工業(yè)廢水生化處理工藝

工業(yè)廢水生化處理工藝工業(yè)廢水生化處理工藝：一、廢水生物處理原理廢水生物處理是指利用微生物的代謝作用去除廢水中有機污染物的一種方法。廢水中可降解的有機物可以是可溶性的，也可以是不可溶性的固體物質(zhì)。用于廢水處理的微生物有藻類、細(xì)菌、真菌，也有原生動物和后生動物，其中細(xì)菌是最重要的一類微生物。不同微生物種群需要的生存環(huán)境不同，根據(jù)對氧氣的需求情況分為好氧生物處理、厭氧生物處理和兼性厭氧生物處理。微生物對廢水中有機物的降解過程中具有氧化復(fù)原作用、脫羧作用、脫氨作用、水解作用、脫水反應(yīng)等各種化學(xué)作用的能力。好氧生物處理：微生物在廢水中要有充足溶解氧的條件下才能存活，將污染物最終分解為CO2、H2O和各種無機鹽。好氧生物處理的微生物種群復(fù)雜，多種微生物類群都存在，如病毒、立克次氏體、細(xì)菌、放線菌、霉菌、酵母菌、單細(xì)胞藻類、原生動物和后生動物等，并以細(xì)菌占主導(dǎo)地位;不同生化處理方式對微生物的優(yōu)勢種群影響很大，另外在生活廢水中幾乎各種微生物都能生存，而工業(yè)廢水的處理只有少數(shù)種群能夠存活，當(dāng)然仍是以細(xì)菌為主。厭氧生物處理：厭氧生物處理是指在無分子氧條件下，通過厭氧微生物包括兼氧微生物）的作用，將污水中的各種復(fù)雜有機物分解轉(zhuǎn)化成甲烷和二氧化碳等物質(zhì)的過程，也稱厭氧消化。微生物將污染物最終分解為CH4、CO2、H2S、N2、H2、H2O以及有機酸和醇等。厭氧生化處理法是一個較為復(fù)雜的生物化學(xué)過程，生物厭氧處理主要依靠水解產(chǎn)酸細(xì)菌、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌的共同作用的結(jié)果，因此可將其大致分為水解酸化、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷等3個連續(xù)的階段。見下列圖第1階段為水解酸化階段，它主要由一些兼性厭氧菌，如梭狀芽胞桿菌、厭氧消化球菌、大腸桿菌等先將大分子、難溶解的有機物分解成小分子、易溶解有機物，然后再滲入細(xì)胞體內(nèi)分解成易揮發(fā)的有機酸、醇、醛等，如甲酸、乙酸、低級醇等。水解酸化菌可將長鏈高分子聚合物水解酸化為可生化性更強的有機小分子醇或酸，也可以將部分不可生化或生化性較弱的雜環(huán)類有機物破環(huán)降解成可生化的有機分子，提高污水中有機污染物BOD5/CODcr值，從而改善整個污水的生化性。含氮有機物分解產(chǎn)生的NH3，除了提供合成細(xì)胞物質(zhì)的氮源之外，還要在水中部分電解，生成碳酸氫銨，具有緩沖污水pH值的作用。第2階段為產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段。在產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸細(xì)菌的作用下。第1階段產(chǎn)生的各種有機酸被分解轉(zhuǎn)化為乙酸和氫氣，在降解有機酸時還產(chǎn)生二氧化碳。第3階段為產(chǎn)甲烷階段，為嚴(yán)格厭氧菌，主要是產(chǎn)甲烷菌，分解第一階段產(chǎn)生的有機酸和醇，通過無氧呼吸產(chǎn)生CH4、CO2、H2S等。