厭氧生物處理污水的實(shí)踐與效果研究

□安 靜（平頂山市水利局）

厭氧生物處理是在無(wú)氧條件下，由兼性菌及專性厭氧細(xì)菌降解有機(jī)物，最終的產(chǎn)物是CO2和CH4?！叭A段模式”是當(dāng)前較為公認(rèn)的厭氧生物處理理論，即完整的厭氧反應(yīng)是由水解階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段組成。

厭氧生物處理工藝的共同特點(diǎn)是有機(jī)物負(fù)荷高，污泥產(chǎn)量低；能耗低，營(yíng)養(yǎng)物需要量少；應(yīng)用水質(zhì)范圍廣，有些有機(jī)物對(duì)好氧微生物來(lái)說(shuō)是難降解的，而厭氧微生物則可降解之的；對(duì)水溫的適宜范圍廣，厭氧菌能在10～555℃的范圍內(nèi)不同程度地發(fā)揮作用；由于厭氧或兼性微生物對(duì)有機(jī)物只進(jìn)行不徹底降解，所以厭氧工藝往往作為好氧生物處理預(yù)處理。

1.處理的效果

1.1 上流式厭氧污泥床（UASB）處理工藝

1.1.1 工藝特點(diǎn)

一是，該工藝的顯著特點(diǎn)是反應(yīng)器中的污泥培養(yǎng)成熟后呈黑色或褐色顆粒狀，活性高，抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)；二是，反應(yīng)器中無(wú)需安裝攪拌裝置，通過(guò)反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生的沼氣上升、遷移作用實(shí)現(xiàn)攪拌目的，操作管理簡(jiǎn)單；三是，UASB 采用脈沖布水器進(jìn)水，使反應(yīng)產(chǎn)物CH4和CO2 迅速移出反應(yīng)器，pH 自行提高，有利于厭氧反應(yīng)的順利進(jìn)行。

1.1.2 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

2010年11月份UASB 進(jìn)水水質(zhì)指標(biāo)CODCr 基本穩(wěn)定在2750mg/L 左右，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表1

表1 UASB 反應(yīng)器設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)表

1.1.3 運(yùn)行效果

2010年11月份反應(yīng)器出水水質(zhì)可知，出水COD 基本穩(wěn)定在350mg/L 左右。

1.2 內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器（IC）處理工藝

1.2.1 工藝特點(diǎn)

有機(jī)負(fù)荷高，進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷達(dá)到普通厭氧反應(yīng)器的3 倍以上，污泥濃度高，微生物量大；內(nèi)循環(huán)使得傳質(zhì)效果好。

該項(xiàng)目反應(yīng)器容積負(fù)荷率達(dá)到同等規(guī)模、水質(zhì)相近的UASB 反應(yīng)器3 倍左右，高徑比為6，節(jié)省投資和占地面積，非常適合用地緊張的企業(yè)。

抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)，本項(xiàng)目COD 最低接近2000mg/L 時(shí)，內(nèi)循環(huán)流量為進(jìn)水量的3 倍；COD 最高接近15000mg/L 時(shí)，內(nèi)循環(huán)流量為進(jìn)水量的16 倍；內(nèi)循環(huán)水使原水中的有害物質(zhì)得到充分稀釋，大大降低了毒物對(duì)厭氧消化過(guò)程的影響。

抵抗低溫能力強(qiáng)：由于IC 反應(yīng)器含有大量的微生物，外界溫度的變化對(duì)反應(yīng)器的影響不再顯著或嚴(yán)重。IC 反應(yīng)器可在常溫（20～25℃）下運(yùn)行，節(jié)省了能量。

內(nèi)部自動(dòng)循環(huán)，不必外加動(dòng)力：IC 反應(yīng)器通過(guò)自身產(chǎn)生的沼氣作為提升動(dòng)力實(shí)現(xiàn)混合液內(nèi)循環(huán)，無(wú)需設(shè)泵強(qiáng)制循環(huán)，節(jié)省了動(dòng)力消耗，提高了系統(tǒng)的安全性。

1.2.2 進(jìn)水水質(zhì)設(shè)計(jì)

2010年11月份反應(yīng)器進(jìn)水COD 基本穩(wěn)定在12000mg/L左右，設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 IC反應(yīng)器設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)表

1.2.3 運(yùn)行效果

2010年11月份反應(yīng)器出水水質(zhì)可知，出水COD 基本穩(wěn)定在1700mg/L 左右。

1.3 EGSB 處理工藝

1.3.1 工藝特點(diǎn)

一是，該項(xiàng)目反應(yīng)器采用了塔式結(jié)構(gòu)，高徑比較大，占地面積??；二是，EGSB 是固體流態(tài)化技術(shù)在有機(jī)廢水生物處理領(lǐng)域的具體應(yīng)用。反應(yīng)器的工作區(qū)域運(yùn)行狀態(tài)時(shí)容積膨脹率最大約為25%，進(jìn)水速率較低，其結(jié)果，既保證了進(jìn)水基質(zhì)與污泥顆粒的充分接觸和混合，加速生化反應(yīng)過(guò)程，又有利于消除或減輕固定床中常見(jiàn)的底部負(fù)荷過(guò)重的狀況，增加反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷承；三是，污泥呈顆粒狀，活性高，沉降性能好，粒徑和強(qiáng)度較大；四是，對(duì)被處理有機(jī)廢水濃度要求不嚴(yán)，既能處理高濃度廢水，又能處理低濃度廢水。

1.3.2 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

2010年11月份進(jìn)水指標(biāo)波動(dòng)較大，COD 為2000mg/L～3000mg/L，設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表3：

表3 EGSB 反應(yīng)器設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)表

1.3.3 運(yùn)行效果

2010年11月份反應(yīng)器出水水質(zhì)可知，出水COD 基本穩(wěn)定在4500mg/L 左右。

1.4 水解酸化（HUSB）處理工藝

1.4.1 工藝特點(diǎn)

一是，水解酸化過(guò)程實(shí)際上是微生物厭氧反應(yīng)的第一階段，各種不溶性大分子有機(jī)底物（如纖維素、蛋白質(zhì)、木質(zhì)素等）首先水解為溶解性單體或二聚體，然后進(jìn)一步生成揮發(fā)酸。二是，與混合厭氧工藝相比，水解酸化適應(yīng)條件更為寬松。氧化還原電位（ORP）不超過(guò)50mV 即可順利進(jìn)行，而混合厭氧系統(tǒng)ORP 必須滿足甲烷菌的要求，即-300mV 以下；水解酸化的最佳pH 值為5.5～6.5，但生產(chǎn)過(guò)程中由于不存在丙酸抑制的問(wèn)題，通常不必刻意控制pH 值；水解酸化對(duì)溫度無(wú)特殊要求，常溫下運(yùn)行即可獲得較為滿意的效果。三是，水解酸化工藝無(wú)需設(shè)三相分離器，以及生物氣的收集、凈化和儲(chǔ)存等設(shè)施，構(gòu)筑物簡(jiǎn)單，操作方便。

1.4.2 設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)

2010年11月份進(jìn)水水質(zhì)基本穩(wěn)定在2400mg/L 左右，設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)見(jiàn)表4。

表4 HUSB 反應(yīng)器設(shè)計(jì)進(jìn)水水質(zhì)表

1.4.3 運(yùn)行效果

2010年11月份反應(yīng)器出水水質(zhì)見(jiàn)表4，由表可知，出水COD 基本穩(wěn)定在800mg/L 左右。

2.分析研究

運(yùn)行實(shí)踐表明，沒(méi)有脫氮要求的廢水可以采用UASB 厭氧反應(yīng)器；COD 高于2000mg/L 時(shí)，IC 工藝是適用的，COD 含量較低時(shí)，沼氣產(chǎn)生量較少，使反應(yīng)區(qū)的污泥很難形成有效的膨脹和流態(tài)化狀態(tài)，處理效率下降；EGSB 特別適合處理低溫和濃度相對(duì)較低的廢水，當(dāng)沼氣產(chǎn)率低、混合強(qiáng)度低時(shí)，較大的進(jìn)水動(dòng)能和顆粒污泥床的膨脹將獲得比傳統(tǒng)UASB 反應(yīng)器更好的運(yùn)行效果，從實(shí)際工程的運(yùn)行結(jié)果看，EGSB 用于屠宰與肉類加工廢水是可行的，但需要一定的徑深比，池子需要采用鋼板焊接，焊接工藝要求高，施工周期較長(zhǎng)，并且每隔一段時(shí)間需要進(jìn)行防腐，運(yùn)行成本高于UASB；HUSB 工藝處理效率最低，但對(duì)于需要脫氮的廢水，不宜采用UASB、IC、EGSB 工藝，而適合采用對(duì)原水BOD 有一定降解且不影響脫氮碳源量的HUSB 工藝，另外，HUSB 不舍沼氣收集、脫硫、儲(chǔ)存系統(tǒng)及貨柜等配套設(shè)施，投資及運(yùn)行成本均較其它3 種工藝低，目前屠宰與肉類加工廢水處理中HUSB 采用占多數(shù)。

3.結(jié)語(yǔ)

厭氧生物處理工藝多樣，能耗低，污泥產(chǎn)量少，操作簡(jiǎn)單，但不同性質(zhì)的廢水需要根據(jù)其生物降解特點(diǎn)和設(shè)計(jì)目的選取適宜的厭氧工藝，并在厭氧生物處理之后設(shè)置好氧生物處理工藝。對(duì)屠宰與肉類加工廢水以及性質(zhì)類似的其他廢水，UASB、IC、EGSB 和HUSB 工藝均能要求，但綜合考慮投資、用地、能耗、操作的便利性等因素，HUSB 越來(lái)越受到歡迎。