【文章內(nèi)容簡介】 菌群不斷繁殖、積累的結(jié)果，較多的污泥負(fù)荷有利于細(xì)菌獲得充足的營養(yǎng)基質(zhì)，故對顆粒污泥的形成和發(fā)展具有決定性的促進(jìn)作用；適當(dāng)高的水力負(fù)荷將產(chǎn)生污泥的水力篩選，淘汰沉降性能差的絮體污泥而留下沉降性能好的污泥，同時(shí)產(chǎn)生剪切力 ，使污泥不斷旋轉(zhuǎn)，有利于絲狀菌互相纏繞成球。此外，一定的進(jìn)水堿度也是顆粒污泥形成的必要條件，因?yàn)閰捬跎锏纳L要求適當(dāng)高的堿度，例如：產(chǎn)甲烷細(xì)菌生長的最適宜 pH 值為 ～ 。一定的堿度既能維持細(xì)菌生長所需的 pH 值，又能保證足夠的平衡緩沖能力。由于一般啤酒廢水的堿度不足，所以需投加工業(yè)碳酸鈉或氧化鈣加以補(bǔ)充。研究表明，在 UASB 啟動(dòng)階段，保持進(jìn)水堿度不低于 1000 mg/L 對于顆粒污泥的培養(yǎng)和反應(yīng)器在高負(fù)荷下的良好運(yùn)行十分必要。應(yīng)該指出，啤酒廢水中的乙醇是一種有效的顆粒化促進(jìn)劑，它為 UASB 的成功運(yùn)行提供了十分有利的條件。 總之， UASB 具有效能高，處理費(fèi)用低，電耗省，投資少，占地面積小等一系列優(yōu)點(diǎn)，完全適用于高濃度啤酒廢水的治理。 ABR 反 應(yīng)器 ABR 厭氧折流反應(yīng)器是在 UASB 基礎(chǔ)上開發(fā)出的一種新型高效厭氧反應(yīng)器，其結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行管理方便、無需填料、對生物量具有優(yōu)良的截留能力、啟動(dòng)較快、水力條件好、運(yùn)行性能穩(wěn)定可靠。 15 ABR 反應(yīng)器的基本原理及工藝構(gòu)造： ABR 反應(yīng)器中使用一系列垂直安裝的折流板使被處理的廢水在反應(yīng)器內(nèi)沿折流板作上下流動(dòng)，借助于處理過程中反應(yīng)器內(nèi)產(chǎn)生的沼氣應(yīng)器內(nèi)的微生物固體在折流板所形成的各個(gè) 隔室內(nèi)作上下膨脹和沉淀運(yùn)動(dòng)，而整個(gè)反應(yīng)器內(nèi)的水流則以較慢的速度作水平流動(dòng)。由于污水在折流板的作用下，水流繞折流板流動(dòng)而使 水流在反應(yīng)器內(nèi)的流徑的總長度增加，再加之折流板的阻擋及污泥的沉降作用，生物固體被有效地截留在反應(yīng)器內(nèi)。 由此可見，雖然在構(gòu)造上 ABR 可以看作是多個(gè) UASB 的簡單串聯(lián)，但在工藝上與單個(gè) UASB 有著顯著的不同， UASB 可近似看作是一種完全混合式反應(yīng)器， ABR則由于上下折流板的阻擋和分隔作用，使水流在不同隔室中的流態(tài)呈完全混合態(tài)（水流的上升及產(chǎn)氣的攪拌作用），而在反應(yīng)器的整個(gè)流程方向則表現(xiàn)為推流態(tài)。在反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的角度，這種完全混合與推流相結(jié)合的復(fù)合型流態(tài)十分利于保證反應(yīng)器的容積利用率、提高處理效果及促進(jìn)運(yùn) 行的穩(wěn)定性，是一種極佳的流態(tài)形式。同時(shí)，在一定處理能力下，這個(gè)復(fù)合型流態(tài)所需的反應(yīng)器容積也比單個(gè)完全混合式的反應(yīng)器容積低很多。 ABR 工藝在反應(yīng)器中設(shè)置了上下折流板而在水流方向形成依次串聯(lián)的隔室，從而使其中的微生物種群沿長度方向的不同隔室實(shí)現(xiàn)產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷相的分離，在單個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行兩相或多相的運(yùn)行。