（环境工程专业论文）水力循环uasb反应器常温处理褐藻胶废水的试验研究.pdf

青岛理工大学工学硕士学位论文 摘要 近年来，随着褐藻胶在印染、食品、医药、化工和农业等领域的广泛应用， 我国对褐藻胶的需要日益增加，因此褐藻胶的产量和生产规模不断扩大。而褐藻 胶在生产的过程中产生大量的高浓度有机废水，如不加处理直接排放会对近海海 域及周边的陆地环境造成一定污染，但至今国内外对褐藻胶生产废水处理的工艺 技术和试验报导很少。为探讨水力循环u a s b ( 专利号z l 2 0 0 3 2 0 1 0 6 1 1 6 0 ) 反应 器在常温下处理褐藻胶生产废水的技术可行性，本试验采用日照化工厂的实际褐 藻胶生产废水作为试验废水，在常温下进行试验研究。试验主要考察该反应器在 常温下处理褐藻胶生产废水运行情况和处理效果及温度变化对反应器的影响。试 验为现场实验，针对性强，对海洋化工厂废水、其它类似海洋褐藻胶废水或生化 性差的高浓度有机废水的处理具有较高参考价值和应用价值。 本文对高浓度有机废水的处理技术作了简要的介绍，并着重介绍了水力循环 u a s b 反应器的结构特点及工作原理。 试验运行了9 4 天，共分两个阶段：启动阶段和负荷提高阶段。由试验结果得 出了下列主要结论：实现了高浓度接种污泥、高负荷快速启动：验证了温度影响， 在启动阶段，温度在1 5 c 以下时，温度对反应器的去除效果影响显著，在负荷提 高阶段，反应器在极限负荷下运行时，温度的变化将可能致使反应器酸化；合适 的容积负荷对于常温条件下反应器的稳定运行尤为重要；验证了水力循环u a s b 反应器常温下处理褐藻胶生产废水，即使是以絮状污泥为主，技术上也是可行的。 关键词：水力循环u a s b 反应器；褐藻胶废水；厌氧处理：常温 室塾堡三奎耋三耋堡主兰堡篁塞 a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h eb r o a da p p l i c a t i o n so fs o d i u ma l g i n a t ei na r e a s ，s u c ha s a g r i c u l t u r e ，p r i n t i n ga n dd y e i n g ，f o o d ，m e d i c i n ea n dc h e m i s t r y , a n dt h ei n c r e a s i n gn e e d o fs o d i u ma l g i n a t ei no u rc o u n t r y , t h es c a l ea n do u t p u to fs o d i u ma l g i n a t ep r o d u c t i o ni s e n l a r g e i n g ag r e a td e a lo fh i g h - c o n c e n t r a t i o no r g a n i cw a s t e w a t e ri sb r o u g h ti nt h e p r o c e s so fs o d i u ma l g i n a t ep r o d u c t i o n ，i fi ti sd i s c h a r g e ds t r a i g h t l yw i t h o u tt r e a t m e n t ， w h i c hs e r i o u s l yp o l l u t e se n v i r o n m e n t h o w e v e r , t h er e p o r t sa r ef e wo nt e c h n o l o g ya n d t e s t i n go ft r e a t i n gs o d i u ma l g i n a t ew a s t e w a t e ra ta b r o a da n dh o m e i nt h i st e s t ， h y d r a u l i cc i r c u l a t i n gu a s br e a c t o ri su s e dt os t u d yt h et e c h n i c a lf e a s i b l eo ft r e a t i n g s o d i u ma l g i n a t ew a s t e w a t e rw h i c hi sf r o mr i z h a oc h e m i c a lp l a n t su n d e ra m b i e n t t e m p e r a t u r e i nt h i se x p e r i m e n t ，t h ep e r f o r m a n c eo ft h er e a c t o rt r e a t i n gt h ea l g i n p r o d u c t i o nw a s t e w a t e ru n d e rt h en o r m a lt e m p e r a t u r ea n dt h ee f f e c t so ft