菏澤市小型屠宰污水處理處理

菏澤市小型屠宰污水處理處理

污水處理技術(shù)發(fā)展至今，已經(jīng)歷了近150年，已開(kāi)始從傳統(tǒng)的能耗大戶向能源及水資源回收方向轉(zhuǎn)變。厭氧生物技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于無(wú)需提供氧氣，且能夠?qū)⑽鬯杏袡C(jī)物轉(zhuǎn)化成高熱值甲烷氣體進(jìn)行回用，降低能耗，實(shí)現(xiàn)能源回收，使其在水處理行業(yè)受到更廣泛的應(yīng)用。菏澤市小型屠宰污水處理處理

1. 厭氧生物技術(shù)的發(fā)展歷程概況

厭氧生物技術(shù)的出現(xiàn)早可以追朔到18世紀(jì)，Count Alessandro Volta于1776年推導(dǎo)出有機(jī)物降解和可燃性氣體之間的相互關(guān)系，1808年Sir Humphry Davy*證明了厭氧消化過(guò)程中產(chǎn)生的氣體中存在甲烷。1859年*座厭氧消化處理廠在印度建成，1895年進(jìn)入英國(guó)，拉開(kāi)了污水厭氧生物處理及沼氣回收技術(shù)的序幕。之后隨著對(duì)厭氧微生物的認(rèn)識(shí)和研究，不斷優(yōu)化運(yùn)行條件，使厭氧生物技術(shù)不斷快速發(fā)展。

中國(guó)是推行厭氧污水處理系統(tǒng)非常成功的國(guó)家，1978年Lettinga團(tuán)隊(duì)關(guān)于UASB的研究成果在世界學(xué)術(shù)界嶄露頭角，掀起了厭氧技術(shù)的研發(fā)浪潮。1982年，中國(guó)的*座應(yīng)用UASB工藝的污水廠就在北京腐乳廠進(jìn)入了工程試驗(yàn)階段。20世紀(jì)90年代中期，厭氧技術(shù)公司紛紛在中國(guó)成立，各高校及研究院也培養(yǎng)了一大批環(huán)保公司。同時(shí)國(guó)外企業(yè)也逐步開(kāi)始進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，如帕克、威立雅等。自此，中國(guó)厭氧技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化時(shí)代到來(lái)。

2. 厭氧生物技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及各工藝優(yōu)缺點(diǎn)分析

厭氧生物降解過(guò)程一般分為四個(gè)階段：水解、酸化、產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷階段。其中產(chǎn)甲烷階段是整個(gè)厭氧過(guò)程重要的階段，也是厭氧降解過(guò)程的限速階段。

污水厭氧生物處理技術(shù)一般在中溫條件下進(jìn)行，pH 維持在大約7.5左右，適宜產(chǎn)甲烷微生物生長(zhǎng)。厭氧生物處理工藝的改進(jìn)基本都圍繞著產(chǎn)甲烷過(guò)程，主要關(guān)注如何提高系統(tǒng)內(nèi)傳質(zhì)效率和促進(jìn)產(chǎn)甲烷微生物生長(zhǎng)，從而提高甲烷產(chǎn)率。主要手段包括在系統(tǒng)中優(yōu)化操作參數(shù)，添加載體，改善水力條件，提高污泥停留時(shí)間等。

2.1 典型工藝類(lèi)型

厭氧生物反應(yīng)器工藝種類(lèi)較多，在此列舉目前應(yīng)用較廣的六種典型工藝類(lèi)型進(jìn)行介紹并對(duì)各自優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較。

1）*混合式厭氧消化罐（CSTR）

CSTR是早出現(xiàn)也是目前應(yīng)用廣的厭氧生物反應(yīng)器，通常采用攪拌器是系統(tǒng)內(nèi)污泥液*混合，設(shè)備簡(jiǎn)單，易操作，成本低。可用于高濃度有機(jī)污水處理、污泥消化處置、餐廚垃圾厭氧處置等領(lǐng)域。

2）升流式厭氧污泥床（UASB）

UASB反應(yīng)器污泥床區(qū)主要有沉降性能良好的厭氧顆粒污泥組成，濃度可達(dá)到50-100g/L或更高。沉淀懸浮區(qū)主要靠反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的氣體的上升攪拌作用形成，污泥濃度較低，一般在5-40g/L范圍內(nèi)。在UASB反應(yīng)器中能得到一種具有良好沉降性能和高產(chǎn)甲烷活性菌的顆粒厭氧污泥，因而相對(duì)其他的反應(yīng)器有一定優(yōu)勢(shì)：顆粒污泥的相對(duì)密度比人工載體小，靠產(chǎn)生的氣體來(lái)實(shí)現(xiàn)污泥與基質(zhì)的充分接觸，省卻攪拌和回流污泥設(shè)備和能耗；顆粒污泥沉降性能良好，避免附設(shè)沉淀分離裝置和回流污泥設(shè)備：反應(yīng)器內(nèi)不需投加填料和載體，提高容積利用率。

