微生物在净水中的作用及IC反应器

微生物在净水中的作用及IC反应器

微生物在净水中的作用，废水生物处理的新技术及新型反应器。

一、微生物在净水中的作用

现代废水处理技术, 根据其作用原理可分为四类, 即物理法、化学法、物理化学法和生物处理法。其中生物处理法是利用微生物新陈代谢功能, 使废水中呈溶解和胶体状态的有机污染物被降解并转化为无害的物质, 使废水得以净化。它在处理高浓度有机废水方面, 以其处理费用低、处理效率高而被广泛采用, 在许多工厂以及大型污水处理厂中, 生物处理发挥了巨大的作用。

微生物在污水处理中主要是在二级处理中起作用。经一级处理的污水排到生物反应池中进行二级处理。二级处理主要利用微生物的代谢活动去除水中可溶性的有机物, 经一级和二级处理, 可以除去80% ~ 90% 的BOD。二级处理的方法基本分为厌氧和好氧两大类。

好氧微生物处理微生物在有氧的条件下, 吸附环境中的有机物并溶解将其转变为[微生物生物量和CO2 微生物生长完成后]将会聚集在一起, 吸附、氧化、分解有机物[静止时可沉淀稳定的絮状结构]使水得到净化。微生物在污水净化过程中, 以活性污泥和生物膜的主要成分等形式存在。

厌氧微生物处理又称厌氧消化或厌氧发酵, 指在缺氧条件下, 利用厌氧微生物(包括兼性厌氧微生物) 分解污水中有机污染物的方法。这种方法既能消除环境污染, 又能开发生物能源(发酵可产生甲烷作为新能源利用。) , 并且此方法处理后的污泥体积小、容易干燥, 即处理场所占地小, 减少污水处理过程中散发恶臭味, 所以倍受人们重视。

二、废水生物处理的新型反应器——新型高效内循环( IC) 厌氧反应器 1、IC反应器简介

内循环厌氧反应器( Internal Circulation Reactor, IC) , 是荷兰PAQUES 公司于20 世纪80 年代中期在UASB 反应器的基础上开发成功的第3 代超高效厌氧反应器。到1988 年, 世界上第1 座生产性规模的IC 反应器在荷兰投入运行, 到目前为止, 其以处理容量高, 投资少, 占地省, 运行稳定等优点已成功地应

用于啤酒生产、造纸、食品加工、柠檬酸等行业的生产污水治理。

2、 IC反应器的构造及工作原理

IC 反应器可以看作由2 个UASB 反应器串联构成, 具有很大的高径比, 一般为4~ 8, 高度可达16~ 25 m, 由5 个基本部分组成: 混合区、第一反应室、内循环系统, 第二反应室和出水区, 其中内循环系统是IC 工艺的核心构造, 由一级三相分离器、沼气提升管、气液分离器和泥水下降管组成。

进水由底部进入第一反应区与颗粒污泥混合, 大部分有机物在此被降解,产生大量沼气, 沼气被下层三相分离器收集, 由于产气量大和液相上升流速较快，沼气、废水和污泥不能很好分离, 形成了气、固、液混合流体。又由于气液分离器中的压力小于反应区压力, 混合液体在沼气的夹带作用下进入气液分离器中, 在此大部分沼气脱离混合液外排, 混合流体的密度变大, 在重力作用下通过回流管回到第一反应区的底部, 与第一反应区的废水、颗粒污泥混合, 从而实现了流体在反应器内部的循环。内循环使得第一反应区的液相上升流速大大增加, 可以达到10~ 20 m/ h 。

第二反应区的液相上升流速小于第一反应区,一般仅为2~ 10 m/ h 。这个区

域除了继续进行生物反应之外, 由于上升流速的降低, 还充当第一反应区和沉淀区之间的缓冲段, 对解决跑泥、确保沉淀后出水水质起着重要作用。

3、IC反应器的优点

IC 反应器是在UASB 基础上发展起来的,IC 反应器则利用自身的特点较好的弥补了UASB在保持泥水的良好接触,强化传质过程, 进一步加快生化反应速率方面存在的不足。

