煤制油裝置合成污水厭氧生物處理工藝方案的研究與比選

楊靖華,李瑞龍,陳湊喜

(1.神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤制油分公司，寧夏 靈武 750411；2. 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤制油化工工程建設(shè)指揮部，寧夏 靈武 750411)

煤制油裝置合成污水厭氧生物處理工藝方案的研究與比選

楊靖華1,李瑞龍2,陳湊喜1

(1.神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤制油分公司，寧夏 靈武 750411；2. 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤制油化工工程建設(shè)指揮部，寧夏 靈武 750411)

詳細(xì)對比介紹了厭氧生物處理技術(shù)的基本原理、主要特征、影響因素及研究進(jìn)展，并對各技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較, 客觀論證了其在煤制油化工裝置污水處理中的應(yīng)用前景和實(shí)際效果。

煤制油；合成；污水；厭氧； 生物處理

煤制油裝置產(chǎn)生的合成廢水中一般含有約10%左右的含氧有機(jī)化合物，其中，包括醇類、酸類、醛類、酮類等。這些有機(jī)化合物均是高附加值的基本有機(jī)化工產(chǎn)品，一般可通過精餾等工藝手段，提取其中的醇類、醛類、酮類，剩余廢水只約含1%左右乙酸以及少量的醇類。由于該合成廢水中有機(jī)物濃度高、成分復(fù)雜、可生化性較好。因此，一般建議采用成熟的厭氧+好氧的生物處理工藝路線[1]。本文重點(diǎn)就厭氧法處理煤制油裝置合成廢水的相關(guān)工藝方案進(jìn)行對比、論證研究。

1 合成廢水厭氧生物處理工藝

厭氧法是指在沒有游離氧的情況下，以厭氧微生物為主對高濃度有機(jī)物進(jìn)行降解的一種生物處理方法[2]。在厭氧生物處理過程中，復(fù)雜的有機(jī)化合物被降解轉(zhuǎn)化為簡單、穩(wěn)定的化合物，同時(shí)釋放出能量。通過厭氧處理，廢水的可生化性進(jìn)一步提高，為好氧處理創(chuàng)造了有利條件。高分子有機(jī)物的厭氧降解過程可以被分為四個(gè)階段：水解階段、發(fā)酵(或酸化)階段、產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段[3]。

1.1 水解階段

水解可定義為復(fù)雜的非溶解性的聚合物被轉(zhuǎn)化為簡單的溶解性單體或二聚體的過程。高分子有機(jī)物因相對分子量巨大，不能透過細(xì)胞膜，因此不可能為細(xì)菌直接利用。它們在第一階段被細(xì)菌胞外酶分解為小分子。這些小分子的水解產(chǎn)物能夠溶解于水并透過細(xì)胞膜為細(xì)菌所利用。多種因素如溫度、有機(jī)物的組成、水解產(chǎn)物的濃度等可能影響水解的速度與水解的程度。

1.2 發(fā)酵階段

發(fā)酵可定義為有機(jī)物化合物既作為電子受體也是電子供體的生物降解過程，在此過程中溶解性有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為以揮發(fā)性脂肪酸為主的末端產(chǎn)物，因此這一過程也稱為酸化。在這一階段，上述小分子的化合物發(fā)酵細(xì)菌(即酸化菌)的細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為更為簡單的化合物并分泌到細(xì)胞外。這一階段的主要產(chǎn)物有揮發(fā)性脂肪酸、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等，產(chǎn)物的組成取決于厭氧降解的條件、底物種類和參與酸化的微生物種群。與此同時(shí)，酸化菌也利用部分物質(zhì)合成新的細(xì)胞物質(zhì)。因此，未酸化廢水厭氧處理時(shí)產(chǎn)生更多的剩余污泥。

1.3 產(chǎn)乙酸階段

在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的作用下，上一階段的產(chǎn)物被進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣、碳酸以及新的細(xì)胞物質(zhì)。

1.4 甲烷階段

雖然厭氧消化過程可分為以上四個(gè)過程，但是在厭氧反應(yīng)器中，四個(gè)階段是同時(shí)進(jìn)行的，并保持某種程度的動(dòng)態(tài)平衡。該平衡一旦被pH值、溫度、有機(jī)負(fù)荷等外加因素所破壞，則首先將使產(chǎn)甲烷階段受到抑制，其結(jié)果會(huì)導(dǎo)致低級(jí)脂肪酸的積存和厭氧進(jìn)程的異常變化，甚至導(dǎo)致整個(gè)消化過程停滯[4]。

2 厭氧工藝選擇方案必選

厭氧處理工藝主要有兩大類技術(shù)走向，厭氧活性污泥法和厭氧生物膜法。其中，厭氧活性污泥法包括普通消化池、厭氧接觸消化池、升流式厭氧污泥床、厭氧顆粒污泥膨脹床等；厭氧生物膜法包括厭氧生物濾池、厭氧流化床和厭氧生物轉(zhuǎn)盤。在各項(xiàng)厭氧處理技術(shù)中，目前應(yīng)用最廣泛的是升流式厭氧污泥床技術(shù)[5]。作為第三代厭氧代表技術(shù)的厭氧顆粒污泥膨脹床技術(shù)，逐漸在高負(fù)荷的有機(jī)廢水厭氧處理方案中獲得了越來越重要的應(yīng)用和訂單。因此，在本項(xiàng)目中我們主要比選這兩種技術(shù)。