e m p e r a t u r e c h a n g e so nt h er e a c t o ra r em a i n l ys t u d i e d t h ef i e l de x p e r i m e n tw h i c hh a ss t r o n g i n t e n t i o n ，h a st h eh i 曲a p p l i c a t i o na n dr e f e r e n c ev a l u et ot h em a r i n ec h e m i c a l w a s t e w a t e r , o t h e rk i n d so fs i m i l a rw a s t e w a t e ra n dh i 【g hc o n c e n t r a t i o n so fo r g a n i c w a s t e w a t e rt r e a t m e n t i nt h i sp 印e r , t h et e c h n o l o g i e so f t r e a t i n gh i g hc o n c e n t r a t i o no r g a n i cw a s t e w a t e ri s d e s c r i b e db r i e f l y , t h es n u c t i l r a lc h a r a c t e r i s t i c sa n do p e r a t i n gp r i n c i p l e so fh y d r a u l i c c i r c u l a t i n gu a s br e a c t o ra r ep r e s e n t e d t h ee x p e r i m e n ti sd i v i d e dt w os t a g e s ：s t a r t u ps t a g ea n dl o a de n h a n c e ss t a g e ， r u n n i n g9 4d a y s t h r o u g ht h em a i nr e s a l t so ft e s tw ec a nc o n c l u d ea sf o l l o w s ：h a v i n g r e a l i z e dt h ei n o c u l a t i o no fh i g hc o n c e n t r a t i o ns l u d g ea n dt h eq u i c ks t a r t - u po fh i g h l o a d i n gr a t e t h ei n f l u e n c eo f t e m p e r a t u r eo nt h er e a c t o ri sv e r i f i e d i nt h es t a r t - u ps t a g e t e m p e r a t u r ef l u c t u a t i o n sc a ni n f l u e n c er e m o v a le f f i c i e n c yr e m a r k a b l yw h e nt h e t e m p e r a t u r ei sl o w e rt h a n 15 。c i nt h es t a g eo fl o a de n h a n c e d ，u n d e rr u m t i n go ft h e r e a c t o ro nm a x i m u mc o dv o h m l e t r i cl o a d i n gr a t e ，t e m p e r a t u r ef l u c t u a t i o n sc a nl e a dt o a c i d i f i c a t i o n u n d e r t h en o r m a lt e m p e r a t u r e ，i ti s i m p o r t a n te s p e c i a l l yt om a i n t a i n r e a c t o rs t a b l e w o r k i n go n t h ea p p r o p r i a t ec o dv o l u m e t r i c l o a d i n gr a t e i nt h e t e c h n o l o g y , i ti sf e a s i b l et h a th y d r a u l i cc i r c u l a t i n gu a s br e a c t o ri su s e dt ot r e a ts o d i u m i i 童堡矍三奎兰三堂堡圭耋堡墼圣 a l g i n a t ew a s t e w a t e ru n d e rn o r m a lt e m p e r a t u r e ，e v e ni f f l o c c u l e n ts l u d g ei sp r i m a r i l y k e yw o r d s ：h y d r a u l i cc i r c u l a t i n gu a s br e a c t o r ；s o d i u ma l g i n a t ew a s t e w a t e r ； a n a e r o b i ct r e a t m e n t ；a m b i e n tt e m p e r a t u r i i i 青岛理工大学工学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 褐藻胶生产废水的现状 我国有辽阔的海域和漫长的海岸线，海藻产量位居世界首位。