厌氧处理工艺高效率的厌氧处理应满足两个条件:(1)反应器内要保留大量的活性污泥(2)反应器进应与活性污泥保持良好的接触。对于条件(1)我们采用高浓度活性污泥法(简称高浓法)工艺以达要求。
高浓度活性污泥法高浓法是在传统活性污泥法的基础上研发出的一种生化方法,以增大活性污泥的浓度达到对废水有效进行处理的一种改良方法。一般情况下反应器颗粒活性污泥浓度(MMLS)接种范围是24g/L为宜,高浓度活性污泥法的接种污泥范围为510g/L <3-4>。常海荣等<5>在用EGSB处理某酒精厂酒精废液时,反应器内污泥浓度(SS)高于10g/L,接种运行180d后,距反应器底部5m处颗粒污泥浓度高达92g/L,出水处理效率达90%以上。
高浓度的活性污泥,可以降低难降解物质的污泥负荷,有利于培养降解难降解物质的微生物,有利于易分解和难分解物质的去除,处理效率高;当污泥浓度升高到一定的程度,可增大活性污泥平均停留时间,反应器内污泥处于消长平衡状态,很少或基本上不排污泥,从而减少了排放剩余污泥的费用;污泥浓度高承受冲击负荷能力大,对水质水量波动适应强,对冲击负荷有较强的抵抗能力,有利于生化系统稳定运行;水力停留时间短,短时间内即可达到良好的处理效果,可以缩小生化工程规模,减小占地,降低基建和运行费用。梅荣武等<7>研究用高浓度法处理江苏某啤酒厂废水时,进水COD=900~3800 mg/L,pH=5~13,经高浓法处理后,出水COD=80~140 mg/L,pH=6~9,COD去除率达91%上。
高浓法存在的问题是:活性污泥浓度高,颗粒污泥易于沉降,颗粒污泥处于基本稳定的静止状态,不易传质,同时影响颗粒污泥的健康成长,以致解体;沉降下来的活性污泥与废水不能充分接触,污泥活性受到很大影响,不能充分发挥其活性;污泥浓度高,固液难分离,易造成活性污泥的流失,同时活性污泥易堵塞设备管道,出现短流和死角问题。
针对以上问题和厌氧处理需满足的条件(2),笔者从厌氧反应器出发寻找解决问题的方法。
厌氧反应器根据活性污泥的性状及其存在方式,可将厌氧反应器分为3大类:①固定膜反应器②悬浮颗粒厌氧反应器③复合式厌氧反应器。各种厌氧反应器都被运用到了啤酒废水的处理当中,各存在优缺点。
固定膜反应器固定膜反应器是采用固定化技术将微生物细胞固定于反应器的载体上,在载体表面形成固定生物膜,当废水流过固定化膜时,膜上的微生物将有机物质分解达到净化的目的的一种反应器。
厌氧滤池*早采用的厌氧消化装置是化粪池,50年代Schroepfer开发了厌氧接触工艺,以传统厌氧消化池作为厌氧消化器。60年代末美国McCarty在Coulterk开发出**个高速固定膜厌氧反应器AF(Anaerobic Filter),其特点是:①有机容积负荷高,有机物去除快,载体表面及内外附着大量的微生物,污泥浓度高,污泥停留时间延长,缩短了水力停留时间HRT,减小了反应器的体积,提高了净化效率;②抗冲击负荷能力强;③污泥产量低,厌氧活性污泥能较好的附着、吸附在载体上,不易随水流出
厌氧滤池存在死角、沟流、短流和易堵塞等问题。A.Punal等
分析了问题并提出解决的办法:①采用在填料塔不同高度进水;②在许可范围内选取较大粒径或大孔隙率的填料也可防堵;③采用出水循环降低进水有机物浓度,提高进水的上升流速,减小填料空隙中的悬浮物,也可减小堵塞。
路学军<10>运用AF法处理啤酒废水时发现:要求处理率在80%~90%才能达到污水的排放标准,此时低负荷生物滤池的负荷率应在0.2~0.4kgBOD/m 3 d,高负荷生物滤池的负荷率在1.0~1.2kgBOD/m 3 d之间,若提高负荷率,出水水质将有所下降。
厌氧流化床(AFB)1974年Jerris为了解决厌氧滤池存在的问题,提出了厌氧流化床工艺(Anaerobic Fluidiged Bed),流化态能使厌氧污泥与废水*大程度的接触,避免了固定床底部负荷过重的现象;小颗粒载体(粒径一般为0.2~0.8mm,比表面积为3300~10000 m-3)为微生物的固定化提供了巨大的表面积,反应器内生物量可达1014 g/L,去除率高;进水流速高(10~30m/h)生物膜薄传质阻力小,传质速率快,克服了AF的堵塞和死角;抗冲击性强,对水质适应性强<11>。
AFB反应器可处理低浓度生活废水和较高浓度的有机废水(啤酒、蔗糖等),AFB反应器在啤酒废水处理中研究和应用的都较少,在其他工业废水方面报道的较多一些。郭勇等用AFB反应器作为厌氧氨氧化器来处理垃圾渗滤液取得了良好的脱氮效果。
生产性流化床之所以不多见主要由于:①要满足流化状态需大量回流水使上流速度足够高,因此能耗高,运行费用高;②对生物膜颗粒要求严格,流化程度不易控制,污泥颗粒易流失。
厌氧附着膜膨胀床(AAFEB)1974年Jewell等<13>研究者研究和开发出厌氧附着膜膨胀床工艺(Anaerobic Attached Film Expanded Bed Process),它与流化床的区别在于载体的膨胀程度,以填料层高度计,膨胀床的膨胀率约为10%~20%,流化床则为20%~70%。膨胀床的床层有一定的松动,并未达到流态化<13>。
