升流式厌氧污泥床（精选4篇）
升流式厌氧污泥床 篇1
UASB反应器内混合强度不够,容易形成短流,导致污染物对微生物产生抑制和毒害作用。为解决这一矛盾,需要在提高反应器水力负荷的同时采用出水回流的方式来降低污染物对微生物的毒害。基于此目的,第3代厌氧处理工艺膨胀颗粒污泥床(EGSB)应运而生[1]。EGSB作为第3代厌氧污水处理设备,上流速度大,颗粒污泥沉降性能好,COD去除率高,有机负荷高,不仅在处理高浓度废水方向效果良好,而且更在处理低浓度有机废水和含难降解有机物的工业废水等方面有着独特的优势,具有广阔的应用前景。
1 EGSB反应器的工艺特征
Lettinga教授和其同事自1974年研发了UASB之后,在80年代后期,又针对UASB工艺的缺点,开始研究EGSB。EGSB与UASB反应器结构相似,细高型,采用处理水回流,通过高的水流上升速度,污泥床处于膨胀化状态,从而保持了进水与颗粒污泥的充分接触。资料表明,EGSB可在1~2 h的水力停留时间下,取得UASB工艺需要8~12 h才能达到的效果[2]。EGSB反应装置如图1所示。
EGSB反应器的工艺特点主要表现在以下几个方面:
(1)专门设置的出水回流对进水具有良好的稀释作用,可最大限度地提高其对进水水质变化的适应性,具有极强的抗冲击负荷能力;同时由于水流负荷的加大,使颗粒污泥处于膨胀状态,从而增强了泥水的混合接触,加快了传质过程,提高了反应速率和处理能力,使其HRT大大缩短(一般在2~3 h),同时也有效地消除了反应器内的死区,提高了容积利用率。
(2)由于具有与UASB反应器相比极高的水流上升速度[3],因而其采用高径比较大的构造形式,占地面积可大大缩小。与IC反应器一样,适用于场地较为紧张的场合。
(3)EGSB反应器中特殊设计的三相分离器允许在比UASB反应器高得多的上升流速下获得良好的分离效果,同时还大大提高了对进水SS的适应性。
2 EGSB的热点研究领域
2.1 低浓度废水的处理
低浓度废水通常是指CODCr的质量浓度低于1000 mg/L的废水[4],主要包括生活污水、市政污水和一些工业废水。
据Monod方程可知,低浓度的进水基质会使有机物降解速率减小,污泥的活性降低,产气量也随之减少,有机物和污泥间的传质作用很差,反应器负荷受到限制。EGSB在处理低浓度废水时,由于具有高的表面负荷所形成的良好水力条件,能最大程度地减少传质阻力,因此可以取得较好的效果。
城市生活污水是低浓度废水的重要组成部分,由于具有成本低、效果较好、管理方便等优点,生活污水的厌氧处理工艺正逐渐受到各国的重视。Lettinga认为选择合适的后处理方法与之相配合,厌氧技术必将成为分散型生活污水处理模式的核心手段[5]。由于对低浓度废水加热和保温的能耗很高,因此低浓度废水的厌氧处理一般都在常温下进行。Letingga等在4℃处理低浓度VFA混合废水时仍取得了90%的去除率,这就说明EGSB在低浓度废水尤其生活污水的处理上应该具有较大的潜力。
由于甲烷菌是严格的厌氧菌,低浓度有机废水中往往含有较多的溶解氧(DO),这可能会形成潜在的危险[6]。事实上,在厌氧条件下兼性菌的耗氧呼吸能够减弱DO对甲烷菌的毒害作用。Kato认为即使在无足够基质供给,兼性菌有氧呼吸受限制的情况下,甲烷菌本身对氧仍有一定的承受力,另外颗粒结构中菌落的分布优势,甲烷菌生长在颗粒的中心,也保证了其尽可能地避免与氧接触[7]。Kato在30℃采用不含DO和含DO的EGSB处理酒精废水进行平行对比试验时,发现两反应器的处理效果和出水氧化还原电位均无太大差异,这就说明了反应器中DO能够很快的被兼性菌消耗,不致造成恶劣影响,同时反应器的去除率主要还是取决于EGSB中的混合状况,而与低基质浓度无太大关系,这点从进水CODCr的质量浓度低至163~196 mg/L时,两反应器的去除率仍可达97%可以证实[8]。
2.2 EGSB反应器对高浓度废水的处理
EGSB在有机负荷的承受能力(最高可达30 kg CODm-3d-1)方面具有UASB(一般为10 kg CODm-3d-1)无法比拟的优势。George.R.Zoutberg等研究了EGSB反应器对药厂和酒厂的高浓度废水的处理,结果表明总COD去除率均可达99%以上。L.A.Nunez等人也研究了中温条件下EGSB处理屠宰场废水的效果,结果表明在HRT为5 h的条件下,总COD去除率可达67%,总SS去除率达90%,脂类物质去除率达85%。D.Jeison等人以啤酒废水和乙醇废水为基质比较了UASB和EGSB对高浓度和低浓度有机废水的处理能力,结果表明在高浓度啤酒废水的处理方面,EGSB反应器优于UASB。
