看, HRT是一个重要的参数, 考虑到较短的水力停留时间允许较小的反应器, 因此它对资本成本的影响很大。Hu和Stuckey研究了在35℃条件下运行的An MBRs, 发现随着HRT的降低, 反应器内的的COD浓度和渗透COD浓度略有增加。Chu等也研究了不同温度下的HRT对膜耦合EGSB反应器处理效果的影响, 温度高于15℃时, COD的去除效率与HRT无关。然而11℃时随着HRT的增加, COD的去除效率增加, 表明HRT在低温下有意义。在Chu等的研究中通过引入污水再循环到反应器, 控制HRT为独立参数。An等研究表明, 当膜耦合UASB反应器的HRT从10 h下降到5.5 h时TOC的去除效率增加, 在每种条件下有一个最佳的水力停留时间, 这是由系统水力学条件、污水特点、污泥的特性、有效的生物去除和过滤性能等因素决定的。

3.1.4 上升流速

流速是一个重要的参数, 在升流式反应器中, 上升流速对于生物去除率有相反的两个作用。上升流速的增加一方面可以搅动混合液使底物和生物量更好的接触, 使得去除效率变差。Chu等的研究通过使用膜耦合EGSB反应器出水回流措施得到不同上升流流速。研究表明, 在较高的流速下可以取得较好的COD去除效果, 这与Mahmoud等的原假说相一致。此外, 在11℃时流速增加可以看到COD的去除效率显著增加, 而在25℃时去除效率仅仅稍微增加, 这表明在低温下充分的水力混合的重要性。

3.2 污泥特性

生物量特点, 菌群 (例如缓慢生长的细菌的比例) , 营养需求, 主要取决于反应器的类型和运行条件, 在An MBRs中生物量活性的损失是丙酸降解菌, Jeison等在交叉流AnMBR系统中控制液体表面流速为1~1.5 m/s、气体流速为0.1 m/s时可以使产甲烷和产乙酸的活性得到保护, Zhang等也研究了动态的An MBR系统内污泥层和大块污泥的特性。此系统由大块污泥形成的滤饼层所分离, 由于滤饼层较紧实抑制了传质作用。

Lin等研究了污泥浓度对于An MBR生物处理的影响, 忽略污泥浓度在6.4~9.3 g MLSS/L间的波动, 观察到相对稳定的渗透COD。

3.3 添加吸附剂

PAC和沸石可以添加到An MBR以吸附水溶性有机化合物, 材料可以减轻有机物污染, 提高膜通量, 同时也影响生物处理性能。Hu和Stuckey研究了An MBRs中加入PAC和GAC时的效果。PAC使得COD去除效率的显著增加, GAC的加入后, 有很小的影响作用。活性炭可以保证不被冲刷掉。此外, Vyrides和Stuckey观察到由于高分量化合物的吸附作用, 加入PAC后溶解性有机碳 (DOC) 去除率增加。

4 厌氧膜生物反应器影响膜性能的因素

长期运行中, 膜面积是对An MBRs的适用性和可行性最大的制约, 许多因素都与通量下降有关。因此, 膜污染行为及机理的研究需要了解几个因素, 如膜特性、运行条件和污泥特性。目前为止, An MBRs上的膜污染还没有被完全理解, 因为膜污染物质复杂, 运行条件多样, 膜材料, 配置以及不同的污水。

4.1 膜的特性

4.1.1 膜材料

膜材料的特性会影响膜污染的程度, 例如:有机和无机膜可能会显示不同污染程度。Kang等提出滤饼层的形成是有机膜污染的主要机理, 而无机沉淀, 主要是鸟粪石对于无机膜的污染起了关键作用。

Gao等观察到对于不同的两种有机膜材料, 其污染速率和污垢层的物质组成也不同, 表明膜材料对污染有很大影响。Gao等的观察表明膜材料可能会影响不同的微生物种类和膜表面之间的相互作用, 从而发生污染。

4.1.2 膜组件及配置方式

各种膜结构如平板、中空纤维膜, 应用在An MBRs上的管式膜。使用不同类型的模块配置, 如淹没/沉浸和外部横流系统。在淹没和外部横流An MBRs中, 不同的水动力条件对大块污泥性能影响不同, 由于剪切率而达到通量及膜污染。An MBRs配置外部交叉流膜可以提供更高的通量和同类型比较需要的膜面积较小。Martin-Garcia等比较了不同的An MBRs配置具体的能量需求, 发现淹没和外部交叉流所需的能量为0.3 k W h/m3和3.7 k W h/m3。另外, 高水力剪切力也可能破坏厌氧生物量和产生的小颗粒, 会导致显著的膜污染, 厌氧生物活性可能会由于高的水力剪切力下降。

An等研究了不同膜管直径 (3.0, 1.9, 1.2 mm) 的影响, 测试外部交叉流An MBR处理市政污水的过滤性能。结果表明, TMP的变化与管的直径的变化是相互关联的, 与大管径相比, 小管径只是由大颗粒堵塞, 造成严重的膜堵塞。小管径的堵塞导致沿膜组件通量分布不均匀和某处通量的增加, 最终会导致更严重的膜堵塞。

4.2 运行参数

4.2.1 剪切速率

在An MBR工艺中除去膜表面沉积的泥饼层对于稳定运行是非常重要的, 限制了与膜之间的反应。研究发现滤饼层的形成率与小尺寸颗粒物的分数及通量呈正相关。与剪切速率呈负相关。Choo等研究表明, 可以通过增加流速减小滤饼层阻力。雷诺数为2 00时, 达到峰值, 不能再进一步降低阻力。Xie等的研究表明, 当甲烷喷射率从10提高到25时, 浸没式An MBR临界通量和结垢速率下降, 超过此限制值, 通过甲烷喷射速率的增加取得的效果会非常小。Jeison和van Lier利用淹没式An MBR得到了相同的结果。

高剪切速率也会刺激和破坏微生物絮体, 堵塞膜孔, 增加阻力。An等的研究表明了交叉流速对于配有管式膜的UASB反应器的污染, 结论是较低的TMP能够在高的交叉流速下保持很长时间。但是, 因为在长期运行过程中小颗粒物沉积在膜表面并进入膜孔内部, 会导致较高的不可逆转污染。

