高濃度有機廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展

　　高濃度有機廢水一般是指由造紙、皮革及食品等行業(yè)排出的COD在2000mg/L以上的廢水。通常根據其性質(zhì)和來(lái)源可分為三類(lèi)：(1)不舍有害物質(zhì)且易于生物降解的高濃度有機廢水.其一般來(lái)自以農牧產(chǎn)品為原料的工業(yè)廢水，如食品工業(yè)廢水;(2)含有有害物質(zhì)且易于生物降解的高濃度有機廢水，其主要來(lái)自輕工和冶金工業(yè)等，如制藥業(yè)廢水;(3)含有有害物質(zhì)且難于生物降解的高濃度有機廢水.其主要來(lái)自有機合成化學(xué)工業(yè)和農藥生產(chǎn)工業(yè)等，如農藥廢水。高濃度有機廢水中污染物成分復雜，排人水體后對人類(lèi)健康和生態(tài)環(huán)境構成嚴重威脅。因此.高濃度有機廢水處理技術(shù)的研究是當前環(huán)境科學(xué)和工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

　　目前，高濃度有機廢水處理方法分為生物處理技術(shù)、物理處理技術(shù)、化學(xué)處理技術(shù)和物理化學(xué)處理技術(shù)四種。其中生物處理技術(shù)是利用微生物降解廢水中的污染物質(zhì)作為自身的營(yíng)養和能源.同時(shí)使廢水得到凈化的方法，由于其符合可持續發(fā)展的思想.近幾年來(lái)在高濃度有機廢水處理中具有極其重要的地位。

　　01、高濃度有機廢水的特點(diǎn)及危害

　　高濃度有機廢水主要具有以下特點(diǎn)：(1)有機物濃度高。其COD一般在2000mg/L以上，有的甚至高達幾萬(wàn)至幾十萬(wàn)mg/L，BOD較低，很多廢水可生化性較差;(2)成分復雜。往往含有生產(chǎn)原料、副反應產(chǎn)物和多種無(wú)機鹽，廢水中還多含有重金屬和有毒有機物;(3)色度高，有異味。有些廢水散發(fā)出刺鼻的惡臭。給周?chē)�環(huán)境造成不良影響;(4)酸，堿、鹽類(lèi)眾多.往往具有強酸或強堿性。由于生物降解作用，高濃度有機廢水會(huì )使受納水體缺氧，多數水生物將死亡，惡化水質(zhì)和環(huán)境，不但使水體失去使用價(jià)值，更嚴重影響水體附近人民的正常生活。同時(shí)高濃度有機廢水中含有大量有毒有機物，會(huì )在水體、土壤等自然環(huán)境中不斷累積、儲存，最后進(jìn)入人體，危害人體健康。

　　02、生物處理技術(shù)

　　按參與作用的微生物種類(lèi)和供氧情況，生物處理技術(shù)可分為好氧生物法、厭氧生物法及介于兩者之間的水解酸化法三大類(lèi)。由于其經(jīng)濟可行、無(wú)二次污染，且微生物具有較強的適應性和可變異性等特點(diǎn)，因此發(fā)展迅速并成為處理高濃度有機廢水較為理想的方法。

　　2.1、好氧生物法

　　好氧生物法是指異養型好氧微生物在有氧情況下，以有機物等作為電子供體和游離態(tài)的氧作為電子受體使水中有機物氧化，從而降低有機物含量的技術(shù)，可以分為活性污泥法和生物膜法兩大類(lèi)。由于其操作簡(jiǎn)單、出水效果好等特點(diǎn)一般用于處理低濃度有機廢水。近年來(lái)研制出一些高效的好氧生物處理工藝可用于處理高濃度有機廢水，如序批式活性污泥法(SBR)、深井曝氣法(DSP)、好氧生物流化床(ABFB)和生物降解反應器系統(RBS)等。

