膨脹顆粒污泥床反應器的應用研究進展

1、環(huán)境污染與防治 網(wǎng)絡版 第6期 2008年6月膨脹顆粒污泥床反應器的應用研究進展*田在鋒第一作者:田在鋒,男,1971年生,高級工程師,主要從事水污染防治工程設計、環(huán)境科學研究工作。*河北省科學技術研究與發(fā)展計劃項目(No. 07276708D)。 王路光2 王靖飛3(1.河北省環(huán)境科學研究院，河北 石家莊 050051;2.國家環(huán)境保護制藥廢水污染控制工程技術中心，河北 石家莊 050051;3.河北省水環(huán)境科學實驗室，河北 石家莊 050051)摘要 介紹了膨脹顆粒污泥床(EGSB)反應器的特征及研究應用進展。EGSB反應器是在UASB反應器的基礎上發(fā)展起來的第三代厭氧生物反應器，由于其獨

2、特的技術優(yōu)勢，可以用于多種有機廢水的處理，并具有較高的處理效率。EGSB反應器在各種濃度有機廢水及毒性廢水中有較多的應用基礎研究，為生產(chǎn)性試驗和進一步工程應用奠定了基礎。還展望了EGSB反應器今后的發(fā)展趨勢。關鍵詞 厭氧生物處理 EGSB反應器 顆粒污泥Review of application and research expanded granular sludge bed reactor Tian Zaifeng1,Wang Luguang2,Wang Jingfei1. (1. Hebei Provincial Academy of Environmental Sciences, Sh

3、ijiazhuang Hebei 050051;2.State Environmental Protection Engineering Center for Pharmacy Wastewater Pollution Control, Shijiazhuang Hebei 050051;3.Hebei Provincial Key Laboratory of Aquatic Environment, Shijiazhuang Hebei 050051)Abstract: In this paper，the characteristics of Expanded Granular Sludge

4、 Bed(EGSB) reactor and its recent application and research achicvements were reviewed, of which is the third degeneration of anaerobic biological reactor developed on the base of UASB reactor, and by this unique technical advantage, it could be applied to treat many kinds of organic wastewater and h

5、igh COD removal efficiencies could be obtained. The future development of EGSB reactor was also prospected.Keywords: anaerobic biological treatment；EGSB reactor；granular sludge隨著社會經(jīng)濟和城市的發(fā)展，環(huán)境污染和能源緊張的問題變得越來越嚴重，20世紀六、七十年代以后，厭氧消化技術作為一種低能耗的有機廢水生物處理方法，得到了人們越來越多的重視。隨著對厭氧消化理論不斷深入地研究，人們相繼開發(fā)了多種高效厭氧生物反應器，如厭氧濾

6、池(AF)、上流式厭氧污泥床(UASB)反應器、厭氧附著膜膨脹床(AFFEB)及厭氧流化床(AFB)反應器等，它們被廣泛應用于城市廢水和各種有機工業(yè)廢水的處理，均取得了良好的效果，人們將它們統(tǒng)稱為第二代厭氧生物反應器。這些新型高效厭氧反應器的特點是：反應器結構上的設計或運行方式保證在反應器內能夠保持較高的生物量，反應器的固體停留時間(SRT)較長，從而大大提高了反應器的容積有機負荷，縮短了水力停留時間(HRT)。改變了人們對厭氧處理效率低、處理周期長的傳統(tǒng)觀念，為有機廢水的處理開辟了一個全新的領域。雖然第二代厭氧生物反應器在應用中取得了很大的成功，但在進一步擴大其處理范圍時，仍然遇到了不少問題