2.3 EGSB反应器对含有毒物质和难降解物质废水的处理
一般地,有毒物质会对微生物的代谢和活性有抑制和毒害作用,而难降解物质由于不能直接被微生物转化,故传统的厌氧反应器包括UASB反应器都很难获得较好的处理效果。由于EGSB反应器的设计思想包含高出水回流比,可将原水中的毒性物质稀释,而且高升流速度改善了传质效果,可以促进微生物对基质的降解。Gonzalez等人研究EGSB反应器处理甲醛废水时,毒性对产甲烷活性的影响,结果是乐观的。而Rinzema采用EGSB反应器处理月桂酸和癸酸钠废水,结果表明,在升流速度达7.2~7.7 m/h时COD去除率可达91%。同时也有研究发现EGSB反应器不适合处理油酸废水。
2.4 EGSB与其他工艺的组合研究
EGSB在上述特型废水处理上确实具有独到的优势,但是其本身作为一种厌氧工艺,不能有效地去除氮、磷及病源微生物等,从而可能会达不到水质排放的要求,因此采用EGSB与其他工艺的组合来提高整个系统的高效性也就成为近年来的研究热点。
可供选择的厌氧后续处理工艺种类较多,如物理法中的砂滤、紫外照射,化学法中的氯气、臭氧氧化,以及物化法中的絮凝、吸附等等,但从处理成本等方面考虑,生物法仍不失为首选。EGSB与好氧工艺的结合在实际废水工程上也己经有了一定的应用,如任洪强[9]采用的EGSB-CASS(膨胀颗粒污泥床一好氧复合生物反应器)工艺处理茶多酚工业废水,颜智勇等[10]的EGSB-稳定塘工艺处理木薯淀粉废水,均有效地实现了厌氧和好氧串联的过渡,彻底净化污染物。鉴于EGSB联合好氧工艺的成本、效果优势,联合工艺必会在工程上得到更为广泛的应用。
厌氧氨氧化(ANAMMOX)是生物处理含氨氮废水的全新理念,ANAMMOX是指NH3-N作为电子供体在厌氧条件下被亚硝态氮直接氧化生成N2的过程,它可以使硝化所需的氧化能耗节省50%以上,而且不需要有机碳源,因此对于高氨氮、低碳源的废水(如生活污水厌氧处理后出水)处理具有很大的吸引力[11]。Wang通过对EGSB中的颗粒污泥脱氮特性的研究证实了EGSB中ANAMMOX反应的发生,其中氨氮的去除率可达40%,而亚硝态氮的去除率则高达98%。ANAMMOX反应对环境条件(如进水基质、pH值、温度等)要求较高,而且工艺上对于如何保证亚硝态氮的来源并维持ANAMMOX反应中亚硝态氮与氨氮的浓度比例等都不是很清楚,因此对ANAMMOX的研究目前仍停留于实验室规模,但其应用前景仍很乐观。
膜生物反应器(MBR)也是近年来颇受关注的新兴反应器,但膜污染的问题一直限制了MBR的发展和推广。Chu等将EGSB和MBR组合成一体式反应器,位于三相分离器的上部的U型中空纤维膜,能够有效截留EGSB中的病源微生物以及颗粒污泥等,同时EGSB中高的上升水流(流速5 m/h)对膜表面进行着反复冲洗,有效地避免了膜污染。两种先进反应器巧妙的“共生”结合节省了空间,功能互补,在低温条件下(11~25℃)处理生活污水时,亦取得了很好的效果(出水CODCr的浓度小于50 mg/L)。
3 总结与展望
在厌氧工艺中,EGSB是高效节能的典型代表在实际工程中稳定运行的EGSB反应器,自身产生沼气所创造的的价值,除去工程运转的资金消耗外,还会有一定的剩余,非常适合我国现在的国情。虽然我国学者近几年对EGSB工艺进行了较深入的研究,但与国外相比尚有一定差距,还应加强对EGSB工艺在工程应用上的探索与实践。并力求能在EGSB的基础上开发出有我国自主知识产权的新型厌氧反应器。
摘要：介绍了膨胀颗粒污泥床的结构工艺特性;综述了膨胀颗粒污泥床较其它厌氧反应器具有优势的应用领域,如处理低浓度废水特别是生活污水等;同时介绍了为了达到水质排放要求,膨胀颗粒污泥床与其它新型工艺组合的研究现状与成果。
关键词：厌氧处理,膨胀颗粒污泥床反应器,废水处理
参考文献
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升流式厌氧污泥床 篇2
升流式厌氧污泥床反应器处理生活污水的研究
对升流式厌氧污泥床反应器处理生活污水进行了小试研究,在此基础上设计了新颖的升流式厌氧复合床反应器,用于处理农村居住小区生活污水,达到生产性规模.经过较长一段时间试验,处理效果较好,运行稳定,可用于工程实践.