1） IC 反应器利用较大的高径比, 采用了同一反应器内分段处理的工艺。

IC 反应器通过第一反应室去除大部分进水中的COD, 通过第二反应室降解剩余COD 及一些难降解物质, 提高出水水质. 更重要的是, 虽然由于污泥内循环, 在第一反应室产生很大的上升流速, 形成了污泥的膨胀流化状态, 而在第二反应室内由于大量的COD 已在第一反应室中去除, 产气量很小,不足以产生很大的流体湍动, 创造了颗粒污泥沉降的良好环境, 较好地解决了在高的容积负荷下污泥采用内循环技术。

2）采用内循环技术。

IC 反应器是在高的COD 容积负荷的条件下,依据气体提升原理, 利用沼气膨胀作用在无需外加能源的条件下实现了内循环污泥回流, 进一步加大生物量, 大大提高了COD 容积负荷, 实现了泥水之间的良好接触. 由于采用了高的有机负荷, 所以沼气产量高, 加之内循环液的作用, 使污泥处于膨胀流化状态, 强化了传质效果, 达到了泥水充分接触的目的。

4、 IC反应器的实际应用

4.1 处理土豆加工废水

土豆加工废水是一种典型的高浓度有机废水,生产时主要产生高、低浓度两种废水, 其中高浓度废水中含有氨基酸、蛋白质、糖类、酰胺类、钾盐和纤维素等多种化合物； 低浓度废水主要是洗涤水。土豆加工废水具有COD 含量高、可生化性强的特点, 其水质特征见表1。

IC 厌氧反应器最先用于土豆加工废水的处理。从运行结果看(见表2) , IC 厌氧反应器的容积负荷达到了35~ 50 kg COD/ (m3·d) , 而处理同类废水的UASB 反应器的容积负荷仅为10~ 15 kg COD/ (m3·d) ,停留时间前者为4~ 6 h, 而后

者需要十几到几十小时。

4.2 处理高浓度酒精废水

郑州大学于2004 年进行了IC 反应器处理酒精工业废水的生产性启动的研究,并成功地应用于酒精工业废水的治理, COD 去除率高达95% 左右, 进水COD 为15 g/ L, 其接种污泥采用酒精厂自行培养的消化污泥和城市污水处理厂的厌氧脱水污泥, 接种质量浓度为13. 4 mg/ L 和10. 85 mg/ L, 并培养出了颗粒污

泥。

4.3 处理造纸废水

IC 反应器当前在造纸行业应用较多的是用各类废纸作原料的造纸厂，即二次纤维制浆造纸工厂，其中包括脱墨和不脱墨的各类废纸制浆工艺的废水处理。处理的目的包括实现一般的达标排放，通过治理后的废水回用，即不同程度的封闭循环，或者完全没有废水排放的零排放，达到节水和治污的双重目的。

荷兰某纸板厂使用废纸板为原料，每日生产400t箱纸板。生产过程的废水经过厌氧1好氧处理后全部回用，实现了废水零排放。厌氧工艺采用了$%反应器。图3是该厂废水处理系统的示意图。

5、存在的问题

1) 由于采用内循环技术, 反应器结构较复杂, 使得施工安装和日常维护增加困难； 而由于反应器的高度很大, 将增加水泵的动力消耗, 运行费用增加。

2) 除颗粒污泥外, 反应器的构造和结构尺寸对反应器的运行同样起着至关重要的作用, 决定着反应器能否成功运行。 而现在一些报道的水力模型为气升式反应器模型, 其合理性及实用性有待进一步研究。

3) IC 反应器虽已成功地应用于啤酒生产、造纸及食品加工等行业的生产污水处理中, 但其应用领域有待进一步研究与拓宽。