2 0 0 0 年我国海 带产量超过8 0 x 1 0 4 t ，成为我国最丰富的海藻资源，是世界上海带养殖量最大的国 家，也是生产海带综合利用产品的大国，其中褐藻胶年产量约4 1 0 4t 。随着褐藻 胶广泛应用于印染、食品、医药、化工和农业等领域，我国对褐藻胶的需求日益 增加，在某些沿海地区褐藻胶已经或正在成为当今新的经济增长点和支柱产业。 然而该行业又是耗水量较大的一类企业。据统计，每生产1 t 褐藻胶需消耗自来水 约1 x 1 0 3 t ，排放废水8 0 0 t 。仅此一种产品，全国每年至少排放3 1 07 t 废渣、废水。 这不仅造成了可利用水资源的严重流失，而且使原本淡水资源就十分匮乏的沿海 地区加重了水资源的危机【l 】。在生产褐藻胶的工艺中，其中原料清洗和消化工艺废 水中有机物浓度较高，而钙化凝析工艺废水中无机盐浓度较高。褐藻胶生产废水 中主要含有多糖、甲醛、纤维素、蛋白质和色素等有机物，同时含有大量的无机 盐， 若不加处理直接排放，会对近海海域及周边的陆地环境造成一定的污染，不 仅会引起水体恶化，影响水产资源和水产养殖业，甚至会危害人体健康。 1 2 研究目的和意义 1 2 1 研究的目的 褐藻胶生产废水c o d 含量较高，属于高浓度有机废水的一种，其c o d 含量 一般在1 0 0 0 0 m g l 以上。目前，高浓度有机废水的处理技术主要采用物理法、物 理化学法和生物化学法三大类【4 1 。国内外关于褐藻胶废水的处理技术和试验报导相 当少，只有薛德明等人提出用膜技术处理褐藻胶废水、李克勋等用二级e g s b 反 应器来处理褐藻酸钠废水及胡立阁等用絮凝一氧化一吸附工艺处理海洋褐藻胶生 产废水的报道。为探讨水力循环u a s b ( 专利号z l 2 0 0 3 2 0 1 0 6 1 1 6 o ) 反应器在常 温下对处理褐藻胶生产废水的可行性，本试验采用日照化工厂的实际褐藻胶生产 废水作为试验废水，在常温下进行试验研究。 本试验所用的水力内循环复合u a s b 反应器( 专利号z l 2 0 0 3 2 0 1 0 6 1 1 6 0 ) 在 。暑鲁重堡堡三奎童三耋堡圭兰堡篁塞 本课题组前人的试验研究中已成功地证明了中温条件下处理高浓度淀粉废水，容 积负荷达可到1 3 4 5w ( m 3 d ) 以上，c o d 去除率可达到7 5 以j 2 ，并且运行十分 稳定眈本次试验主要考察该反应器在常温下处理褐藻胶生产废水运行的情况和处 理效果及温度变化对反应器的影响，为海洋化工厂废水及其它类似海洋褐藻胶废 水或难生化高浓度有机废水的处理提供技术及理论指导。 1 2 2 研究的意义 ( 1 ) 对设备负荷能力进行研究，提出评估厌氧反应器承载负荷能力的指标， 为实际工程应用提供参考依据； ( 2 ) 接种方法和接种污泥量的启动试验，使厌氧反应器启动时间缩短，使设 备更快的应用于生产实际； ( 3 ) 在温度的变化范围大的情况下考察反应器的运行特性，为实际工程的应 用提供了参考依据。 ( 4 ) 观察反应器常温下处理海藻胶生产废水的效果及试验现象。 本课题的研究，将对高浓度有机废水的处理具有理论意义和现实意义n 第2 章褐藻胶及高浓度有机废水的处理概述 2 1 褐藻胶简介 褐藻胶是褐藻酸、褐藻酸盐类及褐藻酸有机衍生物的统称。由于市场多以其 钠盐出售，故褐藻胶通常是指褐藻酸钠。它们是多糖高分子碳水化合物，是一种 呈颗粒或粉末状的乳白色或淡黄色固体。 2 1 1 褐藻胶的发展史及资源 褐藻胶是由英国化学家斯坦福特( s t a n f a r d ) 于1 8 8 1 年从海带中发现的。1 9 2 9 年美国首先建立褐藻胶工厂，随后英、法、日等国相继建厂投产，产量不断上升。 欧美及日本等国的褐藻胶工业已有半个多世纪的历史，其生产技术和工艺设备已 趋于标准化、自动化，其产品已向多品种、高质量、广应用方向发展。我国于1 9 5 3 年由马尾藻制得褐藻胶，1 9 5 7 年在青岛建立了第一个褐藻胶车间，1 9 5 8 年后以海 带为原料生产褐藻胶。进入八十年代以来，我国褐藻胶工业也开始进入新的发展 阶段，产量、质量也不断上升，己远销3 0 多个国家和地区，年出口量达四千吨【3 1 。 我国海岸线长达1 万8 千多公里，地跨热带、亚热带、温带海区，褐藻资源 十分丰富，共有1 1 5 种。褐藻主要生长在低潮线至3 5 m 深的海水之中，它们分 布广、个体大、产量高，作为提取褐藻胶的原料，以海带科和马尾藻科的海藻最 为重要。 