作 者：赵建夫 蒋柱武 ZHAO Jian-fu JIANG Zhu wu 作者单位：同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海,200092 刊 名：同济大学学报（自然科学版） ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF TONGJI UNIVERSITY(NATURAL SCIENCE) 年，卷(期)：2000 28(6) 分类号：X703 关键词：升流式厌氧复合床反应器 生活污水 生产性规模升流式厌氧污泥床 篇3
近年来我国许多城市建造了垃圾卫生填埋场, 但是, 垃圾填埋处理过程中产生的渗滤液是导致二次污染的污染源, 渗滤液的有效处理已经成为当今填埋场所面临的最为棘手的问题之一[1]。垃圾渗滤液主要来源于降水和垃圾本身的内含水, 由于城市垃圾本身含有大量水分, 在进行生物转化过程中以渗滤水的形式渗滤出来, 同时在降雨过程中垃圾填埋场内生物降解后的物质溶于雨水, 雨水滤出后形成垃圾渗滤液。因此渗滤液具有BOD5、CODCr浓度高、氨氮的含量较高等特点。
UBF反应器集UASB上流式厌氧反应和厌氧生物膜接触反应的优点, 能有效去除垃圾渗滤液中的BOD5、CODCr, 是垃圾渗滤液处理工艺中的关键环节, 本实验采用UBF反应器处理垃圾渗滤液, 根据对实验条件和实验结果的分析, 确定UBF反应器合适的反应条件和处理效果, 为渗滤液处理工艺的设计参数的确定提供参考依据。
1 工艺简介
1.1 实验用水
本实验所用的渗滤液取自二妃山垃圾填埋场, 其场龄为5年, 水质指标如下:pH值在8. 0～9. 5之间, 多在8. 5左右;CODCr为6 000～11 000 mg/L, BOD5为2 000～4 500 mg/L, BOD5/CODCr值在0.3～0.4之间, 具有可生化性;氨氮质量浓度在800～1 200 mg/L之间。
1.2 渗滤液处理采用的工艺流程
渗滤液处理工艺流程如图1, UBF反应器是渗滤液处理工艺中的关键环节, 渗滤液经过氨吹脱处理后进入UBF反应器, 吹脱后的渗滤液中氨氮浓度在284.8～366.8 mg/L之间。
1.3 UBF反应器实验装置
UBF反应器实验装置如图2。
装置规格:UBF反应器装置为一圆柱型容器, (直径为200 mm, 高为2.1 m) , 下部进水, 内设配水板, 上部挂置填料, 填料上部为澄清区, 澄清区上部直接出水, 未设气、液、固三相分离装置。
本实验采用组合填料, 该填料是以塑料环为依托作为骨架, 负载着维纶丝, 维纶丝紧固在塑料环上, 在污水中丝束分散均匀, 易生膜, 换膜, 并对污水浓度的适用性好。填料单元直径100 mm, 纤维束长度160 mm, 束间距离80 mm。填料其他规格参数见表1。
2 UBF反应器的启动实验
2.1 颗粒污泥区接种污泥的选择
颗粒污泥区接种污泥采用UASB系统底部排出的剩余厌氧污泥, 这些剩余污泥虽闲置了一个多月, 但仍保持一定的产气活性[2], 比产甲烷活性为56.5 mlCH4/ (gVSS·d) , 将其投加到UBF反应器中, 投加量约为15 L。
2.2 填料预处理
影响生物膜附着性的因素除载体填料的外观形状外, 表面电位对挂膜的影响也较大[3]。在正常生长环境下微生物表面带有负电荷, 如果通过载体表面改良技术, 使载体表面具有正电性将使微生物在载体表面附着、固定过程更易进行。为此, 实验前对载体填料进行表面处理, 将载体填料置于正电性胶体溶液Al (OH) 3中, 通过悬浮液中胶体颗粒在载体表面的沉积作用而实现正电性胶粒在载体表面的附着, 从而使载体表面带上正电荷, 减少微生物与载体间的斥力, 改变、加快微生物的附着、固定过程。经表面处理后的载体呈黄色, 表明是物化作用的结果。
