上流式污泥床過(guò)濾器新工藝處理廢水的現狀及應用
中國污水處理工程網(wǎng) 時(shí)間：2011-2-10 9:50:09
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1.研究進(jìn)展
目前國內外對UBF反應器的動(dòng)力學(xué)模型、啟動(dòng)、運行性能及其影響因素都有研究。
1.1 動(dòng)力學(xué)模型
物料在反應器中不同的流動(dòng)情況直接與反應器內基質(zhì)濃度、溫度和反應時(shí)間等工藝條件密切相關(guān)，因此對反應器中流體流動(dòng)模型的研究是反應器放大應用的一個(gè)重要環(huán)節。
Nurdan B y kkamaci等人運用不同數學(xué)模型，對在不同有機負荷(OLR)和水力停留時(shí)間(HRT)條件下處理合成廢水的UBF進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，發(fā)現只Second-order模型和Stover-Kincannon模型最能描述反應器的動(dòng)力學(xué)行為，相關(guān)系數分別高達98%和99%。
劉忠生等人[3]提出了UBF液體流動(dòng)組合模型，它將污泥床、污泥層和填料層視為相互隔開(kāi)、各帶死區的全混流反應單元，它們之間用上流和返混依次相連， 并有原料水自污泥床入口旁流(短路)到污泥層和填料層，進(jìn)而利用該模型和比基質(zhì)降解Monod方程建立了UBF基質(zhì)降解動(dòng)力學(xué)模型，并通過(guò)試驗取得了精對苯二甲酸廢水基質(zhì)動(dòng)力學(xué)常數。
1.2 啟動(dòng)
啟動(dòng)的目標是為需處理的污水培養最適宜的微生物，一旦活性污泥形成，不管是顆�；蛐躞w，反應器的運行都很穩定。因此，厭氧反應器能否成功地快速啟動(dòng)是決定反應器運行成敗的先決條件[4]。
Hashemian等人[5]對用聚氨酯為填料的UBF的啟動(dòng)進(jìn)行了研究。認為雖然聚氨酯填料代價(jià)高，但能夠縮短啟動(dòng)時(shí)間。Huub等人[6]對用聚氨酯為填料的UBF與UASB的啟動(dòng)進(jìn)行了對比研究，發(fā)現UBF較UASB啟動(dòng)更快�？赡苁怯捎谠谇罢咧挟a(chǎn)甲烷菌群快速固定的緣故。
李斗等人[7]采用UBF反應器以某化工廠(chǎng)生產(chǎn)廢水(含大量環(huán)己烷、環(huán)己醇及少量酸鈉)為處理對象對反應器的啟動(dòng)進(jìn)行了試驗研究，結果表明當COD容積負荷(VLR)為2.12kg/m3·d時(shí)，其COD去除率最高(82%)，反應器中形成厭氧顆粒污泥。試驗驗證了UBF在處理高濃度降解廢水時(shí)，具有啟動(dòng)快特點(diǎn)。
1.3 運行性能及其影響因素
UBF是工業(yè)、生活油脂、印染、啤酒、制藥、制糖、屠宰等行業(yè)高運行穩定、抗沖擊負荷能力強是UBF的又一大顯著(zhù)特點(diǎn)，其對容積負荷、溫度、pH的波動(dòng)有較好的承受能力。濃度有機廢水進(jìn)行高效生化處理較理想的設備，啟動(dòng)速度快，運行效率高是其一大優(yōu)點(diǎn)。影響其運行效能的因素如下：
1.3.1溫度
根據熱力學(xué)原理，溫度越高，生化反應速率越大，同時(shí)，從生物學(xué)角度看，溫度越高，酶的活性越大。但溫度過(guò)高，將影響酶的活力和細菌的代謝功能，綜合考慮各因素，反應器的試驗溫度采用厭氧菌中段最佳溫度35℃。
