兩相厭氧處理工藝的研究與應(yīng)用

1、兩相厭氧處理工藝的研究與應(yīng)用摘要：利用各種高效反響器對(duì)現(xiàn)有的單相厭氧處理系統(tǒng)進(jìn)展改造，以進(jìn)步其穩(wěn)定性，獲得比現(xiàn)有單相系統(tǒng)更大的負(fù)荷和更高的效率。文章對(duì)廢水兩相厭氧處理工藝的研究和應(yīng)用作了綜述，概括了兩相厭氧處理酒廠(chǎng)廢水、垃圾填埋場(chǎng)滲濾液、乳品廢水、牛奶廠(chǎng)廢水、制漿造紙廢水等的應(yīng)用情況，對(duì)反響器型式、環(huán)境和操作條件及兩相厭氧處理工藝與其他厭氧反響器處理廢水效果進(jìn)展了總結(jié)和比較。關(guān)鍵詞：兩相厭氧酸化甲烷化廢水有機(jī)物的厭氧降解，在宏觀(guān)上和工程上可以簡(jiǎn)化地分為產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷兩個(gè)階段。兩個(gè)階段在細(xì)菌種類(lèi)、消化速率、環(huán)境要求、降解過(guò)程和產(chǎn)物等方面均有所不同。在一個(gè)反響器內(nèi)要保持這兩大類(lèi)微生物的成活，并有旺盛

2、的生理功能活動(dòng)、協(xié)調(diào)開(kāi)展，對(duì)反響器的維護(hù)管理是比較困難的。Phland1于1971年首次提出了兩相厭氧消化的概念，即把厭氧的兩個(gè)階段分別在兩個(gè)獨(dú)立的反響器內(nèi)進(jìn)展，分別創(chuàng)造各自最正確的環(huán)境條件，培養(yǎng)兩類(lèi)不同的微生物，并將這兩個(gè)反響器串聯(lián)起來(lái)，形成兩相厭氧工藝系統(tǒng)。兩相厭氧工藝系統(tǒng)可以承受較高的負(fù)荷率，反響器容積較小，運(yùn)行穩(wěn)定，日益受到人們的重視。廢水采用兩相厭氧處理的前景非常可觀(guān)，可以利用各種高效反響器設(shè)備對(duì)現(xiàn)有的處理系統(tǒng)進(jìn)展改造，進(jìn)步其穩(wěn)定性，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)用情況兩相厭氧工藝可用于處理多種廢水，如：酒廠(chǎng)廢水、垃圾滲濾

3、液、大豆加工廢水、酵母發(fā)酵廢水、乳清廢水、牛奶工業(yè)廢水、淀粉廢水、制漿造紙廢水、染料廢水等。表1列出了部分兩相厭氧工藝研究和應(yīng)用的運(yùn)行數(shù)據(jù)。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)酸相反響器產(chǎn)甲烷相反響器有機(jī)負(fù)荷率/(kgD-3d-1)D(BD)去除率/%參考文獻(xiàn)酒廠(chǎng)廢水上流式厭氧污泥床上流式厭氧污泥床802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)攪拌池反響器上流式厭氧濾池590(95)4染料廢水厭氧填充床反響器厭氧填充床反響器0.251.00脫色率905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20227075馬

4、鈴薯淀粉廠(chǎng)廢水上流式厭氧濾池(33)上流式厭氧污泥床(35)83乳清廢水連續(xù)攪拌池反響器上流式厭氧濾池0.52.0(gD/(gLSSd)906乳清加工和牛奶場(chǎng)廢水預(yù)酸化反響器雜合反響器10987小麥淀粉廢水預(yù)酸化反響器厭氧擋板反響器20998酒精廢水高溫酸化高溫消化4.6520.00859垃圾滲濾液中溫酸化中溫消化2.417.989010合成牛奶廢水高溫厭氧濾池56中溫厭氧濾池352.016.09097111.2反響器型式兩相厭氧降解的產(chǎn)酸過(guò)程和產(chǎn)甲烷過(guò)程分別在兩個(gè)獨(dú)立的反響器內(nèi)進(jìn)展。為了分別進(jìn)步兩個(gè)階段的效率，這兩個(gè)階段可以應(yīng)用各種高效厭氧反響器，如：上流式厭氧污泥床UASBUASB系統(tǒng)2，

5、3、連續(xù)攪拌池反響器STR上流式厭氧濾池UAF系統(tǒng)4，6、STR厭氧填充床反響器APBR系統(tǒng)、APBRAPBR系統(tǒng)5、厭氧流化床(AFBR)AFBR系統(tǒng)、UAFUASB系統(tǒng)等。1.3環(huán)境和操作條件厭氧消化過(guò)程受環(huán)境和操作條件的影響比較大。兩相厭氧工藝能使產(chǎn)酸過(guò)程和產(chǎn)甲烷過(guò)程均處于最正確的環(huán)境條件和操作條件。兩相厭氧降解的每個(gè)階段不僅僅只是采用不同的反響器型式，而且還可應(yīng)用不同的溫度、pH、水力停留時(shí)間、有機(jī)物負(fù)荷率等，以獲得最好的結(jié)果。厭氧降解過(guò)程受溫度影響較大，厭氧降解的溫度可分為低溫020、中溫2042和高溫427512。在中溫范圍，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