2 1 2 褐藻胶的主要用途 当前世界褐藻胶的应用的大致情况 见右图。进入八十年代后人们对褐藻胶 的食用价值和生理作用有了新的认识， 因此褐藻胶在食品、医药工业上的应用 范围越来越广泛。当前世界褐藻胶在各行业的应用情况 2 2 褐藻胶的生产工艺 2 2 1 生产工艺 青岛理工大学工学硕士学位论文 我国生产褐藻酸钠所用的原料，主要是海带及某些褐藻，生产方法有多种。 其中基本原理主要是将褐藻中不溶性的褐藻盐通过加水，加盐，加纯碱，加热提 取，使其变成褐藻酸钠溶液，然后过滤去除藻皮、藻渣以及相结合的蛋白和色素 等不溶性杂质，再在清夜中加入酸类或钙盐，使褐藻酸钠变成褐藻酸钙转化为可 溶性的钠盐【3 】，其基本工艺图如图2 一l ： 浸泡匕= 今切菜匕= 今水洗匕= 今酸洗匕= 今碱洗匕= 今甲醛固色 = 令碱溶液消化f = 今冲稀匕= 令粗滤匕= 发泡漂浮匕= 精滤匕= 令漂白 匕= 今钙化、老化= = 脱钙 = 今压榨脱水匕= 今中和转化 = 今烘干、包装 图2 1 褐藻酸钠的生产工艺 基本工艺原理如下： ( 1 ) 浸泡加1 0 倍于海带重量的水，在常温下浸泡4 小时，并加适量的甲醛， 使甲醛溶液初始浓度为1 o ，将海带色素固定在表皮细胞中，不致溶于水中导致 产品色泽加深。同时，甲醛对植物细胞壁纤维组织有破坏作用，有利于消化过程 中海藻酸盐的置换与溶1 4 1 。浸泡结束后，取出海带，用水洗涤直至洗涤液为无色。 ( 2 ) 消化将切碎的海带在一定温度下，加入一定浓度，一定体积的n a 2 c 0 3 溶液，进行消化。 此过程反应方程式如下： 2 m ( a l g ) n + nn a 2 c 0 3 = 2nn a a l g + m 2 ( c 0 3 ) n ( 2 1 ) ( m 为c a 、f e 等金属离子，a l g 代表海藻胶) ( 3 ) 过滤消化后，海带变成了糊状，比较粘稠，先加入一定体积的水浆糊 状液体稀释，再过滤。由于直接抽滤这种糊状的液体，速度太慢，因此首先用纱 布初滤一次，再将滤液用真空泵抽滤。 ( 4 ) 钙析将滤液用盐酸调节至p h 为6 - 7 ，加入一定量1 0 的c a c l 2 溶液进 行钙析。 此过程反应方程式如下： 2 n a a l g + c a c l 2 = c a ( a l g ) 2l + 2 n a c l ( 2 2 ) ( 5 ) 盐酸脱钙将钙凝得到的海藻酸钙经水洗除去残留的无机盐类后，用一 定体积的1 0 左右的稀盐酸酸化3 0 分钟，使其转化为海藻酸凝块。滗去清液，留 下酸凝块。 此过程反应方程式如下： 4 青岛理工大学工学硕士学位论文 c a ( a l g ) 2 + h c l = 2 h a l gl + c a c l 2 ( 2 3 ) ( 6 ) 中和在常温下，边搅拌边加入一定浓度的碳酸钠溶液溶解酸凝块，直 至p h 为7 5 ，中和完成。 此过程反应方程式如下： 2 h a i g + n a 2 c 0 3 2 2n a a l g + h 2 0 + c 0 2f ( 2 - 4 ) ( 7 ) 析出海藻酸钠往中和后的溶液中加入一定量的9 5 的乙醇，析出了白 色海藻酸钠沉淀。 最后经过滤，干燥，粉碎即可得产品。 2 2 2 主要废水的来源 浮渣废水：海带在7 0 。c 下，加碳酸钠消化，使海带中不溶性的褐藻酸盐转化 成水溶性的褐藻酸钠，消化后的褐藻酸钠盐为粘稠状的泥状物，直接从中去除残 渣非常困难，须用大量水进行冲稀，然后通过机械混合，静止后使胶液与残渣等 杂质分离，残渣等杂质随水排放，这就是海带胶渣废水3 1 。 废钙水：褐藻胶生产过程中排放的另外一种废水是含钙废水，包括二次水洗 产生的钙化水、脱钙水。 在过滤后的胶液中，采用c a c l 2 作为絮凝剂以便使褐藻酸钠转化为褐藻酸钙， 从溶液中分离出来，达到精制的目的。这种排放的大量含c a c l 2 的废水就是钙化 表2 1 废钙水原水水质 项目含量( m m o l l )项目含量( m m o l l ) k + + n a +9 8 7 5 1 电导率( 2 5 ) 6 8 0 0 1 , t s c m 。1 c a 2 +5 5 5 5 1 p h 7 4 3 m 9 2 + 1 5 0 8 c o d c ， 6 3 6 0 0 h c 0 3 。 5 7 7 6 0 总溶解固体( t d s ) 4 3 8 0 2 c l 。2 1 2 6 6 5 总碱度( c a c 0 3 ) 4 7 3 5 0 s 0 4 2 。 1 7 7 8 5 总硬度( c a c 0 3 ) 1 4 4 9 3 6 n 0 2 2 6 6 总阳离子7 1 9 2 h 2 s i 0 3 2 2 6 3 总阴离子 7 1 9 2 废水。在生产过程用盐酸将褐藻酸钙转化为褐藻酸。钙离子被氢离子置换下来， 形成褐藻酸，产生脱钙废水。一般采用2 次脱钙。第1 次脱钙水的p h 值约为3 ， 5 青岛理工大学工学硕士学位论文 第2 次脱钙水的p h 约为1 5 2 。 废钙水的排放量很大，约占褐藻酸钠加工废水排放量的9 0 左右，是主要的 废水源。废钙水中除含有大量的褐藻胶等有机物外，还含有丰富的无机盐。废钙 水的水质分析结果见表2 1 【。 