　　SBR是一種間歇式(或半連續)運行的廢水生物處理技術(shù)。該工藝應用于鎮海煉油化工股份有限公司工業(yè)生產(chǎn)一年來(lái)。各項出水指標都達到了較好的水平，無(wú)論在技術(shù)上還是工程上均是可行的。其缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生污泥膨脹現象.從而導致出水水質(zhì)變差。DSP是利用深井中的靜水壓力把氧的轉移率從傳統曝氣法的5%~15%提高到60%~90%。該技術(shù)具有動(dòng)力效率高、產(chǎn)泥量少、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，但其應用受地質(zhì)條件的影響。目前已廣泛應用于現代化學(xué)合成工業(yè)的高濃度有機廢水的治理。曾明等4采用高效曝氣生物濾池工藝處理氮肥工業(yè)終端廢水，出水COD、BOD5分別為81—158mg/L和8~15mg/L。ABFB的特點(diǎn)是反應器內填料的表面積大，生物膜量可達10-40g/L。因此該工藝具有效能高、占地少、投資省等優(yōu)點(diǎn)。由于要使填料流化，必須進(jìn)行出水循環(huán)，并保持反應器內具有一定的流速，從而增加了運行的復雜性。目前國內利用ABFB處理高濃度有機廢水尚處于室驗階段.工程應用并不多。RBS是我國從日本引進(jìn)的一項處理高濃度有機廢水的生物處理技術(shù)，屬于活性污泥法的一種。該技術(shù)利用一種高活性兼性土壤菌的生物化學(xué)作用來(lái)凈化污水，可處理BOD51000一15000mg/L以上的廢水，不但對BOD5，CODcr、ss、磷、氟氮的去除率高于傳統活性污泥法.而且具有操作簡(jiǎn)便、占地面積小、抗沖擊負荷能力強的特點(diǎn)。該技術(shù)在處理豬場(chǎng)廢水方面，已取得了很好的效果。在特定條件下，如場(chǎng)地面積小，可考慮應用DSP法：如某些含有抑制厭氧菌物質(zhì)的廢水，可采用其他高教好氧處理裝置。

　　2.2、厭氧生物法

　　厭氧生物法是利用兼性厭氧菌和專(zhuān)性厭氧菌將有機物降解為CH4、CO2等的一種生物處理法。其與妤氧處理相比有以下優(yōu)點(diǎn)：不需充氧、能耗低、污泥量小和所需氨磷元素少，因而運行費用低.并且甲烷是一種有用的終產(chǎn)物。其缺點(diǎn)是反應器污泥增長(cháng)慢、啟動(dòng)時(shí)間長(cháng)、單一的厭氧處理后出水水質(zhì)一般不能達到排放標準。一般認為，當原污水CODcr在1000mg/L時(shí)，厭氧與好氧生物處理技術(shù)費用相當;當污水中CODcr達到4000mg/L時(shí)，采用厭氧處理就會(huì )有能量剩余，而且當采用高效厭氧反應器時(shí)，COD容積負荷可高達15~100kg//(m3.d)。所以說(shuō)，厭氧法是處理高濃度有機廢水的一種切實(shí)有效的方法。厭氧生物法已有100多年歷史，其發(fā)展經(jīng)歷了3個(gè)階段.下面主要介紹第二和第三代厭氧處理技術(shù)。

　　2.2.1第二代厭氧處理技術(shù)

　　以傳統厭氧消化池為代表的早期厭氧消化工藝被稱(chēng)為第一代厭氧消化工藝。隨著(zhù)生物發(fā)酵工程中固定化技術(shù)的發(fā)展，在20世紀70年代末人們成功地開(kāi)發(fā)出以厭氧接觸法(ACP)、厭氧濾池(AF)、上流式厭氧污泥床反應器(uASB)等為代表的第二代厭氧處理技術(shù)。

　　1955年，Soefer等提出了ACP，標志著(zhù)現代廢水厭氧處理工藝的誕生。ACP能適應高ss有機廢水的處理，可允許進(jìn)水ss≥50g/L。COD容積負荷3-5kg/(m3.d)。由于采用將消化物泥回流至消化器的措施，可保持消化設施內較高濃度的生物量。1966年由McCarty等開(kāi)發(fā)的AF是采用填充材料作為微生物載體的一種高速厭氧反應器，COD容積負荷為5~10kg/(m3d)，要求進(jìn)水ss<200mg/L或經(jīng)過(guò)100目網(wǎng)過(guò)濾。AF具有耐沖擊負荷、設備簡(jiǎn)單、運行管理方便等特點(diǎn)。其一般采用上流式.在中溫條件下還可采用下流式，適用于處理可溶性有機廢水。1974年由Lettinga等開(kāi)發(fā)的UASB.COD容積負荷為8_15kd(m3.d)，要求進(jìn)水SS≤4g/L。UASB具有容積負荷率高、水力停留時(shí)間短、能耗低，能形成高活性的厭氧顆粒污泥等優(yōu)點(diǎn)，其處理的廢水包括幾乎所有以有機污染物為主的廢水。UASB的厭氧處理主要依靠水中微生物的代謝活動(dòng).根據不同的微生物生長(cháng)需要不同的溫度范圍通常將其劃分為低溫(16—25℃)、中溫(30-40℃)及高溫(50-60℃)UASB反應器。湯金如等(1研究發(fā)現在低溫下保持溫度在15.5~25℃且不發(fā)生突變、pH為6.8~7.2.即能保證UASB穩定高效運行，COD去除牢穩定在60%以上。

