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  • 废水处理工艺比较简述

    最早的厌氧生物处理构筑物是化粪池,近年开发的有厌氧生物滤池、厌氧接触法、上流式厌氧污泥床反应器、分流厌氧处理法、厌氧膨胀床和厌氧流化床、厌氧生物转盘、两相厌氧法等。

    废水生物处理工艺简介

    一、生物处理工艺:

    1、厌氧工艺

    2、好氧工艺

    二、生物处理工艺方法:

    1、厌氧工艺

    最早的厌氧生物处理构筑物是化粪池,近年开发的有厌氧生物滤池、厌氧接触法、上流式厌氧污泥床反应器、分流厌氧处理法、厌氧膨胀床和厌氧流化床、厌氧生物转盘、两相厌氧法等。

    一、化粪池

    化粪池用于处理来自厕所的粪便污水,曾广泛用于不设污水处理厂的合流制排水系统,尚可用于郊区的别墅式建筑。

    二、厌氧生物过滤法

    厌氧生物滤池是密封的水池,池内放置填料。污水从池底进入,从池顶排出。微生物附着生长在滤料上,平均停留时间可长达100d左右。滤料可采用拳状石质滤料,如碎石、卵石等,粒径在40mm左右,也可使用塑料填料。塑料填料具有较高的孔隙率,质量也轻,但价格较贵。

    根据对一些有机污水的实验结果,当温度在25-35℃时,在使用拳状滤料时,体积负荷可达到3-6kgCOD/m3·d);在使用塑料填料时,体积负荷可达到3-10kgCOD/m3·d)。

    厌氧生物滤池的主要优点是:处理能力较高;滤池内可以保持很高的微生物浓度;不需要另设泥水分离设备,出水SS较低;设备简单、操作方便等。它的主要缺点是:滤料费用较高;滤料容易堵塞,尤其是下部,生物膜很厚,堵塞后没有简单有效地清洗方法。因此,悬浮固体高的污水不适用此法。

    三、厌氧接触法

    对于悬浮固体较高的有机污水,可以采用厌氧接触法。污水先进入混合接触池(消化池)与回流的厌氧污泥相混合,然后经真空脱气器流入沉淀池。接触池中的污泥浓度要求很高,在12000-15000mg/L,因此污泥回流量很大,一般是污水流量的2-3倍。

    厌氧接触法实质上是厌氧活性污泥法,不需要曝气而需要脱气。厌氧接触法对悬浮固体高的有机污水(如肉类加工污水等)效果很好,悬浮颗粒成为微生物的载体,并且很容易在沉淀池中沉淀。在混合接触池中,要进行适当搅拌以使污泥保持悬浮状态。搅拌可以用机械方法,也可以用泵循环池水。据报道,肉类加工污水(BOD5,约1000-1800mg/L)在中温消化时,经过6-12h(以污水入流量计)的厌氧接触池消化,BOD5去除率可达90%以上。

    厌氧接触法的优点是,由于污泥回流,厌氧反应器内能够维持较高的污泥浓度,大大降低了水力停留时间,并使反应器具有一定的耐冲击负荷能力。

    其缺点是,从厌氧反应器排出的混合液中的污泥有趣附着大量气泡,在沉淀池中易于上浮到水面而被出水带走。此外进入沉淀池的污泥仍有产甲烷菌在活动,并产生沼气。使已沉淀的污泥上翻,固液分离效果不佳,回流污泥浓度因此降低,影响到反应器内污泥浓度的提高。对此可采取下列技术措施:

    1)在反应器与沉淀池之间设脱气器,尽可能将混合液中的沼气脱除。但这种措施不能抑制产甲烷菌在沉淀池内继续产气。

    2)在反应器与沉淀池之间设冷气器,使混合液中的温度由35℃降至15℃,以抑制产甲烷菌在沉淀池内活动,将冷却器与脱气器联用能够比较有效地防止产生污泥上浮现象。

    3)投加混凝剂,提高沉淀效果。

    4)用膜过滤代替沉淀池。

    四、上流式厌氧污泥床反应器

    上流式厌氧污泥床反应器(UASB)是由荷兰Lettinga教授等在1972年研制,于1977年开发的。污水自下而上地通过厌氧污泥床反应器。在反应器的底部有一个高浓度(可达60-80g/L)、高活性的污泥层,大部分的有机物在这里被转化为CH4CO2。由于气态产物(消化气)的搅动和气泡黏附污泥,在污泥层之上形成一个污泥悬浮层。反应器的上部设有三相分离器,完成气、液、固三相的分离。被分离的消化气从上部导出,被分离的污泥则自动滑落到悬浮污泥层。出水则从澄清区流出。由于在反应器内可以培养出大量厌氧颗粒污泥,使反应器的负荷很大。对一般的高浓度有机污水,当水温在30℃左右时,负荷可达10-20 kgCOD/m3·d)。

    试验结果表明,良好的颗粒污泥床的形成,使得有机负荷和去除率高,不需要搅拌,能适合负荷冲击和温度与pH的变化。它是一种目前应用很广泛的厌氧处理设备。

    五、分段厌氧处理法

    根据厌氧消化份阶段进行的事实,对于固态有机物浓度高的污水,将水解、酸化和甲烷化过程分开进行。第一段的功能是:固态有机物水解为有机酸;缓冲和稀释负荷冲击与有害物质,截留固态难降解物质。第二段的功能是:保持严格的厌氧条件和pH,以利于产甲烷菌的生长:降解、稳定有机物,产生含甲烷较多的消化气;并截留悬浮固体,以改善出水水质。

    二段式厌氧处理法的流程尚无定式,可以采用不同构筑物予以组合。例如对悬浮固体高的工业废水,采用厌氧接触法与上流式厌氧污泥床反应器串联的组合已经有成功的经验。二段式厌氧处理法具有运行稳定可靠,能承受pH、毒物等的冲击,有机负荷高,消化气中甲烷含量高的等特点;但这种方法也有设备较多,流程和操作复杂等缺陷。研究表明,二段式并不是对各种污水都提高负荷。例如,对于固态有机物低的污水,不论用一段式或二段式,负荷和效果都差不多。因此,研究采用什么样的反应器以及如何组合,要根据具体的水质等情况而定。

    六、厌氧膨胀床和厌氧流化床

    床体内充填细小的骨头颗粒填料,如石英砂、无烟煤、活性炭、陶粒和沸石等,填料粒径一般为0.2-1mm。污水从床底部流入,为使填料层膨胀,需将部分出水用循环泵回流,提高床内水流的上升流速。一般认为膨胀率为10%-20%的为厌氧膨胀床,膨胀床的颗粒保持相互接触;膨胀率为20%-70%的为厌氧硫化床,流化床的颗粒做无规矩的自由运动。

    其优点是,有机物容积负荷较高,水力停留时间短,耐冲击负荷能力强,运行稳定,载体不易阻塞。缺点是耗能较大。

    七、厌氧生物转盘

    厌氧生物转盘的构造与好氧生物转盘相似,不同之处在于上部加盖密封,为收集沼气和防止液面上的空间存氧。污水处理靠盘片表面生物膜和悬浮在反应槽中的厌氧活性污泥共同完成。盘片转动时,作用在生物膜上的剪切力将老化的生物膜剥下,在水中呈悬浮状态,随水流出槽外。沼气从槽顶排出。

    其优点是,可承受较高有机负荷和冲击负荷,COD去除率可达90%以上,不存在载体堵塞问题,生物膜可经常保持较高活性,便于管理。其缺点是造价高。

    八、两相厌氧法

    两相厌氧法是一直新型的厌氧生物处理工艺。1971年戈什(Ghosh)和波兰特(Pohland)首次提出了两相发酵的概念,即把产酸和产甲烷两个阶段的反应分别在两个独立的反应器内进行,以创造各自最佳的环境条件,并将这两个反应器串联起来,形成两相厌氧发酵系统。

    由于两相厌氧发酵系统能够承受较高的负荷,反应器容积较小,运行稳定,日益受到人们的重视。

    由于酸化和甲烷发酵是在独立的反应器内分别进行,从而使本工艺具有下列特点:

    1)为产酸菌、产甲烷菌分别提供各自最佳的生长繁殖条件,在各自反应器能够得到最高的反应速率。

    2)酸化反应器有一定的缓冲作用,缓解冲击负荷对后续的产甲烷反应器的影响。

    3)酸化反应器反应进程快,水力停留时间短,COD浓度可去除20%-25%,能够大大减轻产甲烷反应器的负荷。

    4)负荷高,反应器容积小基建费用低。

    九、厌氧微电解法

    厌氧微电解法同厌氧生物过滤法相同,所不同的是采用微电解填料作为微生物载体,在厌氧的同时微电解填料进行化学原电池反应成为腐蚀电池。体积负荷可达到10-20kgCOD/m3·d)。

    2、好氧工艺

    最早的好氧生物处理构筑物是氧化塘,近年开发的有好氧生物滤池、好氧生物接触法、活性污泥法、序批式活性污泥法(SBR)、MBR膜生物反应器、好氧生物转盘法(生物接触法)、氧化沟(活性污泥法)、微电解氧化法等。

    一、活性污泥法

    活性污泥法是使具有净化功能的絮凝体状比表面积大的微生物增殖体,根据需要在生物反应体系由不断地循环,而且通过人为的控制多余部分排出系统外,使反应器内的底物,即污水中的BOD物质和微生物的比值保持一定的水平,并在溶解氧存在的条件下,使底物和由不同种群微生物所形成的絮凝体充分接触而进行微生物代谢和有机物分解的生化处理方法。

    优点:对污染物的截留能力强,生化彻底,出水水质有保证。

    缺点:占地面积较大,耐冲击能力低,运行费用高。

    二、序批式活性污泥法(SBR

    序批式活性污泥法(SBR)是在普通活性污泥法的基础上发展起来的,其污水处理机制与普通活性污泥法相同,主要区别在于原污水不是顺次流经各个处理单元,而是放流到单一反应池内,按时间顺序实现不同目的操作,SBR法对有机物的去除机理是:在反应器内预先培养驯化一定量的活性微生物(活性污泥),当废水进入反应器与活性污泥混合接触并有氧存在时,微生物利用废水中的有机物进行新陈代谢,将有机污染物转化为CO2H2O等无机物;同时,微生物细胞增值,最后将微生物细胞物质(活性污泥)与水沉淀分离,废水得到处理。SBR法不同于传统活性污泥法,在流态及有机物降解上是空间推流的特点。该法在流态上属完全混合型,而在有机物降解方面,有机基质含量是随时间的进展而降解的。

    优点:不易产生污泥膨胀,处理构筑物的构成简单,省去了二沉池,节省投资和占地面积。

    缺点:SBR为间歇运行,不可连续运行,管理比较麻烦。

    三、生物接触氧化法

    生物接触氧化法是介于活性污泥法和生物膜法之间的一种工艺。接触氧化池内设有填料,部分微生物以生物膜的形式固着生长于填料表面,部分则以絮状悬浮生长于水中。因此它兼有活性污泥法与生物滤池二者的特点。由于其中滤料及其上生物膜均淹没于水中,它又被称为淹没式生物滤池。

    生物接触氧化法具有以下主要特点:

    ①由于填料的比表面积大,池内的充氧条件良好,生物接触氧化池内单位容积的生物固体量都高于活性污泥法曝气池,因此生物接触氧化法具有较高的容积负荷;

    ②由于相当一部分微生物固着生长在填料表面,生物接触氧化法不需要设污泥回流系统,也不存在污泥膨胀问题,动力消耗低,运行管理方便;

    ③由于生物接触氧化池内生物固体量多,水流属完全混合型,因此生物接触氧化池对水质水量的骤变有较强的适应能力;

