高濃度有機廢水厭氧處理研究

彭驪

（江蘇省宜興市公用市政設(shè)計院，江蘇 宜興214200）

1 引言

作為水體的重要污染物之一，有機污染是水質(zhì)變壞、發(fā)黑、發(fā)臭的罪魁禍首。隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，這種污染已成為一個全球性問題。特別是某些工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高濃度有機廢水，如不經(jīng)處理直接排放將對水體造成嚴重的危害。因此，對高濃度有機廢水的處理應(yīng)作為廢水處理領(lǐng)域的一項重要的任務(wù)加以重視。

2 高濃度廢水的來源及危害

對高濃度有機廢水的定義通常是指廢水COD大于1 000mg/L的廢水[1]，如食品、發(fā)酵、化工、煉焦、醫(yī)藥、造紙、制革等行業(yè)排出的廢水大多屬于高濃度廢水。這些廢水成分復(fù)雜，COD、BOD、SS含量高且排放量大，部分含有有毒有害物質(zhì)，對環(huán)境造成了極大的影響。

高濃度有機廢水對環(huán)境的危害主要表現(xiàn)在需氧性污染危害，消耗水中的溶解氧危害水生物的生長繁殖；酸、堿污染危害，改變水體pH值，干擾水體自凈能力；感官性污染危害；致毒性污染危害，排入水體的有毒物質(zhì)不容易被降解，會通過食物鏈富集進入人體，危害人體健康等幾個方面。

3 厭氧工藝處理高濃度廢水

高濃度廢水處理方法主要有化學處理法、物化處理法和生物處理法。生物處理法又因其成本低、處理效果好得到關(guān)注。生物處理法中的好氧生物處理適于中低濃度的廢水，厭氧處理技術(shù)適用于處理高濃度有機廢水。厭氧處理技術(shù)主要是利用反應(yīng)器內(nèi)部的厭氧菌水解、產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷等階段降解廢水中的有機污染物[2]。此過程不但耗能低，而且能夠在有機物厭氧降解的同時，產(chǎn)生沼氣能源，具有較好的處理潛力和經(jīng)濟效益，且負荷高、產(chǎn)泥少、耐沖擊負荷等多種優(yōu)點而受到廣大科研工作者的重視。經(jīng)過100多年的發(fā)展，厭氧生物反應(yīng)器已經(jīng)發(fā)展到第3代，現(xiàn)分別對其進行介紹。

3.1 內(nèi)循環(huán)（IC）厭氧反應(yīng)器

IC厭氧反應(yīng)器是由荷蘭PAQUES公司在20世紀80年代研發(fā)推出的，用以處理馬鈴薯、啤酒、食品加工等工業(yè)廢水。IC厭氧反應(yīng)器由兩個UASB反應(yīng)器一體化組合而成，通過采用內(nèi)循環(huán)技術(shù)大大提高了COD容積負荷，能產(chǎn)生高的沼氣量，再配合內(nèi)循環(huán)液的作用，污泥處理膨脹流化的狀態(tài)，實現(xiàn)了泥水之間的良好接觸，強化傳質(zhì)效果。

與UASB相比，IC反應(yīng)器有更高的容積負荷，內(nèi)循環(huán)提高了第一反應(yīng)區(qū)的液相上升流速，強化了廢水中有機物和顆粒污泥間的傳質(zhì)，使其有機負荷升高；IC厭氧反應(yīng)器有更高的抗沖擊負荷能力，運行的穩(wěn)定性更好，主要是因為內(nèi)循環(huán)的形成，使得IC厭氧反應(yīng)器第一反應(yīng)區(qū)的實際水理大于進水量，循環(huán)水量可達進水量的3～20倍，進水與循環(huán)水在第一反應(yīng)區(qū)充分混合，能使高濃度廢水和含有有毒物質(zhì)的廢水得到稀釋，大大降低了其濃度及毒性，降低原水對反應(yīng)器的沖擊，從而提高反應(yīng)器的耐沖擊能力。通常情況下，IC厭氧反應(yīng)器的容積負荷是普通UASB的4倍左右，所以基建投資省，占地面積也更小。IC厭氧反應(yīng)器具有運行穩(wěn)定性好、抗沖擊負荷能力強、有機負荷高、占地面積小等一系列優(yōu)點，已成為第三代厭氧反應(yīng)器的代表工藝之一。

3.2 折流板厭氧反應(yīng)器

ABR反應(yīng)器是由美國Stanford大學的Bachman和McCcrty等于20世紀80年代提出的一種高效新型厭氧反應(yīng)器，能有效改善單體反應(yīng)器中存在的床體膨脹和床中水力溝流現(xiàn)象。反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置若干豎向?qū)в伟澹瑢⒎磻?yīng)器分隔串聯(lián)成幾個反應(yīng)室，廢水進入反應(yīng)器后沿導(dǎo)流板上下折流前進，廢水中的有機質(zhì)通過與微生物的充分接觸而去除。ABR反應(yīng)器獨特的分格式結(jié)構(gòu)及推流式液態(tài)使得每個反應(yīng)室中可以培養(yǎng)出與流至該反應(yīng)室中的污水水質(zhì)、環(huán)境條件相適應(yīng)的微生物群落，從而導(dǎo)致厭氧反應(yīng)產(chǎn)酸相和產(chǎn)甲烷相的分離，兩大類厭氧菌群可以生長在各自最適宜的環(huán)境條件下，有利于充分發(fā)揮厭氧菌群的活性，提高系統(tǒng)的處理效果。