也就是說， ABR 工藝可在一個(gè)反應(yīng)器內(nèi)實(shí)現(xiàn)一體化的兩相或多相處理過程。在結(jié)構(gòu)構(gòu)造上， ABR 比 UASB 更為簡單，不需要結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的三相分離器，每個(gè)隔室的產(chǎn)氣可單獨(dú)收集以分析各隔室的降解效果、微生物對有機(jī)物的 分解途徑、機(jī)理及其中的微生物類型，也可將反應(yīng)器內(nèi)的產(chǎn)氣一起集中收集。 圖 6 ABR工藝基本流程 16 ABR 反應(yīng)器有兩種不同的構(gòu)造型式。圖一為改進(jìn)前的 ABR 反應(yīng)器構(gòu)造型式。這種反應(yīng)器中的折流板是等間距均勻設(shè)置的，折板上不設(shè)轉(zhuǎn)角。這種構(gòu)造型式的 ABR反應(yīng)器所存在的不足是，由于均勻地設(shè)置了上下折流板，加之進(jìn)水一般為下向流形式的，因而容易產(chǎn)生短流、死區(qū)及生物固體的流失等問題。圖二為改進(jìn)后的 ABR 反應(yīng)器構(gòu)造型式。改進(jìn)后的 ABR 反應(yīng)器中，其折流板的設(shè)置間距是不均等的，且每一塊折流板的末端都帶有一定角度的轉(zhuǎn)角 。 IC 反應(yīng)器 IC 反應(yīng)器構(gòu)造及工藝原理： IC 反應(yīng)器可以看作是由兩個(gè) UASB 反應(yīng)器串聯(lián)而成的，具有很大的高徑比，一般為 4～ 8。 IC 反應(yīng)器由 5個(gè)基本部分組成：混合區(qū)、污泥膨脹床區(qū)、內(nèi)循環(huán)系統(tǒng) ,精處理區(qū)和沉淀區(qū)。其中內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)是 IC 反應(yīng)器工藝的核心構(gòu)造，它由一級三相分離器、沼氣提升管、氣液分離器和泥水下降管組成 (見下圖 ) 。 圖 7 IC 反應(yīng)器構(gòu)造示意圖 經(jīng)過調(diào)節(jié) pH 值和溫度后的廢水進(jìn)入反應(yīng)器底部混合區(qū)，與從反應(yīng)器上 部返回的厭氧污泥顆粒和廢水均勻混合，由此對進(jìn)水進(jìn)行了稀釋和均質(zhì)作用，從而大大減輕了沖擊負(fù)荷及有害物質(zhì)的不利影響。廢水和顆粒污泥混合物在進(jìn)水與循環(huán)水的共同推動(dòng)下，進(jìn)入污泥膨脹床區(qū)，由于回流的影響 ,此部分產(chǎn)生較大的上升流速，最大可達(dá) 10～20 m/ h[4 ] ，廢水中的大部分有機(jī)物在這里被轉(zhuǎn)化成沼氣，沼氣被一級三相分離器收集，沿著提升管并攜帶著混合液提升至氣液分離器，分離出的沼氣從氣液分離器的頂 17 部沼氣排出管排出。 分離出的泥水混合液將沿著泥水下降管返回到反應(yīng)器底部的混合區(qū)，并與底部的顆粒污泥和進(jìn)水充分混合，實(shí) 現(xiàn)了混合液的內(nèi)循環(huán)。實(shí)現(xiàn)內(nèi)循環(huán)的氣提動(dòng)力來自于上升的和返回的泥水混合物中氣體含量的差別，因此，泥水混合物的內(nèi)循環(huán)不需要外加動(dòng)力。反應(yīng)器內(nèi)液體內(nèi)循環(huán)促進(jìn)了基質(zhì)和顆粒污泥的接觸，而且有很大的升流速度，故提高了傳質(zhì)效果，促進(jìn)了產(chǎn)甲烷細(xì)菌的繁殖和增長，并使污泥膨脹床區(qū)去除有機(jī)物的能力增強(qiáng)。 