一、厌氧技术-IC反应器
反应器通过2层三相分离器来实现SRT>HRT,获得高污泥浓度;通过大量沼气和内循环的剧烈扰动,使泥水充分接触,获得良好的传质效果。
1、技术优势
IC反应器的构造及其工作原理决定了其在控制厌氧处理影响因素方面比其它反应器更具有优势。
(1)容积负荷高:IC反应器内污泥浓度高,微生物量大,且存在内循环,传质效果好,进水有机负荷可超过普通厌氧反应器的3倍以上。
(2)节省投资和占地面积:IC反应器容积负荷率高出普通UASB反应器3倍左右,其体积相当于普通反应器的1/4~1/3左右,大大降低了反应器的基建投资[5]。而且IC反应器高径比很大(一般为4~8),所以占地面积特别省,非常适合用地紧张的工矿企业。
(3)抗冲击负荷能力强:处理低浓度废水(COD=2000~3000mg/L)时,反应器内循环流量可达进水量的2~3倍;处理高浓度废水(COD=10000~15000mg/L)时,内循环流量可达进水量的10~20倍。大量的循环水和进水充分混合,使原水中的有害物质得到充分稀释,大大降低了毒物对厌氧消化过程的影响。
(4)抗低温能力强:温度对厌氧消化的影响主要是对消化速率的影响。IC反应器由于含有大量的微生物,温度对厌氧消化的影响变得不再显著和严重。通常IC反应器厌氧消化可在常温条件(20~25 ℃)下进行,这样减少了消化保温的困难,节省了能量。
(5)具有缓冲pH的能力:内循环流量相当于第1厌氧区的出水回流,可利用COD转化的碱度,对pH起缓冲作用,使反应器内pH保持最佳状态,同时还可减少进水的投碱量。
(6)内部自动循环,不必外加动力:普通厌氧反应器的回流是通过外部加压实现的,而IC反应器以自身产生的沼气作为提升的动力来实现混合液内循环,不必设泵强制循环,节省了动力消耗。
(7)出水稳定性好:利用二级UASB串联分级厌氧处理,可以补偿厌氧过程中K s高产生的不利影响。工程经验证明,反应器分级会降低出水VFA浓度,延长生物停留时间,使反应进行稳定。
(8)启动周期短:IC反应器内污泥活性高,生物增殖快,为反应器快速启动提供有利条件。IC反应器启动周期一般为1~2个月,而普通UASB启动周期长达4~6个月。
(9)沼气利用价值高:反应器产生的生物气纯度高,CH4为70%~80%,CO2为20%~30%,其它有机物为1%~5%,可作为燃料加以利用。
2、应用前景
IC处理技术从问世以来已成功应用于制药废水、化工废水、啤酒、柠檬酸和食品等废水处理中。1985年荷兰首次应用IC反应器处理土豆加工废水,容积负荷(以COD计)高达35~50kg/(m3·d),停留时间4~6 h;而处理同类废水的UASB反应器容积负荷仅有10~15 kg/(m3·d),停留时间长达十几到几十个小时。
在啤酒废水处理工艺中,IC技术应用得较多,目前我国已有3家啤酒厂引进了此工艺。从运行结果看,IC工艺容积负荷(以COD计)可达15~30 kg/(m3·d),停留时间2~4.2 h,COD去除率ηCOD>75%;而UASB反应器容积负荷仅有4~7 kg/(m3·d),停留时间近10 h。
对于处理高浓度和高盐度的有机废水,IC反应器也有成功的经验。位于荷兰Roosendaal的一家菊苣加工厂的废水,COD约7900mg/L,SO42-为250mg/L,Cl-为4200mg/L。采用22m高、1100m3容积的IC反应器,容积负荷(以COD计)达31 kg/(m3·d),ηCOD>80%,平均停留时间仅6.1 h。
我国无锡罗氏中亚柠檬有限公司的IC厌氧处理系统自1998年12月运行以来一直都很稳定,进水COD一般在8000mg/L以上,PH5.0左右,容积负荷(以COD计)可达30 kg/(m3·d),出水COD基本在2000mg/L以下,且每千克COD产沼气0.42m3。1996年IC反应器首次应用于纸浆造纸行业,并迅速获得客户欢迎,至今全世界造纸行业已建造IC反应器23个。
表
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1列出了IC反应器和UASB反应器处理典型废水的对照结果,从表中数据可以看出,IC反应器在很大程度上解决了UASB的不足,大大提高了反应器单位容积的处理容量。
表1 IC反应器与UASB反应器处理相同废水的对比结果
对比指标
反应器类型
IC
UASB
啤酒废水
土豆加工废水
啤酒废水
土豆加工废水
反应器体积(m3)
6×162
100
1400
2×1700
反应器高度(m)
20
15
6.4
5.5
水力停留时间(h)
2.1
4.0
6
30
容积负荷kg/(m3·d)
24
48
6.8
10
进水COD(mg/L)
2000
6000~8000
1700
12000
ηCOD(%)
80
85
80
95
随着生产的发展,经济高效、节能省地的厌氧反应器越来越受到水处理工作者的青睐。IC反应器的一系列技术优点及其工程成功实践,是现代厌氧反应器的一个突破,值得进一步研究开发。而且由于反应器容积小,生产、运输、安装和维修都十分方便,产业化前景也很乐观。
3、应用实例
1