胡鋒平[8] [9]在常溫25℃采用兩相厭氧法對養雞場(chǎng)離心廢水進(jìn)行處理，結果表明：進(jìn)水CODCr為18300mg/L，系統容積負荷17.26kgCODCr/m3·d，水力停留時(shí)間25.47h，CODCr去除率為76.13%，BOD5去除率為87.76%，產(chǎn)氣率為0.410m3/kg·CODCr；在中溫35℃時(shí)結果表明：進(jìn)水CODCr為19000mg/L，系統容積負荷21.54kgCODCr/m3·d，水力停留時(shí)間21.17h，CODCr去除率為81.98%，BOD5去除率為90.45%，產(chǎn)氣率為0.446m3/kg·CODCr。由此可得35℃比25℃時(shí)，處理效率較好，產(chǎn)氣量也較大。
1.3.2 填料
UBF所用的填料可根據廢水生物反應特性及水力學(xué)特征進(jìn)行選擇，投加填料后不僅可提高反應器中污泥濃度，減小污泥負荷，而且填料上生物膜內部缺氧區的存在可以抑制溶液中絲狀微生物的生長(cháng)，還使反應器內流化狀態(tài)改善，增大厭氧菌與廢水的接觸時(shí)間，從而強化處理效果，對水質(zhì)變化，如pH變化、抑制物濃度、廢水濃度等均有較大的適應能力。
目前常用的填料有：聚氨酯泡沫填料、YDT彈性填料、BIO-ECO聚丙烯填料、半軟性纖維填料、陶瓷希臘環(huán)、聚乙烯拉西環(huán)、塑料環(huán)、活性炭、焦碳、浮石、礫石等[10]。其中應用最多的是聚氨酯泡沫填料。這是因為聚氯酯泡沫[11]的比表面積大(2400m2/m3)，空隙度高(97％)，具有網(wǎng)狀結構，微生物能在其上密實(shí)而迅速地增殖，是厭氧優(yōu)勢菌落的良好基質(zhì)。
1.3.3 水力停留時(shí)間和有機負荷率
HRT和相對應的OLR是影響UBF處理效率的關(guān)鍵因素。Droste等[12]1987年報道在UBF反應器中，當HRT為2h或更少，OLR為3. 6-12kgCOD/ m3·d時(shí)，生物固體要洗出。而由Rafael等[13]的對比實(shí)驗看，對高濃度廢水來(lái)說(shuō)，HRT也許比在實(shí)驗中所觀(guān)察到的要更長(cháng)。對顆粒污泥研究表明，填充介質(zhì)并不是影響顆粒污泥沉降性能的關(guān)鍵因素。當HRT和OLR分別接近0. 3d 和17-18 kgCOD/ m3·d 時(shí)，COD去除率從95%劇烈下降到70%。由此表明，COD的去除率受生物量的增殖、OLR和HRT 影響最大。
1.3.4 顆粒污泥
厭氧反應器能否高效、穩定運行的關(guān)鍵是培養和馴化沉降性能好、活性好的顆粒污泥[14]。UBF下部的UASB最大特點(diǎn)就是能夠形成沉降性能良好、產(chǎn)甲烷活性高的顆粒污泥，厭氧顆粒污泥的形成使UASB中有較高濃度的生物相，
從而確保厭氧生化過(guò)程穩定高效運行。而污泥顆�；绊懸蛩睾芏�，包括環(huán)境的、生物學(xué)的和工程的因素都會(huì )影響到污泥顆�；^(guò)程。其提高的方法有：適當的增加進(jìn)水中的堿度, 提高水力負荷，對甲烷菌的馴化，啟動(dòng)初期保持低濃度進(jìn)水，排除懸浮層污泥等。
2. 應用
2.1 高濃度有機廢水的應用
2.1.1印染廢水