2.1 升流式厭氧污泥床技術(shù)

升流式厭氧污泥床反應(yīng)器的污泥床區(qū)主要由沉降性能良好的厭氧污泥組成，濃度可達(dá)到50～100g/L或更高。沉淀懸浮區(qū)主要靠反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氣體的上升攪拌作用形成，污泥濃度較低，一般在5～40g/L范圍內(nèi)。在反應(yīng)器的上部設(shè)有氣(沼氣)、固(污泥)、液(廢水)三相分離器，分離器首先使生成的沼氣氣泡上升過程偏折，穿過水層進(jìn)入氣室，由導(dǎo)管排出。脫氣后混合液在沉降區(qū)進(jìn)一步固、液分離，沉降下的污泥返回反應(yīng)區(qū)，使反應(yīng)區(qū)內(nèi)積累大量的微生物。待處理的廢水由底部布水系統(tǒng)進(jìn)入，澄清后的處理水從沉淀區(qū)溢流排除。在升流式厭氧污泥床反應(yīng)器中能得到一種具有良好沉降勝能和高比產(chǎn)甲烷活性的顆粒厭氧污泥，因而相對其他的反應(yīng)器有一定優(yōu)勢：顆粒污泥的相對密度比人工載體小，靠產(chǎn)生的氣體來實(shí)現(xiàn)污泥與基質(zhì)的充分接觸，省卻了攪拌和回流污泥設(shè)備和能耗；三相分離器的應(yīng)用省卻了輔助脫氣裝置；顆粒污泥沉降性能良好，避免附設(shè)沉淀分離裝置和回流污泥設(shè)備：反應(yīng)器內(nèi)不需投加填料和載體，提高容積利用率。

2.2 厭氧顆粒污泥膨脹床技術(shù)

厭氧顆粒污泥膨脹床采用出水回流技術(shù)，反應(yīng)器內(nèi)的液體具有較高的上升流速，且出水回流可稀釋硫酸鹽及其它有毒有害物質(zhì)的濃度，污水與微生物之間可充分接觸，能承受較大的有機(jī)負(fù)荷，有效避免反應(yīng)器內(nèi)死角和短流的產(chǎn)生[6]。應(yīng)用厭氧顆粒污泥膨脹床反應(yīng)器處理低溫低濃度污水和高濃度或有毒、難降解工業(yè)廢水，COD去除率較高。嚴(yán)格來說，厭氧顆粒污泥膨脹床反應(yīng)器是對升流式厭氧污泥床反應(yīng)器的改進(jìn), 除反應(yīng)器主體外，厭氧顆粒污泥膨脹床反應(yīng)器主要由配水系統(tǒng)、反應(yīng)區(qū)、三相分離器、沉淀區(qū)、出水系統(tǒng)和出水循環(huán)系統(tǒng)等構(gòu)成。與升流式厭氧污泥床反應(yīng)器相比，厭氧顆粒污泥膨脹床能在高負(fù)荷下對低溫低濃度有機(jī)廢水取得高處理效率，可維持很高的水流上升流速。反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥床呈膨脹狀態(tài), 顆粒污泥性能良好。在高水力負(fù)荷條件下，厭氧顆粒污泥膨脹床反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥的粒徑較大、凝聚和沉降性能好、機(jī)械強(qiáng)度也較高。厭氧顆粒污泥膨脹床能承受較大的有機(jī)負(fù)荷，且對布水系統(tǒng)要求較為簡單。

3 工藝方案比選結(jié)論

工藝方案比選結(jié)論見表1。

表1 工藝方案比選結(jié)論

[1] 夏鳳毅.“厭氧生物處理工藝”-有機(jī)污水處理的重要工藝之一[J]. 中國環(huán)保產(chǎn)業(yè), 2002(z1):66-67.

[2] 陳 威,朱 雷, 梁華杰. 廢水厭氧生物處理的研究與進(jìn)展[J].國外建材科技, 2006, 27(1): 51-53.

[3] 趙立軍, 滕登用,劉金玲,等.廢水厭氧生物處理技術(shù)綜述與研究進(jìn)展[J]環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備, 2001, 2(5): 58-66.

[4] 王元月, 魏源送,張樹軍. 厭氧氨氧化技術(shù)處理高濃度氨氮工業(yè)廢水的可行性分析[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2013，33(9):2359-2368.

[5] 楊積德, 陳曉娟. 厭氧工藝在低濃度廢水處理中的應(yīng)用[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì), 2012 (3): 51-54.

[6] 李紹衡. 厭氧生物處理技術(shù)的原理及其在城市污水處理中的應(yīng)用[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)學(xué)報(bào)), 2012, 28(3): 16-22.

(本文文獻(xiàn)格式：楊靖華,李瑞龍，陳湊喜.煤制油裝置合成污水厭氧生物處理工藝方案的研究與比選[J].山東化工，2016，45(24)：157-158.)

2016-11-11

楊靖華(1987—)，工程師。

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