青海西宁展大科技有限公司(蚕豆深加)
300m3/d
IC反应器
2
山东临邑恒昌麦芽有限公司
300 m3/d
IC反应器
3
山东文远生物科技有限公司
200m3/d
UASB反应器
4
济南欣和食品有限公司
1000 m3/d
IC反应器
5
青海三普药业股份有限公司废水处理工程
1200m3/d
IC反应器
6
青海晶珠藏药股份有限公司废水处理工程
800m3/d
IC反应器
7
菏泽步长制药有限公司废水处理工程(一期、二期)
1000m3/d
IC反应器
8
北京正邦制药有限公司废水处理工程
1000m3/d
IC反应器
9
山东福海集团MES项目废水
200m3/d
IC反应器
10
青岛格利食品沼气发电项目
600m3/d
IC反应器
二、好氧技术-生物流化床
MBBR工艺原理是通过向反应器中投加一定数量的悬浮载体,提高反应器中的生物量及生物种类,从而提高反应器的处理效率。由于填料密度接近于水,所以在曝气的时候,与水呈完全混合状态,微生物生长的环境为气、液、固三相。载体在水中的碰撞和剪切作用,使空气气泡更加细小,增加了氧气的利用率。另外,每个载体内外均具有不同的生物种类,内部生长一些厌氧菌或兼氧菌,外部为好养菌,这样每个载体都为一个微型反应器,使硝化反应和反硝化反应同时存在,从而提高了处理效果。
MBBR工艺兼具传统流化床和生物接触氧化法两者的优点,是一种新型高效的污水处理
方法
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,依靠曝气池内的曝气和水流的提升作用使载体处于流化状态,进而形成悬浮生长的活性污泥和附着生长的生物膜,这就使得移动床生物膜使用了整个反应器空间,充分发挥附着相和悬浮相生物两者的优越性,使之扬长避短,相互补充。与以往的填料不同的是,悬浮填料能与污水频繁多次接触因而被称为“移动的生物膜”。
1、 工艺特点
1)容积负荷高,紧凑省地
特别对现有污水处理厂(设施)升级改造效果显著,不增加用地面积,仅需对现有的设施简单改造,污水处理能力可增加2-3倍,并提高出水水质。
2)耐冲击性强,性能稳定,运行可靠
冲击负荷以及温度变化对MBBR工艺的影响要远远小于对活性污泥法的影响。当污水成分发生变化或污水毒性增加时,生物膜对此的耐受性很强。
3)搅拌和曝气系统操作方面,维护简单
曝气系统采用穿孔曝气管系统,不易堵塞。搅拌器采用香蕉型搅拌叶片,外形轮廓线条柔和,不损坏填料。整个曝气和搅拌系统维护管理简便。
4)生物池无堵塞,生物池容积得到充分利用,没有死角
由于填料和水流在整个生物池内都能得到混合,从根本上杜绝了生物池的堵塞可能,因此池容得到完全利用。
5)灵活方便
工艺的灵活性体现在两方面。一方面,可以采用各种池型(深浅方圆均可)而不影响工艺的处理效果;另一方面,可以很灵活地选择不同的填料填充率,达到兼顾高效和远期扩大处理规模而无需增大池容的要求。对于原有的活性污泥法处理厂的改造和升级,MBBR工艺可以很方便地与原有的工艺有机结合起来, 形成活性污泥-生物膜集成工艺或者流化床活性污泥组合工艺。
6)使用寿命长
优质耐用的生物填料,曝气系统和出水装置可以保证整个系统长期使用而不需要更换,折旧率低。
2、 应用实例
1
石家庄开发区污水处理厂
5万吨/d
升级改造
2
顺鑫澜庭小区污水处理站
500吨/d
3
廊坊开发区污水处理厂
2000吨/d
4
抚顺乙烯污水处理厂
2500吨/d
三、MBR技术
膜生物反应器(MembraneBioreactor,简称MBR),是由膜分离和生物处理结合而成的一种新型、高效的污水处理技术。膜分离技术最早应用于微生物发酵工业,随着膜
材料
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和制膜技术的发展,其应用领域不断扩大,已经涉及到化工、电子、轻工、纺织、冶金、食品、石油化工和污水处理等多个领域。
1、 工程优势
1) 对污染物的去除效率高
MBR对悬浮固体(SS)浓度和浊度有着非常良好的去除效果。由于膜组件的膜孔径非常小(0.01~1μm),可将生物反应器内全部的悬浮物和污泥都截留下来,其固液分离效果要远远好于二沉池,MBR对SS的去除率在99%以上,甚至达到100%;浊度的去除率也在90%以上,出水浊度与自来水相近。
由于膜组件的高效截留作用,将全部的活性污泥都截留在反应器内,使得反应器内的污泥浓度可达到较高水平,最高可达40~50g/L.这样,就大大降低了生物反应器内的污泥负荷,提高了MBR对有机物的去除效率,对生活污水COD的平均去除率在94%以上,BOD的平均去除率在96%以上。
同时,由于膜组件的分离作用,使得生物反应器中的水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)是完全分开的,这样就可以使生长缓慢、世代时间较长的微生物(如硝化细菌)也能在反应器中生存下来,保证了MBR除具有高效降解有机物的作用外,还具有良好的硝化作用。研究表明,MBR在处理生活污水时,对氨氮的去除率平均在98%以上,出水氨氮浓度低于1mg/L.