陳文樂(lè )[15]對UBF處理高濃度印染廢水進(jìn)行了試驗研究。溫度35℃，進(jìn)水的pH值在8.5-9.0間(保證進(jìn)入反應器內經(jīng)稀釋中和后pH值在6.5-7.5間)。厭氧段的HRT(水力停留時(shí)間)為15h，容積負荷為2.5 kgCOD/m3·d。好氧段的HRT為8h，容積負荷為4.6kgCOD/m3·d。進(jìn)水COD為1500mg/L、色度為600倍的印染廢水。以2.5kgCOD/m3·d的容積負荷通過(guò)厭氧段，可使得COD的去除率在25％以上，色度降到80倍以下，在好氧段曝氣8h，即容積負荷為4.6kgCOD/m3·d，總去除率可達90％，出水為160mg/L，色度降至60倍，色度去除率在90％以上。
薄國柱等人[16]研究上流式厭氧生物濾池反應器處理難降解印染退漿廢水，試驗結果表明，在中溫（35℃ 3℃）條件下，用混合酸調節pH值，在水力停留時(shí)間為8.9h、CODCr負荷率為13.1kg/m3·d情況下，CODCr去除率達到了68%。
2.1.2 造紙廢水
陳南南等人[17]對用UBF處理廢紙漿造紙廢水進(jìn)行了實(shí)驗研究。實(shí)驗表明，UBF反應器經(jīng)過(guò)三個(gè)月達到穩定運行，培養出適合水質(zhì)要求的厭氧污泥，運行結果表明，在進(jìn)水CODCr為1800mg/L左右的條件下，出水CODCr一般在600-700mg/L，平均去除率穩定在85.7%左右。
2.1.3 制藥廢水
倪利曉等[18]采用以聚丙烯拉西環(huán)為填料的上流式污泥床-過(guò)濾器復合式厭氧反應器處理生產(chǎn)病毒唑的制藥廢水。試驗結果表明：當水力停留時(shí)間為6.910h，進(jìn)水COD質(zhì)量濃度為7000mg/L、有機負荷達25.05 kg/(m3·d)時(shí)，COD去除率可達72.8％，出水COD質(zhì)量濃度為1900mg/L左右，同時(shí)，填料上生物膜對COD的去除率為32％-47％，且能截留大量污泥。
侯?lèi)?ài)東等人[19]針對某制藥業(yè)廢水的特點(diǎn)，采用了“微電-UBF-CASS”為主體的組合處理工藝。工程運行結果表明：在進(jìn)水CODCr為10000-12000mg/L，處理后出水CODCr小于200mg/L，平均去除率達到98％以上，系統出水達到《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)中的二級標準。
2.1.4 釀造廢水
苗利等[20]進(jìn)行的UBF-SBR工藝處理啤酒工業(yè)廢水工程應用表明，當UBF的水力停留時(shí)間為10h時(shí)，UBF的進(jìn)水和出水CODCr、BOD5、SS分別為1022mg/L，543 mg/L，383 mg/L和290 mg/L，128 mg/L，273 mg/L；UBF出水采用SBR進(jìn)行處理，當SBR 的運行周期為12h時(shí)，SBR出水的CODCr、BOD5、SS分別為67 mg/L，12 mg/L，96 mg/L，出水水質(zhì)穩定達到國家啤酒工業(yè)廢水排放標準。此工藝技術(shù)具有投資省，電耗和運行費用低，啟動(dòng)速度快，運行穩定可靠，占地面積小，污泥排放量少，管理方便等明顯特點(diǎn)。
2.1.5 垃圾滲濾液
曹占平等[21]同對UBF反應器處理垃圾滲濾液進(jìn)行了中試研究．在2個(gè)月內啟動(dòng)完成反應器，系統在常溫、HRT=6d的穩定運行期間，對CODCr、BOD的去除率較高。去除率分別為70.6％-73.9％、74.5％-78.1％．同時(shí)對SS也有40％作用的去除率，進(jìn)水CODCr在5431-8723之間，可降到2276.7以下。
