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煉油污水厭氧生物處理技術(shù)

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  煉油污水是一類(lèi)污染物組成復雜、懸浮物和油類(lèi)污染物含量高,且生物毒性強、生物不易降解的有機污水。污水經(jīng)物化工藝處理去除大部分油類(lèi)污染物和懸浮物后進(jìn)入生化處理工藝,通過(guò)微生物作用降解污水中大部分COD 和氨氮等有機污染物。生化處理技術(shù)主要是利用微生物代謝產(chǎn)生的水解酶,將水中的大分子有機污染物開(kāi)環(huán)、斷鍵,轉化為小分子有機物,再通過(guò)微生物的協(xié)同作用將小分子物質(zhì)進(jìn)一步轉化為易降解的小分子、

 H2O、CO2 及N2 等物質(zhì),從而實(shí)現污水的凈化作用,具有基建費用低、處理水量大、降解效果顯著(zhù)、適用領(lǐng)域廣泛等諸多優(yōu)點(diǎn),是現代污水處理工藝中最主要的處理技術(shù)。

  1 厭氧生物技術(shù)

  厭氧生物技術(shù)是在沒(méi)有氧氣的條件下,通過(guò)厭氧菌群的新陳代謝活動(dòng),降解大量有機污染物,同時(shí)生成CH 、CO 等無(wú)機物的過(guò)程 。在厭氧生物活動(dòng)過(guò)程中,分子結構復雜、難降解的有機化合物開(kāi)環(huán)斷鏈,轉變成分子結構簡(jiǎn)單、易降解的化合物,并釋放一定能量。厭氧生物處理是一個(gè)由成千上萬(wàn)種不同功能的微生物菌群共同參與完成的代謝過(guò)程,是一個(gè)相互影響、相互制約、同時(shí)進(jìn)行的極其復雜的生物化學(xué)過(guò)程 。

  厭氧生物反應階段學(xué)說(shuō)經(jīng)歷了兩階段到四階段學(xué)說(shuō)的發(fā)展歷程 :兩階段學(xué)說(shuō)是指在厭氧技術(shù)研究初期,人們認為厭氧反應包括兩個(gè)階段,即酸性階段和堿性階段 。隨著(zhù)厭氧生物技術(shù)研究不斷深入,科研學(xué)者相繼提出了厭氧反應三階段學(xué)說(shuō),認為厭氧微生物的降解過(guò)程存在水解酸化、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷三個(gè)階段,F代微生物檢測手段的成熟進(jìn)一步推進(jìn)厭氧微生物學(xué)研究,表明厭氧生物反應可分為四個(gè)階段,即水解階段、酸化階段、產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段。另一種說(shuō)法也是四個(gè)階段,根據各個(gè)反應階段參與的微生物類(lèi)型劃分為水解酸化、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸、耗氫產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷四個(gè)階段 。無(wú)論是兩階段學(xué)說(shuō)還是發(fā)展到后來(lái)的四階段學(xué)說(shuō),對厭氧生物反應的機理研究?jì)群际?:微生物先將復雜的有機物(纖維素、蛋白質(zhì)、脂類(lèi))等發(fā)酵為有機酸、醇類(lèi)、CO 、NH 、H 等 ;然后產(chǎn)酸菌將除甲酸、乙酸、甲醇外的有機酸和醇類(lèi)轉化成乙酸 ;產(chǎn)甲烷菌再將甲酸、甲醇、乙酸、CO 等小分子轉化為甲烷 。

  污水的厭氧生物處理技術(shù)主要應用設備包括普式消化池、厭氧接觸池、升流式厭氧污泥床(UASB)及厭氧顆粒污泥膨脹床(EGSB) 等。

  2 升流式厭氧污泥床反應器(UASB)

  1977 年,荷蘭 Lettinga 教授在經(jīng)過(guò)大量結構計算及試驗驗證,發(fā)明了升流式厭氧污泥床反應器(UpflowAnaerobic Sludge Bed, UASB)[21],UASB 內的污水自下而上流動(dòng),反應器底部由一個(gè)微生物活性極高的污泥組成高濃度污泥床層,污水中的大部分有機化合物經(jīng)過(guò)污泥床與微生物菌群充分接觸,厭氧發(fā)酵為甲烷和二氧化碳等小分子化合物,反應產(chǎn)生的氣體通過(guò)反應器頂部三相分離器集中收集,再利用,污泥受重力作用回到污泥床層區。