另外还产生大量的冲洗水，携带大量的有机物。 2 3 褐藻胶生产废水的处理技术 目前，褐藻胶在各行业的应用日益广泛，国外关于褐藻酸钠的报道，除应用 于工业医药食品等行业外，还有褐藻酸钠或褐藻酸钙在水处理中被用做好氧或厌 氧生物处理中形成粒子的核促进造粒的辅助剂，用来加速s b r 反应器或u a s b 反 应器启动试验的研究【5 】【6 】【7 】o 而褐藻酸钠生产废水含有多糖、甲醛、纤维素、蛋白 质和色素等有机物，以及大量无机盐等，其生产废水本身也具有相当大的污染， 但该工业废水的处理方法除薛德明等人提出用膜技术处理褐藻酸钠废水、李克勋 等用二级e g s b 反应器来处理褐藻酸钠废水及胡立阁等人用絮凝一氧化一吸附工 艺处理海洋褐藻胶生产废水的报道，其他只有关于胶渣处理的报道，而脱渣后的 废水处理方法或过程却鲜见报道。 2 4 高浓度有机废水的处理技术 高浓度有机废水一般是指由造纸、皮革、食品及化工等行业排出的c o d 在 2 0 0 0 m l 以上的废水。这些废水中含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维 素等有机物，如果直接排放，会造成严重污染。高浓度有机废水按其性质可分为 三大类【8 】： 易于生物降解的高浓度有机废水； 有机物可以降解，但含有害物质的废水； 难生物降解的和有害的高浓度有机废水。 目前高浓度有机废水处理技术粗略分为3 类：生物处理技术( 好氧生物处理 技术和盐氧生物处理技术) 、化学处理技术和物化处理技术。 2 4 1 化学和物理处理技术 化学和物理法具有操作方便，设备简单，投资少等特点，广泛应用于高浓度 6 青岛理工大学工学硕士学位论文 有机废水的预处理、深度处理及全程处理过程。物理化学处理方法主要以光化学 混凝法、氧化一吸附法、焚烧法等为代表【9 1 。 2 4 1 1 光化学混凝法 光化学混凝法是通过紫外光照射产生自由基而引发聚合反应，使废水中小分 子有机物转化为大分子悬浮物，继而混凝沉淀去除。该法投资仅为湿式氧化法的 1 8 1 5 ，反应在常压下进行，易于操作，催化剂用量仅为光催化氧化法的1 1 0 ， 对废水有机物浓度和b o d 5 c o d 值没有限制10 1 。 光化学混凝法处理流程如图2 2 所示。其中光化学反应箱内壁用氯磺化聚酯 漆进行了防腐处理，并设可调加热装置。 待处理废水进入均质槽( 必要时调节p h ) ，经流量计计量、加热器加热，然后 进入光化学反应箱。向箱内加入催化剂，反应温度控制在4 0 一- 4 5 。c 范围内，废水 在光化学反应箱中停留3 0 m i n ，经紫外光照射并发生聚合反应。反应箱的出水进入 混凝沉淀槽，加入混凝剂进行混凝沉淀，再经过滤装置过滤后排出。 用此法处理不饱和聚酯废水，c o d 总去除率为9 1 9 ，可回收残液2 2 ，残 液中主要含酯类化合物，可用来生产低档树脂类产品。与焚烧法相比，该技术具 有能耗低，一次性投资费用少等优点。 1 - p h 控制器：2 一均质槽：3 一酸液贮槽；4 一加热装；5 一流量计；6 一光化学反应箱： 7 一催化剂贮槽；8 一混凝沉淀器；9 一混凝剂贮槽：10 一过滤装置： 图2 2 光化学混凝法处理有机废水流程 2 4 1 2 氧化一吸附法 高浓度废水稀释后用煤粉进行初步混凝、吸附处理，然后用f e n t o n 试剂催化 氧化和酸性凝聚，再用煤粉混凝、吸附。经此法处理的废水，色度和c o d 可分别 7 青岛理工大学工学硕士学位论文 去除1 0 0 、9 0 【1 1 】，具有较好的处理效果。吸附后的煤粉用于燃烧，无二次污染， 比使用活性炭作吸附剂更经济【1 2 】。 2 4 1 3 膜分离法 膜分离方法也是一种物理方法，是一种新型的水处理技术，近几年来在废水 处理中发展也很快，超滤、反渗透和电渗析等方法多个领域中得到应用。膜分离 方法有常温操作、能耗低、占地少和操作方便等优点，已逐渐在高浓度有机废水 中发挥作用8 1 。 1 超滤 超滤是一种压力推动的膜分离方法，该法的基本原理是当含有多种溶质的溶 液流经一个多孔膜时，按溶液中颗粒物粒径的大小可分为两种情况：粒径大的完 全被截留，粒径小的不被截留。在膜的两侧须施加一个静水压，压力依膜的强度 而定。这样经过超滤，滤出液是纯溶剂或含有少量小颗粒溶质的溶液。利用超滤 法从味精、糖蜜酒精中分离菌体，在国内外都有报道。如： 韩式荆等人利用超滤法分离味精废水中的菌体，废水中菌体去除率达9 9 以上；将超滤和萃取工艺相结合，可使废水中c o d 降低3 4 ，b o d 5 降低2 0 。 李仲民等人利用超滤法分离糖蜜酒精废液【1 4 】，色素截留率9 2 ，有机物截留率 7 4 8 ，无机物截留率4 3 。经过超滤处理，透过液的色值及有机物的含量仍较高， 达不到废水排放标准，但透过液已脱除大量的有机物，可以用作绿化用水和农田 灌溉水。郑宗坤等将超滤和絮凝技术结合起来，利用超滤处理絮凝后的上清液。 味精废水经絮凝分离后，c o d 去除率为8 3 ；再经截留分子量低于1 0 4 的d o s 膜 超滤处理，可得c o d 为1 2 3 m g l ，b o d 5 为4 2 m g l 的清液，接近第二类污染物的 排放标准15 1 。 