剪切速率作用有可能对过滤性能有影响。Vyrides和Stuckey的研究表明, 将连续的甲烷喷射改为间歇模式 (10min ON/5min OFF) 导致TMP的稍微增加, 但提高了浸没式An MBR的DOC的去除, 因为在生物膜表面形成了较厚的滤饼层。因为底物和厚的生物膜充分接触, 更高的分子量溶质接触被保留直到他们能够降解。

4.2.2 通量

考虑到污染管理, 运行通量的选择是非常重要的。临界通量运行取决于膜的特性, 运行条件, 以及污泥特性, 低于临界通量运行是避免过滤系统严重污染的有效的方法。Martinez-Sosa等的研究表明, An MBR处理市政污水可以长时间运行稳定在一个临界通量为7 L/m2h, 生物量浓度为14.8 g TSS/L, 气体喷射速率62 m/h的位置。将通量增大到10 L/m2h和12 L/m2h导致运行不稳, 这是由于, 较高的污染率即使在高的气体喷射速度下也无法控制。

4.2.3 操作方式

膜系统的操作模式是影响An MBR污染的另一个重要因素。一般来说, 反冲洗和释放被作为减少污染的对策。反冲洗和静置的时间或频率的优化对于提高通量起着重要的作用。Lew等强调反冲洗频率优化的必要性以减少污染。以15 min和30 min作为反冲洗的频率获得相似的污染率。Chu等观察到的渗透通量的恢复与增加释放时间的渗透性和增强的增加, 达到有效去除膜表面的滤饼层。Gimenez等运行了一个带有中空纤维膜的An MBR中试装置, MLSS浓度为22 g/L, 通量为10 L/m2h。他们运用包括反冲洗、释放、脱气等环节防止污染。An等比较了反冲洗、释放、连续过滤模式、反冲洗时长时间维持较低的TMP。

4.2.4 温度

温度不仅影响生物降解过程的速率, 也影响过滤后液体的黏性, 各种化合物和气体的溶解性。由于在实际条件下污水温度不能被改变, 操作温度对于使用An MBR处理市政污水很重要。Martinez-Sosa等认为An MBR的操作温度是与观察到的膜污染情况有关。虽然系统在35℃和通量为7 L/m2h下运行, 在20℃时污染率的增加, 可能是由于TSS和可溶性的COD的积累以及生物反应器内的高黏度。在35℃时, 污染率为0.14 mbar/d, 在20℃时, 污染率为2.61 mbar/d。

4.2.5 上升流速

An MBR内上升流速一般对过滤性有积极的影响 (淹没式) , 是因为剪切应力的增加。Chu等运行一个配备了淹没式膜组件EGSB反应器, 随着上流速度的增加, 渗透性增强, 通量下降, 表明上向流速对污染控制的作用减弱。高速拍打滤饼层引起剪力不足, 膜在膜表面的滤饼层厚度增加, 附着力强。

4.2.6 SRT

SRT的值通常较高, 作为影响通量的主要参数, 在环境温度下厌氧系统的运行, 只是此时SRT约是嗜温时的两倍。SRT应加倍增长最慢的负责生物转化的微生物至少三次。膜系统内较高的固体停留能力适合于厌氧处理, 尤其是在低温时, SS和胶体的降解速率是限速步骤, 厌氧微生物在低温下的活动限制在厌氧废水中会产生高胶体和可溶性固形物增加了膜污染倾向。SRT超过140多天, 很可能导致膜污染和通量下降。Huang等报道称较长的SRT (从30到无穷多天) 在EPS下产生较高的蛋白质/碳水化合物 (P/C) 比值和SMP下较低的P/C比, 这造成了严重污染。埃雷拉-罗夫莱等研究了短期和长期的SRT对于所用UF膜作为抛光系统的操作一个UASB反应器后步骤的影响。结垢速率和出水水质不依赖于SRT。在长期运行 (500 h) 中, 观察到突然增加TMP和下跌的通量发生在较短的过滤 (如140h) SRT时间为60 d, 比SRT期的100 d (例如175 h) 更加明显, 形成较长的SRT。

4.2.7 HRT

在HRT的变化可能会改变膜生物反应器结垢倾向。一些研究人员报告HRT对于污泥床反应器类型处理城市污水的影响。其中, An.等报道, 在水力停留时间从10 h减少到到5.5 h, 导致在生物反应器中的固体清除效率的下降。然而, 由于在膜分离中, 反应器表现得相当稳定。此外, 卢等观察该膜污染到达膜微粒物的浓度呈正相关。

4.3 污泥特性

目前的EPS, 绑定和可溶性, 被经常提到的最重要的有关膜污染的污泥影响因素。可溶性EPS通常也被称为SMP的。膜内孔的积累和EPS和SMP的吸引生物附着和滤饼层的形成, 导致严重污染。操作参数如SRT, OLR, 温度, p H和剪切速度对SMP和EPS的浓缩和合成有着重要的影响。

从微生物细胞中分泌的EPS由于两者黏度的增加被认为对该混合液的结垢增加了过滤阻力的。Chu等测定EPS的量来自于An MBR的颗粒和在膜表面上的污泥, An等观察到的EPS提取从滤饼层主要包括蛋白样和腐殖酸的酸样物质。Gao等研究发现, EPS主要包括蛋白质而且污染的主要原因是An MBRs处理城市污水。An等报道该支承层 (无纺布) 的表面上覆盖用粗糙和致密层主要由蛋白质, 黏土材料和无机元素, 如镁, 铝, 钙, 硅, 以及铁组成。

在埃雷拉-罗夫莱等的研究中SMP被分为两个主要部分, 包括高和低分子量的SMP。高分子量的SMP是与SRT。然而, 它也可以吸附在膜表面导致中间阻塞或存放在里面毛孔造成标准的阻塞。微生物群落组成对污染时有效的。Gao等在群落组成中找到饼层和生物量悬浮液膜再加UASB反应器之间的差异, 隔离与这些物种的代表特性可以提供对生物污染控制有用的信息。

4.4 通量增强剂的补充

通量强化剂的影响可以表现在一系列方面, 如SMP吸附, 混凝, 絮体和SMP之间的交联大大增加。各种添加剂, 如活性炭, 聚电解质, 混凝剂和絮凝剂可以用来改善通量和减少在膜生物反应器的污染。