7、，迫使人們在其基礎上繼續(xù)進行研究和開發(fā)，膨脹顆粒污泥床(EGSB)反應器就是在UASB反應器的基礎上發(fā)展起來的新一代更高效的厭氧反應器。筆者介紹了EGSB反應器的產(chǎn)生背景、結構特征與工藝原理，以及EGSB反應器在處理各種廢水時的研究應用情況，并展望其在我國的發(fā)展趨勢。1 EGSB反應器的產(chǎn)生背景及其特征1.1 EGSB反應器的產(chǎn)生背景1976年荷蘭Wageningen農(nóng)業(yè)大學由LETTINGA教授領導的研究小組開始研究采用UASB反應器來厭氧處理生活污水。1981年LETTINGA等1研究在反應器的容積為120 L，在溫度為1218 ，HRT為48 h情況下，利用UASB反應器處理生活污水，

8、COD總去除率為45%75%。隨后，他們按比例擴大設計了6、20 m3的反應器，并且用顆粒污泥接種，但研究結果表明，其處理效率比上述的45%75%更低。經(jīng)過分析他們認為，由于污水與污泥未得到足夠的混合，相互間不能充分接觸，因而影響了反應速率，最終導致反應器的處理效率很低。1986年，DEMAN等2利用示蹤劑對此進行了試驗，其結果也證實了這一點。在利用UASB反應器處理生活污水時，為了增加污水與污泥間的接觸，更有效地利用反應器的容積，必須對UASB反應器進行改進。LETTINGA等1認為改進的辦法有兩種:(1)采用更為有效的布水系統(tǒng)，即可通過增加每平方米的布水點數(shù)或采用更先進的布水設施來實現(xiàn);(

9、2)提高液體的上升流速(vup)。但是當處理低溫低濃度的生活污水時，改進布水系統(tǒng)的結果仍不理想，因此LETTINGA等1基于上述第二種辦法，通過設計較大高徑比的反應器，同時采用出水循環(huán)，來提高反應器內的液體上升流速，使顆粒污泥床層充分膨脹，這樣就可以保證污泥與污水充分混合，減少反應器內的死角，同時也可以使顆粒污泥床中的絮狀剩余污泥的積累減少，由此便產(chǎn)生了第三代高效厭氧反應器EGSB反應器。1.2 EGSB反應器的結構特征與工作原理EGSB反應器是對UASB反應器的改進，與UASB反應器相比，它們最大的區(qū)別在于反應器內液體上升流速的不同。在UASB反應器中，水力上升流速vup一般小于1 m/h，

10、污泥床更象一個靜止床，而EGSB反應器通過采用出水循環(huán)，其vup一般可達到510 m/h，所以整個顆粒污泥床是膨脹的。EGSB反應器這種獨有的特征使它可以進一步向著空間化方向發(fā)展，反應器的高徑比可高達20或更高。因此對于相同容積的反應器而言，EGSB反應器的占地面積大為減少。除反應器主體外，EGSB反應器的主要組成部分有進水分配系統(tǒng)、氣液固三相分離器以及出水循環(huán)部分，其結構圖如圖1所示。進水分配系統(tǒng)的主要作用是將進水均勻地分配到整個反應器的底部，并產(chǎn)生一個均勻的上升流速。與UASB反應器相比，EGSB反應器由于高徑比更大，其所需要的配水面積會較?。煌瑫r采用了出水循環(huán)，其配水孔口的流速會更大，因

11、此系統(tǒng)更容易保證配水均勻。三相分離器仍然是EGSB反應器最關鍵的構造，其主要作用是將出水、沼氣、污泥三相進行有效分離，使污泥在反應器內有效持留。與UASB反應器相比，EGSB反應器內的液體上升流速要大得多，因此必須對三相分離器進行特殊改進。改進可以有以下幾種方法3：(1)增加一個可以旋轉的葉片，在三相分離器底部產(chǎn)生一股向下水流，有利于污泥的回流；(2)采用篩鼓或細格柵，可以截留細小顆粒污泥；(3)在反應器內設置攪拌器，使氣泡與顆粒污泥分離；(4)在出水堰處設置擋板，以截留顆粒污泥。圖1EGSB反應器結構示意圖Fig.1 Reactor structure of EGSB出水循環(huán)部分是EGSB反