厭氧生化中產(chǎn)酸階段相對容易開展，產(chǎn)甲烷菌代謝速度很慢，故第二階段需要較長的時間。二、影響因素微生物種類繁雜，所適應(yīng)的環(huán)境非常不同，本文僅討論在污水處理中微生物適用的環(huán)境條件。也有在特殊環(huán)境下可以生存的微生物，如可以耐高溫、低溫、高壓等，不在本文討論范圍內(nèi)。溫度影響：不同微生物種群生長的溫度范圍是不同的，一般來講，好氧生物處理最適合的溫度范圍是20?30C,厭氧生物處理最適合的溫度范圍是35?38°COpH影響：以細(xì)菌為主的生化處理pH范圍一般在6.5?7.5。鹽分影響：鹽分濃度較高時對微生物有抑制作用，最好能在8ppm以下。溶解氧：好氧生化處理要求溶解氧的質(zhì)量濃度到達(dá)3?4mg/L;兼性厭氧生化處理在正常供氧條件下好氧微生物與兼性厭氧微生物兩者共同起作用，在供氧缺陷時好氧微生物不起作用，而兼性厭氧微生物起作用;厭氧生化處理在無氧的條件下開展，例如產(chǎn)甲烷菌必須在氧濃度低于1.48x10-56mol/L時才能生存。營養(yǎng)元素：微生物的生長不僅需要碳源，還需要氮、磷、硫、鎂等其他的營養(yǎng)元素，如果環(huán)境中這些營養(yǎng)成分一種或幾種供給缺陷，微生物的生長將會受到影響。一般廢水中C:N:P=1:5:1較為合適。有毒物質(zhì)的影響：毒性物質(zhì)的概念是相對的，只要物質(zhì)的濃度足夠低，不會對微生物降解有阻礙作用，有的甚至是生物降解所需的必不可少的成分。當(dāng)有毒物質(zhì)濃度高于某一限值，會對生物降解起到阻礙作用，甚至?xí)股锝到獠荒荛_展，各類殺菌劑基本都是有毒物質(zhì)，允許濃度通常都很低。常見有毒物質(zhì)允許濃度見下表：三、化工廢水的可降解性不同種類化合物的可降解性差異很大，醇類、低碳脂肪酸等比較容易降解，氯代烴、芳烴、雜環(huán)化合物不容易降解；化合物的取代基對可降解性也有影響，阻礙降解的基團有鹵素、亞硝基、磺酸基、氰基等;加速降解的基團有羧基、羥基、酯、酰胺等。常用BOD5/CODcr的數(shù)值表示廢水的可生化性。單純的工業(yè)廢水可生化性差，應(yīng)盡可能與生活廢水合并處理。四、廢水生物處理工藝及設(shè)備按照微生物的代謝形式，生化處理工藝分為好氧和厭氧兩大類;按微生物的生長方式分為懸浮生長型和固著生長型兩類，按照系統(tǒng)的運行方式可分為連續(xù)式和間歇式，按生化池水流狀態(tài)可分為推流式和完全混合式。目前廣泛運行的污水處理工藝多數(shù)是各種方式的組合。（一）活性污泥法傳統(tǒng)活性污泥法（ASP）：活性污泥法是懸浮生化法的一種，由曝氣池、二沉池、曝氣系統(tǒng)及污泥回流系統(tǒng)組成。廢水經(jīng)過初沉池后與二次沉淀池底部回流的活性污泥同時進(jìn)入曝氣池，通過曝氣使活性污泥呈懸浮狀態(tài)，并與廢水充分接觸。廢水中的懸浮固體和膠狀物質(zhì)被活性污泥吸附，廢水中的可溶性有機物被活性污泥中的微生物用作自身繁殖的營養(yǎng)，代謝轉(zhuǎn)化為細(xì)胞并氧化成為最終產(chǎn)物。非溶解性的有機物需要先轉(zhuǎn)化成溶解性有機物才被代謝。