兩相厭氧處理工藝的研究與應(yīng)用

兩相厭氧處理工藝的研究與應(yīng)用關(guān)鍵詞：兩相厭氧酸化甲烷化廢水

兩相厭氧工藝系統(tǒng)能夠承擔(dān)較高的負(fù)荷率，反應(yīng)器容積較小，運(yùn)行穩(wěn)固，日益受到人們的重視。廢水采納兩相厭氧處理的前景十分可觀，能夠利用各種高效反應(yīng)器設(shè)備對(duì)現(xiàn)有的處理系統(tǒng)進(jìn)行改造，提升其穩(wěn)固性，可獲得比現(xiàn)有單相厭氧處理系統(tǒng)更高的負(fù)荷率和效率。1兩相厭氧處理工藝的研究與應(yīng)用1.1研究與應(yīng)用情形表1部分兩相厭氧工藝研究和應(yīng)用運(yùn)行數(shù)據(jù)處理對(duì)象產(chǎn)酸相反應(yīng)器產(chǎn)甲烷相反應(yīng)器有機(jī)負(fù)荷率/(kgCOD·m-3·d-1)COD(BOD)去除率/%參考文獻(xiàn)酒廠廢水上流式厭氧污泥床上流式厭氧污泥床酸相16.5甲烷相44.080[2]制漿造紙廢水上流式厭氧污泥床上流式厭氧污泥床(36℃)1284(96)[3]牛奶廢水連續(xù)攪拌池反應(yīng)器上流式厭氧濾池590(95)[4]染料廢水厭氧填充床反應(yīng)器厭氧填充床反應(yīng)器0.25～1.00脫色率90[5]大豆加工廢水厭氧流化床厭氧流化床1276酵母發(fā)酵廢水厭氧流化床厭氧流化床20～2270～75馬鈴薯淀粉廠廢水上流式厭氧濾池(33℃)上流式厭氧污泥床(35℃)酸相45.0甲烷相14.083乳清廢水連續(xù)攪拌池反應(yīng)器上流式厭氧濾池0.5～2.0(gCOD/(gMLSS·d))90[6]乳清加工和牛奶場(chǎng)廢水預(yù)酸化反應(yīng)器雜合反應(yīng)器1098[7]小麥淀粉廢水預(yù)酸化反應(yīng)器厭氧擋板反應(yīng)器2099[8]酒精廢水高溫酸化高溫消化4.65～20.0085[9]垃圾滲濾液中溫酸化中溫消化2.41～7.9890[10]合成牛奶廢水高溫厭氧濾池（56℃）中溫厭氧濾池（35℃）2.0～16.090～97[11]1.2反應(yīng)器型式兩相厭氧降解的產(chǎn)酸過程和產(chǎn)甲烷過程分不在兩個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。為了分不提升兩個(gè)時(shí)期的效率，這兩個(gè)時(shí)期能夠應(yīng)用各種高效厭氧反應(yīng)器，如：上流式厭氧污泥床（UASB）－UASB系統(tǒng)[2，3]、連續(xù)攪拌池反應(yīng)器（CSTR）－上流式厭氧濾池（UAF）系統(tǒng)[4，6]、CSTR－厭氧填充床反應(yīng)器（APBR）系統(tǒng)、APBR－APBR系統(tǒng)[5]、厭氧流化床(AFBR)－AFBR系統(tǒng)、UAF－UASB系統(tǒng)等。1.3環(huán)境和操作條件厭氧消化過程受環(huán)境和操作條件的阻礙比較大。兩相厭氧工藝能使產(chǎn)酸過程和產(chǎn)甲烷過程均處于最佳的環(huán)境條件和操作條件。兩相厭氧降解的每個(gè)時(shí)期不僅僅只是采納不同的反應(yīng)器型式，而且還可應(yīng)用不同的溫度、pH、水力停留時(shí)刻、有機(jī)物負(fù)荷率等，以取得最好的結(jié)果。厭氧降解過程受溫度阻礙較大，厭氧降解的溫度可分為低溫（0～20℃）、中溫（20～42℃）和高溫（42～75℃）[12]。在中溫范疇，35℃以下，每降低10℃，細(xì)菌的活性和生長(zhǎng)率就減少一半。因此，關(guān)于預(yù)定的消化程度，溫度越低，消化時(shí)刻越長(zhǎng)。溫度對(duì)產(chǎn)酸過程的阻礙不是專門大，對(duì)產(chǎn)甲烷過程則阻礙較大。高濃度廢水或污泥的厭氧處理通常采納中溫或高溫范疇。