12、應器不同于UASB反應器之處，其主要目的是提高反應器內的液體上升流速，使顆粒污泥床層充分膨脹，污水與微生物之間充分接觸，加強傳質效果，還可以避免反應器內死角和短流的產(chǎn)生。1.3 EGSB反應器顆粒污泥的特征顆粒污泥是EGSB反應器獲得高處理效果的原因所在。一方面，顆粒污泥具有良好的沉降性能，可以防止污泥隨出水流失；另一方面，顆粒污泥可以維持反應器內最大限度地滯留高活性污泥，因此反應器在較高的有機負荷和水力負荷條件下仍能有效地去除廢水中的有機物。當利用EGSB反應器處理低溫低濃度麥芽污水時，隨著反應器的運行，顆粒污泥的粒徑發(fā)生了一個轉型過程。在反應初期，顆粒粒徑主要集中在1.12.1 mm；隨著

13、反應的進行，顆粒粒徑分布范圍更寬，大都分布在0.92.7 mm，且在此范圍內分布較均勻；在反應后期，顆粒粒徑明顯增加，主要集中在1.32.7 mm。反應器不同高度處的顆粒污泥的粒徑也有明顯不同，如在反應器運行后期，反應器上部主要為1.71.9 mm的小粒徑污泥，而下部則為2.32.9 mm的大粒徑污泥。然而，就降解乙酸和VFA混合物的情況看，上部顆粒污泥的比基質降解率和比產(chǎn)甲烷活性分別比下部污泥高11%40%和20%45%。由于壓力作用，底部污泥的密度增加，其孔隙度減少，于是基質擴散阻力加大，使得底部污泥活性較低。低溫低濃度情況下，反應器中的產(chǎn)甲烷菌主要是乙酸營養(yǎng)型甲烷毛發(fā)菌屬(Methano

14、saeto)的菌種和氫營養(yǎng)型甲烷短桿菌屬(Methanobrevibactor)的菌種。由于反應器內乙酸濃度很低，因此反應器內的甲烷八疊球菌屬的菌種很少，所占比例不到1%，這與周琪4在利用UASB反應器處理生活污水過程中所觀察到的結果相同。然而在UASB反應器中，索氏產(chǎn)甲烷絲菌為優(yōu)勢菌種，索氏產(chǎn)甲烷絲菌與甲烷毛發(fā)菌的共同特點是對乙酸的Ks值較低，在乙酸濃度低時，它們能與其它利用乙酸的產(chǎn)甲烷菌相互競爭，其中毛狀菌屬菌種對乙酸的Ks比甲烷八疊球菌屬菌種之值低510倍5。2 EGSB反應器的應用研究現(xiàn)狀2.1 處理低溫低濃度污水與所有生物處理一樣，厭氧工藝的性能很大程度上受環(huán)境因素的影響(如溫度、p

15、H、營養(yǎng)物質等)6。最佳性能一般只能在最佳溫度范圍達到，大多數(shù)厭氧工藝設定都在3040 、5060 這兩范圍內，因為其代表了產(chǎn)甲烷細菌的最佳生長溫度。通常認為低溫下(<20 )，產(chǎn)甲烷菌的最大比生長速率會受到抑制，反應速率減慢，從而會降低工藝的處理效果。EGSB中高的上升流速能夠帶來良好的水力攪拌條件，促進了底物與生物體間的有效接觸，增強了傳質效果，這也就使得在低于15 的低溫條件下處理污水成為可能7。自從EGSB反應器產(chǎn)生以后，大部分的研究都集中于低溫低濃度污水的處理。一般認為，在利用厭氧技術處理低濃度污水時，通常會遇到3個問題，即溶解氧的影響、低的基質濃度和低的水溫。由于產(chǎn)甲烷菌通常

