上流式污泥床過(guò)濾器新工藝處理廢水現(xiàn)狀

    1984年，加拿大的Guiot[1]在AF和UASB的基礎(chǔ)上開發(fā)出了上流式污泥床-過(guò)濾器(UpflowBlanketFilter，簡(jiǎn)稱UBF)復(fù)合式厭氧反應(yīng)器。相較于上述兩種工藝，UBF反應(yīng)器具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)上部的填料層可以有效的阻止污泥的流失，還能夠起到三相分離的作用，因此結(jié)構(gòu)上較UASB要更簡(jiǎn)單；(2)與AF相比，UBF反應(yīng)器只用部分填料，既減輕了濾器底部易出現(xiàn)的短流和堵塞，也少用了填料[2]。UBF目前是水污染防治領(lǐng)域中一項(xiàng)極具開發(fā)應(yīng)用前景的生物處理新技術(shù)。

    1.研究進(jìn)展

    目前國(guó)內(nèi)外對(duì)UBF反應(yīng)器的動(dòng)力學(xué)模型、啟動(dòng)、運(yùn)行性能及其影響因素都有研究。

    1.1動(dòng)力學(xué)模型

    物料在反應(yīng)器中不同的流動(dòng)情況直接與反應(yīng)器內(nèi)基質(zhì)濃度、溫度和反應(yīng)時(shí)間等工藝條件密切相關(guān)，因此對(duì)反應(yīng)器中流體流動(dòng)模型的研究是反應(yīng)器放大應(yīng)用的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

    NurdanBykkamaci等人運(yùn)用不同數(shù)學(xué)模型，對(duì)在不同有機(jī)負(fù)荷(OLR)和水力停留時(shí)間(HRT)條件下處理合成廢水的UBF進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)只Second-order模型和Stover-Kincannon模型最能描述反應(yīng)器的動(dòng)力學(xué)行為，相關(guān)系數(shù)分別高達(dá)98%和99%。

    劉忠生等人[3]提出了UBF液體流動(dòng)組合模型，它將污泥床、污泥層和填料層視為相互隔開、各帶死區(qū)的全混流反應(yīng)單元，它們之間用上流和返混依次相連，并有原料水自污泥床入口旁流(短路)到污泥層和填料層，進(jìn)而利用該模型和比基質(zhì)降解Monod方程建立了UBF基質(zhì)降解動(dòng)力學(xué)模型，并通過(guò)試驗(yàn)取得了精對(duì)苯二甲酸廢水基質(zhì)動(dòng)力學(xué)常數(shù)。

    1.2啟動(dòng)

    啟動(dòng)的目標(biāo)是為需處理的污水培養(yǎng)最適宜的微生物，一旦活性污泥形成，不管是顆?；蛐躞w，反應(yīng)器的運(yùn)行都很穩(wěn)定。因此，厭氧反應(yīng)器能否成功地快速啟動(dòng)是決定反應(yīng)器運(yùn)行成敗的先決條件[4]。

    Hashemian等人[5]對(duì)用聚氨酯為填料的UBF的啟動(dòng)進(jìn)行了研究。認(rèn)為雖然聚氨酯填料代價(jià)高，但能夠縮短啟動(dòng)時(shí)間。Huub等人[6]對(duì)用聚氨酯為填料的UBF與UASB的啟動(dòng)進(jìn)行了對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)UBF較UASB啟動(dòng)更快?？赡苁怯捎谠谇罢咧挟a(chǎn)甲烷菌群快速固定的緣故。

    李斗等人[7]采用UBF反應(yīng)器以某化工廠生產(chǎn)廢水(含大量環(huán)己烷、環(huán)己醇及少量酸鈉)為處理對(duì)象對(duì)反應(yīng)器的啟動(dòng)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，結(jié)果表明當(dāng)COD容積負(fù)荷(VLR)為2.12kg/m3·d時(shí)，其COD去除率最高(82%)，反應(yīng)器中形成厭氧顆粒污泥。試驗(yàn)驗(yàn)證了UBF在處理高濃度降解廢水時(shí)，具有啟動(dòng)快特點(diǎn)。

    1.3運(yùn)行性能及其影響因素

    UBF是工業(yè)、生活油脂、印染、啤酒、制藥、制糖、屠宰等行業(yè)高運(yùn)行穩(wěn)定、抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)是UBF的又一大顯著特點(diǎn)，其對(duì)容積負(fù)荷、溫度、pH的波動(dòng)有較好的承受能力。濃度有機(jī)廢水進(jìn)行高效生化處理較理想的設(shè)備，啟動(dòng)速度快，運(yùn)行效率高是其一大優(yōu)點(diǎn)。影響其運(yùn)行效能的因素如下：

