一种占地小耗电少的污水污泥处理新工艺.doc

一种占地小耗电少的污水污泥处理新工艺加拿大诺曼公司在污水处理方面推出了一项专利技术-双威污水污泥处理系统，包括VERTREATTM污水处理工艺(简称VT工艺)和VERTADTM污泥处理工艺(简称VD工艺)。在加拿大和美国已建有3座采用该工艺的污水处理厂投入运行。1VT处理工艺 1.1工艺概况 VT污水处理工艺利用潜置于地下的竖向反应器对污水进行超深水好氧生物处理。该工艺与普通深井曝气工艺相比，其主要特点是：设有3个不同功能的处理区，使反应池体积更小、氧的利用率更高，从而有效地降低了工程投资和运行费用。井式生化反应器从上而下分为氧化区、混合区及深度氧化区3个部分(见图1)。该反应器深一般为75110 m，直径通常为0.76 m。 图1VT污水处理工艺示意 VERTREATTM是一种高效率的生物反应器，可以广泛地用于高浓度工业废水和生活污水的处理，与其他深井曝气工艺相比较，其不同之处在于，VERTREATTM工艺包括3个不同的处理区。氧化区：这个区在井筒的上部，包括一个同心通风试管和供混合液体再循环带；混合区：这个区域直接位于氧化区的下部，恰好位于整个井深度为3/4的位置，上部区域高速率的生物氧化反应所需的空气注入到混合区，提供空气提升循环的运行动力；深度氧化区：这部分位于井的底部。 VERTREATTM反应器可以通过普通的井钻和井凿技术来安装。反应器深度通常可达110 m，其占地面积仅相当于传统活性污泥法一个反应池的占地；其空气消耗量为传统活性污泥法的10%。井筒的直径一般可达3 m，其具体大小由待处理的污水的水质和水量来决定。 1.2工艺流程 参见图1，工艺具体流程如下： 起始阶段，空气通过入流管进入混合区以产生循环。升起的气泡产生一个密度坡度，从而导致空气在氧化区内循环。 一旦这个循环建立并稳定后，空气注入点转移到混合区的下部。未处理的污水通过入流管在混合区空气注入点的同等高度进入液体循环。 压力和深度导致了高的氧气传导速率从而保证混合区内的混合溶液中具有高的溶解氧量。氧化区内高的反应速率保证了有机物能在垂直循环圈的上部被生物氧化。 再循环液体沿着井筒的竖壁到达上部箱体中，在那里含有废气的气泡可以将废气释放进入大气。去掉这些微生物呼吸作用产生的气态产物对于防止这些废气重新回到系统内而影响空气动力效率是非常必要的。 混合液体中比例较小的一部分从混合区进入下部深度氧化区。这个区域内溶解氧含量极高，停留时间较长，因而有极高的BOD去除率。同时饱含的溶气也有利于后续气浮澄清池中的固液分离。 深度氧化区内的混合液体以极快的速度(2 m/s)进入气浮澄清池，这可保证砂粒和固体物质不会沉积在井的底部。 混合液体行至上表面过程中的快速减压可以产生经过充分充氧的低密度的悬浮物。再经过气浮澄清池中的有效分离，可以产生结合密实的生物絮体和高质量的待消毒和排放的液体。1.3工艺特点与其他污水生物处理工艺相比，VT技术具有以下特点： (1)运行费用低。通常只有传统活性污泥法的一半以下。 (2)占地少。本系统结构非常紧凑，所需占地面积通常只有传统工艺的10%20%。 (3)环境影响小。和传统工艺相比，VT工艺的VOC(挥发性有机化合物)排放量是最低的。由于占地小，也便于根据特定需要将系统置于封闭的建筑之内。 (4)维修、管理方便。并可以通过自动控制，实现无人值守。 (5)抗冲击负荷能力强。1.4主要技术经济指标 BOD去除率95%；出水BOD15 mg/L，SS15 mg/L；去除1 kg BOD耗电0.8 kWh。对城市污水而言，每处理1 m3水耗电0.1 kWh左右；占地面积仅为传统污水处理工艺的10%20%。2VD处理工艺2.1工艺概况 VD工艺是一种高温好氧污泥消化技术，初沉污泥及剩余活性污泥经VD工艺处理后，可转化成美国环境保护局(USEPA)CFR?503条规定的A级生物固体。A级生物固体可直接用作土壤肥料，彻底解决污泥的最终处置问题。该工艺的核心是深埋于地下的井式高压反应器( 见图2)。该反应器深一般是110 m，井的直径通常是0.53 m，所占面积仅为传统污泥消化技术的一个零头。 图2VD污泥处理工艺示意 VERTADTM是一个高效的高温好氧污泥消化过程。与其他高温消化系统相比，其不同之处在于将3个独立的功能区放在1个反应器中进行。井筒的最上部是第一级反应区，包括一个同心通风试管和用于混合液体循环的再循环带。混合区在第一级反应区的下部，位于整个井筒的1/2深度处。在井筒上部区域所发生的高速率生物氧化所需的空气注入区域，为空气循环提升提供动力。第二级反应区域在井筒的底部，井径3 m，井深一般约100 m，是普通好气氧化所用气量的10%。具体由污水浓度及污泥量确定。2.2工艺流程 参见图2，具体工艺过程如下： 起始阶段，空气通过入流管进入混合区以产生循环。升起气泡产生一个密度坡度，从而导致空气在氧化区内循环。 一旦这个循环建立并稳定后，空气注入点转移到混合区的下部。未处理的污泥通过入流管在混合区空气注入点的同等高度进入液体循环。 压力和深度导致了高的氧气传导速率从而保证混合区内的混合溶液中具有高的溶解氧量。氧化区内高的反应速率保证了有机物能在垂直循环圈的上部被生物氧化。 再循环液体沿着井筒的竖壁到达上部箱体中，在那里含有废气的气泡可以将废气释放入大气中。去掉这些微生物呼吸作用产生的气态产物，对于防止这些废气重新回到系统内影响空气动力效率是非常必要的。 混合液体中比例较小的一部分从混合区进入下部第二级消化区。这个区域内溶解氧含量极高，停留时间较长，所以，污泥中剩余的有机物在此被高度氧化。同时所含的溶气也有利于后续产物池中的固液分离。此过程最关键和最重要的特点是在这个过程中随着有机物的氧化，污泥温度不断升高，并利用周围良好的保温环境使反应器的温度得到稳定。 消化后的污泥以极快的速度到达地表的产物箱，这个速度可以保证砂粒和固体物质不会沉积在井底。 混合液体行至上表面过程中快速的减压可以导致固体物质从液体中分离并悬浮于表面。分离出来的高浓度生物具有不同的用处。废液循环至二级处理以便于达标排放。2.3工艺特点 VD污泥处理技术与传统的厌氧及好氧污泥处理工艺相比，具有以下优点： (1)投资省。在大多数情况下，总投资比传统工艺低。 (2)占地小。本系统结构非常紧凑，占地面积小。 (3)处理效果好。在处理过程中，挥发性固体要减少40%50%。经处理后的出厂污泥可达到US EPA污泥A级标准。污泥经脱水后，可以直接用作土壤肥料，彻底解决污泥的最终处置问题。 (4)运行费用为传统高温好氧消化的一半以下。 (5)对经消化后的污泥，只需投加少量的有机絮凝剂进行污泥脱水，就可使污泥的含水率降至65%70%。 (6)环境影响小。采用VD污泥处理工艺，异味气体和挥发性有机物的排放量很低。 (7)在气候非常恶劣的地方，或者对环境有特殊需要的情况下，便于将该系统置于封闭的建筑之内。 (8)维修、管理方便。并可以通过自动控制，实现无人值守。 (9)使用价钱不高的热交换器，即可实现过程的热量回收(收回的热量可以用来采暖)，而不需像厌氧消化那样配置价格昂贵的气体净化装置和专用锅炉。2.4主要技术经济指标 氧传质效率约50%；经VD工艺处理后，挥发性固体至少可以降低40%；经离心机脱水可得到含水率小于70%的A级生物固体；去除每kg挥发性固体耗电小于1.4 kW h，对城市污水而言，相当于每m3水耗电0.06 kWh，如果VT和VD工艺同时使用，污水和污泥处理系统总耗电约0.16 kWh/m3水；占地面积仅为传统污泥消化工艺的10%20%。医药废水处理方法研究综述1引言20世纪以来，医药工业的迅速发展，给人类文明带来了飞跃，与此同时，在其生产过程中所排放出来的废水对环境的污染也日益加剧，给人类健康带来了严重的威胁。据文献1报道，医药废水成分复杂、浓度和盐分高、色度和毒性大，往往含有种类繁多的有机污染物质，这些物质中有不少属于难生化降解的物质，可在相当长的时间内存留于环境中。特别是对人类健康危害极大的“三致”(致癌、致畸、致突变)有机污染物，即使在水体中浓度低于10-9级时仍会严重危害的人类健康，采用传统的处理工艺很难达标排放2。对于这些种类繁多，成分复杂的有机废水的处理，仍然是目前国内外水处理的难点和热点。为了寻找一种更加实用、有效、成本较低的医药废水处理方法，本文将现有的方法做了一番讨论，并从新思想、新技术这一思路出发，提出医药废水的处理方法的发展方向。目前医药废水的处理方法可大致归纳为以下几类。2催化氧化法在催化剂作用下，废水中的有机物可以被强氧化剂氧化分解，有机物结构中的双键断裂，由大分子氧化成小分子，小分子进一步氧化成二氧化碳和水，使COD大幅度下降，BODCOD值提高，增加了废水的可生化性，经深度处理后可达标排放。用催化氧化法处理医药工业废水，可以克服传统生化处理医药废水效果不明显的不足，有效地破坏有机物分子的共轭体系，达到去除COD、提高可生化性的目的。催化氧化法中，选择催化剂和氧化剂是关键。选择合适的催化剂和氧化剂，在适宜的工艺条件下处理的废水再经过二次处理后可达标排放。如在活性炭载带过渡金属氧化物催化剂的催化作用下，采用Cl02作氧化剂处理医药废水，不但处理成本低，氧化性远高于次氯酸钠，而且不会生成三卤甲烷等致癌物质3。 3内电解法内电解法的原理是利用铁屑中铁与石墨组分构成微电解的负极和正极，以充入的污水为电解质溶液，在偏酸性介质中，正极产生具有强还原性的新生态氢，能还原重金属离子和有机污染物。负极生成具有还原性的亚铁离子。生成的铁离子、亚铁离子经水解、聚合形成的氢氧化物聚合体以胶体形式存在，它具有沉淀、絮凝吸附作用，能与污染物一起形成絮体、产生沉淀。应用内电解法可去除废水中部分色度、部分有机物，并且提高废水的生化处理性能，增加生物处理对有机物的去除效果。其反应机理为：阳极(Fe)： Fe=Fe2+2eE=-0.44V阴极(C)： 2H+2e=H2 E=0.00V当有氧时： O2+4H+4e2H2O E=1.23VO2+2H2O+4e4OH- E=0.40V 实验证明，在内电解后，废水的可生化性能明显提高，这主要是由于在内电解的过程中产生的新生态氢和亚铁离子具有较强的还原性，能与废水中的难降解的有机物发生氧化还原反应，破坏其化学结构，从而提高了生物降解性能。此外。在电极氧化和还原的同时，废水中某些有色物质也由于参加氧化还原反应而被降解，从而使废水的色度降低。4吸附法吸附法处理废水是通过活性炭、磺化煤等吸附剂和吸附质(溶质)间的物理吸附、化学吸附以及交换吸附的综合作用来达到除去污染物的目的。其具有以下特点4：(1)活性炭对水中有机物吸附性强；(2)活性炭对水质、水温及水量的变化有较强的适应能力。对同一种有机污染物的污水，活性炭在高浓度或低浓度时都有较好的去除效果；(3)活性炭水处理装置占地面积小，易于自动控制，运转管理简单；(4)活性炭对某些重金属化合物也有较强的吸附能力，如汞、铅、铁、镍、铬、锌、钻等；(5)饱和炭可经再生后重复使用，不产生二次污染；(6)可回收有用物质，如处理高浓度含酚废水，用碱再生后可回收酚钠盐。大量的研究和实践已经证明活性炭是一种优良的吸附剂，它在工业废水处理中有着特殊的处理效果。但是由于生产原料的限制和价格昂贵，导致它的推广应用受到了限制，而以褐煤、焦渣、炉渣和粉煤灰等为吸附剂处理工业废水的研究变得十分活跃5，所以吸附剂再生问题能否解决是该方法能否为厂家所接受的关键所在。5.混凝沉淀法混凝是水处理中的一道重要工序，通过混凝沉淀过滤，可大幅度降低水中的浑浊度、色度，去除水中的悬浮物和杂质。混凝过程是一个十分复杂的物理化学过程，它是在一定的pH、温度等条件下，向废水中加入一定量的混凝剂，通过搅拌使其与污水中的悬浮状水不溶物和过饱和物等发生反应沉淀下来，使废水由浑浊变得澄清。混凝效果的好坏与混凝剂种类、水中杂质、浑浊度、PH值、水温、药剂的投加量和水力条件等因素密切相关，其中，混凝处理的关键是投加混凝药剂。性能优越的混凝剂不仅水处理效果好，成本还低。6.厌氧生物处理废水厌氧生物处理是利用厌氧微生物的代谢过程，在无需提高氧气的情况下把有机物转化为无机物和少量的细胞物质，这些无机物主要包括大量的沼气和水。这种处理方法对于低浓度有机废水，是一种高效省能的处理工艺；对于高浓度有机废水，不仅是一种省能的治理手段，而且是一种产能方式。厌氧生物处理技术现已广泛应用于世界范围内各种工业废水的处理，它的处理工艺主要有普通厌氧消化，厌氧接触工艺，上流式厌氧污泥床（UASB），厌氧流化床，厌氧生物转盘等。该工艺将环境保护、能源回收和生态良性循环有机结合起来，能明显地降低有机污染物，用厌氧处理高浓度有机废水有较高的处理效果，BOD去除率可达90%以上，COD去除率可达70%90%，并将大部分有机物转化为甲烷。用该法处理废水成本比好氧处理要低6，设备负荷高，占地面积少，产生剩余污泥量较少，可直接处理高浓度有机废水，不需要大量稀释水，并可使在好氧条件下难于降解的有机物进行降解，但它仍有不足之处，其初次启动过程较慢，对有毒物质较为敏感，操作控制因素比较复杂，且出水COD浓度高于好氧处理，仍需要后续处理才能达到较高的排水标准。如孙剑辉7等研究的用铁屑作填料的UBF