但是超滤技术在处理高浓度有机废水时，也存在膜堵塞及膜污染严重的问题， 同时一次投资大。 2 反渗透 反渗透用于去除大小与溶质同一数量级的颗粒物，分子量在1 0 - - 1 0 0 0 范围内。 反渗透开始是大规模用于海水脱盐、高纯水的生产。目前，在废水处理中的应用 也日益普遍。王淑琴等人采用反渗透膜来处理药厂高浓度有机废水1 6 】，得到好的 效果。石振清等人认为，采用反渗透技术处理，只要选择好合适的预处理方法， 8 青岛理工大学工学硕士学位论文 解决好膜污染的问题，还是有较好的应用前景【1 7 】。 2 4 1 4 焚烧法 焚烧法【l8 j 是将含有高浓度有机物的废水在高温下进行氧化分解的技术，其中 的有机物生成水、二氧化碳、碳酸盐等直接排放或作为副产品，c o d 的去除率可 达9 9 9 9 。高浓度有机物的废水焚烧装置主要有三种：回转窑焚烧炉、液体喷射 炉和流化床焚烧炉。前两者通常以油和燃气为辅助燃料，运行费用高，且局部温 度较高，可达1 4 0 0 ，一- - 1 6 5 0 。c ，易产生较多的n o x ，造成环境污染。流化床焚烧炉 采用低温燃烧技术，温度可控制在8 0 0 - - - , 9 0 0 ，n o x 排出较少，且燃烧效率高， 目前在国外有广泛的应用，国内属起步阶段。流化床焚烧炉技术可处理较多化工 废水，如处理尼龙生产过程中的含盐废水，在能源利用、尾气中的n 0 x 浓度控制、 副产物利用等方面均能取得较好的效果。该法在实际推广应用中存在的缺点是： 废水水量受相配锅炉的限制；对废水成分应详细分析确保不影响锅炉本体燃 烧；该法在理论上有待进一步深入研究。 2 4 2 生物学处理技术 好氧处理是在不断供氧的环境下，利用好氧微生物的生命活动来氧化有机物， 其产物是二氧化碳、水、合成的新细胞及能量。厌氧处理是在无氧气的环境中， 表2 2 好氧法与厌氧法特点比较 方法优点缺点 ( 1 ) 生化反应速度快；( 1 ) 供氧系统必须耗费能量，运行 好氧法 ( 2 ) 好氧消化设备简单，基建投资省； 费用比厌氧法高； ( 3 ) 运行特性稳定，操作简单。( 2 ) 好氧降解的主要副产物是剩余 污泥，因此产生大量的二次污泥。 ( 1 ) 产生污泥量少；( 1 ) 生化反应速度慢，且出水水质 ( 2 ) 由于不需另加氧源，运转费用低；较差，通常需要进一步净化处理； 厌氧法( 3 ) 可以以甲烷的形式回收利用生物能；( 2 ) 运行稳定性差，操作复杂： ( 4 ) 能够承受较高的有机容积负荷和冲( 3 ) 反应容积一般较大。 击负荷。 利用厌氧微生物的生命活动，将各种有机物转化成甲烷、二氧化碳等的过程， 由于其主要产物是甲烷，因此也称为甲烷发酵或沼气发酵【1 9 】。好氧法厌氧法废水 9 青岛理工大学工学硕士学位论文 处理技术的特点如表2 2 所示。 虽然好氧生物处理方法也可用做处理高浓度有机废水【2 0 】【2 1 1 ，但传统的好氧曝 气当进水b o d 5 浓度大于1 0 0 0 m g l 时，常因为浓度过高而导致水中缺氧，最终将 影响好氧过程的进行【2 2 1 。所以好氧处理一般用于处理中、低浓度的有机废水，厌 氧生物处理方法一般用于处理高浓度( 一般c o d 2 0 0 0 m g l ) 有机废水和污泥的消 化。 2 4 2 1 好氧处理技术 好氧生物法一般用于处理低浓度有机废水，但近年来有人研制出一些高效的 好氧生物处理工艺可用于处理高浓度有机废水，如深井曝气和好氧流化床等。在 特定条件下，如场地面积小，可以考虑应用深井曝气法；某些含有抑制厌氧菌物 质的废水，可采用高效好氧处理装置。 1 深井曝气法( d s p ) 常见的深井曝气法处理工艺流程如图2 3 所示 圈一围一 图2 3 深井曝气法废水处理工艺流程 d s p 是2 0 世纪7 0 年代初，英国皇家化学工业公司在进行利用好氧细菌生产 单细胞蛋白的研究时派生出来的一种工艺。它改变了传统生化法处理污水时氧的 转移率，增大氧气与液膜的接触而积，提高了氧的饱和浓度及其利用率，具有很 好的处理效果。 d s p 法利用深井中的静水压力把氧的转移率从传统曝气法的5 15 提高到 6 0 , - - , 9 0 2 3 1 。动力效率很高，处理效果极好。此外，还具有产泥量少，受气温影 响小，几乎不产生污泥膨胀，占地面积小、效能高、能耗低、耐冲击负荷性能好、 操作简单、易于管理、投资少等优点。因此，它广泛应用于现代化学合成工业的 高浓度有机废水的治理，如塑料、合成纤维、合成橡胶、洗涤剂、染料、溶剂、 涂料、农药、食品添加剂、药品等工业。 2 好氧生物流化床法( a b f b ) 10 土 青岛理工大学工学硕士学位论文 a b f b 法是澳大利亚科学家于2 0 世纪7 0 年代初开发的工业废水生物处理工 艺。这种工艺的特点是反应器内填料的表面积超过3 3 0 0 m 2 m 3 ，生物膜量可达1 0 4 0 9 l ，比普通活性污泥法高1 个数量级。因此，该工艺具有效能高、占地少、投 资省等优点。但由于要使填料流化，必须进行出水循环，并保持反应器内具有一 定的流速，从而增加了运行的复杂性。日前，国内利用a b f b 处理高浓度有机废 水尚处于实验阶段，工程应用并不多。 