經(jīng)污泥膨脹床區(qū)處理后的廢水除一部分參與內(nèi)循環(huán)外，其余污水通過一級三相分離器進(jìn)入精處理區(qū)繼續(xù)進(jìn)行處理，可去除廢水中的剩余有機(jī)物，使廢水得到進(jìn)一步的凈化，提高了出水水質(zhì)。由于大部分有機(jī)物已被降解，所以精處理區(qū)的 COD 負(fù)荷較低，產(chǎn)氣 量也較小。精處理區(qū)產(chǎn)生的沼氣由二級三相分離器收集，通過集氣管進(jìn)入氣液分離器并通過沼氣排出管排出。經(jīng)凈化的水從沉淀區(qū)沉淀后由出水管排走，顆粒污泥則返回精處理區(qū)污泥床。 主要處理方案 酸化 — SBR 法 其主要處理設(shè)備是酸化柱和 SBR 反應(yīng)器。這種方法在處理啤酒廢水時(shí)，在厭氧反應(yīng)中，放棄反應(yīng)時(shí)間長、控制條件要求高的甲烷發(fā)酵階段，將反應(yīng)控制在酸化階段，這樣較之全過程的厭氧反應(yīng)具有以下優(yōu)點(diǎn)，由于反應(yīng)控制在水解、酸化階段反應(yīng)迅速，故水解池體積??；不需要收集產(chǎn)生的沼氣，簡化了構(gòu)造，降低了造價(jià)，便于 維護(hù)，易于放大；對于污泥的降解功能完全和消化池一樣，產(chǎn)生的剩余污泥量少。同時(shí)，經(jīng)水解反應(yīng)后溶解性 COD 比例大幅度增加，有利于微生物對基質(zhì)的攝取，在微生物的代謝過程中減少了一個(gè)重要環(huán)節(jié)，這將加速有機(jī)物的降解，為后續(xù)生物處理創(chuàng)造更為有利的條件。酸化 — SBR 法處理高濃度啤酒廢水效果比較理想，去除率均在 94%以上，最高達(dá) 99%以上。要想使此方法在處理啤酒廢水達(dá)到理想的效果時(shí)運(yùn)行環(huán)境要達(dá)到下列要求：酸化 — SBR 法處理中高濃度啤酒廢廢水，酸化至關(guān)重要，它具有兩個(gè)方面的作用，其一是對廢水的有機(jī)成分進(jìn)行改性，提高廢水的可生 化性；其二是對有機(jī)物中易降解的污染物有不可忽視的去除作用。酸化效果的好壞直接影響 SBR 反應(yīng)器的處理效果，有機(jī)物去除主要集中在 SBR 反應(yīng)器中。酸化 — SBR 法處理啤酒廢水受進(jìn) 18 水堿度和反應(yīng)溫度的影響，最佳溫度是 24℃ ，最佳堿度范圍是 500～ 750mg/L。視原水水質(zhì)情況，如堿度不足，采取預(yù)調(diào)堿度方法進(jìn)行本工藝處理；若溫度差別不大，運(yùn)行參數(shù)可不做調(diào)整，若溫度差別較大，視具體情況而定。 UASB— 好氧接觸氧化工藝 此處理工藝中主要處理設(shè)備是上流式厭氧污泥床和好氧接觸氧化池，處理主要過程為：廢水經(jīng)過 轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)，轉(zhuǎn)鼓過濾機(jī)對 SS 的去除率達(dá) 10%以上，隨著麥殼類有機(jī)物的去除，廢水中的有機(jī)物濃度也有所降低。調(diào)節(jié)池既有調(diào)節(jié)水質(zhì)、水量的作用，還由于廢水在池中的停留時(shí)間較長而有沉淀和厭氧發(fā)酵作用。由于增加了厭氧處理單元，該工藝的處理效果非常好。上流式厭氧污泥床能耗低、運(yùn)行穩(wěn)定、出水水質(zhì)好，有效地降低了好氧生化單元的處理負(fù)荷和運(yùn)行能耗（因?yàn)楹醚跆幚韱卧哪芎闹苯雍吞幚碡?fù)荷成正比）。好氧處理（包括好氧生物接觸氧化池和斜板沉淀池）對廢水中 SS和 COD 均有較高的去除率，這是因?yàn)閺U水經(jīng)過厭氧處理后仍含有許多易生物降解的有機(jī) 物。該工藝處理效果好、操作簡單、穩(wěn)定性高。