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      煤制油裝置合成污水厭氧生物處理工藝方案的研究與比選

      2016-09-05 12:40:42楊靖華李瑞龍陳湊喜
      山東化工 2016年24期
      關(guān)鍵詞:煤制油流式處理工藝

      楊靖華,李瑞龍,陳湊喜

      (1.神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤制油分公司,寧夏 靈武 750411;2. 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤制油化工工程建設(shè)指揮部,寧夏 靈武 750411)

      煤制油裝置合成污水厭氧生物處理工藝方案的研究與比選

      楊靖華1,李瑞龍2,陳湊喜1

      (1.神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤制油分公司,寧夏 靈武 750411;2. 神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)煤制油化工工程建設(shè)指揮部,寧夏 靈武 750411)

      詳細(xì)對(duì)比介紹了厭氧生物處理技術(shù)的基本原理、主要特征、影響因素及研究進(jìn)展,并對(duì)各技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較, 客觀論證了其在煤制油化工裝置污水處理中的應(yīng)用前景和實(shí)際效果。

      煤制油;合成;污水;厭氧; 生物處理

      煤制油裝置產(chǎn)生的合成廢水中一般含有約10%左右的含氧有機(jī)化合物,其中,包括醇類、酸類、醛類、酮類等。這些有機(jī)化合物均是高附加值的基本有機(jī)化工產(chǎn)品,一般可通過精餾等工藝手段,提取其中的醇類、醛類、酮類,剩余廢水只約含1%左右乙酸以及少量的醇類。由于該合成廢水中有機(jī)物濃度高、成分復(fù)雜、可生化性較好。因此,一般建議采用成熟的厭氧+好氧的生物處理工藝路線[1]。本文重點(diǎn)就厭氧法處理煤制油裝置合成廢水的相關(guān)工藝方案進(jìn)行對(duì)比、論證研究。

      1 合成廢水厭氧生物處理工藝

      厭氧法是指在沒有游離氧的情況下,以厭氧微生物為主對(duì)高濃度有機(jī)物進(jìn)行降解的一種生物處理方法[2]。在厭氧生物處理過程中,復(fù)雜的有機(jī)化合物被降解轉(zhuǎn)化為簡單、穩(wěn)定的化合物,同時(shí)釋放出能量。通過厭氧處理,廢水的可生化性進(jìn)一步提高,為好氧處理創(chuàng)造了有利條件。高分子有機(jī)物的厭氧降解過程可以被分為四個(gè)階段:水解階段、發(fā)酵(或酸化)階段、產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段[3]。

      1.1 水解階段

      水解可定義為復(fù)雜的非溶解性的聚合物被轉(zhuǎn)化為簡單的溶解性單體或二聚體的過程。高分子有機(jī)物因相對(duì)分子量巨大,不能透過細(xì)胞膜,因此不可能為細(xì)菌直接利用。它們?cè)诘谝浑A段被細(xì)菌胞外酶分解為小分子。這些小分子的水解產(chǎn)物能夠溶解于水并透過細(xì)胞膜為細(xì)菌所利用。多種因素如溫度、有機(jī)物的組成、水解產(chǎn)物的濃度等可能影響水解的速度與水解的程度。

      1.2 發(fā)酵階段

      發(fā)酵可定義為有機(jī)物化合物既作為電子受體也是電子供體的生物降解過程,在此過程中溶解性有機(jī)物被轉(zhuǎn)化為以揮發(fā)性脂肪酸為主的末端產(chǎn)物,因此這一過程也稱為酸化。在這一階段,上述小分子的化合物發(fā)酵細(xì)菌(即酸化菌)的細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)化為更為簡單的化合物并分泌到細(xì)胞外。這一階段的主要產(chǎn)物有揮發(fā)性脂肪酸、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等,產(chǎn)物的組成取決于厭氧降解的條件、底物種類和參與酸化的微生物種群。與此同時(shí),酸化菌也利用部分物質(zhì)合成新的細(xì)胞物質(zhì)。因此,未酸化廢水厭氧處理時(shí)產(chǎn)生更多的剩余污泥。

      1.3 產(chǎn)乙酸階段

      在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸菌的作用下,上一階段的產(chǎn)物被進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為乙酸、氫氣、碳酸以及新的細(xì)胞物質(zhì)。

      1.4 甲烷階段

      雖然厭氧消化過程可分為以上四個(gè)過程,但是在厭氧反應(yīng)器中,四個(gè)階段是同時(shí)進(jìn)行的,并保持某種程度的動(dòng)態(tài)平衡。該平衡一旦被pH值、溫度、有機(jī)負(fù)荷等外加因素所破壞,則首先將使產(chǎn)甲烷階段受到抑制,其結(jié)果會(huì)導(dǎo)致低級(jí)脂肪酸的積存和厭氧進(jìn)程的異常變化,甚至導(dǎo)致整個(gè)消化過程停滯[4]。

      2 厭氧工藝選擇方案必選

      厭氧處理工藝主要有兩大類技術(shù)走向,厭氧活性污泥法和厭氧生物膜法。其中,厭氧活性污泥法包括普通消化池、厭氧接觸消化池、升流式厭氧污泥床、厭氧顆粒污泥膨脹床等;厭氧生物膜法包括厭氧生物濾池、厭氧流化床和厭氧生物轉(zhuǎn)盤。在各項(xiàng)厭氧處理技術(shù)中,目前應(yīng)用最廣泛的是升流式厭氧污泥床技術(shù)[5]。作為第三代厭氧代表技術(shù)的厭氧顆粒污泥膨脹床技術(shù),逐漸在高負(fù)荷的有機(jī)廢水厭氧處理方案中獲得了越來越重要的應(yīng)用和訂單。因此,在本項(xiàng)目中我們主要比選這兩種技術(shù)。