    1.3.1溫度

    根據(jù)熱力學(xué)原理，溫度越高，生化反應(yīng)速率越大，同時(shí)，從生物學(xué)角度看，溫度越高，酶的活性越大。但溫度過(guò)高，將影響酶的活力和細(xì)菌的代謝功能，綜合考慮各因素，反應(yīng)器的試驗(yàn)溫度采用厭氧菌中段最佳溫度35℃。

    胡鋒平[8][9]在常溫25℃采用兩相厭氧法對(duì)養(yǎng)雞場(chǎng)離心廢水進(jìn)行處理，結(jié)果表明：進(jìn)水CODCr為18300mg/L，系統(tǒng)容積負(fù)荷17.26kgCODCr/m3·d，水力停留時(shí)間25.47h，CODCr去除率為76.13%，BOD5去除率為87.76%，產(chǎn)氣率為0.410m3/kg·CODCr；在中溫35℃時(shí)結(jié)果表明：進(jìn)水CODCr為19000mg/L，系統(tǒng)容積負(fù)荷21.54kgCODCr/m3·d，水力停留時(shí)間21.17h，CODCr去除率為81.98%，BOD5去除率為90.45%，產(chǎn)氣率為0.446m3/kg·CODCr。由此可得35℃比25℃時(shí)，處理效率較好，產(chǎn)氣量也較大。

    1.3.2填料

    UBF所用的填料可根據(jù)廢水生物反應(yīng)特性及水力學(xué)特征進(jìn)行選擇，投加填料后不僅可提高反應(yīng)器中污泥濃度，減小污泥負(fù)荷，而且填料上生物膜內(nèi)部缺氧區(qū)的存在可以抑制溶液中絲狀微生物的生長(zhǎng)，還使反應(yīng)器內(nèi)流化狀態(tài)改善，增大厭氧菌與廢水的接觸時(shí)間，從而強(qiáng)化處理效果，對(duì)水質(zhì)變化，如pH變化、抑制物濃度、廢水濃度等均有較大的適應(yīng)能力。

    目前常用的填料有：聚氨酯泡沫填料、YDT彈性填料、BIO-ECO聚丙烯填料、半軟性纖維填料、陶瓷希臘環(huán)、聚乙烯拉西環(huán)、塑料環(huán)、活性炭、焦碳、浮石、礫石等[10]。其中應(yīng)用最多的是聚氨酯泡沫填料。這是因?yàn)榫勐弱ヅ菽璠11]的比表面積大(2400m2/m3)，空隙度高(97％)，具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，微生物能在其上密實(shí)而迅速地增殖，是厭氧優(yōu)勢(shì)菌落的良好基質(zhì)。

    1.3.3水力停留時(shí)間和有機(jī)負(fù)荷率

    HRT和相對(duì)應(yīng)的OLR是影響UBF處理效率的關(guān)鍵因素。Droste等[12]1987年報(bào)道在UBF反應(yīng)器中，當(dāng)HRT為2h或更少，OLR為3.6-12kgCOD/m3·d時(shí)，生物固體要洗出。而由Rafael等[13]的對(duì)比實(shí)驗(yàn)看，對(duì)高濃度廢水來(lái)說(shuō)，HRT也許比在實(shí)驗(yàn)中所觀察到的要更長(zhǎng)。對(duì)顆粒污泥研究表明，填充介質(zhì)并不是影響顆粒污泥沉降性能的關(guān)鍵因素。當(dāng)HRT和OLR分別接近0.3d和17-18kgCOD/m3·d時(shí)，COD去除率從95%劇烈下降到70%。由此表明，COD的去除率受生物量的增殖、OLR和HRT影響最大。

    1.3.4顆粒污泥

    厭氧反應(yīng)器能否高效、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵是培養(yǎng)和馴化沉降性能好、活性好的顆粒污泥[14]。UBF下部的UASB最大特點(diǎn)就是能夠形成沉降性能良好、產(chǎn)甲烷活性高的顆粒污泥，厭氧顆粒污泥的形成使UASB中有較高濃度的生物相，

    從而確保厭氧生化過(guò)程穩(wěn)定高效運(yùn)行。而污泥顆粒化影響因素很多，包括環(huán)境的、生物學(xué)的和工程的因素都會(huì)影響到污泥顆?；^(guò)程。其提高的方法有：適當(dāng)?shù)脑黾舆M(jìn)水中的堿度,提高水力負(fù)荷，對(duì)甲烷菌的馴化，啟動(dòng)初期保持低濃度進(jìn)水，排除懸浮層污泥等。