2.3 填料微生物附着
采用UASB系统上部的悬浮污泥作为接种污泥。
由于垃圾渗滤液本身的营养物质丰富, BOD5浓度高, 为使填料挂膜微生物能较早且更好地适应渗滤液环境, 故直接以稀释后的垃圾渗滤液 (CODCr平均值约为1 000 mg/L) 为营养液。
将以上接种污泥及营养液与经过预处理过后的填料一同放置于一直径0.5 m, 高1.0 m的圆桶内, 盖上盖子闷置。以使接种污泥缓慢适应环境, 并使其与填料充分接触, 尽可能附着于填料表面。期间每日更新营养液, 减小搅动, 以避免使刚吸附于填料上的微生物膜再次脱落。持续三天之后即可明显看到有灰白色的粘性生物膜附着在填料表面。
2.4 启动过程
将附着生物膜的填料装入柱内, 装填高度为0.8 m, 上部留澄清区0.2 m, 调节进水CODCr浓度约为1 000 mg/L, 流量控制在2.0 L/h左右, HRT约为1.37 d, 此时反应器水力负荷约为1.5 m3/ (m2·d) , 可以防止初期形成的颗粒污泥的流失并较利于反应器内污泥的筛选作用和填料上生物膜的形成。启动过程中可以较清楚地看到填料上附着的生物膜密实且厚度增加。
随着填料上微生物量的增加和为促进颗粒污泥的形成, 分别于反应器启动后第8天、第12天、第18天、第23天和第26天分五次提高进水CODCr浓度, 并逐步增大进水流量以提升负荷, 并缩短了水力停留时间, 以逐步适应实验需要。初期每次提升COD负荷幅度约为0.8 kg/ (m3·d) , 而在第23天后提升COD幅度增加至2.0 kg/ (m3·d) 。而当增大流量到10.0 L/h左右时出现了污泥流失现象, 故再次将渗滤液流量减至约8.0 L/h, 污泥流失现象停止。
在填料挂膜过程中, 可以发现污泥浓度从下至上依次减少。这是因为UBF中部悬浮污泥区含有悬浮微生物, 这些微生物与载体的接触频度也是从下至上依次减小。同时实验中因反应器填料下部污泥浓度高, 填料会发生粘连或结块现象, 因而污泥易形成有限表面积的泥团和气泡, 在泥团里夹杂大量非生命固体和气泡, 这种状态会降低污泥活性。一是泥团块太大, 相对表面积较小, 营养物质和代谢产生难以渗透。二是污泥内部细菌数量少, 非生命固体较多。适当增大上升水流流速则可较有效避免此情况发生。启动期间主要采用CODCr为监测参数来记录效果。期间测得CODCr的平均去除率为61.1%, 其中UASB段为39.6%, AF段为21.5%。根据实测数据, 启动期间UBF进、出水CODCr浓度和CODCr去除率见图3, UASB阶段和AF阶段及总CODCr去除率见图4。
2.5 实验数据分析
由以上数据可见, 启动最初CODCr去除率较高, 随后迅速下降, 其原因可能是颗粒污泥及上部填料的吸附作用造成的。之后当CODCr去除率达到70%左右的时候进行负荷的提升, 而负荷提升手段以提高进水CODCr浓度和加大进水量两种方式结合。过程中可以发现, 初期提升负荷情况下, CODCr去除率下降较大, 这是由于反应器中污泥在对负荷进行适应, 这段时间大约持续两周左右。但随后的负荷提升虽然幅度相同, 但是CODCr去除率的下降确很不明显, 这表明下部的颗粒污泥以及填料上的生物膜已经基本完全适应了垃圾渗滤液的性质, 则认为UBF系统启动完成, 可以投入运行。
