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厌氧反应器让微生物贪食垃圾

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来源: 作者: 2018-10-26 18:12:05

厌氧反应器让微生物贪食垃圾

厌氧生物技术无处不在,像酿酒、制醋等发酵技术古已有之。但是,用厌氧微生物“吃”掉水中的有机物,还是近30年来的事儿。

“十五”期间,由北京市环境保护科学研究院、清华大学、西安交通大学和济南十方环保有限公司共同承担的国家863计划的“高效厌氧生物反应器研制与应用”课题,研制推出了第三代厌氧反应器,厌氧反应器的“食量”比第一代厌氧反应器提高了10倍,使我国在新型厌氧生物反应器领域内实现了跨越式发展。

“治理”高浓度有机废水

据统计显示,我国七大水系超Ⅴ类水质占27.9%。造成水污染的主要原因是工业废水和城市污水未能得到有效处理。

我国的工业基础薄弱,传统高消耗、低产出、重污染的粗放型生产模式仍在广泛应用。像味精、食品等酿造行业以及化肥、农药、皮革、制盐等行业,与先进国家相比单位产品的耗水量大,原料的转化利用率低。

据统计,全国食品与发酵行业每年消耗粮食、糖料及其他农副产品达8000多万吨,其中玉米、薯干、大米等原料的消耗量约为2500万吨左右。如果粮薯原料的平均淀粉含量按60%计算,则全年有1000万吨未被充分利用的原料变成了废渣水,随生产废水被排入周围水系,造成了严重的环境污染和资源浪费。

“由于原料回收利用率不高,像淀粉原料加工企业的废水中化学需氧量(COD)是日常污水的十几倍。”北京市环境保护科学研究院工程师常丽春说,这些COD浓度达到5000-6000毫克/升的有机工业废水,如果直接采用传统的好氧方式处理,显然是极不经济的。因为好氧技术需要大量的氧气,供电和供气系统带来的成本较高。

能不能在好氧技术处理前,采用高效、经济的厌氧技术进行“先期”处理,最终达到排放标准?

北京市环境保护科学研究院王凯军总工程师说,高效厌氧反应器实现了这一目标,特别适合于高浓度有机工业废水的处理,甚至可以有效处理某些含氮或含硫的有机废水。

厌氧技术顾名思义,就是无需氧气,它主要靠厌氧微生物处理水中的有机物。厌氧微生物在治污的同时,还可产生可再生能源沼气,用于供暖和发电。与好氧生物技术相比,可以大大减少温室气体的排放。

“厌氧技术不需要能量,却能产生能量。所以说,厌氧生物处理技术将废水处理与能源回收紧密结合,是最符合可持续发展战略的污水处理技术之一。”王凯军在上世纪80年代就开始了厌氧技术的研究,用于城市污水和污泥的处理。上世纪90年代他远渡荷兰,师从第二代厌氧技术发明人lettinga教授。“我国在现代高效厌氧反应器的应用与开发上,与国外先进技术仍有较大差距。”“十五”期间,针对我国大量中、高浓度有机废水和生物难降解废水处理的迫切需要,他带领研究团队瞄准了第三代厌氧反应器。

形成“集团军”作战

评价厌氧反应器的处理能力的高低,关键是看微生物每天的“饭量”。

“要想微生物‘吃’得多,必须给微生物创造一个最适合的生长环境,保持微生物的活性。”王凯军介绍说,随着微生物环境的不断改善,厌氧微生物“吃”得越来越多。

第一代厌氧反应器的处理对象是污泥,处理能力相对低效,每立方米反应器池容厌氧微生物每天仅能吃掉2—3公斤COD。第二代厌氧反应器采用絮状污泥,“吃”的是高浓度有机物,“饭量”增加到5—10公斤。而第三代厌氧反应器胃口大得惊人,一天能吞下30—40公斤的COD。

“新一代高效厌氧反应器的食量大增,主要是通过颗粒污泥,提高了微生物‘集团军’作战能力,增强了它们抵抗外界的变化能力。”

常丽春说,微生物颗粒污泥像小米大小形状,通过多种循环方式确保反应器中颗粒污泥完全处于悬浮状态,这样既满足了厌氧微生物与废水充分混合,又确保了颗粒污泥结构的稳定,大大提高了有机物去除的效率。

“以前的絮状污泥结构较为松散,遇到大的水流,容易被冲跑,不利于微生物的生长附着。另外,废水COD排放量增大时,絮状污泥根本无法承受,多吃不了有机物。”常丽春说,课题组针对我国目前高效厌氧反应器工程实践中存在的问题,采用独特的复合循环方式,使污泥性质得到进一步优化,颗粒污泥强度增强一倍,颗粒沉降速度提高。量多质优的颗粒污泥为反应器的高效运行提供了保证。

由于解决了高品质颗粒污泥的形成与微生物活性保持的关键问题,厌氧悬浮床反应器可以在30—40kgCOD/m3.d容积负荷之间稳定运行,最高负荷达52kgCOD/m3.d,COD去除率平均为90%,处理能力比第二代厌氧反应器提高了4倍。反应器在负荷率和去除效果方面达到甚至超过国际高效厌氧生物反应器的先进水平,同时在工程投资和运行能耗两方面明显低于国内外同类产品。

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