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高濃度有機廢水一般是指由造紙、皮革及食品等行業(yè)排出的COD在2000 mg/L以上的廢水。通常根據(jù)其性質(zhì)和來源可分為三類:(1)不舍有害物質(zhì)且易于生物降解的高濃度有機廢水.其一般來自以農(nóng)牧產(chǎn)品為原料的工業(yè)廢水,如食品工業(yè)廢水;(2)含有有害物質(zhì)且易于生物降解的高濃度有機廢水,其主要來自輕工和冶金工業(yè)等,如制藥業(yè)廢水;(3)含有有害物質(zhì)且難于生物降解的高濃度有機廢水.其主要來自有機合成化學(xué)工業(yè)和農(nóng)藥生產(chǎn)工業(yè)等,如農(nóng)藥廢水。高濃度有機廢水中污染物成分復(fù)雜,排人水體后對人類健康和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成嚴重威脅。因此.高濃度有機廢水處理技術(shù)的研究是當前環(huán)境科學(xué)和工程領(lǐng)域的研究熱點。 目前,高濃度有機廢水處理方法分為生物處理技術(shù)、物理處理技術(shù)、化學(xué)處理技術(shù)和物理化學(xué)處理技術(shù)四種。其中生物處理技術(shù)是利用微生物降解廢水中的污染物質(zhì)作為自身的營養(yǎng)和能源.同時使廢水得到凈化的方法,由于其符合可持續(xù)發(fā)展的思想.近幾年來在高濃度有機廢水處理中具有極其重要的地位。 高濃度有機廢水的特點及危害 高濃度有機廢水主要具有以下特點:(1)有機物濃度高。其COD一般在2000 mg/L以上,有的甚至高達幾萬至幾十萬mg/L,BOD較低,很多廢水可生化性較差;(2)成分復(fù)雜。往往含有生產(chǎn)原料、副反應(yīng)產(chǎn)物和多種無機鹽,廢水中還多含有重金屬和有毒有機物;(3)色度高,有異味。有些廢水散發(fā)出刺鼻的惡臭。給周圍環(huán)境造成不良影響;(4)酸,堿、鹽類眾多.往往具有強酸或強堿性。由于生物降解作用,高濃度有機廢水會使受納水體缺氧,多數(shù)水生物將死亡,惡化水質(zhì)和環(huán)境,不但使水體失去使用價值,更嚴重影響水體附近人民的正常生活。同時高濃度有機廢水中含有大量有毒有機物,會在水體、土壤等自然環(huán)境中不斷累積、儲存,最后進入人體,危害人體健康。 生物處理技術(shù) 按參與作用的微生物種類和供氧情況,生物處理技術(shù)可分為好氧生物法、厭氧生物法及介于兩者之間的水解酸化法三大類。由于其經(jīng)濟可行、無二次污染,且微生物具有較強的適應(yīng)性和可變異性等特點,因此發(fā)展迅速并成為處理高濃度有機廢水較為理想的方法。 2.1 好氧生物法 好氧生物法是指異養(yǎng)型好氧微生物在有氧情況下,以有機物等作為電子供體和游離態(tài)的氧作為電子受體使水中有機物氧化,從而降低有機物含量的技術(shù),可以分為活性污泥法和生物膜法兩大類。由于其操作簡單、出水效果好等特點一般用于處理低濃度有機廢水。近年來研制出一些高效的好氧生物處理工藝可用于處理高濃度有機廢水,如序批式活性污泥法(SBR)、深井曝氣法(DSP)、好氧生物流化床( ABFB)和生物降解反應(yīng)器系統(tǒng)(RBS)等。 SBR是一種間歇式(或半連續(xù))運行的廢水生物處理技術(shù)。該工藝應(yīng)用于鎮(zhèn)海煉油化工股份有限公司工業(yè)生產(chǎn)一年來。各項出水指標都達到了較好的水平,無論在技術(shù)上還是工程上均是可行的。其缺點是容易產(chǎn)生污泥膨脹現(xiàn)象.從而導(dǎo)致出水水質(zhì)變差。DSP是利用深井中的靜水壓力把氧的轉(zhuǎn)移率從傳統(tǒng)曝氣法的5%~15%提高到60%~90%。該技術(shù)具有動力效率高、產(chǎn)泥量少、占地面積小等優(yōu)點,但其應(yīng)用受地質(zhì)條件的影響。