凈化后的廢水與活性污泥在二次沉淀池開展分離，上層清水排放，分離濃縮后的污泥一部分返回曝氣池，以保持曝氣池內(nèi)一定濃度的活性污泥，其余為剩余污泥，由系統(tǒng)排出。活性污泥法是以球狀菌為優(yōu)勢種群，大量絲狀菌的出現(xiàn)是產(chǎn)生污泥膨脹的主要因素。曝氣系統(tǒng)的用電成本在好氧生化處理中占有極高的比例，為提高氧的利用率和提高生化效果，開發(fā)出了多種曝氣方式，分為：普通曝氣、階段曝氣、漸減曝氣法、純氧曝氣、低壓曝氣、深層曝氣、加壓曝氣、射流曝氣等。粉末炭-活性污泥工藝：是對活性污泥工藝的改良，向活性污泥的曝氣池中投加一些具有吸附性能的活性材料可以提高污泥濃度，顯著改善污泥的沉降性能，常用載體是活性炭和滑石，由于活性炭價格較高，可利用廢棄活性炭代替，實現(xiàn)廢棄活性炭的綜合利用。氧化溝(OxidationDitch)：又稱連續(xù)循環(huán)曝氣池，是一種首尾相接的循環(huán)流，是活性污泥法的一種變形，通常采用延遲曝氣。氧化溝可以分連續(xù)工作方式、交替工作方式和半交替工作方式，以連續(xù)工作方式為主。氧化溝也可以設(shè)置缺氧段、厭氧段和好氧段。有多種類型的氧化溝工藝在運行中，主要應(yīng)用在城市污水處理。SBR：是序列間歇式活性污泥法(SequencingBatchReactorActivatedSlugeProcess)的簡稱，是一種按間歇曝氣方式運行的的活性污泥工藝，SBR技術(shù)的核心是SBR反應(yīng)池，該池集均化、初沉、生物降解、二沉功能于一體，曝氣和排泥在同一池內(nèi)完成，每一個周期的進(jìn)水、反應(yīng)、沉淀、潷水和閑置五道工序都在同一池內(nèi)周而復(fù)始地開展。省去了二沉池和污泥回流系統(tǒng)，設(shè)施簡單，抗沖擊能力強。SBR工藝有多種改良型，分為：ICEAS工藝：即間歇循環(huán)延時曝氣活性污泥法，采用連續(xù)進(jìn)水，間歇曝氣、沉淀、排水、排泥；DAT-IAT:即連續(xù)曝氣和間歇曝氣相結(jié)合的工藝，前邊DAT連續(xù)曝氣，后邊IAT間歇曝氣、沉淀、排水、排泥；CAST:即循環(huán)式活性污泥法，CAST池通過隔墻將反應(yīng)池分為功能不同的的幾個區(qū)域，因在各分格溶解氧、污泥濃度和有機負(fù)荷不同，各池中占優(yōu)化的生物相亦不同。同時，在傳統(tǒng)SBR池前或池中設(shè)選擇器及厭氧區(qū)，相當(dāng)于厭氧、缺氧、耗氧階段串聯(lián)起來，提高了除磷、脫氮效果。具備A/O法工藝的全部優(yōu)點；UNITANK:一體化活性污泥法，UNITANK工藝設(shè)有相互連通的三個水池，每池都設(shè)有曝氣系統(tǒng)，外側(cè)的兩池設(shè)有出水堰及污泥排放，他們交替作為曝氣池和沉淀池。污水交替進(jìn)入三個池中，三個池交替在好氧、缺氧及厭氧狀態(tài)，完成有機物的脫氮除磷。二)生物膜法：膜生物反應(yīng)器(MBR)：整個系統(tǒng)由池體、填料、曝氣設(shè)備等組成。好氧生化法是細(xì)菌及菌類的微生物、后生動物等一類的微型動物在填料載體上生長繁殖，微生物攝取污水中的有機物作為養(yǎng)份，吸附分解污水中的有機物，微生物不斷新陳代謝，保持活性，從而使污水得以凈化。在溶解氧和食物都充足的情況下，微生物繁殖十分迅速，生物膜逐漸增厚，溶解氧和污水中的有機物憑借擴散作用，被微生物利用。