Wu等研究了聚氯化铝作为通量增强剂并且发现, 相较于其他测试显著结垢吸附剂/混凝剂包括聚合氯化铝、沸石和聚酰胺, 加入10 mg/L的聚氯化铝可以明显降低污染。在Hu和斯塔基的研究表明在An MBR上, PAC和GAC增加物对TMP和通量的影响。移位到相对观察到在较高的范围中的粒度分布在含有活性炭添加剂的An MBR。Vyrides和斯塔基观察到生物膜的减少 (凝胶层) 电阻, PAC增加后TMP降低。由于增加的黏度污泥, 故而大量地增加可以减少通量。阿克拉姆和斯塔基进行的实验通量在一个恒定的TMP和观察到随着PAC投加1.67 g/L, 显著通量从2 L/m2h至9L/m2h的改善是因为细胶体和溶解有机物的吸附, 并形成在膜表面上的薄的滤饼层。对于An MBRs处理城市污水的长期运行过程中连续加入的这些化学品的可行性仍然需要进行评估。

5 清洗方式

膜污染的水平和程度与许多因素有关, 比如膜运行条件, 反应器的类型, 膜组件的结构, 基质的种类以及污泥的特性。膜的清洗方式包括物理清洗和化学清洗两种。

物理清洗与膜的运行条件密切相关, 比如常规回流、停抽或着短时间的切向速率的增加来去除沉淀在膜表面的泥饼层。膜表面泥饼层的形成是厌氧膜生物反应器 (AnMBRs) 摩阻力增加、膜通量减小的主要原因。MartinezSosa等已经报道过, 其研究的一个厌氧膜生物反应器 (AnMBRs) 中, 采用膜物理清洗的效率接近于100%, 这表明不可逆膜污染是不显著的, 甚至可以说是不存在的。膜清洗一般认为是“流水线清洗” (CIP) , CIP的效率与许多因素有关, 比如膜垢物类型、基质种类、膜材料、清洗流程, 以及药剂种类、药剂浓度、浸没/冲洗时间、温度、清洗周期等等。

采用Na OH和、等氧化物的碱性清洗方式能够有效地去除有机膜污染, 比如含有羧基和酚类、蛋白质、多糖等的有机物;而酸性清洗方式 (柠檬酸) 则广泛的应用于无机污染物 (比如金属氢氧化物和二价阳离子) 的去除。Chu等应用化学清洗的方法进行渗透性能的恢复, 并且按照渗透性能的恢复情况比较了两种清洗剂的效果。在模耦合UASB反应器中, 利用作为清洗剂并进行反冲洗的化学清洗方法并不能够有效地去除膜生物污染, 特别是产甲烷细菌。先进的清洗方式作为有效地膜清洗技术被提出, 包括一氧化氮清洗和胞外聚合物、噬菌体的酶系统破坏等等。此外, 膜材料的特点对于不同化学清洗发放的应用也起到了很关键的作用, 聚丙烯 (PP) 膜材料不耐氯, 聚偏二氟乙烯 (PVDF) 膜材料不能忍受p H>11的环境。

最近一个应用好氧MBRs处理市政废水的实验表明, 没有任何化学清洗的长时间的运行会产生难以化学去除的剩余的膜污染。此外, 与一季或两年一次使用高浓度药剂的膜清洗相比, 使用稀释药剂进行频繁的膜清洗能节省大约30%的药剂使用量。

对于化学清洗法, 最大问题就是化学药剂对膜的寿命和性能的影响。Ayala认为, 在好氧MBRs中采用常规的化学清洗法, 能够很容易使膜达到6~7年的使用寿命而不会产生显著的渗透性能的损失。在An MBR应用过程中, 长期运行所导致的不可逆的无机污染会缩短膜的使用寿命。Kang等指出, 鸟粪石是最主要的无机膜污染物, 尽管许多的研究都在致力于理解膜系统中的膜污染机理, 但对于化学清洗的研究却非常有限, 比如膜污染物的特点和它们的清洗去除效率, 以及观察清洗过后的渗透性能的恢复。到目前为止, 化学清洗的研究既没有得到认可, 而这对于化学清洗的药剂研发、清洗条件、顺序、方法的发展是非常关键的。更多的研究需要致力于化学清洗过程中药剂、污染物、膜件之间相互作用的理解, 而这对于An MBRs更好的清洗方法和流程的研发很有帮助。

6 An MBRs在市政污水处理中的经济可行性

技术的选择应经济效率。过流速率通常较高, 市政污水的处理需要超大的膜表面积。因此, An MBRs中非常关心是整个污水处理过程是否被考虑进去, 可行性研究应该基于泵的能耗以及额外的膜系统设备和清洗药剂的基础上进行。然而, An MBRs市政污水处理效能研究的资料是有限的。

膜通量的减少是决定膜工艺经济可行性的主要因素。An MBRs技术的这一不可避免的劣势牵扯到运行费用的增加, 这部分费用主要来自于较高的抽吸压力, 更密集的沼气回收系统, 更高的膜表面积以及更频繁的膜清洗和替换。

Lin等基于全部的费用评估了淹没式An MBR系统处理市政污水的经济可行性。基建费用 (膜组件, 膜槽和水厂固定设备) 的运行费用 (主要包括电力费用、污泥处理以及化学药剂) 的总和代表总的费用。报告指出膜费用占到了总费用的大部分 (72%) , 之后是膜槽的基建费用。比如与好氧MBRs类似, 在大规模的处理体系中, 应该考虑在微孔滤膜的前段设置孔径较大的滤膜, 这能够保护膜件的污染, 延长膜的使用寿命, 曝气的占到了最多的运行费用, 由于增加的风机能量和污泥的处置费用, 好氧MBRs的运行费用是An MBRs的3倍。此外, An MBRs能产生甲烷作为再生能源。Martin等也报道了与膜污染控制相关的能源需求, AnMBRs与好氧MBRs相比, 要节省2~3倍, 但是资产成本要比好氧MBRs相对高一点, 并公布了淹没式An MBR的较宽的能源需求范围 (0.03~3.5 k Wh/m3) 。Achilli等比较了好氧膜生物反应器与厌氧膜生物反应器处理市政污水的运行成本, 并且发现厌氧膜生物反应器处理的运行成本较低, 这是因为好氧生物膜法需要处理剩余污泥。Lin等也研究了对生物膜各个影响因素的敏感性分析, 比如水力停留时间、膜通量、膜的价格、流量、膜的生命周期、以及特殊气体, 并得出结论:进入的流量对整个系统生命周期成本的影响决定了系统的处理能力。此外, 合适的膜通量、膜的价格和膜的生命周期的改变对运行成本有很大的影响。相比之下, 水力停留时间和每单位膜所需特殊气体对成本的影响程度较小。随着厌氧膜技术的快速发展和应用, 特别是在大规模系统中的应用, 需要做经济技术分析。