兩相厭氧降解過程的每個(gè)時(shí)期也可采納中溫或高溫范疇。按照厭氧消化的溫度范疇，兩相厭氧消化的溫度有高溫－高溫系統(tǒng)[9]、中溫－中溫系統(tǒng)[10]、高溫－中溫系統(tǒng)[11]和中溫－高溫系統(tǒng)。pH是厭氧反應(yīng)的重要阻礙因素。產(chǎn)甲烷菌的最適宜pH范疇是6.8～7.2，而產(chǎn)酸菌則需要偏酸一點(diǎn)的pH。傳統(tǒng)厭氧系統(tǒng)通常堅(jiān)持一定的pH，使其不限制產(chǎn)甲烷菌生長(zhǎng)，并阻止產(chǎn)酸菌（可引起VFA累積）占優(yōu)勢(shì)，因此必須使反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)物能夠提供足夠的緩沖能力來中和任何可能的VFA累積，如此就防止了在傳統(tǒng)厭氧消化過程中局部酸化區(qū)域的形成。而在兩相厭氧系統(tǒng)中，每相能夠用不同的pH，以便使產(chǎn)酸過程和產(chǎn)甲烷過程分不在最佳的條件下進(jìn)行，pH的操縱對(duì)產(chǎn)甲烷時(shí)期尤為重要。1.4兩相厭氧系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行2高濃度廢水不同處理工藝的成效比較2.1屠宰廢水屠宰廢水來自屠宰過程的不同工序，如：沖洗牲畜、放血、剝皮、清洗牲畜尸體、打掃房間等，包括血水、皮肉顆粒、糞便和其他污染物質(zhì)。屠宰廢水的典型特點(diǎn)如下[15]：pH=6.8～7.8；COD=5200～11400mg/L；TSS=570～1690mg/L；磷=7.0～28.3mg/L；NH3-N=19～74mg/L；蛋白質(zhì)=3250～7860mg/L。各種厭氧反應(yīng)器處理屠宰廢水的運(yùn)行數(shù)據(jù)見表2。表2各種厭氧反應(yīng)器處理屠宰廢水的運(yùn)行數(shù)據(jù)反應(yīng)器類型有機(jī)負(fù)荷率/(kgCOD·m-3·d-1)COD去除率/%參考文獻(xiàn)UASB（粒狀污泥）11.085[16]UASB（絮狀污泥）5.080～89[16]UASB2.777[17]UASB7.085[18]UASB6.0～10.087～91[19]UASB1.0～6.590[15]厭氧濾池(AF)2.385[16]AF1.0～6.5<90[15]厭氧接觸法(AC)3.092.6[16]厭氧折（擋）板反應(yīng)器(ABR)0.9～4.775[20]兩相厭氧工藝1.4～7.087[21]2.2乳清和牛奶廢水牛奶場(chǎng)廢水來自制造過程、公用事業(yè)和服務(wù)機(jī)構(gòu)，廢水的各種來源為濺出液、廢棄液、撇乳、乳清，以及沖洗奶罐、設(shè)備、奶瓶和地板的廢水。乳清是制造奶酪時(shí)產(chǎn)生的最難處理的高濃度廢物，它包括一部分牛奶蛋白質(zhì)、水溶性維生素和無機(jī)鹽[22]。不同類型厭氧反應(yīng)器處理乳品加工和牛奶場(chǎng)廢水的運(yùn)行數(shù)據(jù)見表3。表3各種厭氧反應(yīng)器處理乳清和牛奶廢水的運(yùn)行數(shù)據(jù)反應(yīng)器類型有機(jī)負(fù)荷率/(kgCOD·m-3·d-1)COD去除率/%參考文獻(xiàn)UASB1.0～28.595～99[23]UASB7.0～9.590～94[23]UASB1.0～6.790～95[23]UASB31.090[24]UASB7.194[25]UASB0.9～6.097～99[26]上流式固定膜反應(yīng)器14.095[27]下流式固定膜反應(yīng)器2.688[28]厭氧流化床(AFBR)7.790[29]厭氧流化床(AFBR)6.0～40.063～87[30]厭氧附著膜膨脹床反應(yīng)器8.2～22.061～92[31]厭氧生物轉(zhuǎn)盤10.276[32]添加絮