當(dāng)生物膜到達(dá)一定厚度時，氧氣無法向生物膜內(nèi)部擴散，好氧菌死亡，而兼性細(xì)菌和厭氧菌開始大量繁殖，形成厭氧層，利用死亡的好氧菌為基質(zhì)，并在此根底上不斷繁殖厭氧菌，經(jīng)過一段時間后在數(shù)量上開始下降，加上代謝氣體的逸出，使生物膜大塊脫落。在脫落的生物膜表面新的生物膜又重新發(fā)展起來，在接觸氧化池內(nèi)，由于填料表面積大，所以生物膜發(fā)展的每一個階段都是存在的，使去除有機物的能力穩(wěn)定在一個水平上。膜生物反應(yīng)器內(nèi)球狀菌和絲狀菌均能存活并以絲狀菌為主，種類復(fù)雜。該工藝的優(yōu)點：運行穩(wěn)定，處理效果可靠。體積負(fù)荷高，處理時間短。動力消耗較低，處理系統(tǒng)操作簡單，維護(hù)管理方便，污泥產(chǎn)量低。生物膜法包括生物接觸氧化法、生物濾池、生物轉(zhuǎn)盤、生物活性炭、生物流化床等。生物接觸氧化法：是膜生物反應(yīng)器的基本形式，池內(nèi)設(shè)置填料，將充氧的污水浸沒全部填料，并以一定的速度流經(jīng)填料。填料上長滿生物膜，同時污水中也有一定數(shù)量的活性污泥，污水與生物膜及活性污泥相接觸，在微生物的作用下，污水得到凈化。生物接觸氧化法是一種介于活性污泥法與生物膜法兩者之間的、具有活性污泥與生物膜雙重效能的生物處理法。高曝氣生物濾池（BAF）:BAF（BiologicalAeratedFilter）采用新型輕質(zhì)懸浮填料-主要成分是聚苯乙烯，比重小于1g/cm3），污水通過濾料層，水體含有的污染物被濾料層截留，并被濾料上附著的生物降解轉(zhuǎn)化，同時，溶解狀態(tài)的有機物和特定物質(zhì)也被去除，所產(chǎn)生的污泥保存在過濾層中，而只讓凈化的水通過，這樣可在一個密閉反應(yīng)器中到達(dá)完全的生物處理而不需在下游設(shè)置二沉池開展污泥沉降。濾池底部設(shè)有進(jìn)水和排泥管，中上部是填料層，厚度一般為2.5-3.5m,為防止濾料流失，濾床上方設(shè)置裝有濾頭的混凝土擋板，濾頭可從板面拆下，不用排空濾床，方便維修。擋板上部空間用作反沖洗水的儲水區(qū)，其高度根據(jù)反沖洗水頭而定。該區(qū)內(nèi)設(shè)有回流泵用于將濾池出水回流到濾池底部實現(xiàn)反硝化，在不需要反硝化的工藝中沒有該回流系統(tǒng)。填料層底部與濾池底部的空間留作反沖洗再生時填料膨脹之用。濾池供氣系統(tǒng)分兩套管路，置于填料層內(nèi)的工藝空氣管用于工藝曝氣主要由曝氣風(fēng)機提供增氧曝氣)，并將填料層分為上下兩個區(qū)：上部為好氧區(qū)，下部為缺氧區(qū)。根據(jù)不同的原水水質(zhì)、處理目的和要求，填料層的高度不同，好氧區(qū)、厭氧區(qū)所占比例也相應(yīng)變化;濾池底部的空氣管路是反沖洗空氣管。高負(fù)荷生物濾池/固體接觸(TF/SC)工藝：由初沉池、生物濾池、固體接觸池、絮凝沉淀池組成，將絮凝沉淀池的活性污泥回流到固體接觸池。主要的生化處理在固體接觸池完成，具有活性污泥法和生物膜法的疊加效果。流化床生物膜反應(yīng)器(MBBR):是基于懸浮填料的生物流化床技術(shù)，在同一個生物處理單元將生物膜法與活性污泥法有機結(jié)合，提升生化池的處理能力和處理效果，并增強抗沖擊能力。