上流式厭氧污泥床和好氧接觸氧化池相串聯(lián)的啤酒廢水處理工藝具有處理效率高、運(yùn)行穩(wěn)定、能耗低、容易調(diào)試和易于每年的重新啟動(dòng)等特點(diǎn)。只要投加占厭氧池體積 1/3 的厭氧污泥菌種，就能夠保證污泥菌種的平穩(wěn)增長，經(jīng)過 3 個(gè)月的調(diào)試 UASB 即可達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行。整個(gè)工藝對COD 的去除率達(dá) %，對懸浮物的去除率達(dá) %～ 98%，該工藝非常適合在啤酒廢水處理中推廣應(yīng)用。 生物接觸氧化法 該工藝采用水解酸化作為生物接觸氧化的預(yù)處理，水解酸化菌通過新陳代謝將水中 的固體物質(zhì)水解為溶解性物質(zhì)，將大分子有機(jī)物降解為小分子有機(jī)物。水解酸化不僅能去除部分有機(jī)污染物，而且提高了廢水的可生化性，有益于后續(xù)的好氧生物接觸氧化處理。 該工藝在處理方法、工藝組合及參數(shù)選擇上是比較合理的，充分利用各工序的優(yōu)勢將污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化、去除。然而，如果由于某些構(gòu)筑物的構(gòu)造設(shè)計(jì)考慮不周會(huì)影響運(yùn)行效果，致使出水水質(zhì)不理想，使生物接觸氧化池的出水 (靜沉 30 min 的澄清液 )COD 為 500～ 600 mg/L，經(jīng)混凝氣浮處理后出水 COD 仍高達(dá) 300 mg/L，遠(yuǎn)高于排放要求 (150 mg/L)。但是此處理方 法在設(shè)計(jì)和運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)以下問題： 水解酸化池存在的問題主要是沉淀污泥不能及時(shí)排除。由于該廢水中懸浮物濃度 19 較高，因而池內(nèi)污泥產(chǎn)量很大，而原工藝僅在水解酸化池前端設(shè)計(jì)了污泥斗，所以池子的后部很快就淤滿了污泥。另外，隨著微生物量的增加在軟性生物填料的中間部位形成了污泥團(tuán)，使得傳質(zhì)面積減小。針對污泥淤積情況，在水解酸化池前可增設(shè)一級混凝氣浮以去除水中的懸浮物，經(jīng)此改進(jìn)后水解酸化池能長期、穩(wěn)定、有效地運(yùn)行，其出水 COD 也從 1100～ 1200 mg/L 降至 900 ～ 1000mg/L，收到了較好的效果。不過，增設(shè)混凝 氣浮增加了運(yùn)行費(fèi)用，而且氣浮過程中溶入的 O2 還可能對水解酸化產(chǎn)生不利影響。因此，在設(shè)計(jì)采用水解酸化處理懸浮物濃度高的污水時(shí)，可增設(shè)污泥斗的數(shù)量以便及時(shí)排除沉淀污泥。此外，為防止填料表面形成污泥團(tuán)應(yīng)采用比表面積大、不結(jié)泥團(tuán)的半軟性填料。 如果廢水中污染物濃度較高或前處理效果不理想，生物接觸氧化池前端的有機(jī)物負(fù)荷較高，使得供氧相對不足，此時(shí)該處的生物膜呈灰白色，處于嚴(yán)重的缺氧狀態(tài)，而池末端成熟的好氧生物膜呈琥珀黃色。同時(shí)，水中的生物活性抑制性物質(zhì)濃度也較高，對微生物也有一定的抑制作用。這些因素使得生物接觸氧化 池沒有發(fā)揮出應(yīng)有的作用，處理效果不理想。鑒于此，可一采取階段曝氣措施即多點(diǎn)進(jìn)水，污水沿池長多點(diǎn)流入生物接觸氧化池以均分負(fù)荷，消除前端缺氧及抑制性物質(zhì)濃度較高的不利影響。改為多點(diǎn)進(jìn)水并經(jīng)過一段時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)行后，生物接觸氧化池的出水 (30 min 的澄清液 )COD 為 200～ 300 mg/L。