16、被認為是嚴格厭氧菌，因此溶解氧的存在會抑制產(chǎn)甲烷菌的活性；低的基質濃度和低的反應溫度則會導致微生物活性的降低。EGSB反應器采用了較高的液體上升流速，污水與污泥之間可以充分接觸，傳質效果良好，且顆粒污泥的形成和大量兼性菌的存在，使得其在處理低濃度污水方面具有很大的優(yōu)勢。KATO等3曾采用兩個225.5 L的EGSB反應器在30 時處理以乙醇為基質的模擬低濃度污水。其中R1反應器是在無氧的環(huán)境下運行，R2反應器則在氧濃度相對較高(最高達3.8 mg/L的環(huán)境下運行。R1和R2在不同的HRT(0.52.1h)、有機負荷率(OLR)為3.903.24 kgCOD/(m3·d)的情況下，處理

17、進水COD為127675 mg/L的污水，實驗結果表明，在相近的運行條件下所獲得的處理效果相差無幾，由此證明，溶解氧的存在對EGSB反應器的運行沒有明顯影響。另外，當vup控制在2.55.5 m/h時，只要選擇適當?shù)腛LR，當進水COD為500700 mg/L甚至100200 mg/L時，反應器的去除率均能達到90%以上。REBAC等8采用120 L的EGSB反應器研究在常溫下處理生活污水，反應器有效容積為116 L，反應區(qū)直徑為0.19 m，高度為4.0 m，接種顆粒污泥取自處理造紙廢水的生產(chǎn)性UASB反應器。結果表明，EGSB反應器不適合處理含懸浮物的廢水。在干燥氣候且溫度大于13 條件下

18、，當HRT大于3.5 h，容積負荷大于2.7 kg/(m3·d)時，可溶性COD去除率及總COD去除率分別為51%和34%，而在HRT為2.0、1.5 h時，可溶性COD的去除率分別為45%和32%。REBAC等8對低溫(1320 )條件下EGSB反應器處理麥芽發(fā)酵廢水進行了中試研究，其EGSB反應器的內徑為0.2 m，高7.5 m，總容積為225.5 L，接種污泥為760 m3，UASB反應器(2024 )內的顆粒污泥。麥芽污水的COD為2821 436 mg/L，其中可厭氧生物降解部分占73%。當反應器在16 情況下運行時，采用2.4 h的HRT和4.48.8 kgCOD/(m3

19、·d)的OLR， COD平均去除率約為56%；當反應器在20 情況下運行時，HRT分別為2.4、1.5 h、OLR分別為8.8、14.6 kgCOD/(m3·d)時，COD去除率分別為66%和72%。王凱軍等9以水解反應器對城市污水進行預處理，去除SS并提高COD的溶解性和可生化性后，出水進入EGSB反應器，在溫度812 ，EGSB的水力停留時間僅為2 h時，COD的去除率為60%。大量研究結果表明，EGSB在處理低濃度廢水方面具有潛在的優(yōu)勢，但目前在我國EGSB的應用僅處于研究階段，尚未有生產(chǎn)規(guī)模的EGSB10。董春娟等11在低溫低濃度下進行了對EGSB反應器進行了動力學

20、研究，研究表明，EGSB反應器在進水COD 450 mg/L、35 (與35 同樣的液體上升流速)和15 (提高液體上升流速至最佳)3種運行條件時的速率常數(shù)分別為3.91×102、1.07×102、2.54×102 d-1。溫度的降低會使速率常數(shù)大幅度降低，但液體vup的提高能在一定程度上緩解溫度降低對膨脹顆粒污泥床反應器運行效果產(chǎn)生的不利影響，保證該反應器能在低溫、低濃度下高效運行。膨脹顆粒污泥床反應器內相對較高的液體上升流速能夠使膨脹顆粒污泥床反應器保持很低的活化能，這在一定程度上緩解了溫度的降低對膨脹顆粒污泥床反應器高效運行所產(chǎn)生的不利影響，是保證膨脹顆粒污