6、，對(duì)于預(yù)定的消化程度，溫度越低，消化時(shí)間越長(zhǎng)。溫度對(duì)產(chǎn)酸過(guò)程的影響不是很大，對(duì)產(chǎn)甲烷過(guò)程那么影響較大。高濃度廢水或污泥的厭氧處理通常采用中溫或高溫范圍。兩相厭氧降解過(guò)程的每個(gè)階段也可采用中溫或高溫范圍。根據(jù)厭氧消化的溫度范圍，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是厭氧反響的重要影響因素。產(chǎn)甲烷菌的最適宜pH范圍是6.87.2，而產(chǎn)酸菌那么需要偏酸一點(diǎn)的pH。傳統(tǒng)厭氧系統(tǒng)通常維持一定的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)，因此必須使反響器內(nèi)的反響物可以提供足夠的緩沖才能來(lái)中和任何可能的VFA累積，這樣就防止了在傳統(tǒng)

7、厭氧消化過(guò)程中部分酸化區(qū)域的形成。而在兩相厭氧系統(tǒng)中，每相可以用不同的pH，以便使產(chǎn)酸過(guò)程和產(chǎn)甲烷過(guò)程分別在最正確的條件下進(jìn)展，pH的控制對(duì)產(chǎn)甲烷階段尤為重要。1.4兩相厭氧系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行兩相厭氧廢水處理系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行是將產(chǎn)甲烷反響器的出水再循環(huán)至產(chǎn)酸反響器13。系統(tǒng)可以把一個(gè)混合良好的連續(xù)反響器作為酸化階段的反響器，以一個(gè)流化砂床反響器作為產(chǎn)甲烷階段的反響器。產(chǎn)酸階段通過(guò)自動(dòng)添加苛性鈉來(lái)控制pH為6；產(chǎn)甲烷階段對(duì)pH那么可不加以控制。結(jié)果說(shuō)明，引入循環(huán)后，可以節(jié)省堿的投加量，從而減少處理本錢(qián)。Shin等2用一個(gè)兩相UASB-UASB系統(tǒng)處理制酒廠(chǎng)廢水，在兩個(gè)反響器的顆粒污泥均形成之后，為了維

8、持第一階段適宜的pH，只須通過(guò)產(chǎn)甲烷階段出水的循環(huán)，而無(wú)須投加堿性化合物。在韓國(guó)首都漢城附近的Anyany市，就有處理食物廢水的兩相厭氧消化池14，該系統(tǒng)就是將甲烷相反響器的出水再循環(huán)至酸相反響器以提供堿度。2高濃度廢水不同處理工藝的效果比較2.1屠宰廢水屠宰廢水來(lái)自屠宰過(guò)程的不同工序，如：沖洗家畜、放血、剝皮、清洗家畜尸體、清掃房間等，包括血水、皮肉顆粒、糞便和其他污染物質(zhì)。屠宰廢水的典型特征如下15：pH=6.87.8；D=520011400g/L；TSS=5701690g/L；磷=7.028.3g/L；NH3-N=1974g/L；蛋白質(zhì)=32507860g/L。各種厭氧反響器處理屠宰廢水

9、的運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。表2各種厭氧反響器處理屠宰廢水的運(yùn)行數(shù)據(jù)反響器類(lèi)型有機(jī)負(fù)荷率/(kgD-3d-1)D去除率/%參考文獻(xiàn)UASB粒狀污泥11.08516UASB絮狀污泥5.0808916UASB2.77717UASB7.08518UASB6.010.0879119UASB1.06.59015厭氧濾池(AF)2.38516AF1.06.59015厭氧接觸法(A)3.092.616厭氧折擋板反響器(ABR)0.94.77520兩相厭氧工藝1.47.087212.2乳清和牛奶廢水牛奶場(chǎng)廢水來(lái)自制造過(guò)程、公用事業(yè)和效勞機(jī)構(gòu)，廢水的各種來(lái)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

10、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(wú)機(jī)鹽22。不同類(lèi)型厭氧反響器處理乳品加工和牛奶場(chǎng)廢水的運(yùn)行數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。表3各種厭氧反響器處理乳清和牛奶廢水的運(yùn)行數(shù)據(jù)反響器類(lèi)型有機(jī)負(fù)荷率/(kgD-3d-1)D去除率/%參考文獻(xiàn)UASB1.028.5959923UASB7.09.5909423UASB1.06.7909523UASB31.09024UASB7.19425UASB0.96.0979926上流式固定膜反響器14.09527下流式固定膜反響器2.68828厭氧流化床(AFBR)7.79029厭氧流化床(AFBR)6.040.0638730厭氧附著