2 4 2 2 厌氧生物处理法 厌氧生物处理法是利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌来降解有机物。大分子的有 机物首先被水解成低分子化合物，然后被转化成c h 4 和c 0 2 等。 自2 0 世纪7 0 年代以来，我国在研究和开发处理高浓度有机废水的厌氧水解、 厌氧消化技术方而取得了显著成绩，其优点是运行费用低。厌氧水解法、厌氧接 触法、厌氧生物滤池、升流式厌氧污泥床、厌氧流化床等已被广泛用于处理高浓 度有机废水【2 4 1 。 1 厌氧滤池( a f ) 1 9 6 9 年y o u n g 和m c c a r t y 开发研究的厌氧滤器开创了常温下对中等浓度有机 废水的厌氧处理【2 5 1 。a f 采用生物固定化技术延长s r t ，把s r t 和h r t 分别对待 的思想是厌氧反应器发展史上的一个里程碑。其结构和原理类似于好氧生物滤床， 厌氧菌在填充材料上附着生长形成生物膜。厌氧滤器一般采用上流式，在负荷较 低时，能够取得良好的处理效果，但易发生堵塞。 表2 - 3国内外a f 商业应用效果【2 8 1 研究单位废水种类进水 c o d 容积负荷懈温度规模 c o d m g l去除率k g ( m 3 d )菇| 醛q m 3 d 美国 酒糟废水 4 5 0 0 07 55 42 55 51 5 0 0 0 法国污冷却水1 0 0 0 08 07 72 43 01 7 0 0 加拿大土豆加工废水7 0 0 06 01 1 6 1 7 3 62 0 5 广州能源所酒精废水 9 0 0 08 74 13 22 81 0 上海工徽所大豆加工废水 2 0 0 0 07 81 1 2 5 13 2 2 5 在a f 内厌氧污泥浓度可达到1 0 2 0 9 v s s l ，其处理溶解性废水时的c o d 青岛理工大学工学硕士学位论文 容积负荷为1 0 - 1 5k g ( m 3 d ) 。据报道，以降流式a f 处理高蛋白含量的鱼类加工 废水c o d 负荷为1 0k g ( m 3 d ) 时，c o d 去除率可达9 0 【2 6 】。据l e t t i n g a 在1 9 9 3 年估计，国外生产规模的a f 系统大约有3 0 - - 一4 0 个【2 7 】。表2 - - 3 为国p 勺# l - a f 商业 应用效果 2 8 】。 但是a f 在运行中常出现堵塞和短流现象，且需要大量的填料和对填料进行定 期清洗，增加了处理成本。 2 上流式厌氧污泥床( u a s b ) 荷兰农业大学环境系l e t t i n g a 等人【2 9 1 在2 0 世纪7 0 年代开发了上流式厌氧污 泥床反应器。其中的生物固体颗粒化技术开辟了全新的生物固定化途径，在厌氧 生物处理技术发展史上具有划时代意义。u a s b 反应器是目前应用最为广泛的高速 厌氧反应器。据报道，全球至少有4 0 0 多家生产规模的u a s b 反应器已投入运行。 到1 9 9 9 年国内外所建立的厌氧工艺中u a s b 反应器约占全部项目的5 9 。 u a s b 反应器主体部分由反应区和气、液、固三相分离区组成，在反应区下部 是大量具有良好沉降性能与生物活性的厌氧颗粒污泥所形成的污泥床。待处理废 水从污泥床底部进入后与污泥接触，微生物分解废水中的有机物产生沼气，气、 水、泥的混合液上升至三相分离器内，气体进入集气室排出，污泥和水进入沉淀 室在重力作用下泥、水分离。污泥沿斜壁返回反应区，上清液从沉淀区上部排走。 u a s b 反应器有机负荷高，水力停留时间短，且无填料、无污泥回流装置、无搅拌 装置，大大降低了运行成本。 k a t o 使用u a s b 反应器在3 0 。c 的条件下处理c o d 浓度为4 2 2 9 4 3m g l 的 乙醇废水，c o d 去除率大于9 5 【3 0 】。荷兰p a q u e s 公司为加拿大建造的处理造纸 废水的u a s b 反应器容积为1 5 6 0 0 m 3 ，日均处理c o d1 8 5 t 。同时u a s b 也在复合 系统中应用广泛。 3 厌氧颗粒污泥膨胀床( e g s b ) 1 9 7 6 年荷兰w a g e n i n g e n 农业大学由l e t i n g a 教授领导的研究小组开始研究采 用u a s b 反应器来处理生活污水，在其研究过程发现u a s b 中污泥与污水之间接触 不够充分，l e t t i n g a 等人通过采用较大的高径比，提高液体的上升流速，使颗粒污 泥床充分膨胀，这样就可以保证污泥与污水充分混合，减少反应器内的死角，同 时也可以使颗粒污泥床中的絮状剩余污泥的积累减少，由此便产生厌氧颗粒污泥 1 2 青岛理工大学工学硕士学位论文 膨胀床( e g s b ) 3 1 1 。 e g s b 是这样的一个系统，它由进配水系统，三相分离器，反应区，出水循环 部分组成( 图2 4 ) 。它有较大的高径比可达到2 0 或更高，比u a s b 的上升流速 大得多，一般可以达到5 1 0 m h ，整个颗粒污泥床是膨胀的。n u n e z 等人研究了 中温( 3 5 ) 条件下处理屠宰废水的情况，其总c o d 浓度为1 4 4 0 , - 4 2 0 0 m g l ， 其中可溶解部分占4 0 - 6 0 ，不可溶解物质包括悬浮物和胶体。