      2.1 升流式厭氧污泥床技術(shù)

      升流式厭氧污泥床反應(yīng)器的污泥床區(qū)主要由沉降性能良好的厭氧污泥組成,濃度可達(dá)到50~100g/L或更高。沉淀懸浮區(qū)主要靠反應(yīng)過程中產(chǎn)生的氣體的上升攪拌作用形成,污泥濃度較低,一般在5~40g/L范圍內(nèi)。在反應(yīng)器的上部設(shè)有氣(沼氣)、固(污泥)、液(廢水)三相分離器,分離器首先使生成的沼氣氣泡上升過程偏折,穿過水層進(jìn)入氣室,由導(dǎo)管排出。脫氣后混合液在沉降區(qū)進(jìn)一步固、液分離,沉降下的污泥返回反應(yīng)區(qū),使反應(yīng)區(qū)內(nèi)積累大量的微生物。待處理的廢水由底部布水系統(tǒng)進(jìn)入,澄清后的處理水從沉淀區(qū)溢流排除。在升流式厭氧污泥床反應(yīng)器中能得到一種具有良好沉降勝能和高比產(chǎn)甲烷活性的顆粒厭氧污泥,因而相對(duì)其他的反應(yīng)器有一定優(yōu)勢:顆粒污泥的相對(duì)密度比人工載體小,靠產(chǎn)生的氣體來實(shí)現(xiàn)污泥與基質(zhì)的充分接觸,省卻了攪拌和回流污泥設(shè)備和能耗;三相分離器的應(yīng)用省卻了輔助脫氣裝置;顆粒污泥沉降性能良好,避免附設(shè)沉淀分離裝置和回流污泥設(shè)備:反應(yīng)器內(nèi)不需投加填料和載體,提高容積利用率。

      2.2 厭氧顆粒污泥膨脹床技術(shù)

      厭氧顆粒污泥膨脹床采用出水回流技術(shù),反應(yīng)器內(nèi)的液體具有較高的上升流速,且出水回流可稀釋硫酸鹽及其它有毒有害物質(zhì)的濃度,污水與微生物之間可充分接觸,能承受較大的有機(jī)負(fù)荷,有效避免反應(yīng)器內(nèi)死角和短流的產(chǎn)生[6]。應(yīng)用厭氧顆粒污泥膨脹床反應(yīng)器處理低溫低濃度污水和高濃度或有毒、難降解工業(yè)廢水,COD去除率較高。嚴(yán)格來說,厭氧顆粒污泥膨脹床反應(yīng)器是對(duì)升流式厭氧污泥床反應(yīng)器的改進(jìn), 除反應(yīng)器主體外,厭氧顆粒污泥膨脹床反應(yīng)器主要由配水系統(tǒng)、反應(yīng)區(qū)、三相分離器、沉淀區(qū)、出水系統(tǒng)和出水循環(huán)系統(tǒng)等構(gòu)成。與升流式厭氧污泥床反應(yīng)器相比,厭氧顆粒污泥膨脹床能在高負(fù)荷下對(duì)低溫低濃度有機(jī)廢水取得高處理效率,可維持很高的水流上升流速。反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥床呈膨脹狀態(tài), 顆粒污泥性能良好。在高水力負(fù)荷條件下,厭氧顆粒污泥膨脹床反應(yīng)器內(nèi)顆粒污泥的粒徑較大、凝聚和沉降性能好、機(jī)械強(qiáng)度也較高。厭氧顆粒污泥膨脹床能承受較大的有機(jī)負(fù)荷,且對(duì)布水系統(tǒng)要求較為簡單。

      3 工藝方案比選結(jié)論

      工藝方案比選結(jié)論見表1。

      表1 工藝方案比選結(jié)論

      [1] 夏鳳毅.“厭氧生物處理工藝”-有機(jī)污水處理的重要工藝之一[J]. 中國環(huán)保產(chǎn)業(yè), 2002(z1):66-67.

      [2] 陳 威,朱 雷, 梁華杰. 廢水厭氧生物處理的研究與進(jìn)展[J].國外建材科技, 2006, 27(1): 51-53.

      [3] 趙立軍, 滕登用,劉金玲,等.廢水厭氧生物處理技術(shù)綜述與研究進(jìn)展[J]環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備, 2001, 2(5): 58-66.

      [4] 王元月, 魏源送,張樹軍. 厭氧氨氧化技術(shù)處理高濃度氨氮工業(yè)廢水的可行性分析[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2013,33(9):2359-2368.

      [5] 楊積德, 陳曉娟. 厭氧工藝在低濃度廢水處理中的應(yīng)用[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì), 2012 (3): 51-54.

      [6] 李紹衡. 厭氧生物處理技術(shù)的原理及其在城市污水處理中的應(yīng)用[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)學(xué)報(bào)), 2012, 28(3): 16-22.

      (本文文獻(xiàn)格式:楊靖華,李瑞龍,陳湊喜.煤制油裝置合成污水厭氧生物處理工藝方案的研究與比選[J].山東化工,2016,45(24):157-158.)

      2016-11-11

      楊靖華(1987—),工程師。

      X703

      A

      1008-021X(2016)24-0157-02

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