3）厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）

ABR是McCarty和Bachmann等人于1982年，在總結(jié)了第二代厭氧反應(yīng)器工藝性能的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)和研制的一種新型高效的厭氧生物處理裝置。其特點(diǎn)是：反應(yīng)器內(nèi)置豎向?qū)Я靼澹瑢⒎磻?yīng)器分隔成幾個(gè)串聯(lián)的反應(yīng)室，每個(gè)反應(yīng)室都是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的上流式污泥床系統(tǒng)，其中的污泥以顆?；问交蛐鯛钚问酱嬖凇Ｒ还啥?，在處理低濃度廢水時(shí)，不必將反應(yīng)器分隔成很多隔室，以3～4個(gè)隔室為宜；而在處理高濃度廢水時(shí)，宜將分隔數(shù)控制在6～8個(gè)，以保證反應(yīng)器在高負(fù)荷條件下的復(fù)合流態(tài)特性。

4）厭氧膨脹床（ESGB）

20世紀(jì)90年代初，荷蘭Wageningen農(nóng)業(yè)大學(xué)開(kāi)始了厭氧膨脹顆粒污泥床(簡(jiǎn)稱EGSB)反應(yīng)器的研究。Lettinga教授等人在利用UASB反應(yīng)器處理生活污水時(shí)，為了增加污水與污泥的接觸，更有效地利用反應(yīng)器的容積，改變了UASB反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和操作參數(shù)，使反應(yīng)器中顆粒污泥床在高的液體表面上升流速下充分膨脹，由此產(chǎn)生了早期的EGSB反應(yīng)器。EGSB反應(yīng)器實(shí)際上是改進(jìn)的UASB反應(yīng)器，區(qū)別在于前者具有更高的液體上升流速，使整個(gè)顆粒污泥床處于膨脹狀態(tài)，需要反應(yīng)器具有較大的高徑比。三相分離器是EGSB反應(yīng)器關(guān)鍵的構(gòu)造，能將出水、沼氣和污泥三相有效分離，使污泥在反應(yīng)器內(nèi)有效持留；出水循環(huán)部分是為了提高反應(yīng)器內(nèi)的液體表面上升流速，使顆粒污泥與污水充分接觸，避免反應(yīng)器內(nèi)死角和短流的產(chǎn)生。

5）內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器（IC）

內(nèi)循環(huán)（IC）厭氧反應(yīng)器也是在UASB反應(yīng)器基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的高效反應(yīng)器。其依靠沼氣在升流管和回流管間產(chǎn)生的密度差在反應(yīng)器內(nèi)部形成流體循環(huán)。IC內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器為荷蘭帕克公司的產(chǎn)品，目前帕克公司在有300多臺(tái)IC反應(yīng)器得以應(yīng)用。IC反應(yīng)器實(shí)際上由兩級(jí)UASB構(gòu)成，底部UASB負(fù)荷高，頂部負(fù)荷低。因?yàn)樵谝患?jí)分離時(shí)收集了大量沼氣，其對(duì)廢水的擾動(dòng)減少，使得在二級(jí)三相分離中得到更好的氣、水、泥分離效果。二級(jí)分離的lC反應(yīng)器確保了污泥停留時(shí)間，這樣對(duì)于處理一些化工廢水有利，因?yàn)檫@些廢水厭氧污泥產(chǎn)量很小。IC反應(yīng)器具有一個(gè)自調(diào)節(jié)的氣提內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu)，循環(huán)廢水與原水混合將稀釋進(jìn)水濃度。內(nèi)循環(huán)作用所帶來(lái)的能量使得泥水在底部混合更加充分，從而污泥活性也得到增加。IC反應(yīng)器的容積負(fù)荷(15-30kgCOD/m³)為UASB(7-15kgCOD/m³)的兩倍。該反應(yīng)器的有機(jī)負(fù)荷達(dá)到UASB反應(yīng)器的2～4倍。另外，IC厭氧反應(yīng)器具有高徑比大、上流速度快、有機(jī)負(fù)荷高、傳質(zhì)效果好等優(yōu)點(diǎn)，其去除有機(jī)物能力遠(yuǎn)超過(guò)UASB等二代厭氧反應(yīng)器。