  2.1 UASB 工藝原理

  UASB 反應器的工作原理是污水從反應器的底部進(jìn)入,向上流動(dòng)過(guò)程中與污泥床層充分接觸,水中有機物被厭氧菌群新陳代謝過(guò)程利用,降解為 CH 、CO 和小分子化合物等。厭氧過(guò)程中產(chǎn)生的沼氣引起反應器內污水形成內循環(huán),促進(jìn)污泥床內污泥形成顆粒污泥。同時(shí),附著(zhù)了氣體的污泥隨水流上升至反應器頂部,氣 -水 - 泥的混合物經(jīng)過(guò)三相分離器時(shí),沼氣進(jìn)入集氣室集中收集后再利用,污泥顆粒受重力作用沉淀并回到污泥床層,與污水中有機物繼續反應。

  2.2 UASB 工藝的技術(shù)特點(diǎn)

  與早期厭氧工藝比較,UASB 具有以下優(yōu)點(diǎn):

  (1)污泥濃度是早期污泥池的十倍以上,污染物降解效果顯著(zhù)。

  (2)省去機械攪拌裝置輔件,發(fā)酵產(chǎn)生沼氣隨水流上升過(guò)程,迫使上部污泥床呈現懸浮態(tài)。

  (3)省去污泥沉淀池和回流設備,反應器頂部安裝三相分離器,隨水流上升的污泥在三相分離器內受水力學(xué)影響重新回到污泥床反應區。

  (4)減少設備堵塞和反沖洗操作,污泥床無(wú)載體,節省設備造價(jià)同時(shí)避免填料堵塞等問(wèn)題。

  2.3 UASB 工藝的研究與應用

  Saber A. El-Shafai等人用 UASB+ 浮萍池處理生活污水,夏季進(jìn)水 COD 濃度為 749, mg/L 時(shí),經(jīng)過(guò) UASB處理后降到 151 mg/L,最終出水 COD 為 49, mg/L ;冬季進(jìn)水COD 為 871 mg/L 時(shí),經(jīng)過(guò) UASB 處理后將至 257, mg/L,最終出水為 73 mg/L。

  H. Nadais等人以絮凝污泥為接種污泥,采用間歇式 UASB 反應器處理乳品廢水。研究結果表明,間歇式 UASB 處理乳品廢水的最佳周期(COD 轉化為甲烷的最高轉化率)為 96 h(48 h 加營(yíng)養物 +48 h 不加營(yíng)養物),最大負載是 22 g COD/L·d,加入營(yíng)養物階段等價(jià)負荷是 44 g COD/L·d。

  R. Rajakumar等研究中溫條件下(29℃~ 35℃)采用混合型升流式厭氧污泥床(HUASB)處理家禽屠宰廢水。結果表明,最佳有機負荷為 19 kg COD/m3·d,此時(shí) TCOD 的去除率為 70% ~ 86%,SCOD 的去除率為 80% ~ 92% ;生物氣體(最大甲烷含量為 72%)為1.1 ~ 5.2 m3/m3·d ;反應器進(jìn)水有機負荷達到 9.27, kgCOD/m3·d 時(shí),最大的甲烷產(chǎn)量為 0.32 m3/kg COD ;反應器運行 225 天結束實(shí)驗時(shí),污泥床內形成黑色成熟顆粒污泥,顆粒粒徑在 2.5 ~ 5 mm 之間。

  3 膨脹顆粒污泥床(EGSB)

  荷蘭 Biothane Systems 公司經(jīng) 20 多年的試驗研究與實(shí)際應用,在 UASB 結構基礎上,結合厭氧流化床工藝優(yōu)勢,研發(fā)了厭氧顆粒污泥膨脹床工藝(Expanded Granular Sludge Bed, EGSB)。EGSB 工藝是基于UASB 工藝的新一代反應器,出水回流設計和塔式反應器結構進(jìn)一步提升了厭氧反應能力。