11、膜膨脹床反響器8.222.0619231厭氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)10.27632添加絮凝劑半連續(xù)式消化池16.19933兩相厭氧工藝10.09734兩相厭氧工藝10.0987兩相厭氧工藝0.972.82919735兩相厭氧工藝5.09042.3造紙廢水在制漿造紙工業(yè)，紙漿的沖洗和漂白過(guò)程產(chǎn)生各種不同性質(zhì)的廢水，廢水也來(lái)自造紙機(jī)器、苛性氯的制造和黑液的回收，造紙廢水含有木質(zhì)素及其衍生物和各類(lèi)氯代有機(jī)物。D、抑制因素和可生化性的變化取決于廢水的來(lái)源22。處理制漿造紙廢水的各種厭氧反響器的運(yùn)行數(shù)據(jù)的比較見(jiàn)表4。表4各種厭氧反響器處理制漿造紙廢水的運(yùn)行數(shù)據(jù)反響器類(lèi)型廢水類(lèi)型有機(jī)負(fù)荷率/(kgD-3d-1)D(BD

12、)去除率/%參考文獻(xiàn)厭氧流化床脫墨造漿0.66(3/3d)50(BD)22UASB脫墨造漿404022UASB機(jī)械制漿431357022厭氧接觸法(A)亞硫酸鹽冷凝液5305022兩相UASB機(jī)械制漿128433討論與總結(jié)由于厭氧過(guò)程每個(gè)階段的菌種都有一個(gè)與其他階段菌種不同的最正確微生物環(huán)境，在一個(gè)單相的厭氧消化池或反響器中不可能實(shí)現(xiàn)最正確的厭氧運(yùn)行效果，將兩個(gè)階段的菌種用于同一個(gè)反響器，會(huì)明顯地阻礙彼此的效率。兩相厭氧降解過(guò)程有其特點(diǎn)，因?yàn)槊肯喽急３制渥钸m宜的pH和氧化復(fù)原電位，使其在較高的效率下運(yùn)行。兩相厭氧工藝的啟動(dòng)可以在幾周內(nèi)完成，而無(wú)須幾個(gè)月，并且所需設(shè)備尺寸至少可以縮小1/3。兩相

13、厭氧工藝的優(yōu)點(diǎn)在于：別離和優(yōu)化了潛在的限速階段，使水解酸化過(guò)程和產(chǎn)甲烷過(guò)程均處于最正確狀態(tài)；進(jìn)步了反響動(dòng)力和穩(wěn)定性控制各階段pH，進(jìn)步反響器抵抗沖擊負(fù)荷的穩(wěn)定性，選擇生長(zhǎng)較快的細(xì)菌；酸化階段具有潛在的解毒作用。兩相厭氧工藝還有以下缺乏：分相后原厭氧消化微生物共生關(guān)系被打破；難于管理；缺乏對(duì)各種廢水的運(yùn)行經(jīng)歷；底物類(lèi)型與反響器型式之間的關(guān)系不確定。有研究者認(rèn)為，從微生物的角度來(lái)看，厭氧消化過(guò)程是由多種菌群參與的生物過(guò)程，這些微生物種群之間通過(guò)代謝的互相連接、制約和促進(jìn)，最終到達(dá)一定的平衡，在厭氧消化最優(yōu)化的條件下不能分開(kāi)，否那么不符合最優(yōu)化條件，而兩相厭氧過(guò)程勢(shì)必會(huì)改變穩(wěn)定的中間代謝產(chǎn)物程度，有

14、可能對(duì)某些特殊營(yíng)養(yǎng)型的細(xì)菌產(chǎn)生抑制作用，甚至造成熱力學(xué)上不適于中間產(chǎn)物繼續(xù)降解的條件。然而從目前的研究結(jié)果來(lái)看，雖然相別離后中間代謝產(chǎn)物發(fā)生了變化，但相的別離根本上都是不完全的，所以產(chǎn)甲烷相中的污泥仍是由多種菌群組成的，可以適應(yīng)變化了的各種中間產(chǎn)物，因此相別離后中間產(chǎn)物的變化對(duì)產(chǎn)甲烷相沒(méi)有不利影響。相反，由于產(chǎn)酸相去除了大量的氫及某些抑制物，可以為后一階段的產(chǎn)甲烷菌提供了更適宜的底物及環(huán)境條件，從而使產(chǎn)甲烷相中的污泥活性得以進(jìn)步，處理效果及運(yùn)行穩(wěn)定性也相應(yīng)進(jìn)步。一般情況下，底物類(lèi)型和反響器型式?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可以推廣應(yīng)用的，但對(duì)

15、各種廢水的運(yùn)行經(jīng)歷卻缺乏，因此仍有許多工作要做。參考文獻(xiàn)5TalarpshtiA，DnnellyT，AndersnGK.lurrevalfrasiulateddyeasteaterusingat-phaseanaerbipakedbedreatr.aterRes.，2001，35：4254327alaspinaF，ellaare，StanteL，etal.Anaerbitreatentfheeseheyithadnfl-upflhybridreatr.BiresureTehnlgy，1996，55：1311398Yanagi，Sat，TakaharaY.Treatentfheat-starhaste-aterbyaebranebined2-phaseethaneferentatinsyste.Desalinatin，1994，98：16117010LinY.Anaerbi-digestinflandfillleahate.aterSA.，1991，17：30130634alaspinaF，StanteL，ellaare，etal.heeseheyandheesefatryasteater