ABR反應(yīng)器的優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)簡單、無需機械混合裝置、不易阻塞、污泥床膨脹程度較、投資成本和運轉(zhuǎn)費用低；水力停留時間短、可采用間歇運行方式、耐水力沖擊負荷和有機沖擊負荷能力強。

3.3 膨脹顆粒污泥床

膨脹顆粒污泥床（EGSB）是荷蘭 Wageningen農(nóng)業(yè)大學Lettinga于1976年提出，是對UASB的一種改進工藝，在UASB的基礎(chǔ)上提高了液體的上升流速[3]：UASB采用的水力不升流速一般小于1m/h，而EGSB采用較大高徑比和出水回流循環(huán)量/進水流量比，使其上升流速達到5～10m/h。EGSB的主要組成部成有進水配水系統(tǒng)、氣固液相分離器、出水系統(tǒng)以及進出水循環(huán)系統(tǒng)。

EGSB主要特點是采用處理出水回流，回流可增加反應(yīng)器的水力負荷，并且對超高濃度廢水及有毒物質(zhì)有一定的稀釋效果，既能保證高濃度污水處理效果，也能降低有毒物質(zhì)的抑制與毒害；反應(yīng)器的設(shè)計采用塔形結(jié)構(gòu)，有較高的高徑比，能在提高上升流速的同時減少占地面積；高的水力負荷也使上面上升流速和攪拌速度增強，確保廢水與污泥的充分接觸，傳質(zhì)得到強化，有效的解決了UASB的短流、堵塞等問題。

3.4 序批間歇式厭氧生物反應(yīng)器

厭氧序批式反應(yīng)器（ASBR）是20世紀90年代由美國R.R.Dague等[4]提出的一種新型高效厭氧反應(yīng)器。ASBR工藝是一種間歇進水、間歇排放、懸浮生長的厭氧生物處理工藝。它由一個或者幾個ASBR反應(yīng)器組成，運行時，從廢水分批進入反應(yīng)器中，經(jīng)與厭氧污泥進行混合接觸、生化反應(yīng)和沉淀，到凈化后的上清液排出，完成一個運行周期，不必設(shè)置空轉(zhuǎn)期。進水階段反應(yīng)器內(nèi)基質(zhì)濃度驟然增高，微生物獲得巨大推動力；反應(yīng)階段是有機基質(zhì)轉(zhuǎn)化成生物氣的一個重要階段，這一階段的時間由基質(zhì)性質(zhì)、出水水質(zhì)要求等多種因素決定，反應(yīng)過程中可進行攪拌；沉淀階段停止攪拌以使泥水分享，反應(yīng)器自身也為澄清池；在有效的泥水分離后進行出水。

這種工藝能夠延長污泥在反應(yīng)器的停留時間，增加污泥濃度，在反應(yīng)器內(nèi)能培養(yǎng)出沉降性能好、活性高的顆粒污泥，提高厭氧反應(yīng)器的負荷和處理率，同時大大縮短具了水力停留時間，從而減小了反應(yīng)器的容積，有利于厭氧技術(shù)用于生產(chǎn)規(guī)模的廢水處理，增強了厭氧系統(tǒng)的穩(wěn)定性和對不良因素的適應(yīng)性[5]。盡管ASBR運行上類似于厭氧接觸，，但ASBR的固液分離在反應(yīng)器內(nèi)部進行，出水固液分離效果好，不需另設(shè)澄清池；另外ASBR中不需設(shè)置UASB中復(fù)雜的三相分離器，具有工藝簡單、投資省、操作靈活、生化反應(yīng)推動力大等優(yōu)點，而且溫度對ASBR反應(yīng)器影響小，適應(yīng)范圍廣。

4 結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，高濃度有機廢水的種類和數(shù)量將不斷地增加，厭氧處理在這一領(lǐng)域的運用必將越來越廣泛。但是隨著高濃度廢水處理難度的增加，單一的厭氧污水處理技術(shù)的運用存在一定的局限性。新型厭氧技術(shù)的產(chǎn)生以及不斷改進的現(xiàn)有厭氧污水處理技術(shù)將在高濃度廢水處理領(lǐng)域發(fā)揮日益重要的作用。

[1]童 昶，沈耀良，趙 丹，等.厭氧反應(yīng)器技術(shù)的發(fā)展及ABR反應(yīng)器的工藝特點[J].江蘇環(huán)境科技，2001，14（4）：9～11

[2]徐曉秋.高濃度有機廢水厭氧處理技術(shù)的研究進展與應(yīng)用現(xiàn)狀[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2010（12）：6～9.

[3]Lettinga G.Anaerobic treatment of sewage and low strength wastewater.Proc[J].Anaerobic digestion，1984（2）：271～279.

[4]Dague R E，McKinney J T.Anaerobic activated sludge[J].Water Poll Control Fed.，1996，38（2）：220～226.

[5]李亞新，李玉瑛.厭氧生物處理新工藝－厭氧序批式反應(yīng)器[J].工業(yè)用水與廢水，2002，33（1）：4～6.