此外,选择合适孔径的膜组件后,MBR对细菌和病毒也有着较好的去除效果,这样就可以省去传统处理工艺中的消毒工艺,大大简化了工艺流程。
另外,在DO浓度较低时,在菌胶团内部存在缺氧或厌氧区,为反硝化创造了条件。仅采用好氧MBR工艺,虽然对TP的去除效率不高,但如果将其与厌氧进行组合,则可大大提高TP的去除率。研究表明,采用A/O复合式MBR工艺,对TP的去除率可达70%以上。
2) 具有较大的灵活性和实用性
在城市污水或工业废水处理中,传统的处理工艺(格栅+沉砂池+初沉池+曝气池+二沉池+消毒池)流程较长,占地面积大,而出水水质又不能保证。而MBR工艺(筛网过滤+MBR)则因流程短、占地面积小!处理水量灵活等特点,而呈现出明显优势#MBR的出水量根据实际情况,只需增减膜组件的片数就可完成产水量调整,非常简单、方便。
对于传统的活性污泥法工艺中出现的污泥膨胀现象,MBR由于不用二沉池进行固液分离,可以轻松解决。这样,就大大减轻了管理操作的复杂程度,使优质!稳定的出水成为可能。
同时,MBR工艺非常易于实现自动控制,提高了污水处理的自动化水平。
3)解决了剩余污泥处置难的问题
剩余污泥的处置问题,是污水处理厂运行好坏的关键问题之一#MBR工艺中,污泥负荷非常低,反应器内营养物质相对缺乏,微生物处在内源呼吸区,污泥产率低,因而使得剩余污泥的产生量很少,SRT得到延长,排除的剩余污泥浓度大,可不用进行污泥浓缩,而直接进行脱水,这就大大节省了污泥处理的费用。有研究得出,在处理生活污水时,MBR最佳的排泥时间在35d左右。
2、工程应用
1)天脊煤化工7200 m3/d废水MBR处理工程;
2)河南省骏马化工股份有限公司-3000m3/d废水MBR处理工程;
3)开封晋开煤化工:5000m3/D高氨氮废水MBR处理工程;
4)晋丰煤化高平3000T/D尿素合成氨生产废水MBR处理工程;
5)山西丰喜华瑞煤化工3000m3/d回用水MBR处理工程(一期、二期);
6)天脊中化煤化工2520m3/d生产废水MBR处理工程;
7)金陵石化960m3/D 化工生产废水改造MBR膜生物反应器工程;
8)兰州石化2880m3/d丁苯橡胶废水MBR处理工程;
9)印度1500T/D、5000T/D高含盐印染废水回用技术MBR+ACF+ RO;
10)山东谷神2400m3/d大豆蛋白废水-UASB+MBR处理工程;
11)石药集团15000T/D抗生素废水MBR改扩建工程;
12)莱钢集团股份有限公司焦化厂2#酚氰废水处理站改造工程
四、污泥好氧堆肥技术
采用SACT高温好氧堆肥技术,高温好氧堆肥技术是利用生物能,将污泥彻底熟化降解的高效生化反应过程。
1、工艺特点
(1)充分利用生物能,节约能耗,化害为利,无二次污染。污泥中有机物在氧化作用下与好氧菌充分反应,放出热量,使堆肥物料自然产生高温,无论室外温度如何,均能保持60℃以上的高温。这种生化反应过程不需施加任何燃料。生物能使小分子有机物分解,大分子有机物降解稳定化,生成有机肥料还能脱水使物料干燥。好氧发酵过程不产生甲烷等厌氧气体,产生较小的臭味,由于持续高温,杀死病原体和杂草种子,彻底使污泥无害化。采用特殊添加物使污泥中重金属在碱性介质作用下稳定化、无害化。
(2)高温发酵生物过程可以生产出高品质的有机肥料,由于污泥中富含N、P、K等营养物质,在好氧菌作用下稳定熟化,易于植物和作物吸收。
(3)高温好氧发酵过程所产生的生物有机肥料,易于深加工,有益于微生物的繁殖,可加工成菌肥,也可与营养素混合制成复混肥及各种土壤改良剂。
2、工程应用
该技术成功运用在唐山西郊污水厂污泥制肥示范工程、唐山西郊污水厂二期污泥制肥工程(世行项目)、太原河西北中部污水处理厂、烟台莱山污水厂污泥无害化处理工程、北京大兴污泥消纳厂、洛阳瀍东污水处理厂污泥无害化工程等一批污泥处置工程等,取得良好的经济效益和社会效益。