    2.應(yīng)用

    2.1高濃度有機(jī)廢水的應(yīng)用

    2.1.1印染廢水

    陳文樂[15]對(duì)UBF處理高濃度印染廢水進(jìn)行了試驗(yàn)研究。溫度35℃，進(jìn)水的pH值在8.5-9.0間(保證進(jìn)入反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)稀釋中和后pH值在6.5-7.5間)。厭氧段的HRT(水力停留時(shí)間)為15h，容積負(fù)荷為2.5kgCOD/m3·d。好氧段的HRT為8h，容積負(fù)荷為4.6kgCOD/m3·d。進(jìn)水COD為1500mg/L、色度為600倍的印染廢水。以2.5kgCOD/m3·d的容積負(fù)荷通過(guò)厭氧段，可使得COD的去除率在25％以上，色度降到80倍以下，在好氧段曝氣8h，即容積負(fù)荷為4.6kgCOD/m3·d，總?cè)コ士蛇_(dá)90％，出水為160mg/L，色度降至60倍，色度去除率在90％以上。

    薄國(guó)柱等人[16]研究上流式厭氧生物濾池反應(yīng)器處理難降解印染退漿廢水，試驗(yàn)結(jié)果表明，在中溫（35℃3℃）條件下，用混合酸調(diào)節(jié)pH值，在水力停留時(shí)間為8.9h、CODCr負(fù)荷率為13.1kg/m3·d情況下，CODCr去除率達(dá)到了68%。

    2.1.2造紙廢水

    陳南南等人[17]對(duì)用UBF處理廢紙漿造紙廢水進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)表明，UBF反應(yīng)器經(jīng)過(guò)三個(gè)月達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行，培養(yǎng)出適合水質(zhì)要求的厭氧污泥，運(yùn)行結(jié)果表明，在進(jìn)水CODCr為1800mg/L左右的條件下，出水CODCr一般在600-700mg/L，平均去除率穩(wěn)定在85.7%左右。

    2.1.3制藥廢水

    倪利曉等[18]采用以聚丙烯拉西環(huán)為填料的上流式污泥床-過(guò)濾器復(fù)合式厭氧反應(yīng)器處理生產(chǎn)病毒唑的制藥廢水。試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)水力停留時(shí)間為6.910h，進(jìn)水COD質(zhì)量濃度為7000mg/L、有機(jī)負(fù)荷達(dá)25.05kg/(m3·d)時(shí)，COD去除率可達(dá)72.8％，出水COD質(zhì)量濃度為1900mg/L左右，同時(shí)，填料上生物膜對(duì)COD的去除率為32％-47％，且能截留大量污泥。

    侯愛東等人[19]針對(duì)某制藥業(yè)廢水的特點(diǎn)，采用了“微電-UBF-CASS”為主體的組合處理工藝。工程運(yùn)行結(jié)果表明：在進(jìn)水CODCr為10000-12000mg/L，處理后出水CODCr小于200mg/L，平均去除率達(dá)到98％以上，系統(tǒng)出水達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

    2.1.4釀造廢水

    苗利等[20]進(jìn)行的UBF-SBR工藝處理啤酒工業(yè)廢水工程應(yīng)用表明，當(dāng)UBF的水力停留時(shí)間為10h時(shí)，UBF的進(jìn)水和出水CODCr、BOD5、SS分別為1022mg/L，543mg/L，383mg/L和290mg/L，128mg/L，273mg/L；UBF出水采用SBR進(jìn)行處理，當(dāng)SBR的運(yùn)行周期為12h時(shí)，SBR出水的CODCr、BOD5、SS分別為67mg/L，12mg/L，96mg/L，出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到國(guó)家啤酒工業(yè)廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。此工藝技術(shù)具有投資省，電耗和運(yùn)行費(fèi)用低，啟動(dòng)速度快，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，占地面積小，污泥排放量少，管理方便等明顯特點(diǎn)。

    2.1.5垃圾滲濾液

    曹占平等[21]同對(duì)UBF反應(yīng)器處理垃圾滲濾液進(jìn)行了中試研究．在2個(gè)月內(nèi)啟動(dòng)完成反應(yīng)器，系統(tǒng)在常溫、HRT=6d的穩(wěn)定運(yùn)行期間，對(duì)CODCr、BOD的去除率較高。去除率分別為70.6％-73.9％、74.5％-78.1％．同時(shí)對(duì)SS也有40％作用的去除率，進(jìn)水CODCr在5431-8723之間，可降到2276.7以下。