AAFEB的应用报道缺乏,庄黎宁等<14>运用厌氧附着膜膨胀床(AAFEB)工艺对石油化工废水进行研究,中温条件下(35℃),HRT=32h,有机容积负荷为0.523kgCOD /m 3 d,COD去除率达80.8%。郑平等<15>运用厌氧附着膜膨胀床(AAFEB)工艺处理啤酒废水研究时,去除率达到了良好得效果。杭州啤酒厂采用AAFEB工艺处理糖化废水时得到好的效果:HRT=6h,有机容积负荷33.76kgCOD /m 3 d,容积产气率13.90 2m 3 / m 3,COD去除率86.88%。
悬浮颗粒反应器2.3.2.1上流式厌氧颗粒污泥床反应器(UASB)1972年荷兰农业大学Lettinga研制了上流式厌氧污泥床(Upflow Anaerobic Sludge Blanket),该反应器特别适用于高浓度有机废水的处理,目前国内外研究的较多并且广泛地运用到了啤酒废水的处理上。
Yue-Gen Yan等<16>运用UASB处理21.8的啤酒废水(COD=2030mg/L,BOD 5 =1150mg/L),出水的COD、BOD 5去除率分别为89.1%和91.3%。我国左永泉等<17>应用UASB处理COD=10001800mg/L、BOD 5 =530mg/L的啤酒废水,在HRT=6h时,COD cr去除率平均在80%左右,沼气产率为0.495 m 3 /kg,污泥产率为0.1kg/kg.聂洪文等<18>将UASB与AF结合起来构成UAMB(Upflow Anaerobic Multibde Reactor)反应器,研究了在35℃时COD=7000~10000 mg/L的啤酒废水,其COD去除率达80%以上,沼气含量为70.3%。吴允等<19 >向接种厌氧污泥中加入膨润土和非离子型聚丙烯酰胺,处理啤酒生产废水,4周内形成稳定颗粒污泥床。
UASB法占地面积小,不需曝气耗能,能回收能源,变废为宝,投资少。但UASB反应器内污泥浓度高,产沼气不断上升且进水流速较大,易造成固液难分离和污泥易流失。三相分离器的好坏直挥影响废水处理的效果。管锡 等<20>对UASB进行改良时在三相分离器前采用回流方式,改良后的UASB处理有机废水时,在*后141~151d尽管负荷达11kg/ m 3,但COD的去除率达92%以上。
啤酒废水厌氧生物处理技术研究进展91 80年代后期,荷兰学者Lettinga和其同事研究出了厌氧膨胀颗粒污泥床(Expanded Granular Sludge Bde),EGSB实际上是UASB的改良,采用了较大的高径比和回流比,在运行中保持较高的上升流速(6~12m/h)使颗粒污泥处于膨胀悬浮状态,从而保证了进水与污泥颗粒的充分接触,促使有机物的快速降解,废水处理效率高。厌氧反应器完全封闭,使得臭气不会散发出来,并且可在一定压力下工作,从而可省去沼气压缩设备,节省了基建及运行费用。
内循环反应器(IC)1985年荷兰PAGUES公司建造出**个厌氧内循环(Internal Cyclic)中试反应器,它由上下两个UASB反应器组成,下部为高负荷区,上部为低负荷区,利用气体上升带动污泥循环。
1996年引进IC技术处理啤酒生产废水,设计日处理高浓度有机废水400 m 3,COD cr去除率达80%,包括配套设施在内全部占地面积仅245平方米。上海富仕达啤酒厂采用IC厌氧反应器后接好氧处理系统,总出水COD cr为75mg/L,COD cr去除率为96.3%。
IC反应器高约16~25m,容积负荷约为一般UASB的4倍,占地面积少,基建费用省,有机负荷高,抗冲击负荷能力强,运行稳定性好,但操作严格,三相分离器要求高,很多人也开始着手研究三相分离器了。
厌氧浮动生物膜反应器(HYAN)HYAN和UBF相似,采用比重小于水的填料,将上部滤层改为浮动床,李清雪等<24>利用该反应器进行了高浓度有机废水的处理研究,采用聚丙烯材料制成的悬浮生物膜填料,在t=20℃~28℃,容积负荷为5.38~20.62kgCOD/m 3 d,当HRT=23.14h时,COD去除率在90%以上。
啤酒厌氧技术的发展方向啤酒废水处理受到关注,并日益向着节资、节能、节地、高效、回收利用有用物质的方向发展,使得废水处理对于每个啤酒生产厂家来说都变得切实可行。设计用生态工程系统(EES)对啤酒废水处理利用时,实现了啤酒废水负价值被动处理转变为正价值的资源化、生态化与经济化的利用目标。
应用PSB和螺旋藻研究了啤酒废水的净化和利用,试验表明不仅能高效的处理啤酒废水且能回收数量可观的含高蛋白的螺旋藻。满春生等<26>应用啤酒废水培养单细胞蛋白(SCP)获得了丰富的含高蛋白的营养物。高玉荣等在研究啤酒废水生物净化时,*后得到大量鱼虾和其他动物的优质饵料生物-大型蚤、藻。
结束语针对啤酒废水的COD值高、可生化性强的特点,采用厌氧生物处理方法是可行。根据实际情况因地制宜地选择出适合的工艺方法(如高浓度活性污泥法),再配以适合的厌氧反应器,充分发挥出厌氧工艺和高效厌氧器对啤酒废水进行处理的优势,同时啤酒废水厌氧处理过程中可产生大量的可利用的有用物质以及新型能源 甲烷,因此有理由相信厌氧生物处理技术在啤酒废水处理领域将有更加广阔的应用前景。
(完)