21、泥床反應器在低溫、低濃度下高效穩(wěn)定運行的關鍵。以上研究結果都表明了EGSB反應器處理低溫低濃度污水是可行的。2.2 處理中、高濃度污水EGSB反應器在處理低溫低濃度污水方面有著UASB反應器不可比擬的優(yōu)越性，但是并不意味著它只局限于此，由于它能承受的COD負荷(最高可達30 kg/(m3·d)比UASB反應器的(一般為10 kg/(m3·d)高得多，無疑它具有強大的優(yōu)勢。實踐證明，對于中、高濃度污水，EGSB反應器同樣能獲得良好的效果。德國建的第一座EGSB反應器就是處理的土豆廢水12，土豆加工過程中產(chǎn)生的污水含有高濃度的可生物降解物質。該反應器高度為14 m，體積為750

22、 m3。反應器進水COD為3 500 mg/L，其去除率可以達到70%85%，沼氣中甲烷的含量達到80%。荷蘭Peka Kroef污水處理廠采用EGSB反應器處理土豆和蔬菜加工過程中產(chǎn)生的高濃度污水13。NUNEZ等14研究了中溫(35)條件下EGSB反應器處理屠宰場廢水的情況，屠宰場廢水含有大量可生物降解有機物，其總COD為1 4404 200 mg/L，其中可溶解部分占40%60%，不可溶解物質包括懸浮物和膠體，例如脂肪、蛋白質和纖維素，它們在厭氧反應器中降解很慢，懸浮固體的積累會影響污泥的比產(chǎn)甲烷活性，在高有機負荷率時反應器的運行將受到限制。NUNEZ等試驗所用的反應器內徑為0.044

23、m、高1.4 m，總容積為2.7 L。在COD負荷為15 kg/(m3·d)，HRT為5 h的運行條件下，COD去除率達到67%，總懸浮固體去除率為90%，脂類去除率為85%，在顆粒污泥上沒有脂類物質的積累。他們將試驗結果與其他研究人員的成果相比較發(fā)現(xiàn)，當獲得相似的COD去除率(70%)時，EGSB反應器的COD容積負荷(15 kg/(m3·d)比UASB反應器的COD容積負荷(3.511.0 kg/(m3·d)高，且HRT(0.2 h)也比UASB反應器(0.31.2 h)短。國內很多學者對EGSB處理中、高濃度廢水也展開研究，并且部分已投入實際應用。如左劍惡等

24、15對EGSB反應器處理高濃度自配水進行試驗研究，在中溫條件(3135 )下，當進水COD為8 2009 000 mg/L時，進水COD負荷可達41.9 kg/(m3·d)， COD去除率最高可達98%，出水COD小于500 mg/L。張振家等16-19應用EGSB處理COD為5 0006 000 mg/L，pH為6.06.5，SS為1 5002 000 mg/L，溫度33 左右的變性淀粉生產(chǎn)廢水，通過混凝沉淀、EGSB和好氧活性污泥法聯(lián)合處理工藝， COD的去除率高于85%，出水水質良好，達到了國家污水綜合排放一級標準。李克勛等20采用EGSB處理平均COD在10 000 mg/L

25、以上的褐藻酸鈉生產(chǎn)廢水，通過采用兩級EGSB厭氧加好氧處理工藝， COD去除率達到90%以上，出水達到了國家污水綜合排放二級標準。EGSB厭氧反應器不但減輕后續(xù)單元的處理壓力，并且有助于好氧反應器對有機物的去除，節(jié)約了運行成本。茶多酚廢水中主要含有茶多酚及其氧化產(chǎn)物、氨基酸、水溶果膠、水溶蛋白、殘留提取溶劑和一定量的茶渣等，是一種含懸浮物的高濃度有機廢水。任洪強等21把EGSB工藝用于處理茶多酚生產(chǎn)廢水，先將廢水通過混凝氣浮預處理，再采用EGSBCASS處理工藝，在系統(tǒng)進水COD為36 96043 182 mg/L，SS為6 56210 904 mg/L條件下，出水COD<250 mg/