    溫麗麗等人[22]采用新型復(fù)合工藝UBF-BAF固定化微生物系統(tǒng)處理中老齡垃圾滲濾液。實(shí)驗(yàn)表明，在滲濾液進(jìn)水CODCr和NH4+-N濃度范圍分別為6000-14500mg/L和880-1500mg/L的條件下，出水CODCr濃度低于400mg/L，NH4+-N濃度低于10mg/L；CODCr、NH4+-N和TIN平均去除率分別達(dá)到93.8％、97.3％和84.1％左右。系統(tǒng)最佳水力停留時(shí)間為84h．系統(tǒng)中高游離氨濃度沒有對(duì)污染物去除效率造成影響。采用GC/MS對(duì)低分子量有機(jī)污染物成分進(jìn)行分析，結(jié)果表明出水中有機(jī)污染物種類明顯減少，大部分有機(jī)物得到了有效去除。另一方面系統(tǒng)中生物量大，生物種類豐富，含有短桿菌、長(zhǎng)桿菌和球菌等．該系統(tǒng)在滲濾液沒有經(jīng)過(guò)預(yù)處理、污染物濃度變化很大的情況下，能實(shí)現(xiàn)高污染物去除率，證明其處理垃圾滲濾液是可行的。

    2.2低濃度生活廢水的應(yīng)用

    曾國(guó)揆[23]等利用UBF反應(yīng)器在常溫下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)小試，處理COD在500-600mg/L的自配廢水時(shí)發(fā)現(xiàn)，在水力停留時(shí)間HTR為4.17h、進(jìn)水負(fù)荷為3.08kgCOD/m3·d時(shí)，其COD去除率可達(dá)70%左右，產(chǎn)氣率為0.135m3/m3·d，反應(yīng)器中污泥活性很強(qiáng)，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。

    董良飛[24]等人針對(duì)船舶生活污水的特點(diǎn)，對(duì)UBF-接觸氧化工藝處理船舶生活污水進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，在UBF、接觸氧化池、接觸沉淀池的有效水力停留時(shí)間分別為1.5h、2.0h、1.0h時(shí)，出水BOD5、SS均小于50mg/L，并實(shí)現(xiàn)了污水、污泥的一體化處理。

    2.3處理高含鹽度廢水

    劉鋒等人[25][26]對(duì)利用上流式厭氧生物濾池反應(yīng)器處理高含鹽有機(jī)廢水的情況進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明，在容積負(fù)荷4kgCOD/m3·d，進(jìn)水氯離子濃度在3000mg/L，水力停留時(shí)問(wèn)24h時(shí)，COD去除效率達(dá)到85％左右。另外在用厭氧法處理檸檬酸生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的pH值低(3-5)、含鹽量高(C1-=3000-5000mg/L)的離子交換廢水時(shí)，遇到顆粒污泥很難形成的問(wèn)題。為了解決此問(wèn)題，于是他們?cè)O(shè)計(jì)和建設(shè)了4座直徑為12m、高為23m、體積為2500m3的大型組合厭氧濾池(UBF)。經(jīng)過(guò)近2年的啟動(dòng)和實(shí)際運(yùn)行，在容積負(fù)荷為3-4kgCOD/m3·d、不用堿性物質(zhì)調(diào)節(jié)pH值的奈件下，對(duì)COD的去除率>75％，出水SS<200mg／L，污泥量緩慢增加，未出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，有廢水需要處理的單位，也可以到污水寶項(xiàng)目服務(wù)平臺(tái)咨詢具備類似廢水處理經(jīng)驗(yàn)的企業(yè)。

    3.結(jié)語(yǔ)

    將UASB和AF聯(lián)合開發(fā)出的UBF工藝，是一種高效厭氧廢水處理工藝，具有微生物濃度高，固體停留時(shí)間(SRT)長(zhǎng)，容積負(fù)荷高，體積減小，混合充分，濾料成本低，系統(tǒng)緊湊、占地面積小，可回收沼氣能源，建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行成本低等特點(diǎn)。因此，UBF工藝在有機(jī)廢水的處理中,具有很大的發(fā)展前景和應(yīng)用潛力，值得大力推廣。此外，其對(duì)低濃度生活污水也具有一定的處理能力。

    然而，UBF還有很多值得研究的地方，如反應(yīng)器填料的研究，顆粒污泥的培養(yǎng)技術(shù)，反應(yīng)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及大規(guī)模應(yīng)用中參數(shù)的確定等方面。對(duì)這些問(wèn)題的深入研究，將更有利于UBF的推廣發(fā)展和應(yīng)用。