6）厭氧膜生物反應(yīng)器（AnMBR）

AnMBR將厭氧工藝與膜分離系統(tǒng)結(jié)合，使得水力停留時(shí)間HRT與污泥停留時(shí)間SRT分開(kāi)，SRT均超過(guò)30天，有助于促進(jìn)厭氧微生物生長(zhǎng)，且占地小。AnMBR*被提出是在上世紀(jì)70年代末，然而由于膜污染問(wèn)題嚴(yán)重，發(fā)展緩慢。近些年隨著膜技術(shù)的發(fā)展，投資和運(yùn)行成本下降，且2011年斯坦福大學(xué)的Mccarthy教授等人提出厭氧MBR將會(huì)是實(shí)現(xiàn)污水處理廠能量平衡的重要工藝，AnMBR技術(shù)重回人們視野，引起了廣泛關(guān)注。日本在厭氧MBR實(shí)際應(yīng)用上起步較早，早在2000年就有了*個(gè)實(shí)際運(yùn)行的項(xiàng)目。截止2008年8月，該公司在日本已經(jīng)運(yùn)行了14個(gè)厭氧MBR實(shí)際工程項(xiàng)目，包括釀酒廢渣，餐廚垃圾，沙拉醬生產(chǎn)污水以及污泥等。

2.2 各工藝優(yōu)缺點(diǎn)及應(yīng)用分析

相比于好氧生物處理工藝，厭氧種類(lèi)繁多，除上述六種典型工藝外，常見(jiàn)工藝還包括厭氧流化床（AFB）、接觸式厭氧反應(yīng)器、厭氧生物濾池、推流式厭氧反應(yīng)器等，為了選擇適合的工藝，需要對(duì)這幾種反應(yīng)器的構(gòu)型和進(jìn)水水量、特性等進(jìn)行系統(tǒng)性評(píng)估。一般來(lái)說(shuō)，CSTR和推流式反應(yīng)器適用于料液濃度較大、懸浮物固體含量較高的有機(jī)原料，如：禽畜糞便、污泥、工業(yè)有機(jī)廢渣和秸稈。UASB、IC、ABR和EGSB則適用于料液濃度較低、懸浮物固體含量少的有機(jī)原料，如：屠宰及肉類(lèi)加工廢水、釀造廢水、食品加工廢水等等。

除溫度、pH等環(huán)境指標(biāo)外，厭氧反應(yīng)器重要的運(yùn)行參數(shù)是有機(jī)負(fù)荷和水力停留時(shí)間，影響這兩個(gè)參數(shù)的因素主要有三個(gè)：1）單位體積活性生物含量；2）微生物和進(jìn)水污染物的接觸時(shí)間；3）系統(tǒng)中的傳質(zhì)效率。目前有機(jī)污水處理領(lǐng)域，UASB和IC適于應(yīng)用于大型污水處理廠，SRT和HRT能夠有效分離，運(yùn)行成本較低。對(duì)于較小規(guī)模或者對(duì)出水水質(zhì)要求更高的污水處理系統(tǒng)，更適用于采用厭氧生物膜法處理工藝，如EGSB、AFB、厭氧生物濾池、厭氧生物轉(zhuǎn)盤(pán)等。但是由于載體的添加，這些反應(yīng)器設(shè)計(jì)較復(fù)雜，成本也較高。比如在EGSB和AFB的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要充分考慮上升流速問(wèn)題，為了維持較高的載體膨脹率，需要較大的高徑比，這也限制了該類(lèi)工藝的處理量。

AnMBR結(jié)合了厭氧技術(shù)和膜分離的優(yōu)缺點(diǎn)。由于膜的加入，使微生物生長(zhǎng)速率加快，系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)間（1-2周）遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)厭氧系統(tǒng)（1-3月），產(chǎn)氣效率高，且出水水質(zhì)可直接達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，適用于進(jìn)水COD濃度相對(duì)較低且出水水質(zhì)要求高的有機(jī)廢水處理應(yīng)用場(chǎng)景。AnMBR在工業(yè)廢水處理中的應(yīng)用目前主要集中于酒精、食品工業(yè)、屠宰場(chǎng)廢水以及垃圾滲濾液等高濃度易生物降解的有機(jī)廢水處理。隨著工業(yè)廢水出水水質(zhì)要求的提高，對(duì)于高油脂、高鹽度、高毒性等工業(yè)廢水，AnMBR工藝由于膜的截留作用，顯著提高厭氧污泥的停留時(shí)間，防止生物量流失，相比傳統(tǒng)厭氧生物技術(shù)有著明顯的優(yōu)勢(shì)。目前AnMBR供應(yīng)商較少，范圍來(lái)看，僅有久保田、SEUZ、威立雅、Evoqua等少數(shù)大型企業(yè)提供AnMBR系統(tǒng)。

