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有机废水厌氧处理的基本原理和技术

文章来源:沼能环境 人气:发表时间:2024-06-18 作者:易少文

污水厌氧处理的基本思路

  厌氧处理高浓度有机废水的思路就是营造一个适合厌氧微生物生存和快速繁殖的环境,让需要处理的污水和厌氧微生物充分接触混合,产生生物反应。通俗的说就是厌氧微生物消化掉污水中的有机物,将有机物大分子降解为小分子,主要排放出甲烷气体,使污水中的有机物含量大大降低。

  较低悬浮物含量的污水处理工程

  这是北京某食品加工厂排放的污水。食品厂排放的污水一般有机物含量很高,悬浮物含量相对比较少。取出一份水样,经化验污水中COD含量达到15000mg/L左右,在对污水厌氧处理之前必须进行一定的预处理。

  2.1 污水预处理

  (1)调节酸碱度

  首先将废水用泵抽到预处理部分。这是输送污水的管道,污水首先被送到一个铁罐中,这个罐称为酸碱度调节罐,也称pH值调节罐,在这里污水的酸碱度要得到连续检测和调整,这是因为污水在进行厌氧处理时,水环境的pH值必须控制在68.5之间,这样的酸碱度才适合厌氧菌的繁殖。在罐的上方安装有酸碱度检测装置,罐中污水的pH值随时显示在旁边的数字显示屏上。在隔壁的房间里有两个酸碱溶液罐,它们通过管道与酸碱调节罐相连,溶液罐的开关可以接受酸碱检测装置的信号控制:当检测到pH值低于6时,污水呈酸性,需要加碱,碱溶液罐的阀门打开,向调节罐中加碱;当pH值大于8.5时,污水呈碱性,需要加酸,酸溶液罐的阀门打开,向调节罐中加酸。在调节罐的上方还有一个搅拌机,可以让酸液或碱液同污水均匀快速混合,这样不同时间送来的污水在这里经过酸碱调整,达到厌氧处理需要的酸碱度。

  从调节罐中出来的污水被送到一个地下蓄水池中储存待用,也称为污水调节池。在这里大量的污水可以进一步充分混合,酸碱度更稳定。

  (2)调节温度

  厌氧处理的污水环境不仅需要一定的酸碱度,还需要合适的温度。厌氧菌繁殖的最佳温度在摄氏3235度之间,因此在北方地区进行废水厌氧处理时,冬季要注意对污水进行预热处理。在污水进入下级厌氧处理之前,要通过一个热交换器,这个密封的铁罐就是热交换器,加工厂的余热、热水、热气被送到铁罐,给铁罐加热,同时,污水池中的污水也被抽到铁罐中,通过铁罐内部一定的结构,完成对污水的加热。温度提升后的污水从上面的管道送进厌氧处理罐。

  2.2 UASB厌氧处理

  (1UASB反应器结构

  这个高大的罐就是厌氧反应器,是一个细长的铁罐,根据日处理污水量来设计反应罐的大小。所有的厌氧反应都是在这个密封的罐中完成的,专业上称为上流式厌氧污泥床反应器,也称UASB反应器。污水通过这些管道从厌氧罐底部送到罐中。在厌氧罐的内部可以分为三层,罐的最下面1/3是污泥层,这里是厌氧反应的主体,罐的中部是过渡层,上部是固体、液体、沼气的分离层。罐里的工作原理将在后面详细介绍。

  外面的污水分成几路均匀地打进厌氧罐底部各区域,便于污水与污泥充分接触。污泥是从其它污水处理场拉来的,里面含有大量的厌氧微生物,这样打进的污水一边被污泥层中的厌氧菌消耗,一边向罐的上部移动,最后从罐的上部排出清水。根据设计要求,污水在这个厌氧反应罐里,从进水到出水共滞留3天左右。

  这根管道是出水管道,经过厌氧处理的清水从罐的上部溢流出来,进入后续处理。整个反应罐外部可以看到三根管道:最上面的是输气管道,罐中产生的沼气通过此管道引出;中间的管道是循环水管道,将上部的水引到下部通过循环泵再打入到厌氧灌的底部。对罐底部的污泥进行搅拌,目的是加快污泥中厌氧反应速度。底部进污水的管道也是排污泥的管道,厌氧罐中污泥沉积越来越多,需要定期从这些管道排出。

  (2UASB反应器工作原理

  为了详细了解它的工作原理,可以用一个实验室UASB反应设备来说明。它是一个细长的透明装置,污水从底部进入罐中,罐的下部是污泥层,里面含有大量的厌氧菌,它们以污水中的有机物为食,大量繁殖,产生甲烷气体,也就是沼气。气体包裹着细小的污泥颗粒向上运动,对污泥层产生搅拌作用,气体逐渐上升,到达反应器的上部。反应器的上部就是所谓的三相分离装置,在这里完成气体、液体、固体的分离,实际就是一个锥形的收集罩,它倒扣在水中,当下面的气泡带着污泥颗粒碰到锥体内壁时,就会聚居在锥形顶部,逐渐把水往下压,形成锥形顶部气体收集空间,而被气泡带上来的污泥颗粒比较重,就会慢慢沉降下来,完成固体和气体的分离。同时,大量经过下面厌氧反应的污水可以通过锥形装置周围狭缝区域向上流动,因为锥形装置的直径要等于或大于下面过渡层液面的直径,这样就保证产生的气泡完全被锥形装置罩住,沼气被收集在锥形装置上部,而通过锥形装置四周进入反应器上部的液体中的气泡很少,没有气泡的搅动,水中所带的污泥也逐渐沉淀,清水就从上面的出水口溢出,完成固体和液体的分离。这种三相分离器的设计是这类厌氧处理灌的重要特点,因此也称为上流式厌氧反应器。