　　與AF、UASB相比，ACP雖然負荷較低，但運行可靠，啟動(dòng)時(shí)間短。這些厭氧處理技術(shù)的共同特點(diǎn)是可以把SRT與HRT相分離，使HRT從過(guò)去的幾天或幾十天縮短到幾個(gè)小時(shí)。它們具有容積小、處理效果良好等優(yōu)點(diǎn)，但目前在某些方面還存在一定的問(wèn)題而需深入的研究。如AF裝置的關(guān)鍵是獲得性能優(yōu)良的填料，但目前高技的填料成本較高，而廉價(jià)的填料則易堵塞。UASB的技術(shù)關(guān)鍵是培養出沉淀性能好、活性高的顆粒污泥，國內這方面技術(shù)尚處于探索階段。同時(shí)UASB運行中有可能出現污泥層膨脹，造成微生物隨出水大量流失，難以達到預期效果。

　　2.2.2第三代厭氧處理技術(shù)

　　針對第二代厭氧生物處理技術(shù)工藝易出現污泥流失、難實(shí)現均勻布水等同題，20世紀90年代初在國際上出現了第三代厭氧處理技術(shù)，包括厭氧折流板反應器(ABR)、厭氧膨脹顆粒污泥床(EGSB)、垂直折流厭氧污泥床(VBASB)反應器和內循環(huán)厭氧(IC)反應器等工藝。其共同特點(diǎn)有：占地面積小、動(dòng)力消耗小、生物量高、能承受更高的水力負荷并具有較高的有機污染物凈化效能。

　　ABR是20世紀80年代由McCarty開(kāi)發(fā)的生物膜和UASB相結合的新型厭氧反應器。其結構特點(diǎn)是：反應器被垂直設置的擋板分割成幾個(gè)隔室，廢水逐級經(jīng)過(guò)各隔室，類(lèi)似于多個(gè)UASB串聯(lián)。其具有結構簡(jiǎn)單，無(wú)三相分離器，無(wú)污泥堵塞，運行管理方便等優(yōu)點(diǎn)。目前ABR工藝已應用于多種高濃度有機廢水的處理和研究。IC反應器于20世紀由荷蘭PAQUES公司開(kāi)發(fā)成功，反應器由底部和上部?jì)蓚�(gè)UASB反應器串連疊加而成，高度約為16-25m，占地少，增加了水力負荷并可防止污泥大量流失，當廢水COD為10000~15000mg/L時(shí)，進(jìn)水容積負荷率可達30-40kg/(m3.d).是一種值得推廣的厭氧產(chǎn)甲烷反應器。EGSB是20世紀90年代初荷蘭Wageingen農業(yè)大學(xué)的Lettinga教授等人在UASB反應器研究的基礎上率先開(kāi)發(fā)的第三代高教厭氧反應器，其顯著(zhù)特點(diǎn)是增加了出水再循環(huán)部分，使反應器內液體上升流速遠遠高于UASB，強化了廢水與微生物之間的接觸。YejianZhang等采用EGSB反應器在中溫條件下(35℃)處理高濃度棕桐油廢水.在HRT為2d.COD有機負荷為17.5kg/(m3.d)的條件下。COD去除率為91%。但在高水力負荷和生物氣浮力攪拌的共同作用下，ECSB容易發(fā)生污泥流失。因此三相分離器的設計和布水系統的改進(jìn)成為其高教穩定運行的關(guān)鍵。1993年陳際平研制成功的VBASB將厭氧ACP、AF和UASB組合在一個(gè)單元體反應器中，兼有三者的功能，對高懸浮物高濃度有機廢水比AF和UASB有更好的適應性。目前市場(chǎng)上運行的厭氧反應器以第二代處理技術(shù)為主，尤其是AF和UASB近年來(lái)在世界范圍內各種高濃度有機廢水處理中均得到廣泛應用，而新型的第三代厭氧反應器如IC反應器也在逐漸推廣中。