7 存在的问题及未来前景

在出水质量要求较高的情况下, 升级现有对市政废水的厌氧处理过程, 膜的作用可以是至关重要, 厌氧膜生物反应器出水有病原体, 这使得其很适合用于农业回用。然而, 厌氧膜生物反应器在市政公共事业中, 特别是大规模的系统中没有得到广泛的应用, 这有很大一部分原因是因为这个系统的新颖以及膜的污染问题。因此, 厌氧膜生物反应器应该朝着发展有效处理膜污染的技术方向发展。

由于鸟粪石 (Mg NH4PO4.6H2O) , K2NH4PO4和Ca CO3化学沉淀造成的无机污染是膜污染的一种主要形式, 这主要是由于氨和磷的释放, 而这种释放是在厌氧膜生物反应器中因p H等变化引起碱度和二氧化碳分压的变化而形成的。Salazar-Pelaez等预计鸟粪石在低浓度的市政污水中不会达到饱和, 因此鸟粪石的化学沉淀可能不会发生。但是, 除了这些离子浓度, 膜本身的性质对鸟粪石的化学沉淀也有很重要的影响。因此, 这种可能会引起不可逆的膜污染现象应该要对其做更加深入的研究。

其他主要关注使用城市处理后的污水在农业上的应用, 这涉及到相关的毒性和破坏内分泌的化学物质的去除。工业废水排放到市政下水道系统会导致严重的问题, 如毒性和对污水处理厂末端管网的有机负荷冲击。Saddoud等用一种使用错流的超滤模块的厌氧膜生物反应器, 研究城市污水包括含有有毒物质的工业污水的可处理性。Ellouze等观察到出水中有残留的有毒物质, 这些物质是工业废水带来的, 通过膜之后残余留下的, 通过膜处理之后的有毒物质残余量明显要低于像稳定塘、活性污泥法等传统的污水处理系统。通过生物膜反应器对市政污水中内分泌干扰物的去除有很多的研究。好氧的膜生物反应器系统相比于传统的活性污泥法, 通过生物降解、吸附以及膜滤作用, 酚类化合物、邻苯二甲酸盐和雌激素能够得到更好的去除。对关于在厌氧膜生物反应器系统中这些优先控制的污染物的去除要有更多的研究。

含盐量是市政污水处理过程中的另一个问题, 特别是在一些沿海地区, 一些不合适的地下设施使得海水能够渗透进入管网系统。Vyrides和Stuckey研究了潜入式的厌氧膜生物反应器处理含盐量波动较大并且高达35g Na Cl/L的效果。在盐度为35 g/L的情况下, 他们发现DOC的去除率达到了99%, 而在反应器内部的去除效率非常低 (40%~60%DOC) 。他们的结果表明SMPs的滞留和胶状COD是导致膜堵塞的因素。但是在这种情况下, 应该更多的关注控制膜污染的技术, 并寻找一种有效的处理技术。

当处理后的废水用于农业中不被考虑时, 则对营养物的去除需要满足排放的标准。很多研究报道了厌氧膜生物反应器处理后的污水中的营养物浓度。Lin等并没有观测到N和总P去除效果的预期值。Heerera-Rabledo等也没有感测到由于过滤对氨氮的任何降解。Kocadagistan和Topcu发现在厌氧膜生物反应器中, 通过膜的选择透过性市政污水中P的去除高达81%, Heerera-Rabledo等也发现了钙、镁、铁也有相似的情况。此外, Saddoud等认为在厌氧膜生物反应器总N和P的去除, 分别是60%和30%, 不能单独地用由生物量大量增长所吸收的大量元素来解释。这可能是由于生物膜的吸附作用甚至是化学沉淀作用去除的, 这些互相矛盾的结果可能是因为膜的节流能力的差异导致的。

更多的研究需要直接指向An MBRD在低温的市政污水中的应用。一个重要的减少固体的水解率典型因素是环境温度, 导致了厌氧微生物活动能力的降低。甲烷的损失是尤其关注, 甲烷溶解度随着温度的降低而增加。Gimenez等提出辅助生物沼气混合, 限制其过饱和同时保证An MBR污水系统出水最低溶解甲烷浓度。

选择膜材料、膜反应器类型和膜集成发展技术和AnMBR的技术配置对市政污水处理方案感的发展非常有意义。动态膜技术用于网片或纤维织物作为支撑材料来代替膜以增加An MBR在生活污水处理中的应用。动态膜的应用系统将显著降低由购买和更新膜带来的投资成本。目前, 已经有多个尝试利用An MBR动态膜过滤的系统, 它的去除效率与传统的膜相比要高, 非常有前途。然而, 应该进行更多的研究来理解动态膜层的形成机制并有效地控制它过滤效率。

8 结论

An MBR渗透可以应用于农业或可用于回收营养物以充分发挥此技术的优势。将膜技术与不同类型的高速率的厌氧反应器相结合, 如UASB和EGSB反应器, 它已经被认为是处理稀释废水的适宜技术, 应进一步研究。到目前为止, 与UASB反应器的整合似乎是有前景的, 因为UASB反应器可以将SS在污泥床滞留和降解前消除。这可能会降低膜的SS负荷和限制由于滤饼层的形成所导致的膜污染。另一方面, SMP和胶体在这种类型结构的膜污染中是最重要的。应用固体–液分离作为预处理装置和一个An MBR消化浓缩池, 这可显著降低膜生物反应器的初始投资成本。特别对于完整的应用, An MBRs长期的可靠性、可操作性还有待进一步的研究。

9 致谢

作者对Turkish Academy of Sciences (TUBA) 提供的博士生奖学金表达他的感激之情。

厌氧组合工艺 篇7

伴随着油田注水开发生产的进行, 注入水和含油污水的处理及排放问题越来越引起人们的关注。冀东油田部分油井目前已进入高含水期, 采出水经常规处理后大部分经行回注, 还有一部分剩余污水, 这部分污水出水油含量一般仍然高达20 mg/L～30 mg/L, 达不到GB8978-1996《污水综合排放标准》的要求, 需要进行进一步处理。冀东油田各联合站对剩余污水的二级处理采用的是先经过气浮选除油除杂质, 再用厌氧做预处理, 接触氧化法做主处理工艺, 处理后的污水达国家污水综合排放标准。