由图4 看出反应器启动初期, UASB段去除率较低, 甚至出现了负值, 而此时的AF段去除率较高, 这里笔者将原因归结为二。其一, 这是由于UASB反应器排出的剩余污泥作接种污泥, 其微生物的适应性较差, 故而去除率较低;其二, UBF反应器下部污泥沉降性不佳, 会含有大量细小悬浮污泥, 增加了CODCr值, 但由于上部填料上微生物膜的拦截及吸附作用, 使得总去除率下降并不十分严重。但随着颗粒污泥的迅速增长及污泥沉降性能的提升, 这种局面会在大约一个星期后获得改观。
3 影响因素探讨及控制参数选取
3.1 pH值的影响
面对UBF反应器中可能出现的pH值波动, 已经挂上的微生物膜也还是会脱落。因而, 要时刻注意防止反应器中发生酸化现象。同时也要防止pH值过高的情况发生, 那样同样会导致填料上微生物膜的严重脱落[5]。
这主要是因为pH值对微生物的生命活动及代谢过程影响很大, 过高或过低都会影响外酶及存在于细胞质和细胞壁里酶的催化作用。虽然H+和OH-不能穿透细胞壁, 外部介质H+的改变不影响细胞质内, 但它可以引起细胞膜电荷的变化, 从而影响微生物对营养物质的吸收, 影响代谢过程酶的活性, 改变生长环境中营养物质的可给性以及有害物质的毒性。故而, 启动期间应严格控制好pH值在6.5～8.5之间。
3.2 温度的影响
根据热力学原理, 温度越高, 生化反应速率越大;但从生物学角度看, 温度越高, 酶的活性越大, 然而温度过高, 将影响酶的活力和细菌的代谢功能。综合考虑各因素, 本实验反应器的温度介于23.2～33.6℃之间, 而非厌氧菌中段最佳温度35℃左右, 因此, 处理效果可能会受到一定影响。
3.3 水力负荷的影响
启动之初, 为了保证微生物与食物充分接触, 又要防止生物膜过分脱落, 选取适当的水力负荷至关重要。水力负荷太小, 不利于生物膜的更新和老化污泥的浮选;水力负荷过大, 又易发生沟流现象, 产生死角, 且易使初挂生物膜脱落, 使出水COD和悬浮固体浓度增加, 影响COD去除率。
4 结 语
(1) 在常温 (23.2～33.6℃) 条件下, 利用UASB中的颗粒污泥能快速启动UBF反应器处理垃圾渗滤液, 充分发挥UASB处理和AF段填料生物膜降解高浓度污水的作用。
(2) 经过28天的驯化启动, UBF反应器可以在负荷约为11.7 kgCOD/ (m3·d) , 渗滤液流量约8.0 L/h的条件下稳定运行, 表明启动成功。启动期间UBF反应器处理垃圾渗滤液时, CODCr的平均去除率为61.1%, 其中UASB段为39.6%, AF段为21.5%。在UASB反应器中增加挂膜工艺 (即UBF工艺) 能显著提高反应器对渗滤液的处理效果。
(3) 本实验采用在挂膜之前的填料预处理促进了挂膜初期的生物膜附着。同时也证明了采用UASB排出的剩余污泥作为接种污泥的强适应性, 可作接种污泥并快速启动, 为UASB颗粒剩余污泥的产品化提供了依据。
参考文献
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升流式厌氧污泥床 篇4
介绍采用EGSB-接触氧化工艺处理可乐生产废水的`工程实例.EGSB反应器的颗粒污泥由城市消化污泥接种,运行温度33-35℃,停留时间为12h,有机负荷14 KsCOD/(m3・d),接触氧化停留时间10b.当进水COD浓度为3000mg/L时,厌氧段COD去除率可达到80%以上,厌氧出水经接触氧化工艺处理后,COD去除串可达95%以上,出水COD≤150mg/L,达到国家二级排放标准.
作 者：曹映东 魏亚文 作者单位：曹映东(纳尔科工业服务,苏州,有限公司)
魏亚文(中国市政工程东北设计研究院天津分院)
刊 名：中国科技博览 英文刊名：ZHONGGUO BAOZHUANG KEJI BOLAN 年，卷(期)： “”(17) 分类号：X52 关键词：EGSB接触氧化 可乐废水