再經(jīng)混凝氣浮工序處理后最終出水 COD＜ 150 mg/L(一般在 130 mg/L)，達(dá)到了排放要求。 在調(diào)試運(yùn)行過程中，生物接觸氧化池中生物膜脫落、氣泡直徑變大 (曝氣方式為微孔曝氣 )、出水渾濁、處理效果惡化的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。經(jīng)研 究、分析、驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)這是由于負(fù)荷波動(dòng)或操作不當(dāng)造成溶解氧不足而引起的。溶解氧不足使得生物膜由好氧狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閰捬鯛顟B(tài)，其附著力下降，在空氣氣泡的攪動(dòng)下生物膜大量脫落，導(dǎo)致水粘度增加、氣泡直徑增大、氧轉(zhuǎn)移效率下降，這又進(jìn)一步造成缺氧，如此形成惡性循環(huán)致使處理效果惡化。在調(diào)試運(yùn)行初期，發(fā)生這種現(xiàn)象時(shí)一般是增大供氣量以提高供氧能力來消除缺氧，結(jié)果由于氣泡攪動(dòng)強(qiáng)度增大，造成了更大范圍的生物膜脫落、水粘度更大、氧轉(zhuǎn)移效率更低，非但沒能提高供氧能力反而使情況更糟。正確的處理措施應(yīng)是減小曝氣量，待脫落的生物膜隨水流流出后再逐 漸增加曝氣量使溶解氧濃度恢復(fù)到原有水平，若水溫適宜則 2～ 3d 后生物膜就可恢復(fù)正常。 20 因此當(dāng)采用此工藝處理啤酒廢水時(shí)要遵循下列要求： ① 采用水解酸化作為預(yù)處理工序時(shí)應(yīng)考慮懸浮物去除措施。 ② 采用推流式生物接觸氧化池時(shí)，為避免前端有機(jī)物負(fù)荷過高可采用多點(diǎn)進(jìn)水。 ③ 應(yīng)嚴(yán)格控制溶解氧濃度，供氧不足會(huì)造成生物膜大范圍脫落，導(dǎo)致運(yùn)行失敗。 內(nèi)循環(huán) UASB 反應(yīng)器＋氧化溝工藝 此工藝采用厭氧和好氧相串聯(lián)的方式，厭氧采用內(nèi)循環(huán) UASB 技術(shù)，好氧處理用地有一處狹長形池塘，為了降低土建費(fèi)用，因地制宜，采用氧化溝工 藝。本處理工藝的關(guān)鍵設(shè)備是 UASB 反應(yīng)器。該反應(yīng)器是利用厭氧微生物降解廢水中的有機(jī)物，其主體分為配水系統(tǒng)，反應(yīng)區(qū)，氣、液、固三相分離系統(tǒng)，沼氣收集系統(tǒng)四個(gè)部分。厭氧微生物對水質(zhì)的要求不象好氧微生物那么寬，最佳 pH 為 － ，最佳溫度為35℃ － 40℃ ，而本工程的啤酒廢水水質(zhì)超出了這個(gè)范圍。這就要求廢水進(jìn)入 UASB反應(yīng)器之前必需進(jìn)行酸度和溫度的調(diào)節(jié)。這無形中增加了電器。儀表專業(yè)的設(shè)備投資和設(shè)計(jì)難度。 內(nèi)循環(huán) UASB 技術(shù)是在普通 UASB 技術(shù)的基礎(chǔ)上增加一套內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，它包括回流水池及回流水泵。 UASB 反應(yīng)器 的出水水質(zhì)一般都比較穩(wěn)定，在回流系統(tǒng)的作用下重新回到配水系統(tǒng)。這樣一來能提高 UASB反應(yīng)器對進(jìn)水水溫、 pH值和 COD濃度的適應(yīng)能力，只需在 UASB 反應(yīng)器進(jìn)水前對其 pH 和溫度做一粗調(diào)即可。 UASB反應(yīng)器采用環(huán)狀穿孔管配水，通過三相分離器出水，并在三相分離器的上方增加側(cè)向流絮凝反應(yīng)沉淀器，它由玻璃鋼板成 60176。安裝而成，能在最大程度上截留