1 处理工艺

1.1 工艺处理原理

工艺中气浮段是将气体注入液体中, 使之呈饱和状态, 然后在大气压下放出溶解气体, 这种机械结构使小气泡与悬浮物质或油脂结合、降低比重, 从而增加分离效果[1]。厌氧段实际是水解酸化的过程, 能够有效的降低污染负荷, 将大分子难降解的有机物分解成小分子有机物, 提高出水的可生化性, 并且可以利用水阶段较强的抗冲击能力, 避免来液不稳对影响好氧段的运行。厌氧微生物就附着在填料的表面生长, 当废水通过滤料层时, 在填料表面的厌氧生物膜作用下, 废水中的有机物被降解, 并产生沼气, 滤池中的生物膜不断的进行新陈代谢, 脱落的生物膜随出水流出池外[2]。好氧段则是利用其中好氧生物的高效降解效率, 将污染物质进一步分解, 确保水质达标。生物接触氧化法是在曝气池中设置填料, 作为生物膜的载体, 经过充氧的废水以一定的流速流过填料与生物膜接触, 利用生物膜和悬浮活性污泥中微生物的联合作用净化污水, 是介于活性污泥法和生物滤池之间的一种生物处理法。

1.2 柳一联生化处理工艺

柳一联生化处理系统的设计处理能力为10 000m3/d, 处理后的污水达到国家污水综合排放标准, 直接排入溯河。进水水质:CODcr≤300 mg/L, 含油≤30 mg/L, 氨氮≤15 mg/L, pH值≈6～7, 温度≤52℃。来液先进入气浮池进行初步降解、降温, 然后分两组依次进入2个串联的厌氧池, 再分别进入3个串联的好氧池, 最后进入外排池, 见图1。

1.2.1 气浮池 (8 m×5 m×4.5 m)

柳一联气浮池由两台型号为QFT-20的气泡碎细机交替为来液进行鼓气。在池子的单侧设有收油槽, 将池面污油收集后排入废水池, 污水则进入厌氧池中进行降解。从处理工艺上讲, 气浮工艺能够有效地去除石油类, 同时气浮具有降温、充氧功效, 降低了BOD5/CODCr, 从而提高了污水的可生化性。

1.2.2 厌氧池 (20 m×9.5 m×4.5 m)

厌氧生物接触池的池体为矩形钢筋混凝土结构。圆形浮盘漂在水面, 圆形浮盘下挂着纤维填料, 由纵向安设的纤维绳上绑扎, 形成巨大的生物膜支撑面积, 填料随水流摆动, 既有一定刚性, 也有一定柔性, 能保持一定形状, 又有一定的变形能力, 填料区的有效高度为3 m。在四个厌氧池的一角上都安装了一台潜水搅拌器, 搅拌器的作用是可以在生化池中形成一个流场可以防止池底的油泥污泥沉淀, 更便于厌氧菌更好的成活。

1.2.4 中沉池 (20 m×5 m)

中沉池的有效池深大约为4.7 m, 与反应池不同的是, 中沉池的底端为漏斗状, 主要起沉淀作用。来气管线和排泥管线深入漏斗槽的底端, 利用气举原理实现排泥和污泥回流。

1.2.5 好氧池 (20 m×10.25 m×4.5 m)

好氧池与厌氧池不同的是, 没有搅拌电机, 由型号为SSR-200的三叶罗茨鼓风机为好氧池鼓风, 流量为40.15 m3/h, 一台运行两台备用。布气管布置在池子底端, 由下向上全池曝气。

1.2.6 二沉池 (20 m×5 m)

结构与中沉池相同, 不同的是二沉池液面下50 cm处装有斜板, 斜板区高度为1 m。斜板的作用是将活性污泥以及杂质与水分离, 从而降低出水悬浮物, 污泥絮凝体在这里形成并在重力作用下沉降到斜板上, 澄清后的污水进入清水区。斜板间的固液分离过程是自由沉淀、絮凝沉淀、污泥悬浮层的过滤和捕获以及污泥层下滑过程的共同作用。沉淀的污泥进入二沉池底的斗型槽内, 通过气举的方式进行排泥和污泥回流。

1.3 处理效果

从化验的结果来看随来液水质的变化厌氧池出水呈相似的变化趋势, 当污水经好氧处理后到达二沉池, 水质基本稳定, 即而显示出接触氧化法对污水的适应性强、抗冲击能力强的优点。从气浮池出水到中沉池含油的去除率为25%左右, 到二沉池时含油去除率升至85%左右, 而COD的去除率在中沉池时在40%左右, 到二沉池后COD的去除率在75%左右, 外排出水含油在2～3个, 出水COD在50 mg/L左右, 完全符合标准。

2 生化站的日常管理

2.1 影响生化站的参数

2.1.1 对来液量以及来液水质的控制

对于系统来液, 我们要尽量保持来液量的平稳, 或采用渐大、渐小的方式增大或减小系统来液这样是为了防止来液量忽大忽小对系统造成冲击。由于井上来液并不稳定, 有时还会有酸化井进入系统, 或者来液会有有毒物质, 会对系统造成危害, 所以要对来液水质进行控制, 要及时发现, 及时采取措施。

2.1.2 曝气以及水中溶解氧对处理效果的影响

为了确保生物膜上的微生物能正常生长并能保持较高的活性, 柳一联好氧池的溶解氧要求保持在2mg/L～4 mg/L左右。经长期观察来看, 溶解氧在正常范围内时, 曝气池呈黄褐色, 在生化站上可以清晰的观察到填料上附着着大量生物膜, 曝气池的水中有悬浮态的菌胶团, 活性污泥活性强, 水质很清。若溶解氧达不到要求, 曝气池水质很混, 填料上有少量生物膜, 而且很容易脱落。

2.1.3 温度对处理效果的影响

对于厌氧工艺来说, 温度较高有利于提高处理效果。但对于好氧处理, 一般认为, 废水生物处理中微生物的适宜温度在30℃左右。温度过低会抑制微生物的生长, 而温度过高, 大量原生动物及后生动物则会死亡。