MBBR的核心是流化態(tài)的懸浮載體，材料為改性***度聚乙烯。(三)厭氧生化處理厭氧微生物分為發(fā)酵細(xì)菌產(chǎn)酸菌)和產(chǎn)甲烷菌兩大類。前者屬于兼性厭氧菌，后者屬于專性厭氧菌。廢水中的有機物在這些微生物聯(lián)合作用下，通過酸性發(fā)酵階段和產(chǎn)甲烷階段，最終被轉(zhuǎn)化稱CH4、CO2、H2S等。厭氧生化處理包括上流式厭氧污泥床、上流式厭氧濾池、厭氧接觸法、厭氧流化床、兩相厭氧消化及各種改良型。升流式厭氧污泥床：UASB(UpflowAnaerobicSludgeBed)進(jìn)水在底部均勻分布，底部區(qū)域是厭氧顆粒污泥床和污泥懸浮區(qū)，反應(yīng)產(chǎn)生的氣體及進(jìn)水向上流動起到的攪動作用，上部是三相分離器，氣體被分離進(jìn)入集氣室，然后氣液在沉淀區(qū)開展固液分離，液體從出水排出，固體微生物靠重力返回到反應(yīng)區(qū)。厭氧內(nèi)循環(huán)：IC(InsideCycling已經(jīng)發(fā)展成為厭氧處理的主流技術(shù)之一°IC厭氧反應(yīng)器其內(nèi)部由四部分組成，分別為錐形污泥膨脹區(qū)、主反應(yīng)區(qū)、次反應(yīng)區(qū)和沉淀區(qū)，相似由2層UASB反應(yīng)器串聯(lián)而成。其由上下兩個反應(yīng)室組成，兩個室通過內(nèi)循環(huán)裝置組合在一起。進(jìn)入IC厭氧反應(yīng)器的有機物大部分在下反應(yīng)室被消化，所產(chǎn)生的沼氣被下層集氣罩阻隔收集進(jìn)入提升管，由于提升管內(nèi)外液體存在密度差，促使發(fā)酵液不斷被提升至氣液分離器，分離沼氣后又回流到下反應(yīng)室，形成了發(fā)酵液的連續(xù)循環(huán)。介于內(nèi)循環(huán)發(fā)生在下反應(yīng)室，故下反應(yīng)室有較高的水力負(fù)荷，高水力負(fù)荷和高產(chǎn)氣負(fù)荷使污泥與有機物充分混合，使污泥處于充分的膨脹狀態(tài)，傳質(zhì)速率高，大大提高了厭氧消化速率和有機負(fù)荷。上反應(yīng)室是反應(yīng)器的低負(fù)荷區(qū)，它只是消化下反應(yīng)室少量來不及消化的有機物，沼氣產(chǎn)量少，產(chǎn)氣負(fù)荷低，內(nèi)循環(huán)不進(jìn)入上反應(yīng)室，上反應(yīng)室較低的產(chǎn)氣負(fù)荷和較低的水力負(fù)荷有利于污泥的沉降和滯留，從而能維持反應(yīng)器內(nèi)較高的污泥濃度。由于厭氧消化速率取決于污泥濃度和傳質(zhì)速率，影響傳質(zhì)的因素是產(chǎn)氣負(fù)荷和水力負(fù)荷，它們一方面是強化傳質(zhì)的重要因素，又是造成污泥流失的根本原因，而IC厭氧反應(yīng)器由于有了內(nèi)循環(huán)裝置，改變了產(chǎn)氣負(fù)荷與水力負(fù)荷的作用方向，在高負(fù)荷下能防止污泥的流失，在一定程度上實現(xiàn)了“高負(fù)荷與污泥流失相分離”，從而使IC厭氧反應(yīng)器具有比UASB、EGSB更高的有機負(fù)荷。與UASB反應(yīng)器相比，在獲得一樣處理速率的條件下，IC反應(yīng)器具有更高的進(jìn)水容積負(fù)荷率和污泥負(fù)荷率。