26、L，SS<70 mg/L，COD和SS的去除率均達到99%以上，系統(tǒng)出水可達標排放水標準。常海榮等22采用兩級EGSB工藝處理薯干酒精廢醪液，COD為40 00050 000 mg/L，懸浮物含量很高，在30 000 mg/L以上，而且大部分懸浮物為難沉降物質。一級EGSB進水COD為50 000 mg/L；出水COD為5 000 mg/L；二級EGSB進水COD為5 000 mg/L；出水COD為2 0002 500 mg/L。經(jīng)過二級EGSB，出水COD的去除率可達91%以上。EGSB反應器的COD容積負荷可以達到25 kg/(m3·d)以上。張振家等23進行了用膨脹顆粒污

27、泥床工藝處理玉米酒精糟液的生產(chǎn)性試驗，反應器容積236 m3，在進水COD高達28 000 mg/L(不稀釋、出水不循環(huán))時，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。COD容積負荷高達29 kg/(m3·d)，水力停留時間縮短至1 d。EGSB進水SS常值為6 000 mg/L并在較大范圍內變化時，未對反應器造成不良影響。2.3 處理含硫酸鹽廢水含硫酸鹽廢水的厭氧生物處理是近年來的一個重要課題，味精、糖蜜酒精及青霉素等制藥廢水都含有大量的有機物和高濃度的硫酸鹽。一般來說，通過生物法從廢水中去除硫酸鹽可以分為兩步：首先，

28、將硫酸鹽在厭氧條件下還原為硫化物；其次，將硫化物氧化為單質硫并加以去除。在第一步硫酸鹽還原過程中，厭氧條件下硫酸鹽還原菌(SRB)的生長和活動，會對正常的厭氧消化過程產(chǎn)生很大的影響：一方面，SRB與產(chǎn)甲烷菌(MPB)相比，二者具有類似的生長環(huán)境要求和基質利用特性，因此可能導致對MPB的基質競爭性抑制；另一方面，硫酸鹽還原菌的代謝終產(chǎn)物硫化氫(H2S)對厭氧細菌特別是產(chǎn)甲烷菌具有很強的毒害作用，會導致它們活性降低，甚至死亡。廢水中COD與硫的比率(COD/S)以及反應器中的pH是控制這兩方面影響的重要參數(shù)，硫酸鹽通過SBR對MPB的抑制主要取決于COD/S的比值而非進水硫酸鹽濃度，而反應器中的p

29、H值則影響著溶液中硫化物所起抑制作用的程度。王偉等24利用EGSB工藝處理高濃度硫酸鹽的人工配水，在進水COD為4 000 mg/L的條件下，進水SO42-質量濃度約為1 800 mg/L時，獲得了20 kgCOD/(m3·d)和9 kgSO42-/(m3·d)的負荷能力。較高的有機負荷使得產(chǎn)氣量較大隨之帶來明顯的氣提效應，再加上較高的上升流速所產(chǎn)生的良好的氣固分離效果，使得氣相中的硫元素含量較高，達到了質量分數(shù)43.8%。硫酸鹽還原菌所能達到的最大電子流比重為31.4%，對應的最低COD/SO42-約為2.0。EGSB反應器內溶解性硫化物與相應的自由硫化氫質量濃度為255

30、、102 mg/L，未對SRB與產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生任何毒性。DRIES等25,26通過試驗，在以乙酸為基質的情況下采用EGSB反應器對含硫酸鹽廢水進行處理，通過控制上述兩個參數(shù)，獲得了較高的處理效果。試驗在2.3 L的玻璃反應器內進行，反應器啟動后，將COD/S控制在2.2，pH控制為7.9±0.1。從試驗開始起，逐漸改變進水流量、SO42-濃度以及硫酸鹽負荷，硫酸鹽轉化率及COD去除率分別為70%、90%左右;尤其是當進水SO42-S為800 mg/L，SO42-S負荷為10.4 kg/(m3·d)時，硫酸鹽轉化率和COD去除率分別高達94%和96%，此時，反應器內進水流量為(