目前已廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代化學(xué)合成工業(yè)的高濃度有機廢水的治理。曾明等4采用高效曝氣生物濾池工藝處理氮肥工業(yè)終端廢水,出水COD、BOD5分別為81—158 mg/L和8~15mg/L。ABFB的特點是反應(yīng)器內(nèi)填料的表面積大,生物膜量可達10-40 g/L。因此該工藝具有效能高、占地少、投資省等優(yōu)點。由于要使填料流化,必須進行出水循環(huán),并保持反應(yīng)器內(nèi)具有一定的流速,從而增加了運行的復(fù)雜性。目前國內(nèi)利用ABFB處理高濃度有機廢水尚處于室驗階段.工程應(yīng)用并不多。RBS是我國從日本引進的一項處理高濃度有機廢水的生物處理技術(shù),屬于活性污泥法的一種。該技術(shù)利用一種高活性兼性土壤菌的生物化學(xué)作用來凈化污水,可處理BOD51 000一15 000 mg/L以上的廢水,不但對BOD5,CODcr、ss、磷、氟氮的去除率高于傳統(tǒng)活性污泥法.而且具有操作簡便、占地面積小、抗沖擊負荷能力強的特點。該技術(shù)在處理豬場廢水方面,已取得了很好的效果。在特定條件下,如場地面積小,可考慮應(yīng)用DSP法:如某些含有抑制厭氧菌物質(zhì)的廢水,可采用其他高教好氧處理裝置。 2.2 厭氧生物法 厭氧生物法是利用兼性厭氧菌和專性厭氧菌將有機物降解為CH4、CO2等的一種生物處理法。其與妤氧處理相比有以下優(yōu)點:不需充氧、能耗低、污泥量小和所需氨磷元素少,因而運行費用低.并且甲烷是一種有用的終產(chǎn)物。其缺點是反應(yīng)器污泥增長慢、啟動時間長、單一的厭氧處理后出水水質(zhì)一般不能達到排放標準。一般認為,當原污水CODcr在1 000mg/L時,厭氧與好氧生物處理技術(shù)費用相當;當污水中CODcr達到4000 mg/L時,采用厭氧處理就會有能量剩余,而且當采用高效厭氧反應(yīng)器時,COD容積負荷可高達15~100 kg//(m3.d)。所以說,厭氧法是處理高濃度有機廢水的一種切實有效的方法。厭氧生物法已有100多年歷史,其發(fā)展經(jīng)歷了3個階段.下面主要介紹第二和第三代厭氧處理技術(shù)。 2.2.1 第二代厭氧處理技術(shù) 以傳統(tǒng)厭氧消化池為代表的早期厭氧消化工藝被稱為第一代厭氧消化工藝。隨著生物發(fā)酵工程中固定化技術(shù)的發(fā)展,在20世紀70年代末人們成功地開發(fā)出以厭氧接觸法(ACP)、厭氧濾池(AF)、上流式厭氧污泥床反應(yīng)器(uASB)等為代表的第二代厭氧處理技術(shù)。
與AF、UASB相比,ACP雖然負荷較低,但運行可靠,啟動時間短。這些厭氧處理技術(shù)的共同特點是可以把SRT與HRT相分離,使HRT從過去的幾天或幾十天縮短到幾個小時。它們具有容積小、處理效果良好等優(yōu)點,但目前在某些方面還存在一定的問題而需深入的研究。如AF裝置的關(guān)鍵是獲得性能優(yōu)良的填料,但目前高技的填料成本較高,而廉價的填料則易堵塞。UASB的技術(shù)關(guān)鍵是培養(yǎng)出沉淀性能好、活性高的顆粒污泥,國內(nèi)這方面技術(shù)尚處于探索階段。同時UASB運行中有可能出現(xiàn)污泥層膨脹,造成微生物隨出水大量流失,難以達到預(yù)期效果。 2.2.2第三代厭氧處理技術(shù) 針對第二代厭氧生物處理技術(shù)工藝易出現(xiàn)污泥流失、難實現(xiàn)均勻布水等同題,20世紀90年代初在國際上出現(xiàn)了第三代厭氧處理技術(shù),包括厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)、厭氧膨脹顆粒污泥床(EGSB)、垂直折流厭氧污泥床(VBASB)反應(yīng)器和內(nèi)循環(huán)厭氧(IC)反應(yīng)器等工藝。其共同特點有:占地面積小、動力消耗小、生物量高、能承受更高的水力負荷并具有較高的有機污染物凈化效能。