污泥膨脹床反應(yīng)器(EGSB):EGSB(ExpandedGranularSludgeBed)反應(yīng)器即膨脹顆粒污泥床反應(yīng)器，是在IC反應(yīng)器的根底上發(fā)展起來的第三代厭氧生物反應(yīng)器，它通過出水回流再循環(huán)，大大提高了污水的上升流速，反應(yīng)器中顆粒污泥始終處于膨脹狀態(tài)，加強污水與微生物之間的接觸和傳質(zhì)，獲得較高的去除效率，反應(yīng)器的高度高達(dá)16?20m。從外觀上看，EGSB反應(yīng)器由第一厭氧反應(yīng)室和第二厭氧反應(yīng)室疊加而成，每個厭氧反應(yīng)器的頂部各設(shè)一個氣-固-液三相分離器。如同兩個IC反應(yīng)器的上下重疊串聯(lián)。但由于采用了較高的上流速度，對顆粒污泥的形成和污水的前期預(yù)處理要求很高，需投加顆粒污泥開展培養(yǎng)馴化。厭氧氨氧化(ANAMMOX)工藝：厭氧氨氧化工藝是專門去除氨氮的工藝。在厭氧條件下，以氨為電子供體，以硝酸鹽或亞硝酸鹽為電子受體，將氨氧化生成氮氣。該工藝容積負(fù)荷不高，尚未普遍推廣。由UASB改良后其他的厭氧工藝還有：厭氧折板反應(yīng)器(AnaerobicBaffledReactor,簡稱ABR)、厭氧序列反應(yīng)器(AnaerobicSequencingBatchReactor，簡稱ASBR)、厭氧膜生物系統(tǒng)(AnaerobicMembraneBiosystem，簡稱AMBR)。(四)生化處理組合工藝通常好氧生化處理進(jìn)水COD濃度通常不能超過50ppm，并且對于難降解有機物的處理效果較差;厭氧生化處理的出水水質(zhì)較差，通常將厭氧生化與好氧生化開展組合，形成多種處理工藝。缺氧-好氧工藝：A/O(AnoxicOxic)系統(tǒng)由缺氧池-表曝池-曝氣池-二沉池組成，大部分廢水進(jìn)入?yún)捬醭?，少部分廢水直接進(jìn)入表曝池和曝氣池，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機碳作為電子供體，以硝酸鹽作為電子受體，將硝態(tài)氮復(fù)原成氮氣釋放出來;在好氧段，硝化菌將污水中氨氮氧化成硝酸鹽，再向缺氧池回流。A/O工藝是常規(guī)二級生化處理根底上發(fā)展起來的生物去碳除氮技術(shù)，是考慮污水脫氮采用較多的一種處理工藝。充分利用缺氧生物和好氧生物的特點,使廢水得到凈化，同時具有生物選擇的作用，防止污泥膨脹。因此A/O工藝不但具有穩(wěn)定的脫氮功能，而且對COD、BOD有較高的去除率，處理深度高，剩余污泥量少。厭氧一缺氧一好氧工藝：A2/O(Anaerobic-Anoxic-Oxic)系統(tǒng)由厭氧池-缺氧池-好氧池-二沉池組成，大部分廢水進(jìn)入?yún)捬醭?，少部分廢水進(jìn)缺氧池，二沉池污泥回流到厭氧池。在厭氧池，返回污泥中的磷被釋放出來，氨氮因細(xì)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機碳作為電子供體，以硝酸鹽作為電子受體，將硝態(tài)氮復(fù)原成氮氣釋放出來;在好氧段，有機氮被氨化然后被硝化，使氨氮濃度顯著下降，同時P隨著聚磷菌的過量攝取也以較快速度下