　　2.3、水解醇化法

　　術(shù)解酸化法是在兩相厭氧理論基礎上發(fā)展起來(lái)的一種介于好氧和厭氧之間的方法。該方法已廣泛地應用于有機廢水的預處理，可以對絕大多數有機廢水中多種復雜有機物進(jìn)行水解.使BOD/COD明顯提高，有利于廢水進(jìn)一步的好氧或厭氧處理(16)。水解酸化機理是在大量水解細菌酸化菌的作用下，將廢水中不溶性有機物水解為溶解性有機物，將難生物降解的大分子物質(zhì)轉化為易生物降解的小分子物質(zhì)的過(guò)程。水解酸化利用的是兼性厭氧苗，其具有繁殖速度快、代謝強度高、對外界環(huán)境適應性強等特點(diǎn)，適用范圍較廣。國內外對此工藝已進(jìn)行了廣泛。的試驗研究.現階段主要是對其用于各種具體的難降解廢水的處理進(jìn)行實(shí)驗論證。

　　2.4、其他生物處理技術(shù)

　　近年來(lái)發(fā)展迅速的新型生物處理技術(shù)主要有固定化微生物技術(shù)和膜生物反應器(MHR)。

　　固定化微生物技術(shù)是將微生物固定在載體上培養特異菌種，用于高濃度有機廢水的定向處理技術(shù)。該技術(shù)因其處理效效高、占地面積少及產(chǎn)污泥量少等優(yōu)點(diǎn)已應用于處理染料、制藥等廢水。其缺點(diǎn)是固定化成本高，固定化微生物結合強度不夠，活性損失大以及底物傳質(zhì)阻力大。因此尋找優(yōu)良的固定化載體，確定最優(yōu)的同定化技術(shù)條件，加強固定化微生物反應特性的研究是使該技術(shù)走上大規模工業(yè)應用的關(guān)鍵。目前該技術(shù)已在高濃度苯酚廢水、氯酚廢水和喹啉廢水的處理中得到廣泛研究和成功應用。

　　MBR將生化法與膜技術(shù)有機結合，是常規活性污泥法的進(jìn)一步發(fā)展，是一種新型高技污水處理技術(shù)。MBR主要由膜組件和生物反應器兩部分組成。它用膜分離裝置代替普通恬性污泥法中的二沉池，不僅能高效地進(jìn)行同液分離，而且膜的截留作用有利于維持生物反應器內微生物的濃度，從而提高了處理裝置的容積負荷所以MBR特別適合處理高濃度有機廢水。按膜組件和生物反應器的相對位置，MBR主要有兩種構型：一體式(浸投式)和分置式(旁流式)。一體式MBR能普遍應用于市政和工業(yè)廢水的處理，其特點(diǎn)是運行能耗低，且具有結構緊湊，體積小等優(yōu)點(diǎn);但單位膜的處理能力小，膜污染較重，膜通量較低。分置式MBR的膜組件形式一般為平板式和管式，其易于清洗、更換廈增設膜組件的特點(diǎn)更適合應用于工業(yè)廢水的處理：但動(dòng)力消耗較高，相比之下一體式MBR可用于大規模的廢水處理廠(chǎng)，這也是一體式MBR得以廣泛應用的原因，目前MBR技術(shù)的研究和商業(yè)應用已經(jīng)在全球范圍取得了顯著(zhù)的進(jìn)步，在單座污水處理廠(chǎng)的最大處理量能達到10000m3/d的水平，并還將在水的深度處理等應用領(lǐng)域繼續探索下去。搖動(dòng)床生物膜反應器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)搖動(dòng)床)是日本NET株式會(huì )杜開(kāi)發(fā)的一種新型、高效的污水生物處理新技術(shù)，它利用親水性的高性能丙烯酸樹(shù)脂纖維(Biofringe)填料為半軟性生物載體，該載體隨水流產(chǎn)生的搖動(dòng)效應可增強生物膜與污水的傳質(zhì)效果，并能使微生物保持較高的活性。金虎等利用搖動(dòng)床和活性污泥法組合技術(shù)處理高濃度有機廢水，當進(jìn)水COD由1500m/L上升到2514mg/L時(shí)，出水COD的平均去除率基本保持在96%以上，污泥產(chǎn)率僅為普通話(huà)性污泥法的50%左右。具體聯(lián)系污水寶或參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　03、生物處理技術(shù)的實(shí)際應用