2.2 日常管理

2.2.1 营养剂的投加

为了向微生物提供营养支持, 保证微生物正常的营养繁殖, 我们必须保证微生物有足够的食物来源。废水中的有机物是供给微生物碳氢的来源, 另外, 我们还要按一定的比例投加尿素和磷肥, 以保证细菌合成正常细胞体所需的氮和磷。

通常情况下, 厌氧池按照有机物:氮:磷=100:6:1, 好氧池按照有机物:氮:磷=100:5:1的比例进行投加[3]。比例式中, 有机物可以用BOD5值来表示。在实践过程中, 由于BOD值计算的滞后性, 我们要根据生化站BOD与COD的比值用COD值来反推BOD的值进行计算[4]。

2.2.2 接触氧化池的微生物群落及生物相的镜检

在正常状态下, 接触氧化法的生物膜上能够形成稳定的生态系统与食物链, 微生物是相当丰富的。我们在对生物膜的生物相进行镜检时利用显微镜观察在活性污泥中为数较少的原后生动物的变化来判断工艺状况的。它们主要的食物来源是游离的细菌和微小的菌胶团, 以单体存在, 所以在抗冲击负荷和活性污泥运行条件改变时, 通常原后生动物在数量活性种类等方面会出现明显的波动。

2.2.3 曝气池的污泥回流问题

从理论上来讲, 生物接触氧化的优点是不需要进行污泥回流的。但在系统调试初期或是生物膜脱落, 系统出现问题, 大量活性污泥流失时还是要通过污泥回流进行调试的。在系统运行正常情况下, 生物膜挂膜完好时就不需要污泥回流了。

2.2.4 中沉池、二沉池的排泥问题

中沉池、二沉池作为生化系统活性污泥的泥水分离场所, 它的运行好坏直接影响到曝气池和外排水质的运行。正常状况下, 曝气池内的生物膜不断的进行新陈代谢, 脱落的生物膜随出水流入二沉池, 经分离后沉入二沉池底端的漏斗槽内, 如果我们不能按时及时地对二沉池进行排泥, 污泥越积越多, 会直接影响到出水水质, 而且二沉池的缺氧厌氧条件能使池底的活性污泥反硝化, 最终导致池底活性污泥上浮而形成液面浮渣。所以二沉池要按要求及时排泥。目前, 柳一联生化站中沉池、二沉池的排泥是按照连续依次循环进行的, 即给中沉池排泥干净后给二沉池排泥, 排干净后再给中沉池的模式, 循环进行。

3 结语

在气浮-厌氧-接触氧化工艺中设置厌氧段的目的, 主要是利用水解过程, 有效降低污染负荷, 并将大分子难降解有机物分解成小分子有机物, 提高出水的可生化性, 并且可以利用厌氧段较强的抗冲击能力, 避免冲击性来水影响好氧段稳定运行。好氧段则是利用其中好氧生物的高效降解效率, 将污染物质进一步分解, 确保出水水质达标。这套工艺结构简单, 运行稳定, 处理效率较高, 适应性较强, 就柳一联生化站的运行来看, 是适合处理联合站剩余污水的。

参考文献

[1]蒋展鹏《.环境工程学》, 第二版[M].北京:高等教育出版社, 2005.

[2]唐受印, 代友芝, 等《.废水处理工程》, 第二版[M].北京:化学工业出版社, 2004.

[3]周群英, 高婷耀《.环境工程微生物学》, 第二版[M].北京:高等教育出版社, 2000.

厌氧组合工艺 篇8

关键词:废塑料废水;气浮;厌氧;好氧

废弃塑料再生利用作为资源再生环保产业的一个重要环节, 对环境污染的整治具有一定的积极因素。但其加工过程中产生的“二次污染”不容忽视, 特别是对当地水环境及生态景观的影响甚大, 因此必须加强对废塑料清洗造粒行业排放的废水的治理。

1 废水产生源

废塑料来源主要有塑料垃圾、废塑料瓶、包装袋、甚至包括一些进口洋垃圾。

2 废水治理措施

使用不同原料产生的废水, 差异较大, 可生化性一般不是很好。废塑料清洗造粒行业产生的清洗废水如果能够进入污水管网并送污水处理厂统一处理, 其产生的废水可以自行处理达到《污水综合排放标准》 (GB38978-1996) 三级标准后纳入工业区污水处理厂统一处理, 废水治理和处理费用将减少, 对水环境的影响也将大大减少。但如果由于事故性排放或企业偷漏排致使工业区污水管网堵塞, 最终导致工业区生态示范园区的形象受到破坏, 那将得不偿失。所以, 最好的措施就是选择合理的工艺对废塑料清洗废水进行治理后回用, 尽量不外排。

经调查研究, 针对清洗、破碎工序只对水中悬浮物含量有较高的要求, 故可采用混凝处理工艺去除废水中的大部分悬浮物, 再把废水回用到生产工序中去, 达到减少废水排放量的目的。外排的废水除采取一般的物化手段外, 还需采取生化相结合的方式才可确保达标排放, 可与生活污水混合以提高其可生化性, 再经生物处理后排放。

3 废水治理工程案例

广东省某塑胶厂废塑料造粒的制作流程为:废旧塑料—清洗一粉碎一造粒机一切粒一成品。废塑料清洗清洗、破碎工序产生废水量约为300吨/日。企业新建一套废水处理系统, 采用物化工艺去除大部分悬浮物后将大部分废水回用到生产工序中去。少部分需外排的废水经过物化工艺后, 投加活性污泥进入生化工艺处理后达标排放。现在该系统运行稳定, 出水水质良好。本文对该系统流程设计、运行参数及运行性能进行报道, 以期为同类废水的处理工程提供参考与借鉴。

3.1 工艺流程

3.2 工艺流程说明

总排废水经格栅、沉砂池除去大颗粒杂物和沉砂后, 在调节池作一定时间停留, 使水质均匀。然后以泵为动力将废水提升进入管道混合器、反应器, 并投加絮凝剂改善水质特性后, 混合废水自流进入气浮池。气浮池主要利用溶气系统产生的溶气水中的微气泡作为载体, 粘附水中的悬浮物絮体, 悬浮物随微气泡一起上升至水面, 形成浮渣, 使水中的悬浮絮体得到去除, 尤其对于比重接近于水的塑料悬浮颗粒的去除, 气浮分离技术是最有效的方法。