溫麗麗等人[22]采用新型復合工藝UBF-BAF固定化微生物系統處理中老齡垃圾滲濾液。實(shí)驗表明，在滲濾液進(jìn)水CODCr和NH4+-N濃度范圍分別為6000-14500mg/L和880-1500mg/L的條件下，出水CODCr濃度低于400mg/L，NH4+-N濃度低于10mg/L；CODCr、NH4+-N和TIN平均去除率分別達到93.8％、97.3％和84.1％左右。系統最佳水力停留時(shí)間為84h．系統中高游離氨濃度沒(méi)有對污染物去除效率造成影響。采用GC/MS對低分子量有機污染物成分進(jìn)行分析，結果表明出水中有機污染物種類(lèi)明顯減少，大部分有機物得到了有效去除。另一方面系統中生物量大，生物種類(lèi)豐富，含有短桿菌、長(cháng)桿菌和球菌等．該系統在滲濾液沒(méi)有經(jīng)過(guò)預處理、污染物濃度變化很大的情況下，能實(shí)現高污染物去除率，證明其處理垃圾滲濾液是可行的。
2.2 低濃度生活廢水的應用
曾國揆[23]等利用UBF反應器在常溫下進(jìn)行實(shí)驗小試，處理COD在500-600mg/L的自配廢水時(shí)發(fā)現，在水力停留時(shí)間HTR為4.17h、進(jìn)水負荷為3.08kgCOD/m3·d時(shí)，其COD去除率可達70%左右，產(chǎn)氣率為0.135m3/m3·d，反應器中污泥活性很強，整個(gè)系統運行穩定。
董良飛[24]等人針對船舶生活污水的特點(diǎn)，對UBF-接觸氧化工藝處理船舶生活污水進(jìn)行了實(shí)驗研究，在UBF、接觸氧化池、接觸沉淀池的有效水力停留時(shí)間分別為1.5 h、2.0h、1.0 h時(shí)，出水BOD5、SS均小于50 mg/L，并實(shí)現了污水、污泥的一體化處理。
2.3 處理高含鹽度廢水
劉鋒等人[25][26]對利用上流式厭氧生物濾池反應器處理高含鹽有機廢水的情況進(jìn)行了試驗研究。結果表明，在容積負荷4kgCOD/m3·d，進(jìn)水氯離子濃度在3000 mg/L，水力停留時(shí)問(wèn)24h時(shí)，COD去除效率達到85％左右。另外在用厭氧法處理檸檬酸生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的pH值低(3-5)、含鹽量高(C1-=3000-5000mg/L)的離子交換廢水時(shí)，遇到顆粒污泥很難形成的問(wèn)題。為了解決此問(wèn)題，于是他們設計和建設了4座直徑為12m、高為23m、體積為2500m3的大型組合厭氧濾池(UBF)。經(jīng)過(guò)近2年的啟動(dòng)和實(shí)際運行，在容積負荷為3-4 kgCOD/m3·d、不用堿性物質(zhì)調節pH值的奈件下，對COD的去除率>75％，出水SS<200mg／L，污泥量緩慢增加，未出現堵塞現象，有廢水需要處理的單位，也可以到污水寶項目服務(wù)平臺咨詢(xún)具備類(lèi)似廢水處理經(jīng)驗的企業(yè)。
3. 結語(yǔ)
將UASB和AF聯(lián)合開(kāi)發(fā)出的UBF工藝，是一種高效厭氧廢水處理工藝，具有微生物濃度高，固體停留時(shí)間(SRT)長(cháng)，容積負荷高，體積減小，混合充分，濾料成本低，系統緊湊、占地面積小，可回收沼氣能源，建設費用和運行成本低等特點(diǎn)。因此，UBF工藝在有機廢水的處理中, 具有很大的發(fā)展前景和應用潛力，值得大力推廣。此外，其對低濃度生活污水也具有一定的處理能力。
然而，UBF還有很多值得研究的地方，如反應器填料的研究，顆粒污泥的培養技術(shù)，反應器的優(yōu)化設計以及大規模應用中參數的確定等方面。對這些問(wèn)題的深入研究，將更有利于UBF的推廣發(fā)展和應用。
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