2.3 水解醇化法 術(shù)解酸化法是在兩相厭氧理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種介于好氧和厭氧之間的方法。該方法已廣泛地應(yīng)用于有機廢水的預(yù)處理,可以對絕大多數(shù)有機廢水中多種復(fù)雜有機物進行水解.使BOD/COD明顯提高,有利于廢水進一步的好氧或厭氧處理(16)。水解酸化機理是在大量水解細菌酸化菌的作用下,將廢水中不溶性有機物水解為溶解性有機物,將難生物降解的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)化為易生物降解的小分子物質(zhì)的過程。水解酸化利用的是兼性厭氧苗,其具有繁殖速度快、代謝強度高、對外界環(huán)境適應(yīng)性強等特點,適用范圍較廣。國內(nèi)外對此工藝已進行了廣泛。的試驗研究.現(xiàn)階段主要是對其用于各種具體的難降解廢水的處理進行實驗論證。 2.4 其他生物處理技術(shù) 近年來發(fā)展迅速的新型生物處理技術(shù)主要有固定化微生物技術(shù)和膜生物反應(yīng)器(MHR)。 固定化微生物技術(shù)是將微生物固定在載體上培養(yǎng)特異菌種,用于高濃度有機廢水的定向處理技術(shù)。該技術(shù)因其處理效效高、占地面積少及產(chǎn)污泥量少等優(yōu)點已應(yīng)用于處理染料、制藥等廢水。其缺點是固定化成本高,固定化微生物結(jié)合強度不夠,活性損失大以及底物傳質(zhì)阻力大。因此尋找優(yōu)良的固定化載體,確定最優(yōu)的同定化技術(shù)條件,加強固定化微生物反應(yīng)特性的研究是使該技術(shù)走上大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的關(guān)鍵。目前該技術(shù)已在高濃度苯酚廢水、氯酚廢水和喹啉廢水的處理中得到廣泛研究和成功應(yīng)用。
生物處理技術(shù)的實際應(yīng)用 生物處理技術(shù)一般要求有機物的濃度處于中低水平(COD為1 000-10 000mg/L),而高濃度有機廢水的COD較高,僅采用單一的厭氧或好氧處理很難達到排放標準,因此通常采用生物與物理、化學(xué)處理相結(jié)合的方法和厭氧一好氧兩級處理方法。韓衛(wèi)清等采用徽電解、A/O和膜生物反應(yīng)器組合工藝處理泰州某化學(xué)有限公司排放的農(nóng)藥廢水,該廢水生物毒性強,COD高達8000 mg/L,可生化性差,BOD5/COD僅為0.03。處理后COD <300><15mg><50><100mg><><70><15mg><0.5 mg/l。何玉鳳等采用三級厭氧/好氧一體式折流板生物反應(yīng)器處理馬鈴薯淀粉廢水,井在好氧室添加多孔爐渣作為填料,在運行溫度為25-35℃、ph為5.0—8.5的條件下,當廢水的cod為1400—3="" 000mg/l、氨氮為15.0—24.0="" mg/l時,系統(tǒng)的出水cod≤200mg/l、氨氮為10.8="" mg/l.對cod和氨氮的去除率分別可達96%和53.0%。多孔爐渣填料的投加可提高好氧室的處理效果。丁振宇等采用ecsb+接觸氧化工藝處理黑龍江華潤啤酒有限公司啤酒廢水,經(jīng)過4個月的調(diào)試達到滿負荷運行,cod、bod、ss、氨氮和tp的去除率分別達到98.1%、98.5%、95.4%、82%和86.7%。該工藝是處理啤酒釀造工業(yè)高濃度有機廢水的有效方法。王相乙利用厭氧和好氧浮動生化床相結(jié)合的工藝處理以乳制品廢水為主的中高濃度有機廢水。cod去除率達到95%以上,該工藝具有占地面積小、工程投資低、運行效果穩(wěn)定等優(yōu)點。石慧等利用egsb-a/o工藝處理高濃度淀粉生產(chǎn)廢水,當廢水cod為10="" 000--12="" 000="" mg/l時,ecsb反應(yīng)器負荷達到20=""><100m> 結(jié)束語
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