在有机负荷 1 5 k g c o d ( m 3 d ) 3 2 1 ，h r t 为5 h 的运行条件下，c o d 去除率达到6 7 ，总悬浮 固体去除率为9 0 ，脂类去除率为8 5 ，在颗粒污泥上没有脂类物质的积累【3 3 】。 4 厌氧内循环( i c ) 内循环( i n t e m a lc i r c u l a t i o n ，i c ) 厌氧反应器于2 0 世纪8 0 年代中期由荷兰 p a q u e s 公司开发成功，并推入国际废水处理工程市场，可用于处理土豆加工、 啤酒、柠檬酸等废水。 1 - 配水系统 2 反应区 3 三相分离器 4 沉淀区 5 出水系统 6 出水循环部分 图2 4e g s b 反应器示意图 沼气 二级分离器 精细处理部分 一级分离器 膨胀床 混合部分 图2 - - 5i c 厌氧反应器示意图 i c 反应器是基于u a s b 反应器颗粒化和三相分离器而改进的新型反应器，实 际上相当于2 个u a s b 反应器的单元相互重叠而成i c 反应器分为两部分，底部为 极端的高负荷，上部为低负荷。i c 反应器由混合部分、膨胀床部分、精处理部分 青岛理工大学工学硕士学位论文 和回流部分组成( 图2 5 ) 。全球已建成的i c 厌氧反应器大部分用于处理啤酒废 水，我国于1 9 9 6 年引进i c 技术以来，到目前已有多家国内啤酒厂采用了该技术， 上海富士达啤酒厂采用容积4 0 0 m 3 ，高为2 0 5 m ，进水c o d 为2 9 l ，s s 为0 1 0 6 9 l ，p h 为4 1 0 ，h r t 为2 h ，c o d 容积负荷1 5 k g ( m 3 d ) ，c o d 去除率在 8 0 以上【3 4 1 。 5 折流式厌氧反应器( a b r ) a b r ( a n a e r o b i cb a f f l e dr e a c t o r ) 反应器是由美国s t a n f o r d 大学的m c c a r t y 等 人于8 0 年代处在厌氧生物转盘反应器的基础上改进开发的。a b r 反应器是在反应 器内设置一系列垂直放置的折流挡板，反应器被分隔成几个串联的反应室，每个 反应室都可以看作一个相对独立的上流式污泥床( u p f l o ws l u d g eb e d ，u s b ) ，折板 引导水流上下流动通过整个反应器，废水中的有机基质通过与微生物充分的接触 而得到去除，由于废水流动和沼气上升的作用，反应室中的污泥上下运动，但是 由于污泥自身的沉降性能和折板的阻挡，污泥在水平方向的流速很慢，反应器在 整体上接近推流式工斟3 5 1 。 美国哥伦比亚市x e n j o 镇污水处理厂采用a b r 处理生活污水取得令人满意的 效果【3 6 】。沈耀良等人用a b r 处理高浓度淀粉制品加工废水，进水c o d 为 1 2 0 0 0 m g l 时，c o d 负荷达1 2 k g ( m 3 d ) ，h r t 为1 2 h ，c o d 去除率可稳定在9 5 【3 7 】 a b r 的结构形式有很多，1 9 9 9 年b a r b e r 和s t u c k e y 【3 8 】鲫在每个隔室的上半 部分装了填料，这种形势可以防止隔室的污泥流失，1 9 9 2 年b o o p a t h y 和t i l c h e 4 0 】【4 1 1 观察到颗粒污泥。反应器其基本结构如图2 6 所示： 图2 6a b r 反应器示意图 6 下流式附着厌氧处理工艺( d a g p ) 1 4 青岛理工大学工学硕士学位论文 下流式附着厌氧处理反应器( d o w n f l o wa t t a c h e dg r o w t hp r o c e s s ，d a g p ) 结 构如图2 7 所示，用于处理高浓度废水，在反应器安装煤渣砌块，无规则塑料， 管状塑料等填料来保持大量的活性污泥，高空隙容积填料的高度2 一- , 4 m 。下流式 附着厌氧处理工艺处理易降解废水c o d 负荷5 - - 一1 0k g ( m 3 d ) ，它具有简单的进 水布水器设计，无堵塞问题，简单的操作等优点，反应器中能够保持大量的污泥， 但不会沉积，处理高负荷废水所需要的体积较小。 据研究，该法处理柑橘废水，温度3 8 ，c o d 负荷1 6 蚝( m 3 d ) ，水力 停留时间2 4 1 4 4 小时，c o d 的去除率为4 0 一- , 8 0 ；处理奶酪乳清废水，温度3 5 ，c o d 负荷5 2 2 蚝( m 3 d ) ，水力停留时间2 8 小时，c o d 的去除率为9 2 9 7 ；处理污泥热处理废水，温度4 0 ，c o d 负荷2 0 - 3 0k g ( m 3 d ) ，c o d 的 去除率为9 2 9 7 ；处理啤酒废水，温度3 5 。c ，c o d 负荷2 0 埏( m 3 d ) ，水力 停留时间l 2 小时，c o d 的去除率为7 6 【4 0 1 。 可以看出，随着厌氧反应器的发展，其处理效率不断提高，适用范围也由原 来的污泥、