3. 厭氧生物技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

傳統(tǒng)厭氧生物技術(shù)多用于工業(yè)有機(jī)廢水處理，由于其無(wú)法有效出去氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，難以用于城市污水處理。然而近些年，概念水廠的提出和建立，將厭氧生物技術(shù)用于市政污水處理，逐步取代好氧生物處理工藝，使城市污水處理廠實(shí)現(xiàn)能源自給，并回收資源的理念不絕于耳，預(yù)示著市政污水處理工藝的變革，在這場(chǎng)變革中，AnMBR和厭氧氨氧化（Anammox）必將起到舉足輕重的作用。

3.1 厭氧膜生物反應(yīng)器

AnMBR進(jìn)一步推廣應(yīng)用的障礙之一是膜污染問(wèn)題，好氧MBR的膜污染控制主要依靠曝氣，而厭氧反應(yīng)器無(wú)法通過(guò)這一手段緩解膜污染。因此為緩解這一問(wèn)題，必須在深入研究膜污染機(jī)理的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)新型膜組件、通過(guò)優(yōu)化反應(yīng)器構(gòu)型、改善水力學(xué)條件等手段調(diào)控混合液理化性質(zhì)，是有效減緩膜污染發(fā)生與發(fā)展的方法。

• 發(fā)新型抗污染膜材料

  開(kāi)發(fā)新型高通量、抗污染、低成本的膜材料一直是膜技術(shù)研究者的努力方向，且隨著材料科學(xué)的發(fā)展，近幾年取得了很大突破。比如，美國(guó)PolyCera公司開(kāi)發(fā)了一種超親水UF膜材料，在膜表面添加金屬離子，使其具有很強(qiáng)的親水性，通量遠(yuǎn)高于目前市面上的超濾膜，同時(shí)又不易受到油脂或其他高分子有機(jī)物的污染，耐強(qiáng)酸堿和高溫，或許是應(yīng)用于AnMBR工業(yè)廢水處理的理想選擇。

• 優(yōu)化反應(yīng)器構(gòu)型

  反應(yīng)器的構(gòu)型直接影響了反應(yīng)器的水力條件，間接影響混合液性質(zhì)，同時(shí)相比較開(kāi)發(fā)新型膜材料，優(yōu)化反應(yīng)器構(gòu)型和參數(shù)是控制膜污染更加直接的手段。好氧MBR基本以浸沒(méi)式為主，而AnMBR由于沒(méi)有曝氣沖刷來(lái)緩解膜污染，更適合分置式結(jié)構(gòu)。分置式結(jié)構(gòu)中，前端厭氧反應(yīng)器構(gòu)型和運(yùn)行條件的選擇便成為關(guān)鍵性因素。比如，UASB/EGSB的顆粒污泥顆粒較大，胞外聚合物含量高，且有三相分離器，一般來(lái)說(shuō)膜污染比CSTR輕；AFB由于添加了載體，厭氧反應(yīng)器出水懸浮態(tài)污泥含量少，也會(huì)減輕一部分膜污染等。因此，AnMBR反應(yīng)器構(gòu)型的選擇需要綜合考慮處理量、進(jìn)水水質(zhì)、膜污染控制等多方面因素。

盡管AnMBR在工業(yè)污水領(lǐng)域已開(kāi)始了實(shí)際應(yīng)用，在市政污水領(lǐng)域進(jìn)入了中試階段，能耗，污泥產(chǎn)量等方面的優(yōu)勢(shì)初步得到體現(xiàn)，然而AnMBR在市政污水處理中更大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用仍有需要解決的問(wèn)題。另外，城市污水中的氮磷營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)得不到有效去除，也是制約AnMBR應(yīng)用于城市污水處理的嚴(yán)重障礙。因此普遍認(rèn)為可以將Anammox與AnMBR技術(shù)耦合，以達(dá)到去除或回收氮磷的目的。

