工业废水生化处理工艺

工业废水生化处理工艺工业废水生化处理工艺：一、废水生物处理原理废水生物处理是指利用微生物的代谢作用去除废水中有机污染物的一种方法。废水中可降解的有机物可以是可溶性的，也可以是不可溶性的固体物质。用于废水处理的微生物有藻类、细菌、真菌，也有原生动物和后生动物，其中细菌是最重要的一类微生物。不同微生物种群需要的生存环境不同，根据对氧气的需求情况分为好氧生物处理、厌氧生物处理和兼性厌氧生物处理。微生物对废水中有机物的降解过程中具有氧化复原作用、脱羧作用、脱氨作用、水解作用、脱水反应等各种化学作用的能力。好氧生物处理：微生物在废水中要有充足溶解氧的条件下才能存活，将污染物最终分解为CO2、H2O和各种无机盐。好氧生物处理的微生物种群复杂，多种微生物类群都存在，如病毒、立克次氏体、细菌、放线菌、霉菌、酵母菌、单细胞藻类、原生动物和后生动物等，并以细菌占主导地位;不同生化处理方式对微生物的优势种群影响很大，另外在生活废水中几乎各种微生物都能生存，而工业废水的处理只有少数种群能够存活，当然仍是以细菌为主。厌氧生物处理：厌氧生物处理是指在无分子氧条件下，通过厌氧微生物包括兼氧微生物）的作用，将污水中的各种复杂有机物分解转化成甲烷和二氧化碳等物质的过程，也称厌氧消化。微生物将污染物最终分解为CH4、CO2、H2S、N2、H2、H2O以及有机酸和醇等。厌氧生化处理法是一个较为复杂的生物化学过程，生物厌氧处理主要依靠水解产酸细菌、产氢产乙酸细菌和产甲烷细菌的共同作用的结果，因此可将其大致分为水解酸化、产氢产乙酸和产甲烷等3个连续的阶段。见下列图第1阶段为水解酸化阶段，它主要由一些兼性厌氧菌，如梭状芽胞杆菌、厌氧消化球菌、大肠杆菌等先将大分子、难溶解的有机物分解成小分子、易溶解有机物，然后再渗入细胞体内分解成易挥发的有机酸、醇、醛等，如甲酸、乙酸、低级醇等。水解酸化菌可将长链高分子聚合物水解酸化为可生化性更强的有机小分子醇或酸，也可以将部分不可生化或生化性较弱的杂环类有机物破环降解成可生化的有机分子，提高污水中有机污染物BOD5/CODcr值，从而改善整个污水的生化性。含氮有机物分解产生的NH3，除了提供合成细胞物质的氮源之外，还要在水中部分电解，生成碳酸氢铵，具有缓冲污水pH值的作用。第2阶段为产氢产乙酸阶段。在产氢产乙酸细菌的作用下。第1阶段产生的各种有机酸被分解转化为乙酸和氢气，在降解有机酸时还产生二氧化碳。第3阶段为产甲烷阶段，为严格厌氧菌，主要是产甲烷菌，分解第一阶段产生的有机酸和醇，通过无氧呼吸产生CH4、CO2、H2S等。厌氧生化中产酸阶段相对容易开展，产甲烷菌代谢速度很慢，故第二阶段需要较长的时间。二、影响因素微生物种类繁杂，所适应的环境非常不同，本文仅讨论在污水处理中微生物适用的环境条件。也有在特殊环境下可以生存的微生物，如可以耐高温、低温、高压等，不在本文讨论范围内。温度影响：不同微生物种群生长的温度范围是不同的，一般来讲，好氧生物处理最适合的温度范围是20〜30C,厌氧生物处理最适合的温度范围是35〜38°COpH影响：以细菌为主的生化处理pH范围一般在6.5〜7.5。盐分影响：盐分浓度较高时对微生物有抑制作用，最好能在8ppm以下。溶解氧：好氧生化处理要求溶解氧的质量浓度到达3〜4mg/L;兼性厌氧生化处理在正常供氧条件下好氧微生物与兼性厌氧微生物两者共同起作用，在供氧缺陷时好氧微生物不起作用，而兼性厌氧微生物起作用;厌氧生化处理在无氧的条件下开展，例如产甲烷菌必须在氧浓度低于1.48x10-56mol/L时才能生存。营养元素：微生物的生长不仅需要碳源，还需要氮、磷、硫、镁等其他的营养元素，如果环境中这些营养成分一种或几种供给缺陷，微生物的生长将会受到影响。一般废水中C:N:P=1:5:1较为合适。有毒物质的影响：毒性物质的概念是相对的，只要物质的浓度足够低，不会对微生物降解有阻碍作用，有的甚至是生物降解所需的必不可少的成分。当有毒物质浓度高于某一限值，会对生物降解起到阻碍作用，甚至会使生物降解不能开展，各类杀菌剂基本都是有毒物质，允许浓度通常都很低。常见有毒物质允许浓度见下表：三、化工废水的可降解性不同种类化合物的可降解性差异很大，醇类、低碳脂肪酸等比较容易降解，氯代烃、芳烃、杂环化合物不容易降解；化合物的取代基对可降解性也有影响，阻碍降解的基团有卤素、亚硝基、磺酸基、氰基等;加速降解的基团有羧基、羟基、酯、酰胺等。常用BOD5/CODcr的数值表示废水的可生化性。单纯的工业废水可生化性差，应尽可能与生活废水合并处理。四、废水生物处理工艺及设备按照微生物的代谢形式，生化处理工艺分为好氧和厌氧两大类;按微生物的生长方式分为悬浮生长型和固着生长型两类，按照系统的运行方式可分为连续式和间歇式，按生化池水流状态可分为推流式和完全混合式。目前广泛运行的污水处理工艺多数是各种方式的组合。（一）活性污泥法传统活性污泥法（ASP）：活性污泥法是悬浮生化法的一种，由曝气池、二沉池、曝气系统及污泥回流系统组成。废水经过初沉池后与二次沉淀池底部回流的活性污泥同时进入曝气池，通过曝气使活性污泥呈悬浮状态，并与废水充分接触。废水中的悬浮固体和胶状物质被活性污泥吸附，废水中的可溶性有机物被活性污泥中的微生物用作自身繁殖的营养，代谢转化为细胞并氧化成为最终产物。非溶解性的有机物需要先转化成溶解性有机物才被代谢。净化后的废水与活性污泥在二次沉淀池开展分离，上层清水排放，分离浓缩后的污泥一部分返回曝气池，以保持曝气池内一定浓度的活性污泥，其余为剩余污泥，由系统排出。活性污泥法是以球状菌为优势种群，大量丝状菌的出现是产生污泥膨胀的主要因素。曝气系统的用电成本在好氧生化处理中占有极高的比例，为提高氧的利用率和提高生化效果，开发出了多种曝气方式，分为：普通曝气、阶段曝气、渐减曝气法、纯氧曝气、低压曝气、深层曝气、加压曝气、射流曝气等。粉末炭-活性污泥工艺：是对活性污泥工艺的改良，向活性污泥的曝气池中投加一些具有吸附性能的活性材料可以提高污泥浓度，显著改善污泥的沉降性能，常用载体是活性炭和滑石，由于活性炭价格较高，可利用废弃活性炭代替，实现废弃活性炭的综合利用。氧化沟(OxidationDitch)：又称连续循环曝气池，是一种首尾相接的循环流，是活性污泥法的一种变形，通常采用延迟曝气。氧化沟可以分连续工作方式、交替工作方式和半交替工作方式，以连续工作方式为主。氧化沟也可以设置缺氧段、厌氧段和好氧段。有多种类型的氧化沟工艺在运行中，主要应用在城市污水处理。SBR：是序列间歇式活性污泥法(SequencingBatchReactorActivatedSlugeProcess)的简称，是一种按间歇曝气方式运行的的活性污泥工艺，SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉功能于一体，曝气和排泥在同一池内完成，每一个周期的进水、反应、沉淀、滗水和闲置五道工序都在同一池内周而复始地开展。省去了二沉池和污泥回流系统，设施简单，抗冲击能力强。SBR工艺有多种改良型，分为：ICEAS工艺：即间歇循环延时曝气活性污泥法，采用连续进水，间歇曝气、沉淀、排水、排泥；DAT-IAT:即连续曝气和间歇曝气相结合的工艺，前边DAT连续曝气，后边IAT间歇曝气、沉淀、排水、排泥；CAST:即循环式活性污泥法，CAST池通过隔墙将反应池分为功能不同的的几个区域，因在各分格溶解氧、污泥浓度和有机负荷不同，各池中占优化的生物相亦不同。同时，在传统SBR池前或池中设选择器及厌氧区，相当于厌氧、缺氧、耗氧阶段串联起来，提高了除磷、脱氮效果。具备A/O法工艺的全部优点；UNITANK:一体化活性污泥法，UNITANK工艺设有相互连通的三个水池，每池都设有曝气系统，外侧的两池设有出水堰及污泥排放，他们交替作为曝气池和沉淀池。污水交替进入三个池中，三个池交替在好氧、缺氧及厌氧状态，完成有机物的脱氮除磷。二)生物膜法：膜生物反应器(MBR)：整个系统由池体、填料、曝气设备等组成。好氧生化法是细菌及菌类的微生物、后生动物等一类的微型动物在填料载体上生长繁殖，微生物摄取污水中的有机物作为养份，吸附分解污水中的有机物，微生物不断新陈代谢，保持活性，从而使污水得以净化。在溶解氧和食物都充足的情况下，微生物繁殖十分迅速，生物膜逐渐增厚，溶解氧和污水中的有机物凭借扩散作用，被微生物利用。当生物膜到达一定厚度时，氧气无法向生物膜内部扩散，好氧菌死亡，而兼性细菌和厌氧菌开始大量繁殖，形成厌氧层，利用死亡的好氧菌为基质，并在此根底上不断繁殖厌氧菌，经过一段时间后在数量上开始下降，加上代谢气体的逸出，使生物膜大块脱落。在脱落的生物膜表面新的生物膜又重新发展起来，在接触氧化池内，由于填料表面积大，所以生物膜发展的每一个阶段都是存在的，使去除有机物的能力稳定在一个水平上。膜生物反应器内球状菌和丝状菌均能存活并以丝状菌为主，种类复杂。该工艺的优点：运行稳定，处理效果可靠。体积负荷高，处理时间短。动力消耗较低，处理系统操作简单，维护管理方便，污泥产量低。生物膜法包括生物接触氧化法、生物滤池、生物转盘、生物活性炭、生物流化床等。生物接触氧化法：是膜生物反应器的基本形式，池内设置填料，将充氧的污水浸没全部填料，并以一定的速度流经填料。填料上长满生物膜，同时污水中也有一定数量的活性污泥，污水与生物膜及活性污泥相接触，在微生物的作用下，污水得到净化。生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物膜法两者之间的、具有活性污泥与生物膜双重效能的生物处理法。高曝气生物滤池（BAF）:BAF（BiologicalAeratedFilter）采用新型轻质悬浮填料-主要成分是聚苯乙烯，比重小于1g/cm3），污水通过滤料层，水体含有的污染物被滤料层截留，并被滤料上附着的生物降解转化，同时，溶解状态的有机物和特定物质也被去除，所产生的污泥保存在过滤层中，而只让净化的水通过，这样可在一个密闭反应器中到达完全的生物处理而不需在下游设置二沉池开展污泥沉降。滤池底部设有进水和排泥管，中上部是填料层，厚度一般为2.5-3.5m,为防止滤料流失，滤床上方设置装有滤头的混凝土挡板，滤头可从板面拆下，不用排空滤床，方便维修。挡板上部空间用作反冲洗水的储水区，其高度根据反冲洗水头而定。该区内设有回流泵用于将滤池出水回流到滤池底部实现反硝化，在不需要反硝化的工艺中没有该回流系统。填料层底部与滤池底部的空间留作反冲洗再生时填料膨胀之用。滤池供气系统分两套管路，置于填料层内的工艺空气管用于工艺曝气主要由曝气风机提供增氧曝气)，并将填料层分为上下两个区：上部为好氧区，下部为缺氧区。根据不同的原水水质、处理目的和要求，填料层的高度不同，好氧区、厌氧区所占比例也相应变化;滤池底部的空气管路是反冲洗空气管。高负荷生物滤池/固体接触(TF/SC)工艺：由初沉池、生物滤池、固体接触池、絮凝沉淀池组成，将絮凝沉淀池的活性污泥回流到固体接触池。主要的生化处理在固体接触池完成，具有活性污泥法和生物膜法的叠加效果。流化床生物膜反应器(MBBR):是基于悬浮填料的生物流化床技术，在同一个生物处理单元将生物膜法与活性污泥法有机结合，提升生化池的处理能力和处理效果，并增强抗冲击能力。MBBR的核心是流化态的悬浮载体，材料为改性***度聚乙烯。(三)厌氧生化处理厌氧微生物分为发酵细菌产酸菌)和产甲烷菌两大类。前者属于兼性厌氧菌，后者属于专性厌氧菌。废水中的有机物在这些微生物联合作用下，通过酸性发酵阶段和产甲烷阶段，最终被转化称CH4、CO2、H2S等。厌氧生化处理包括上流式厌氧污泥床、上流式厌氧滤池、厌氧接触法、厌氧流化床、两相厌氧消化及各种改良型。升流式厌氧污泥床：UASB(UpflowAnaerobicSludgeBed)进水在底部均匀分布，底部区域是厌氧颗粒污泥床和污泥悬浮区，反应产生的气体及进水向上流动起到的搅动作用，上部是三相分离器，气体被分离进入集气室，然后气液在沉淀区开展固液分离，液体从出水排出，固体微生物靠重力返回到反应区。厌氧内循环：IC(InsideCycling已经发展成为厌氧处理的主流技术之一°IC厌氧反应器其内部由四部分组成，分别为锥形污泥膨胀区、主反应区、次反应区和沉淀区，相似由2层UASB反应器串联而成。