31、29.8±1.8)L/d，循環(huán)流量為236 L/d，液體上升流速為5 m/h，而水力停留時間為(1.9±0.1)h。鏈霉素屬微生物類藥物，對革蘭氏陽性菌和結核桿菌都有較強的抗菌作用，由于鏈霉素生產(chǎn)過程中排放的有機廢水，具有大量的硫酸鹽濃度，因而在生物處理上具有一定的難度。李建英27、任立人28、吳根29等采用EGSB工藝處理鏈霉素有機廢水，處理效果較好。在進水COD為5 00013 000 mg/L，SO42-為5001 800 mg/L條件下，COD的去除率可達70%以上，SO42-的去除率在60%左右。由此可見，EGSB反應器在處理含硫酸鹽廢水方面具有極大的發(fā)展?jié)摿Α

32、GSB反應器處理含硫酸鹽工業(yè)廢水的研究將是進一步發(fā)展的重點。2.4 處理有毒性、難降解廢水毒性物質的存在及其濃度是影響厭氧處理的重要因素之一，廢水中所含的毒性物質往往會對產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生危害或抑制作用，從而導致反應系統(tǒng)運行的失敗。廢水中的毒性物質簡單可分為無機毒物和有機毒物兩大類。無機毒物如氨氮、無機硫化合物(H2S、SO32-)、重金屬(如Cd2+、Pd2+)等，有機毒物則包括天然和合成化合物，主要代表有甲醛、長鏈脂肪酸(LCFA，如月桂酸、癸酸)、氰化物，和鹵代化合物(如氯苯、五氯酚)、硝化芳香族、抗生素等等。SPEECE30認為要穩(wěn)定和有效地處理毒性廢水，關鍵在于合適的馴化和長泥齡的保證，鑒

33、于此，他提出了有助于厭氧去除毒物的3個條件:毒物濃度遠低于其LC50(使厭氧過程污泥產(chǎn)甲烷活性降低50%的有毒物質的質量濃度)值;在處理條件下，毒物本身可以生物降解或能被螯合分離;生物體對這種毒物能夠馴化。采用EGSB處理毒性廢水時，除了本身厭氧微生物對毒物的降解專性外，EGSB的高出水循環(huán)率，改善了反應器內混和狀況，不僅有效地降低了濃度梯度對微生物生長的影響，更稀釋了進水中的毒物濃度，從而具有更強的耐受能力。當廢水中含有對微生物有毒害作用的物質或是難于生物降解的物質時，采用傳統(tǒng)的厭氧反應器或UASB反應器都很難獲得較好的效果。由于EGSB反應器具有很高的出水循環(huán)比率，它可以將原水中毒性物質的

34、濃度稀釋到微生物可以承受的程度，從而保證反應器中的微生物能良好生長;同時還由于反應器中液體上升流速大，廢水與微生物之間能夠充分接觸，可以促進微生物降解基質。因此，采用EGSB反應器處理毒性或難降解的廢水可以獲得較好的效果。Calidic Europoort是荷蘭的一座化工廠，該廠以甲醇為原材料生產(chǎn)甲醛。由于缺少地皮，廠里最終采用了以Biobed®EGSB作為主要處理單元的廢水處理工藝，該反應器采用外置循環(huán)水流，循環(huán)出水先進調節(jié)池，與原水稀釋后被泵入反應器。該廠原廢水COD為40 000 mg/L，其中甲醛為10 000 mg/L，甲醇為20 000 mg/L，甲醛和甲醇在高濃度下對微

35、生物具有很強的毒性。反應器的進水流量為5 m3/h，循環(huán)流量為145 m3/h，原水被稀釋了30倍，這時甲醇和甲醛的濃度不再對甲烷菌具有毒性(甲醛<500 mg/L，甲醇<800 mg/L)，Bioded®EGSB反應器可以正常運行，且其處理效果極好。反應器在HRT為1.8 h，上升流速為9.4 m/h、COD容積負荷為17 kg/(m3·d)的運行條件下，出水中COD從未超過800 mg/L， COD的去除率高于98%，出水中甲醇和甲醛的濃度平均為20 mg/L，去除率高達99.8%31,32。脂類是一種難生物降解的物質，一般來說厭氧降解脂類可以分為3個階段：