  3.1 EGSB 工藝的原理

  EGSB 反應器按照功能區分,自下而上分別是進(jìn)水系統、反應區、沉淀區和三相分離區。廢水在反應區以流態(tài)化狀態(tài)與顆粒污泥充分接觸,加速厭氧反應進(jìn)行 。反應器內污水中有機底物、多種中間產(chǎn)物以及多種厭氧微生物生態(tài)系統間相互作用,發(fā)生一系列復雜的生物化學(xué)反應,厭氧菌群迭代更新的同時(shí)有機污染物被分解,同時(shí)生成沼氣。EGSB 反應器的高流速不僅為有機污染物和微生物菌群充分接觸提供保障,加速厭氧反應進(jìn)程,同時(shí)進(jìn)一步提高了反應器的有機負荷處理能力和抗沖擊能力。

  3.2 EGSB 工藝的技術(shù)特點(diǎn)

  EGSB 工藝作為第三代厭氧工藝代表,具有以下優(yōu)點(diǎn):

  (1)塔式結構,具有更大高徑比,節省裝置占地。

  (2)高液體上升流速,水 - 氣 - 泥充分接觸混合,促進(jìn)反應進(jìn)程。

  (3)出水回流系統,提高反應器抗沖擊能力及有機負荷處理能力。

  3.3 EGSB工藝的研究與應用

  目前我國對EGSB工藝的研究主要圍繞釀酒、制糖等食品類(lèi)有機廢水處理領(lǐng)域,國外應用領(lǐng)域主要集中在有毒、難降解有機廢水的處理。

  Nunez等人在中溫條件下,用 EGSB 反應器處理屠宰廢水。污水 COD 濃度:1 440 ~ 4 200, mg/L(可溶解部分占 40% ~ 60%)。在 OLR=15 kg COD/(m3·d)及 HRT=5 h 的運行條件下,各類(lèi)指標去除率分別達到 COD 67%,SS 90%,脂類(lèi) 85%,且顆粒污泥未積累脂類(lèi)有機物。

  S.Rebac采用EGSB 處理麥芽發(fā)酵廢水。在低溫條件下(13℃~ 16℃),進(jìn)水 COD 濃度為 282 ~ 1 436, mg/L(可生物降解部分占 73%),HRT 為 2.4 h,有機負荷率為4.4 ~ 8.8 kg COD/(m3·d) 時(shí),COD 平均去除率為 56% ;溫度為 20℃,HRT 分別為 2.4 h 和 1.5 h,有機負荷率分別為 8.8 kg COD/(m3·d) 和 14.6, kg COD/(m3·d) 時(shí),COD 去除率分別為 66% 和 72%。

  Rebac等人利用兩級 EGSB 對麥芽汁廢水進(jìn)行處理,進(jìn)水濃度為 200 ~ 1 800 mg COD/L,有機負荷為 3 ~ 12 kg COD/(m3·d),溫度為 10℃~ 15℃、HRT為 3.5 h 時(shí),去除率可達 67% ~ 78%。

  4 總結與展望

  本文主要圍繞兩種高效厭氧生物處理技術(shù),對其典型反應器的工藝原理、優(yōu)點(diǎn)和研究與應用展開(kāi)闡述與分析。在資源匱乏、能耗不增加的環(huán)境背景下,厭氧生物處理工藝以其運行費用低、設備簡(jiǎn)單等特點(diǎn)越來(lái)越受廣大環(huán)保研究人員的重視,而以厭氧生物處理技術(shù)為依托的高效厭氧生物反應器,以其占地面積小、運行負荷高、處理效率高、能耗低等特點(diǎn),已經(jīng)在污水處理的多種行業(yè)展開(kāi)了大量的基礎研究和部分現場(chǎng)應用,盡管目前在煉油污水中尚未出現大量應用,在解決煉油污水生物污泥培養難題后,將成功轉移至煉油污水的生物處理工藝中,成為處理工藝中非常重要的一個(gè)處理環(huán)節,對煉油污水處理工藝的節能降耗意義重大。(來(lái)源:中海油能源發(fā)展股份有限公司 / 安全環(huán)保分公司)

 

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