其由上下两个反应室组成，两个室通过内循环装置组合在一起。进入IC厌氧反应器的有机物大部分在下反应室被消化，所产生的沼气被下层集气罩阻隔收集进入提升管，由于提升管内外液体存在密度差，促使发酵液不断被提升至气液分离器，分离沼气后又回流到下反应室，形成了发酵液的连续循环。介于内循环发生在下反应室，故下反应室有较高的水力负荷，高水力负荷和高产气负荷使污泥与有机物充分混合，使污泥处于充分的膨胀状态，传质速率高，大大提高了厌氧消化速率和有机负荷。上反应室是反应器的低负荷区，它只是消化下反应室少量来不及消化的有机物，沼气产量少，产气负荷低，内循环不进入上反应室，上反应室较低的产气负荷和较低的水力负荷有利于污泥的沉降和滞留，从而能维持反应器内较高的污泥浓度。由于厌氧消化速率取决于污泥浓度和传质速率，影响传质的因素是产气负荷和水力负荷，它们一方面是强化传质的重要因素，又是造成污泥流失的根本原因，而IC厌氧反应器由于有了内循环装置，改变了产气负荷与水力负荷的作用方向，在高负荷下能防止污泥的流失，在一定程度上实现了“高负荷与污泥流失相分离”，从而使IC厌氧反应器具有比UASB、EGSB更高的有机负荷。与UASB反应器相比，在获得一样处理速率的条件下，IC反应器具有更高的进水容积负荷率和污泥负荷率。污泥膨胀床反应器(EGSB):EGSB(ExpandedGranularSludgeBed)反应器即膨胀颗粒污泥床反应器，是在IC反应器的根底上发展起来的第三代厌氧生物反应器，它通过出水回流再循环，大大提高了污水的上升流速，反应器中颗粒污泥始终处于膨胀状态，加强污水与微生物之间的接触和传质，获得较高的去除效率，反应器的高度高达16〜20m。从外观上看，EGSB反应器由第一厌氧反应室和第二厌氧反应室叠加而成，每个厌氧反应器的顶部各设一个气-固-液三相分离器。如同两个IC反应器的上下重叠串联。但由于采用了较高的上流速度，对颗粒污泥的形成和污水的前期预处理要求很高，需投加颗粒污泥开展培养驯化。厌氧氨氧化(ANAMMOX)工艺：厌氧氨氧化工艺是专门去除氨氮的工艺。在厌氧条件下，以氨为电子供体，以硝酸盐或亚硝酸盐为电子受体，将氨氧化生成氮气。该工艺容积负荷不高，尚未普遍推广。由UASB改良后其他的厌氧工艺还有：厌氧折板反应器(AnaerobicBaffledReactor,简称ABR)、厌氧序列反应器(AnaerobicSequencingBatchReactor，简称ASBR)、厌氧膜生物系统(AnaerobicMembraneBiosystem，简称AMBR)。(四)生化处理组合工艺通常好氧生化处理进水COD浓度通常不能超过50ppm，并且对于难降解有机物的处理效果较差;厌氧生化处理的出水水质较差，通常将厌氧生化与好氧生化开展组合，形成多种处理工艺。缺氧-好氧工艺：A/O(AnoxicOxic)系统由缺氧池-表曝池-曝气池-二沉池组成，大部分废水进入厌氧池，少部分废水直接进入表曝池和曝气池，二沉池污泥回流到缺氧池。在缺氧段，反硝化菌利用污水中的有机碳作为电子供体，以硝酸盐作为电子受体，将硝态氮复原成氮气释放出来;在好氧段，硝化菌将污水中氨氮氧化成硝酸盐，再向缺氧池回流。A/O工艺是常规二级生化处理根底上发展起来的生物去碳除氮技术，是考虑污水脱氮采用较多的一种处理工艺。充分利用缺氧生物和好氧生物的特点,使废水得到净化，同时具有生物选择的作用，防止污泥膨胀。因此A/O工艺不但具有稳定的脱氮功能，而且对COD、BOD有较高的去除率，处理深度高，剩余污泥量少。厌氧一缺氧一好氧工艺：A2/O(Anaerobic-Anoxic-Oxic)系统由厌氧池-缺氧池-好氧池-二沉池组成，大部分废水进入厌氧池，少部分废水进缺氧池，二沉池污泥回流到厌氧池。在厌氧池，返回污泥中的磷被释放出来，氨氮因细胞的合成而被去除一部分;在缺氧段，反硝化菌利用污水中的有机碳作为电子供体，以硝酸盐作为电子受体，将硝态氮复原成氮气释放出来;在好氧段，有机氮被氨化然后被硝化，使氨氮浓度显著下降，同时P随着聚磷菌的过量摄取也以较快速度下