凝劑半連續(xù)式消化池16.199[33]兩相厭氧工藝10.097[34]兩相厭氧工藝10.098[7]兩相厭氧工藝0.97～2.8291～97[35]兩相厭氧工藝5.090[4]2.3造紙廢水表4各種厭氧反應(yīng)器處理制漿造紙廢水的運(yùn)行數(shù)據(jù)反應(yīng)器類型廢水類型有機(jī)負(fù)荷率/(kgCOD·m-3·d-1)COD(BOD)去除率/%參考文獻(xiàn)厭氧流化床脫墨造漿0.66(m3/m3·d)50(BOD)[22]UASB脫墨造漿4040[22]UASB4～3135～70[22]厭氧接觸法(AC)亞硫酸鹽冷凝液530～50[22]兩相UASB機(jī)械制漿1284[3]一樣情形下，底物類型和反應(yīng)器型式?jīng)Q定了某種廢水能否適用于兩相厭氧處理，這也得到了許多試驗(yàn)的驗(yàn)證。兩相厭氧處理工藝是能夠推廣應(yīng)用的，但對(duì)各種廢水的運(yùn)行體會(huì)卻不足，因此仍有許多工作要做。參考文獻(xiàn)1PohlandFG，GhoshS.Developmentsinanaerobictreatmentprocesses.In:CanaleRP.BiologicalWasteTreatment.NewYork:Interscience，1971，85～1062ShinHS，BaeBU，LeeJJ，etal.Anaerobicdigestionofdistillerywaste-waterina2-phaseUASBsystem.Wat.Sci.Tech.，1992，25(7)：361～3713HeYL，ZhangAL，YangSH.AnaerobictreatmentofkenafstemwoodAPMPwastewater.Environ.Tech.，1995，16：467～4764InceO.Performanceofatwo-phaseanaerobicdigestionsystemwhentreatingdairywasteeater.Wat.Res.，1998，32：2707～27135TalarposhtiAM，DonnellyT，AndersonGK.Colourremovalfromasimulateddyewastewaterusingatwo-phaseanaerobicpackedbedreactor.WaterRes.，2001，35：425～4326YilmazerG，YenigunO.Two-phaseanaerobictreatmentofcheesewhey.Wat.Sci.Tech.，1999，40(1)：289～2957MalaspinaF，CellamareCM，StanteL，etal.Anaerobictreatmentofcheesewheywithadownflow-upflowhybridreactor.BioresourceTechnology，1996，55：131～1398YanagiC，SatoM，TakaharaY.Treatmentofwheat-starchwaste-waterbyamembranecombined2-phasemethanefermentationsystem.Desalination，1994，98：161～1709YeohBG.Two-phaseanaerobictreatmentofcane-molassesalcoholstillage.Wat.Sci.Tech.，1997，36(6～7)：441～44810LinCY.Anaerobic-digestionoflandfillleachate.WaterSA.，1991，17：301～30611KaiserSK，DagueRR，HarisWL.Initialstudiesonthetemperature-phasedanaerobicbiofilte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