3.3 废水处理系统调试和运行

根据工程实际运行效果, 确定投加絮凝剂为聚合氯化铝及聚丙烯酰胺, 最佳投加量分别为500mg/L、10mg/L。本系统最关键的工艺是气浮处理设施, 设计分离室的表面积负荷8m3/m2.h, 控制进水絮凝状态良好、溶气水回流比为50%、溶气罐压力在0.38Mpa、刮渣机每5分钟走一个行程的条件下, 该单元的废水悬浮物的去除率高达90%, CODcr去除率基本上稳定在45%左右。经过上述物化处理工序, 废水回用率可达80%以上, 回用废水达到车间回用水质要求。

4 结论

本工程实践证明, 对于废塑料清洗废水处理, 采用气浮一厌氧一好氧工艺是可行的、合理的, 系统出水可达排放标准。该工艺不仅运转费用较低, 而且运行性能稳定可靠, 操作和管理简便, 具有推广价值。

摘要：本文对废塑料清洗废水的来源进行了分析, 同时根据废塑料清洗废水水质特性, 开发了气浮一厌氧一好氧处理工艺, 并应用于实际工程中, 废水回用率达到80%以上, 获得了较好的效益。因此该工艺对废塑料再生利用行业有推广应用的潜力。

关键词：废塑料废水,气浮,厌氧,好氧

参考文献

[1]黄均国.废塑料再生过程中的“三废”处理技术[J].资源再生, 2009, 1:52-54

[2]廖正品.中国废弃塑料基本现状与回收处置原则初探[J].塑料工业, 2005, 33:1-6, 16

[3]国家环境保护总局废塑料回收及再生利用污染控制技术规范 (试行) (征求意见稿) [M].2007

[4]王毅力, 汤鸿霄.气浮净水技术研究及进展[J].环境科学发展, 1999, 7 (6) :95-103

厌氧组合工艺 篇9

关键词：牛粪,CSTR,折流反应器,产气率

厌氧发酵[1,2]是将畜禽粪便、农作物秸秆及工农业排放废水中所含的有机物在适宜的厌氧条件下,通过微生物的作用,最终转化为沼气的过程。在此过程中,温度是影响厌氧发酵的关键因素。厌氧发酵微生物对温度的要求范围较宽,一般在10℃～60℃都能生长[3,4,5]。

本研究充分考虑寒区环境特点,在单一厌氧发酵模式下,采取两级厌氧发酵系统对奶牛粪便进行处理,大大提高了原料的利用率,使产气量达到最大程度,解决寒区沼气工程冬季因热能损耗大而不能过冬的技术难题,具有广阔的发展前景[6,7,8]。

1 试验材料与方法

本研究以泰康镇奶牛广场的新鲜奶牛粪便为原料,采用CSTR厌氧发酵装置和厌氧往复折流装置,确定一级厌氧和二级厌氧的各项工艺参数,结合产气量、COD降解率等指标,确定两级厌氧发酵工艺。以产气量作为主要考察指标,通过调节两级厌氧反应器参数,着重考察参数对两级厌氧发酵系统的影响,提高发酵原料利用率,为寒区兴建大型沼气工程提供试验基础。

2 试验方法设计

2.1 一级厌氧发酵试验

2.1.1 单因素试验

投料浓度对平均产气量的影响:将新鲜牛粪分别按照6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%的投料浓度,加入到CSTR反应器中,发酵温度53℃,发酵周期14 d,搅拌时间6 h/d,接种量30%,来研究投料浓度与平均产气量之间的关系。

接种量对平均产气量的影响:将新鲜牛粪分别按照8%投料浓度,加入到CSTR反应器中,发酵温度53℃,发酵周期14 d,搅拌时间6 h/d,接种量梯度为:0%、10%、20%、30%、40%、50%,研究不同接种量与平均产气量之间的关系。

搅拌时间对平均产气量的影响:将新鲜牛粪分别按照8%投料浓度,加入到CSTR反应器中,发酵温度53℃,发酵周期14d,研究在不同搅拌时间0h/d、2h/d、4h/d、6 h/d、8 h/d与平均产气量之间的关系,接种量30%。

2.1.2 正交试验

根据单因素试验结果,选定各因素的水平,对投料浓度、接种量、搅拌时间三个因素选用L9(34)表,进行正交试验,全面考察各因素对产气量效果的影响,并通过极差分析获得较优组合。

2.2 二级厌氧发酵试验

将一级厌氧发酵最优试验结果经孔径为0.5 mm的螺杆压滤分离机分离,分析沼液的各项参数,进行二级厌氧发酵的单因素试验。

单因素试验:研究沼液不同温度20℃、35℃、53℃下与产气量之间的关系,分析沼液COD的降解率,水力停留时间。

3 结果与分析

3.1 一级厌氧发酵单因素试验结果与分析

3.1.1 投料浓度对平均产气量的影响

随着投料浓度的增加,平均产气量稳步上升,在投料浓度为8%时达到最大值107.3 L,但是随着投料浓度的继续增加到9%～12%时,平均产气量迅速下降,这是由于在固定接种量为30%的情况下,投料浓度的增加导致厌氧体系中过度产酸,抑制了微生物的甲烷化过程,使平均产气量迅速下降,故选取固含量为7%、8%、9%的三个水平进行正交试验。

3.1.2 接种量对平均产气量的影响

随着接种物(上批厌氧发酵物)接种量的增加,可提高厌氧体系中的产甲烷菌群总量,使得牛粪中大分子有机物经水解酸化阶段后迅速甲烷化,既可防止罐内酸化中毒,又可加快反应进程。因此,在接种量为0%-30%时,平均产气量有上升趋势,尤其在10%～30%时平均产气量呈对数增长,在接种量为30%时,达到最大值100.5 L。但是在接种量为30%～50%时,平均产气量迅速下降,究其原因是由罐内的装料容积引起的。在装料容积保持不变的情况下,随着接种量的增加,导致投料量减少。虽然接入了大量的甲烷菌群,但是微生物可利用的底物减少,使平均产气量下降。综上所述,选取接种量为20%、30%、40%的三个水平进行正交试验。