36、(1)脂類水解為長鏈脂肪酸(LCFA)和乙醇；(2)LCFA和乙醇降解為乙酸、H2和CO；(3)乙酸、H2和CO2轉化為CH4。其中第二步是限速步驟。RINZEMA33采用EGSB反應器處理月桂酸鈉(C120)和癸酸鈉(C100)廢水，均取得了很好的效果。當處理癸酸鈉廢水時，采用1496倍的循環(huán)率，反應器內液體上升流速可達7.27.7 m/h，運行35 d后，COD容積負荷即可增至31.5 kg/(m3·d)，平均COD去除率可達91%；當處理月桂酸鈉廢水時，采用511倍的循環(huán)率，液體循環(huán)流速達到10 m/h，COD容積負荷可達到31.4 kg/(m3·d)，平均83%的C

37、OD可被去除。然而在實際LCFA廢水中，月桂酸及癸酸的含量很小，油酸(C181)所占的比重很大(80%)，有研究結果表明，EGSB反應器并不適合處理這類廢水。HWU等34在高溫(55)和中溫(30)條件下研究水力學、溫度和共存基質對EGSB反應器處理這類廢水的影響。當僅以LCFA為基質時，采用較高的溫度，COD去除率也較高，同時隨著vup的增大，COD去除率減小，特別當vup升至4 m/h時，大量顆粒污泥被沖出反應器，因此幾乎對COD沒有去除。加入乙酸鹽、蔗糖等易生物降解的共存基質后，COD去除率(82%89%)增加了，但是隨著vup由1.0 m/h變化至7.2 m/h，中溫情況下，轉化為甲烷

38、的比率由70%降為53%;在高溫情況下，其比率由70%降為39%?？梢姡珽GSB反應器的高vup特征對處理這類廢水并無益處。抗生素是一種生物抑制性物質，其生產(chǎn)廢水中的殘留及反應中間產(chǎn)物，不僅是對生物具有毒性的物質，也是難生物降解的物質。EGSB反應器較高的vup特征和產(chǎn)生的生物氣，為這類毒性、難降解物質提供了稀釋的有力條件。EGSB處理高濃度鏈霉素廢水的生產(chǎn)性試驗表明27-29，EGSB反應器在控制中溫發(fā)酵(35±1)條件下，在COD為2 0007 000 mg/L，可有效降低反應器中毒性物質的抑制作用；進水COD在7 00013 000 mg/L，水力停留時間為35 h，pH為6.

39、87.2條件下，EGSB的COD最大容積負荷15.8 kg/(m3·d)，對COD去除率可達75%，對SO42-去除率也可有效地控制在60%70%。3 發(fā)展趨勢隨著國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市生活污水和工業(yè)廢水的總量也迅速增加。為了達到可持續(xù)性發(fā)展的要求，必須不斷地開發(fā)和利用新型高效的反應器。在過去的20年里，UASB反應器已經(jīng)發(fā)揮了重要的作用，而作為對UASB反應器改進的EGSB反應器，在處理低溫低濃度的污水以及高濃度或有毒性工業(yè)廢水方面具有其他厭氧反應器不可比擬的優(yōu)勢，但由于目前國內對EGSB在這方面的應用研究不多，尚未有生產(chǎn)規(guī)模的EGSB出現(xiàn)。國外在EGSB反應器處理中、高濃度污水

40、方面的研究較多，國內學者也在這方面作了一些研究，并已投入應用，取得了較好的效果，發(fā)展前景較好。EGSB利用回流系統(tǒng)將硫酸鹽或有毒、難降解物質的濃度稀釋，在處理含硫酸鹽廢水和有毒性、難降解廢水方面具有一定的優(yōu)勢，將是今后高濃度難降解有機廢水高效處理工藝的發(fā)展趨勢。 參考文獻1 LETTINGA G. Anaerobia treatment of sewage and low strength wastewater, Proc. Anaerobic DigestionM.Amsterdam: Elsevier Biomedical Press, 1981:271-291.2 DE MAN. Ana

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