  在实验装置中可以明显看到反应器中各层的分布情况:下面是污泥层,主要的厌氧反应区,污泥浓度高,呈颗粒状,产生的沼气带动污泥颗粒向上运动;在反应器的中部既有沼气造成的向上运动,也有上面沉淀污泥向下的运动,在这里形成絮状污水层,与下部污泥层形成明显分界;再往上走,在锥形装置的四周污泥继续沉降,越往上水质就越清澈,最后溢流出的清水通过管道流出;在锥形装置的顶部是导气管,产生的沼气可以从这里输出;装置的上部还有一个导管,它是循环水装置,用泵将上部的水打到厌氧罐的底部,对下部的污泥层起到适当的搅拌作用,增加厌氧反应速度和效率。这套实验装置所展示的污水厌氧处理过程和食品加工厂这座实际应用的厌氧罐工作原理基本一样。

  UASB是目前世界上发展最快的厌氧反应器,该反应器适用于处理可溶性高浓度有机废水,要求固体悬浮物的含量较少,可以处理COD3004mg/L的有机废水。

  2.3 与好氧处理结合使用

  在实际应用过程中,厌氧反应处理高浓度废水效率高。这是厌氧处理后的出水,颜色变浅了,厌氧处理后水中的有机物含量大大降低,再进一步使用好氧处理。所谓好氧处理就是利用好氧菌对水中的有机物进行消化。将出水存放到一个水池中,也称为曝气池,用鼓风机向水中鼓进空气,为水中补充足够的氧,这样水中的好氧菌就会大量迅速繁殖,进一步消耗掉水中的有机物,使COD值消耗到符合排放标准,同时可以让污泥进一步沉淀。我们可以从好氧池溢出的水中取出水样,可以看出水的颜色已经比较清澈了。为了适合不同的排放标准,这些水还可能需要进一部的处理。我们可以在实验室中测出COD数值,基本可以达到不同级别的排放标准。

  2.4 厌氧处理的产物

  厌氧处理还有重要的产物就是沼气,主要成分是甲烷气体,产生的沼气要先进行脱水、脱硫处理,然后将气体输送到大的储气罐中。使用沼气时,从铁罐上这个管道引出。下面我们来看看这个厌氧处理设备产生的沼气燃烧时的效果。这是一个燃烧用的火炬,收集罐中的沼气通过管道与火炬相通,点燃后可以看到火炬燃烧起来,这就是系统中产生的可燃气体:沼气,是一种很好的燃料,由此可见,高浓度有机废水通过厌氧处理变成了一种可再生的能源,达到变废为宝的目的。

  较高悬浮物含量的污水处理工程

  在农产品加工过程中产生的废水中,有时会含有大量的固体悬浮物,这种污水如果进入前面介绍的UASB反应器中,会造成固体残渣在污泥床中的积累,污泥床被破坏,厌氧反应效率会降低,因此对高悬浮物有机废水的厌氧处理在工艺上必须有所不同。这是实际运行中的一种厌氧处理罐,从外形上看,它比前面介绍的UASB反应罐直径要粗,高度要矮,适用于高固体悬浮物废水的处理,专业上称为升流式固体反应器,也简称为USR反应器。它的结构比较简单,运行费用也较低。常用在土豆加工废水、啤酒废水和养殖场废水的处理。下面以某猪场污水处理工程为例简单介绍它的运行情况。

  养殖场每天要产生大量的有机污水,猪场废水中有猪尿、圈舍冲洗废水、和猪粪渣等混合废物。首先要将固态废物和污水混合,然后利用搅拌机搅拌,使固体废物和污水充分混合,形成均匀的糊状,搅拌也可以使固体废物中可溶解有机物充分溶解到污水中。这是典型的高悬浮物有机废水,淀粉厂和酒厂加工中也会产生这种高悬浮物的有机废水。污水搅拌后,要经过一次过滤,目的是把一些木棍等体积比较大的杂物去掉,让污水进入到下一个池中。这是一个地下沉沙池,石头沙子被沉淀下来,混合污水将进入下级厌氧处理。在北方的冬季,处理之前还要对污水进行加热,这是对污水加热的暖气管道,让污水温度达到摄氏3235度之间。

  污水从反应器的下面用动力送进罐中,罐的下部是厌氧污泥,可以用一个简图说明它的内部结构:污水在罐中的污泥部分被厌氧菌消化产生沼气,在罐的顶部被收集起来,送到后续处理。沼液从这里排出,送到外面的沼液池,成为营养丰富的有机肥,可以做肥料应用。沼渣也是从罐的底部抽出。这种厌氧反应罐最大的特点是反应罐内部没有搅拌,不需要抽水进行内部循环,消耗外部动力很少,因此运行费用比较低。未消化的固体颗粒和微生物被动沉降在消化罐的下部,沼液从消化罐的上部排出,沼气从上面排出收集。

  厌氧消化罐中需要保持足够的污泥量,是保证消化器运行效率的基础,但经过较长时间的运行后,污水中的污泥会不断沉淀,当罐中污泥量过多时,使罐中有效反应容积减少,反而会降低厌氧消化效率,因此必须定期排除反应后的污泥。

  厌氧罐是培养微生物的地方,微生物将污水中的有机物分解为沼气后,NPK等无机养分还保留在沼渣和沼液中,将它们施入土壤,是很好的肥料。从反应罐中输出的沼气要经过一系列的处理才可以贮存使用。首先要经过冷却罐,去掉沼气中的水蒸汽,然后经过脱硫塔,去掉硫化氢气体,硫化氢是一种有毒有臭味的气体,然后经过流量表进入集气罐。如果产生的沼气量比较大,需要输送,还要通过压缩机将沼气压缩,送到高压气罐储存,以便装罐运输。

 

 


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