3.1.3 搅拌时间对平均产气量的影响

结果显示,随着每天搅拌时间的延长,平均产气量也随之缓慢增加,而对平均产气量的影响不大。但是在不搅拌的情况下,平均产气量较每天搅拌2h的试验组高,原因可能是在厌氧消化过程的初始时期,罐内还处于好氧阶段,抑制了罐内液面处甲烷菌的生长,如果这时搅拌开启,会使更多的甲烷菌受到抑制,所以在进料初期不宜搅拌。在厌氧消化后期,则是搅拌时间越长越有利于甲烷菌与底物之间的作用面积,故选取4 h/d、6 h/d、8 h/d三个水平进行正交试验。

3.2 一级厌氧发酵正交试验结果与分析

以上述三项单因素试验分析结果为基础,进行正交试验,并进行极差分析。正交试验方案和结果如表1所示。

由极差分析可知,各因素对平均产气量影响计算值的大小顺序为A>B>C,即投料浓度>接种量>搅拌时间,最佳的因素水平组合为A3B1C1,即投料浓度9%、接种量20%、搅拌时间4 h。而利用单因素试验结果做因素效应曲线图得到的观测值为A2B2C3,即投料浓度8%、接种量30%、搅拌时间8 h。将结果进行验证试验,结果为通过正交计算得到的工艺参数是准确的,最佳的因素水平组合为A3B1C1,其平均产气量为157.8L。各因素与水平直观图如图1所示。

进行正交结果方差分析可知,A投料浓度为显著性因素,采用q检验法对A因素各水平进行多重比较,根据表2计算LSRα,k得出,在α=0.05水平下,A1与A2均数间差异不显著,其余均数间均差异显著。在α=0.01水平下,A1与A2均数间差异不显著,其余均数间均差异显著。多重比较结果显示,以A3最好,即投料浓度为9%对试验所取得的效果最好。对于B、C因素,由于各水平间的差异不显著,所以理论上可以在各自所取得的水平范围内任意选取一水平,实践中可从操作的难易度、成本的经济性、试验条件的可行性等方面综合因素考虑确定。三个投料浓度水平对试验效果的多重比较,如表2所示。

3.3 二级厌氧发酵单因素试验结果与分析

由于二级厌氧发酵试验采用200 L厌氧往复折流复合反应器,其最大的水力停留时间(Hydraulic Retention Time简写作HRT)为反应器有效容积与水流速度之比,即HRT=V/Q (h)=134/(4.8×80%)=35 d,为方便观测沼液二级发酵过程中不同温度下COD的去除率及产气量的影响关系,在折流反应器的出料管位置下部增加4个出料口,使得HRT可调整为7 d、14d、21 d、2 d、35 d。由下图可以看出沼液不同温度20℃、35℃、53℃下与COD的降解率、产气量、水力停留时间之间的关系。

根据一级厌氧发酵试验结果,测得经固液分离机分离的沼液COD为24 800 mg/L,由图2所示沼液COD含量在0～7 d内迅速下降,因为沼液刚进入反应器内,往复折流板限制了沼液的流速,其中的悬浮固体被沉降在反应器底部,导致发酵前期COD降解的效果比较明显,由次要坐标轴显示的数据看,53℃时沼液平均产气量比35℃和20℃的产气量高,这是由于二级厌氧发酵试验的温度与一级发酵试验时相同,而35℃和20℃的试验组则需要菌种的适应时间,故在发酵初期产气量不高。在7～35 d发酵期间内,沼液COD呈缓慢下降趋势,其中35℃和53℃的试验组在35 d时达到900 mg/L以下,而各温度试验组的产气量虽有提高,但是在21 d时,35℃试验组的产气量高于53℃试验组,原因是由于高温菌群经过了一级厌氧发酵,继续发酵产气量呈下降趋势,而35℃试验组在21 d后产气量超过了53℃实验组,考虑是中温菌群的作用所致,需要进一步研究。35℃和53℃的试验组平均产气量均高于20℃试验组。综上所述,根据试验条件的可行性、成本的经济性等方面的因素,二级厌氧发酵试验的发酵温度为35℃。

4 结论

本研究利用畜禽粪便进行厌氧发酵生产沼气,不仅可以从源头上减少焚烧干牛粪所带来的环境污染,并且可以产生大量的有机生态肥——沼渣,施用沼渣可很好地改善土壤理化性状,提高土壤肥力,减少使用化学肥料所带来的环境污染,加快生态农业建设。另外,通过高温厌氧发酵能杀死畜禽粪便中的病原虫卵,避免畜禽粪便直接还田所产生的作物病虫害等问题。

项目组根据寒区大型沼气工程发酵原料利用率低、冬季不能连续稳定运行的问题,运用CSTR反应器和厌氧往复折流反应器两级厌氧发酵系统对奶牛粪便进行处理,使发酵原料高效利用的同时,降低后续沼液处理工艺的难度,达到最佳的厌氧发酵效果。一级厌氧发酵试验得到最优工艺条件组合为投料浓度9%、接种量20%、搅拌时间4 h。二级厌氧发酵试验的最适温度为35℃。为充分发挥现有工艺设施的潜力,进一步提高我国的畜禽粪便综合处理效率,实现沼气工程的工业化生产,特别是对以牛粪作为发酵原料的大型沼气工程提供基础参考数据。

参考文献

[1]杨小芳,伏健,董琦,等.奶牛场粪便处理技术研究进展[J].湖南畜牧兽医,2012.(06):14.

[2]ISMAIL M.NASIR.TIN1A I.MOHD GHAZI.ROZITA OMAR et al.Anaerobic digestion technology in livestock manure treatment for biogas production:A review[J].Engineering in Life Sciences,2012,12(3):258-269.

[3]关正军.李文哲,郑国香.等.牛粪固液分离液两相厌氧发酵技术[J].农业工程学报,2011,27(7):300-305.

[4]李裕荣,刘永霞,赵泽英,等.畜禽粪便厌氧发酵的产气特点及其发酵物养分的变化动态[J].西南农业学报,2012,(06):2305-2310.

[5]李艳宾,张琴,李为,等.接种量及物料配比对棉秆沼气发酵的影响[J].西北农业学报,2011,20(1):194-199.

[6]JIAJUN WANG.CHIQING DUAN.YAQIN JI etc.Methane emissions during storage of different treatments from cattle manure in Tianjin[J].Journal of Environmental Sciences,2010,22(10):1564-1569.

[7]方华舟.安冬梅.王培清.等.牛粪自然好氧发酵微生物变化规律[J].环境工程学报,2013,(01):333-339.