    ④由于生物接触氧化池内生物固体量多,当有机容积负荷较高时,其F/M比可以保持在一定水平,因此污泥产量可相当于或低于活性污泥法。

    四、微电解生物氧化法

    微电解生物氧化法是介于活性污泥法和生物接触氧化法及化学原电池反应之间的一种工艺,是90年代初新兴的一种废水处理工艺。

    利用微生物代谢作用除去废水中有机污染物。微生物的代谢有赖于有机物等营养物质维持其生命和增殖,而在代谢过程中,有机物则由微生物的作用得以降解,分解转化为无机物,从而使废水中的有机污染物得到去除。利用好氧微生物在有氧条件下的代谢作用,将废水中复杂的有机物分解去除的方法。废水中有机物的氧化降解分为三个阶段:首先降解为单糖、氨基酸或甘油,继而又被氧化成CO2H2Oa-酮戊二酸和草醋酸,最后又被氧化成CO2H2O。在有机物降解的同时,微生物则发生原生质的合成反应而增殖,而合成的能量由有机物氧化过程获得。

    基于多孔网状高分子填料作为微生物载体,近年来,采用微电解法处理稀土废水、冶金废水、炼焦废水、制药废水、电镀废水、石油、化工废水、煤气洗涤废水、印染废水、农药废水等的研究报道越来越多。以上各种有机工业废水的特点是污染物种类多,毒性大,C O D值高,酸碱性变化强,大部分都是生物难降解的污染物质,对生态环境和人体健康有很大的危害。如果采用生化方法或其他单项处理技术处理此类废水,不仅经济上不合算,同时也难以达到良好的处理效果。微电解填料形成的微电解工艺与生化处理工艺相结合则在提高废水可生化性,改善废水水质,减轻后续处理负荷以及提高处理效果方面具有明显的优势。利用微电解法处理工业废水因其具有以废治废 、效果好、投资省、适用面广和运行成本低等优点而广泛受到重视。 

    其微电解机理如下:

    铁炭微电解反应的基本原理是铁与炭在电解质溶液中形成原电池,铁为阳极,炭为阴极,阳极在电池反应中表现为失去电子被氧化,而阴极得到电子被还原,铁炭微电解基于电化学中的电池和阴极材料接触在一起,浸没在电电池反应而成为腐蚀电池,金属阳极电极反应如下:

    阳极( F e )  

    Fe+2eFe2+   E0Fe2+/ Fe=-0.44V

    阴极( C)  

    酸性条件下, 

    2H++2e2 H】→+H2   E0 ( H+H2 )=O.00V

    当有溶解氧存在,酸性条件下反应表现为:

    02+4H++4e2H20   E0( O2 ) = 1.23V 

    当有溶解氧存在,碱性条件下:

    O2+2H2O+4e4OH-    E0( O2OH-)=0.40V

    由阴极反应可见,在酸性充氧条件下,两者的电位差较大,腐蚀反应进行最快,这说明铁在还原曝气条件下处理工业有机废水的效果应该优于不曝气条件下的处理效果,另外 ,阴极反应消耗了大量的H 会提高溶液的pH值。 

    1.氢的氧化还原作用

    电极反应中得到的新生态[H]具有很强的活性,能与废水中NO2-N NO3-N发生还原作用。电化学反应中产生的新生态氢具有较大的活性,能破坏发色物质的发色结构,使废水中某些有机物的发色基团和助色基团破裂,大分子分解为小分子,达到脱色的目的,同时使废水的组成向易于生化的方向转变。

    2.铁的还原作用

    铁是活泼的金属,在酸性或偏酸性条件下的废水中,发生如下反应:

            Fe+2H+ → Fe2++H2  

    当水中有氧化剂时,Fe2+可进一步被氧化成Fe3+, 其反应式为:

            Fe2+e →  Fe3+ 

    从上式可知,酸性条件下能使一些大分子发色有机物降解为无色或淡色的低分子物质,具有脱色作用,同时也提高了废水的可生化性,为后续生化处理创造了条件。 

    3.铁离子的混凝作用

    从阳极得到的Fe2+在有氧和碱性的条件下,会生成Fe (OH)2Fe (OH)3,其发生的反应为:

            Fe2+ + 2OH → Fe (OH)2                        

            4 Fe2++8OH+O2+2H2O → 4Fe (OH)3             

      生成的Fe (OH)2是一种高效的絮凝剂,具有良好的脱色和吸附作用。而生成的Fe (OH)3 也是一种高效胶体絮凝剂,比一般的药剂水解法得到的Fe (OH)3 吸附能力强,可强烈吸附废水中的悬浮物、部分有色物质及微电解产生的不溶物。经过以上各反应的综合作用,最终实现以下效果。

    1)在pHFe/C(质量比)及反应时间控制适当时,可实现下列反应:

            NO2+4H+ +3e → 1/2N2+2H2

            NO3 +6H++5e → 1/2N2+3H2

    2)在pHFe/C及反应时间控制不当时,就会进行如下反应:

            NO2+8H+ +6e → NH4 + + 2H2O   

            NO3 +10H++8e → NH4 + + 3H2O  

    从上式可知,微电解针对有机废水处理有非常优良的效果。

    五、MBR膜生物反应器

    MBR膜生物反应器是介于活性污泥法和生物接触氧化法及纳米技术之间的一种工艺,是90年代初新兴的一种废水处理工艺。

    膜分离性能按截留分子量(MWC)大小进行评价,具有较小的 MWCs 可去除水中较小分子量的物质。RO MWCs 100200 dalton ,其截留性能最好,能去除水中绝大部分的离子,透过的几乎是溶剂,即纯水。但 RO 运行压力高,一般为 1.5 MPa 。纳滤膜的 MWCs 2002 000 dalton ,介于反渗透和超滤之间。根据 NF MWCs 推测可能有 1nm 左右的微孔结构,故称“纳滤”。NF 是一种荷电膜,其特点具有离子选择性,一价离子可大量透过膜,但对多价离子,如钙镁等,具有很高的截留率。NF 的操作压强在 0.51MPa

    UF 孔径范围在 0.001 0.1μ mUF MP 运行压强仅为 70200kPa

    反渗透所分离的溶质, 一般为相对分子量< 500 的糖类、盐类等低分子,反渗透分离过程中溶液的渗透压较高,为了克服渗透压,因而采用较高的压强,操作压强一般为 210 MPa ,水透过率为 0. 12. 5 m3/ (m2·d)

    微滤膜所分离的组分直径为 0. 0315μ m ,主要去除微粒和细粒物质,所用膜一般为对称膜,操作压强为 0. 01 0. 2 MPa ,水透过率为 10 20m3/ (m2·d)

    超滤膜所分离的组分直径为 0. 00510μ m ,一般相对分子量> 500 的大分子和胶体。超滤过滤过程中溶液的渗透压很小,因而采用较小的操作压力,一般为 0. 10. 5 MPa ,所用膜为非对称膜,膜的水透过率为 0. 55.0 m3/ (m2·d)

        纳滤膜存在纳米级的细孔,是超低压反渗透技术的延续和发展。孔径传递性能介于反渗透和超滤膜之间。所分离物质的分子量为 2001000 。一般操作压强为 1MPa 左右,所用膜为非对称膜。纳滤膜对二价和多价离子以及分子量在 2001000 有机物具有较高的去除率。

        微滤和超滤可有效地去除水中微生物(如隐孢子虫、贾第虫、细菌和病毒) ,分离溶液中的大分子、胶体、蛋白质、颗粒等。同时,由于更多更好的超滤、微滤膜组件的开发运用,不同于反渗透和纳滤需要昂的去除颗粒物的预处理,可以直接处理高悬浮固体浓度的原水,因此,膜处理过程易于实现操作过程的自控和遥控,因其运行是自动的,且运行参数难以受外界因素的影响,故运行较稳定。

        膜分离由于具有处理效率高、工艺流程短、易控制、使用灵活、膜分离水厂占地面积少,生产可实行自动化等特点,可以获得以往传统处理工艺从未达到的、稳定可靠的洁净水质。是水处理领域常规处理方式所不能比拟的优点,所以膜法水处理技术在水工业中已受到特别青睐。处理水即可达到排放要求及回用要求。

    三、好氧生物处理工艺比较:

    在相同基数的情况下,每种不同的好氧生物处理都有自身的优点及缺点: