厭氧膨脹顆粒污泥床廢水處理技術(shù)研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

董繼武 韓相奎 林孝娟

(1:吉林建筑工程學(xué)院市政與環(huán)境工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130118;2:長(zhǎng)春市財(cái)政投資評(píng)審中心，長(zhǎng)春 130061)

0 引言

廢水厭氧生物處理技術(shù)一直是污水處理領(lǐng)域研究與應(yīng)用熱點(diǎn).隨著生產(chǎn)發(fā)展與資金、能源、占地等因素間矛盾的進(jìn)一步突出，其優(yōu)勢(shì)越發(fā)明顯.厭氧膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器(Expanded Granular Sludge Bed，簡(jiǎn)稱EGSB)即是在這一背景下產(chǎn)生的新型反應(yīng)器.目前，EGSB反應(yīng)器已成功應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工等工業(yè)廢水處理領(lǐng)域，由于其處理負(fù)荷高、投資少、占地省等特點(diǎn)，已引起業(yè)內(nèi)矚目.

1 EGSB反應(yīng)器結(jié)構(gòu)特征及啟動(dòng)

EGSB反應(yīng)器的主要組成部分包括:反應(yīng)器主體、進(jìn)水分配系統(tǒng)、氣－液－固三相分離器，以及出水循環(huán)部分(圖1).進(jìn)水系統(tǒng)的主要作用是將進(jìn)水均勻地分配到整個(gè)反應(yīng)器的底部，并產(chǎn)生一個(gè)均勻的上升流速.與UASB(Up－flow Anaerobic Sludge Bed)反應(yīng)器相比，EGSB反應(yīng)器由于其高徑比更大，所需要的配水面積較小，同時(shí)采用了出水循環(huán)，配水孔口的流速更大，因此其配水系統(tǒng)更容易保證反應(yīng)器配水均勻［1］.

出水循環(huán)部分是EGSB反應(yīng)器不同于UASB反應(yīng)器之處，其主要目的是提高反應(yīng)器內(nèi)的液體上升流速，使顆粒污泥床層充分膨脹，污水與微生物之間充分接觸，加強(qiáng)傳質(zhì)效果，還可避免反應(yīng)器內(nèi)死角和短流的產(chǎn)生.

據(jù)相關(guān)研究，接種市政消化污泥的EGSB反應(yīng)器能夠在46 d內(nèi)快速啟動(dòng)，進(jìn)水COD負(fù)荷達(dá)到7.12 kg COD m3/d，COD去除率為91.06%;在近2個(gè)月內(nèi)快速將有機(jī)負(fù)荷提高至40 kg COD m3/d時(shí)，COD去除率仍能維持在91%以上，所形成的顆粒污泥沉淀性能良好，沉速為28.87 m/h～96.75 m/h，保證了反應(yīng)器內(nèi)有較高的污泥濃度.

接種市政消化污泥的EGSB反應(yīng)器初次啟動(dòng)宜采用低進(jìn)水濃度、高有機(jī)負(fù)荷的方式;在7℃ ～15℃的低溫下放置一段時(shí)間，EGSB反應(yīng)器可實(shí)現(xiàn)快速二次啟動(dòng).采用高啟動(dòng)負(fù)荷，歷時(shí)7d，有機(jī)負(fù)荷率高達(dá)24.84 kg COD m3/d，COD 去除率可達(dá)94.6%，污泥的濃度幾乎無減少，沉速明顯提高，仍能保持高產(chǎn)甲烷活性［2］.

圖1 EGSB反應(yīng)器結(jié)構(gòu)示意圖

2 EGSB的研究與應(yīng)用

2.1 EGSB在工業(yè)廢水處理中的研究應(yīng)用

根據(jù)上海交通大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院的研究，采用EGSB后繼以生物接觸氧化工藝處理含N，N—二甲基甲酰胺(DMF)廢水，先由EGSB去除廢水中的大部分可降解有機(jī)污染物，然后再用新型生物接觸氧化工藝對(duì)剩余有機(jī)物進(jìn)行降解.當(dāng)進(jìn)水COD濃度為8 000 mg/L～1l 000 mg/L時(shí)，出水可降至15 mg/L以下［3］.

四平市某淀粉廠在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的淀粉廢水、果糖廢水和蒸發(fā)冷凝液，廢水中含有淀粉、糖類、纖維素、蛋白質(zhì)、脂肪等，其次是N，P，鹽分等無機(jī)污染物，可生化性較好，但氨氮含量高，加大了處理難度.針對(duì)此廢水的特點(diǎn)，確定采用EGSB－A/O工藝處理.EGSB反應(yīng)器經(jīng)過了接種污泥、馴化污泥、提高負(fù)荷及滿負(fù)荷運(yùn)行4個(gè)階段后，完成啟動(dòng)過程，此時(shí)其COD負(fù)荷達(dá)到20 kg/(m3/d)，同時(shí)A/O段處理效果也隨之穩(wěn)定.經(jīng)4個(gè)多月的調(diào)試后，該系統(tǒng)對(duì)廢水中COD，BOD，SS和NH3－N去除率分別達(dá)到99.1%，99.6%，82%和96%，出水水質(zhì)達(dá)到《城市污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978－1996)的一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)［4］.

采用EGSB工藝處理玉米酒精糟液，反應(yīng)器啟動(dòng)速度快，啟動(dòng)僅2個(gè)月，反應(yīng)器內(nèi)部即形成沉淀性能良好的顆粒污泥.進(jìn)水COD高達(dá)28 000 mg/L(不稀釋、出水不循環(huán))時(shí)，出水COD為2 000 mg/L左右，COD去除率保持90%以上，揮發(fā)酸也始終處于較低水平，處理效果好.而且，試驗(yàn)進(jìn)行中進(jìn)水COD濃度大幅度波動(dòng)時(shí)(13 000 mg/L～28 000 mg/L)，反應(yīng)器對(duì)沖擊負(fù)荷表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性.高溫EGSB反應(yīng)器可以有效處理玉米酒精糟液，COD容積負(fù)荷高達(dá)29 kg/(m3/d)，水力停留時(shí)間縮短至1d.進(jìn)水SS常值為6 000 mg/L并在較大范圍內(nèi)變化時(shí)，未對(duì)反應(yīng)器造成不良影響，說明高溫EGSB對(duì)懸浮物的耐受能力較高［5］.

德國(guó)第一座EGSB反應(yīng)器用于處理淀粉廢水，該反應(yīng)器高度為14 m，體積為750 m3，反應(yīng)器進(jìn)水COD濃度為3 500 mg/L，其去除率可以達(dá)到70% ～85%，沼氣中甲烷的含量達(dá)到80%，且在運(yùn)行后的前4個(gè)月土豆廢水中的SS并未引起顆粒污泥退化［6］.荷蘭Peka Kroef廠在土豆和蔬菜加工過程中產(chǎn)生的高濃度污水，污水的溫度低、COD高、懸浮物含量高，且水質(zhì)波動(dòng)大，采用EGSB反應(yīng)器處理，COD去除率約為70%［7］.

2.2 EGSB在生活污水處理中的研究應(yīng)用

在水解與顆粒污泥膨脹床串聯(lián)工藝處理城市污水的研究中，發(fā)現(xiàn)采用EGSB系統(tǒng)對(duì)溶解性COD的去除可以完全歸結(jié)為VFA的去除，而非酸性溶解性組分在EGSB出水中保持一個(gè)恒定的水平.因此，反應(yīng)的限速階段是膠體COD的去除，其占EGSB反應(yīng)器出水的80%.在常溫條件下(9℃ ～21℃)，采用HUSB(Hydrolysis Up－flow Sludge Bed)和EGSB反應(yīng)器串聯(lián)工藝處理低濃度城市生活污水，在水力停留時(shí)間、處理效率、沼氣產(chǎn)率和污泥穩(wěn)定化方面比其一級(jí)UASB系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)點(diǎn).在5.0 h的水力停留時(shí)間和T＞15℃或T=12℃條件下，可分別獲得71%的COD，83%的SS和51%的COD，76%的SS去除率.