　　生物處理技術(shù)一般要求有機物的濃度處于中低水平(COD為1000-10000mg/L)，而高濃度有機廢水的COD較高，僅采用單一的厭氧或好氧處理很難達到排放標準，因此通常采用生物與物理、化學(xué)處理相結合的方法和厭氧一好氧兩級處理方法。韓衛清等采用徽電解、A/O和膜生物反應器組合工藝處理泰州某化學(xué)有限公司排放的農藥廢水，該廢水生物毒性強，COD高達8000mg/L，可生化性差，BOD5/COD僅為0.03。處理后COD<300mg/L，氨氮<15mg/L總氮<50mg/L。孫根行等采用UASB-兩級生物接觸氧化一過(guò)濾工藝處理酒精廢水。系統出水COD<100mg/L，色度<50倍，SS<70mg/L，NH3-N<15mg/L，TP<0.5mg/L。何玉鳳等采用三級厭氧/好氧一體式折流板生物反應器處理馬鈴薯淀粉廢水，井在好氧室添加多孔爐渣作為填料，在運行溫度為25-35℃、pH為5.0—8.5的條件下，當廢水的COD為1400—3000mg/L、氨氮為15.0—24.0mg/L時(shí)，系統的出水COD≤200mg/L、氨氮為10.8mg/L.對COD和氨氮的去除率分別可達96%和53.0%。多孔爐渣填料的投加可提高好氧室的處理效果。丁振宇等采用ECSB+接觸氧化工藝處理黑龍江華潤啤酒有限公司啤酒廢水，經(jīng)過(guò)4個(gè)月的調試達到滿(mǎn)負荷運行，COD、BOD、ss、氨氮和TP的去除率分別達到98.1%、98.5%、95.4%、82%和86.7%。該工藝是處理啤酒釀造工業(yè)高濃度有機廢水的有效方法。王相乙利用厭氧和好氧浮動(dòng)生化床相結合的工藝處理以乳制品廢水為主的中高濃度有機廢水。COD去除率達到95%以上，該工藝具有占地面積小、工程投資低、運行效果穩定等優(yōu)點(diǎn)。石慧等利用EGSB-A/O工藝處理高濃度淀粉生產(chǎn)廢水，當廢水COD為10000--12000mg/L時(shí)，ECSB反應器負荷達到20kg/(m5.d)左右，對COD、BOD5、ss和NH3-N去除率分別達99.2%、99.7%、97.6%和97.9%.經(jīng)過(guò)該組合工藝處理后出水COD<100m/L。

　　04、結束語(yǔ)

　　生物處理是高濃度有機廢水處理系統中最重要的過(guò)程之一。今后，針對好氧生物法的耗能問(wèn)題，應努力尋求一種既能夠節省能源又能夠產(chǎn)生新能源的方法。厭氧生物法由于其能耗低、產(chǎn)泥量少。沼氣可回收利用等優(yōu)點(diǎn)應重點(diǎn)研究，同時(shí)應注意其預處理和后續處理工藝的選擇。因此，除了開(kāi)發(fā)新的處理技術(shù)及完善現有技術(shù)以外。如何組合成一套經(jīng)濟有效的處理方寨，以避免各方法的局限性，發(fā)揮各處理單元的優(yōu)勢，也是高濃度廢水處理技術(shù)的發(fā)展方向之一。新型優(yōu)化組合處理技術(shù)由于集中了不同工藝的優(yōu)點(diǎn)，在高濃度有機廢水治理中已被優(yōu)先選用。但在設計參數、運行模式、動(dòng)力學(xué)機理等方面.尚須進(jìn)一步研究和開(kāi)發(fā)。隨著(zhù)綠色化學(xué)和技術(shù)引起的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)革命的興起，同時(shí)應重視清潔生產(chǎn)，從源頭上減少或消除污染，使被動(dòng)治理變?yōu)橹鲃?dòng)預防——中微環(huán)保微生物技術(shù)專(zhuān)業(yè)研究公司，專(zhuān)業(yè)提供黑臭水體治理、有機廢氣處理、有機廢水處理環(huán)保DM微生物產(chǎn)品、配套兼容設備、微生物處理技術(shù)等相關(guān)服務(wù)。(來(lái)源：谷騰環(huán)保網(wǎng))