3.2 厭氧氨氧化（ANAMMOX）

厭氧氨氧化技術(shù)以NO2--N為電子受體，直接將污水中的氨氮氧化為氮?dú)猓蜏貤l件下運(yùn)行，氨氮（>80%）和總氮去除率（>75%）均較高，在污水脫氮領(lǐng)域有良好的應(yīng)用潛力。1977年，奧地利的理論化學(xué)家Broda根據(jù)化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)標(biāo)準(zhǔn)吉布斯自由能變化，做出了自然界應(yīng)該存在以硝酸鹽或者亞硝酸鹽為氧化劑的氨氧化反應(yīng)的預(yù)言。

目前厭氧氨氧化工藝已成功運(yùn)用于中國(guó)、日本、美國(guó)以及荷蘭等國(guó)家的高基質(zhì)(氨氮)中溫(30-40°C)廢水處理中，今后努力的方向則是將其較好地用于處理低基質(zhì)低溫的市政污水。我國(guó)建造了數(shù)座實(shí)際工程，主要在發(fā)酵行業(yè) (包括釀酒、味精、酵母廢水)，其中通遼梅花味精廢水一期工程 ANAMMOX 反應(yīng)器容積高達(dá)6600m3，由帕克公司設(shè)計(jì)建立，是迄今世界上規(guī)模大的ANAMMOX 工程。

在市政污水處理領(lǐng)域，世界范圍內(nèi)真正實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)規(guī)模的主流厭氧氨氧化項(xiàng)目，是新加坡樟宜短程硝化-主流厭氧氨氧化項(xiàng)目，日處理量20萬(wàn)噸。另外奧地利Strass污水廠是實(shí)現(xiàn)完*源自給且在側(cè)流工藝上實(shí)踐厭氧氨氧化的水廠，日處理規(guī)模3.8萬(wàn)噸。

去年年底，“西安四污”的主流厭氧氨氧化現(xiàn)象，引起了學(xué)術(shù)界的軒然大波，被認(rèn)為是我國(guó)*主流ANAMMOX實(shí)際應(yīng)用。然而紅菌的產(chǎn)生是否具有可重復(fù)性還是僅僅是個(gè)別現(xiàn)象仍然需要進(jìn)一步研究。可以肯定的是ANAMMOX菌仍然存在一些不足，比如還不能純化培養(yǎng)、生長(zhǎng)緩慢（倍增時(shí)間約為11 d）、對(duì)環(huán)境條件敏感、需要中溫條件（30-40℃）、基質(zhì)利用單一等，嚴(yán)重制約了該工藝的進(jìn)一步發(fā)展，不過(guò)，隨著分子生物學(xué)和材料科學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的不斷突破，相信ANAMMOX工藝將會(huì)有更快的發(fā)展。

3.3 反硝化型甲烷厭氧氧化（DAMO）

厭氧反應(yīng)產(chǎn)甲烷的同時(shí)，會(huì)有相當(dāng)多的甲烷溶解在水中，是造成溫室效應(yīng)的一大來(lái)源，一些污水廠甲烷排放的相關(guān)研究顯示，約75%的碳足跡來(lái)自污泥厭氧處理。因此，荷蘭科學(xué)家提出將厭氧氨氧化和另一種厭氧工藝結(jié)合，目的是進(jìn)一步降低能耗和碳足跡，提高脫氮效率，被稱為甲烷厭氧氧化耦合反硝化，可以同時(shí)去除污水中的溶解性甲烷、亞硝酸鹽和硝酸鹽。目前這個(gè)工藝還處于實(shí)驗(yàn)室的研究階段，反應(yīng)器體積僅為2-10L，還有很長(zhǎng)的產(chǎn)業(yè)化之路。

4. 厭氧生物技術(shù)技術(shù)推介

ADI Systems（Evoqua）—— ADI® AnMBR

ADI Systems 1989年成立于加拿大，是早商業(yè)化AnMBR的企業(yè)之一，ADI® AnMBR工藝自2000 年便應(yīng)用于大型水處理工程，擁有20 多年工程經(jīng)驗(yàn)，為35 個(gè)國(guó)家客戶提供可靠解決方案。該技術(shù)成功用于美國(guó)某食品工廠污水處理，處理量475 m³/d，進(jìn)水COD 39 g/L，去除率高達(dá)99.3%，甲烷產(chǎn)量5,660 m³/d，同時(shí)節(jié)省運(yùn)行成本達(dá)50%。2017 年7 月美國(guó)污水處理企業(yè)Evoqua Water Technologies 并購(gòu)ADI Systems，將其業(yè)務(wù)拓展至工業(yè)污水領(lǐng)域，11 月，Evoqua 于納斯達(dá)克證券交易所上市。