在整個(gè)試驗(yàn)期間，EGSB反應(yīng)器的沼氣產(chǎn)量十分穩(wěn)定，低的出水VFA數(shù)值表明系統(tǒng)在HRT=2.0 h時(shí)仍處于低負(fù)荷，基于本研究及其以前研究的結(jié)果，建議HUSB和EGSB反應(yīng)器適當(dāng)?shù)腍RT分別為2.5 h～3.0 h和1.0 h～2.0 h，即整個(gè)系統(tǒng)的停留時(shí)間為3.5 h～5 h.技術(shù)上的簡(jiǎn)捷性并配以可觀的能源回收，使整個(gè)系統(tǒng)成為有吸引力的城市污水替代處理工藝［8］.

3 結(jié)語(yǔ)

EGSB處理有機(jī)廢水性能卓越，應(yīng)用前景十分廣闊.國(guó)際上對(duì)于EGSB的應(yīng)用技術(shù)已較為成熟，并已擁有自主產(chǎn)權(quán).國(guó)內(nèi)EGSB研究依然停留在起步階段，自行研制的EGSB往往不能很好地在實(shí)踐中發(fā)揮作用，因此有必要了解并掌握國(guó)際上EGSB的發(fā)展動(dòng)態(tài)和先進(jìn)設(shè)計(jì)理念.結(jié)合我國(guó)廢水的實(shí)際情況，可從以下方面進(jìn)行深入探討:

(1)EGSB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，包括三相分離器、布水器、節(jié)能型保溫設(shè)施(如利用太陽(yáng)能)等;

(2)建立EGSB運(yùn)行的數(shù)學(xué)模型，包括水力模型、流態(tài)模擬、工藝過程參數(shù)模擬等;

(3)掌握EGSB內(nèi)厭氧微生物的特性和利于顆粒污泥形成的機(jī)制;

(4)尋找并優(yōu)化與EGSB匹配的先進(jìn)組合工藝.

［1］李湘凌，周元祥，崔康平.EGSB反應(yīng)器接種污泥的選擇及膨脹污泥床的形成［J］.安全與環(huán)境工程，2005，3(12):30－32.

［2］邢金龍.EGSB 反應(yīng)器的啟動(dòng)運(yùn)行［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2007，10(1):128 －131.

［3］王毅軍，張振家.EGSB一接觸氧化工藝處理DMF廢水［J］.工業(yè)用水與廢水，2007，1(38):94－96.

［4］石 慧，薛建良，王笑冬.EGSB—A/O工藝處理高濃度淀粉廢水的工程應(yīng)用［J］.工業(yè)水處理，2009，9(29):81－83.

［5］張振家，周偉麗，林榮忱.膨脹顆粒污泥床處理玉米酒精糟液的生產(chǎn)性試驗(yàn)［J］.環(huán)境科學(xué)，2001，4(22):114－116.

［6］AUST ERM ANN － HAUNU，MEYER H，SEYFR IEDCF，et al.Full scale experiences with anaerobic/aerobic treatment plants in the food and beverage industry［J］.Water Science and Technology，1999，40(1):305 － 312.

［7］GEORGER，ZOUTBER G，ZERRINEKER.Anaerobic treatment of potato processing wastewater［J］.Water Science and Technology，1999，40(1):297－304.

［8］王凱軍.水解與顆粒污泥膨脹床串聯(lián)工藝處理城市污水［J］.中國(guó)給水排水，1999，8(15):1－8.