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污水處理技術—生物流化床的應用 紹興污水處理公司

文章出處:未知發表時間:2022-01-26 13:39:39


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  流化床反響器(Fluidizedbedreactors,FBR)是應用氣體或液體經過顆粒狀固體層而使固體顆粒處于懸浮運動狀態,完成載體流態化的生物反響器。廢水流經沸石、活性炭及多孔高分子聚合物等載體經吸附解吸作用去除其中的有機污染物,完成污水凈化。自20世紀70年代以來,有近2000篇關于FBR的科學論文發表,特別是從1990年左右開端進入快速開展期。其中,FBR作為一種廢水處置的重要技術得到普遍應用。曼哈頓學院(紐約)、美國環保署俄亥俄州辛辛那提市環境研討實驗室(MERL)和英國梅德梅納姆水研討中心協作初次開發了用于工業廢水處FBR技術。1980年,英國曼徹斯特舉行的WRC/UMIST會議上把FBR技術譽為近50年來廢水處置范疇最重要的提升之一。20世紀80年代初,美國首個生產性范圍流化床反響器在雷諾-斯巴克斯廢水處置廠勝利投產。

 

  爾后的10年,通用汽車公司運用了DorrOliver公司開發的12套好氧FBR工藝設備。與此同時,1982年厭氧FBR在美國馬斯卡汀一家大豆蛋白工廠應運而生。1999年,DorrOliver提供兩座直徑9m、高8.5m的反響塔,采用FBR法處置酚醛負荷為1120kg/d的工業廢水。爾后,BiothaneB。V。樹立了多個二級厭氧FBR安裝。Degremont.S.A公司開發了基于FBRANAFLUX工藝,由于污泥濃度可高達3090kg/m3,表觀升流液速可達10m/h,從而產生高效氣液傳質速率,使得系統十分高效。

 

  依據2010年的WEF理論手冊和ASCE報告,1999年建成的80多臺生產性范圍FBR中有三分之二用于工業廢水處置;其他三分之一處置城市污水。Nicollela等以為,運用顆粒生物膜反響器是一項成熟的技術,具有成熟的設計和放大指南。實驗室和中試范圍工廠研討了FBR對各種廢水的處置,能讓工廠將來在擴建或晉級時滿足更嚴厲的排放規范。

 

  目前FBR系統已應用于各種廢水的處置處置。其主要優點,一是經過提供固液兩相的高強度混合,最大限度地減少傳質限制;二是可以提供微生物生長和富集的載體和介質。因而,FBR可經過高基質負荷來富集生長遲緩的微生物。特別是關于含有毒物質廢水的處置有宏大優勢,液相中溶液的循環稀釋了進水濃度,使其對細菌到達無毒程度,并提供了完整混合的條件。FBR系統的突出優勢包括污泥濃度高、附著外表積大、稀釋進水濃度能減少毒物峰值的沖擊效應、更高的負荷以及適用于各種處置系統的有效傳質。

 

  本文概述了FBR技術的新開展,主要包括:FBR別離固體產物、降流式流化床、流化床與生物膜分離、流化床與各種生物電化學系統(bioelectrochemicalsystem,BES)相分離以及厭氧-好氧系統的結合應用,以期為該類高效系統的研發提供參考。表1總結了FBR新技術的適用范圍及處置優勢。

 

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  1、FBR中固體產物的別離

 

  FBR與重力沉降器一體化工藝是以FBR為根底,應用重力沉降器將冶金廢水中的鐵離子或硫酸鹽等實施沉淀去除的生物處置工藝。來自硫化物礦物加工的濕法冶金廢水中通常含有高濃度的鐵離子和硫酸鹽。因而,在生物浸出過程中去除廢水里的鐵和硫酸鹽是必不可少的。KinnunenPuhakka應用FBR完成了高效的生物鐵氧化。之后,該工藝被用于鐵浸出劑的生產。坦佩爾理工大學實施的一體化生物鐵氧化沉淀工藝是第一項關于FBR促進鐵浸出的研討,多余的鐵和硫酸必需去除以克制不用要的鐵沉淀對其他環節循環運轉的負面影響,如梗塞泵、閥門、管道。同時,強酸性條件下,構成的黃鉀鐵礬也能對反響形成動力學障礙。如圖1所示,集成系統由FBR和重力沉降器組成。

 

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  同樣地,集成系統也用于從模仿含砷酸性廢水中去除砷。經過研討pH3.01.6范圍對砷去除效率和沉淀物穩定性的影響,結果標明,該系統具有從生物浸出廢水和強酸性礦山廢水中去除砷、鐵和硫酸鹽的潛力。

 

  2、降流式流化床:逆流化床反響器(IFBR)和逆流湍動床反響器(ITBR)

 

  傳統的流化床反響器采用比嚴重于1且可以呈向上流態化的載體資料。NikolovKaramanev討論了理想生物膜反響器的特性,并在此根底上提出了一種用于生物膜研討的逆流化床反響器(Inversefluidizedbedreactor,IFBR)。NikolovKaramanev依據氣升原理開發的IFBR內部有一個導流筒,液體可以在反響器中循環活動,或者能夠經過將液體從反響器底部再循環到頂部來完成。逆流化的另一品種型為逆流湍動床(inverseturbulentbedreactor,ITBR),它應用從反響器頂部到底部的沼氣循環來完成床層收縮

 

  逆流化已被用于好氧和厭氧生物過程,例如啤酒廠廢水和葡萄酒釀酒廠廢水的厭氧處置、硒酸鹽生物復原、酸性硫酸鹽和含金屬廢水、好氧淀粉廢水、苯酚好氧生物降解以及生物外表活性劑和青霉素的生產等。

 

  相比傳統的升流式流化床,降流式流化床的優勢在于反響器底部可用于沉淀。SahinkayaGungor提出,降流式流化床中構成的金屬硫化物能夠經過沉淀,在反響器底部與細胞別離。但是,研討還發現生物復原硫酸鹽和金屬沉淀時,在升流式流化床反響器中應用電子供體復原硫酸鹽的效率更高,而在降流式流化床反響器中會產生較多的甲烷。

 

  3、流化床膜生物反響器

 

  將流化床與超/微濾膜相分離,構成流化床膜生物反響器(Fluidized-bedmembranebioreactor,FB-MR),綜合了傳統活性污泥法和生物膜法的優點,經過向反響器中投加一定數量的懸浮載體,提升反響器中的生物量及生物品種,改善生長遲緩的微生物的細胞停留時間,提升反響器性能。

 

  Yoo等采用小試分級厭氧FBMR處置生活污水。該過程由兩個獨立的FBR組成,第一級是傳統厭氧流化床,第二級是FBMR。反響器應用初沉后的生活污水為進水。顆?;钚蕴?/span>(GAC)的流態化可削弱膜污染,使得在25℃,水力停留時間(HRT)2.3h的條件下,連續運轉192d,廢水的化學需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)均勻濃度分別為25mg/L7mg/L。反響器內所產生的甲烷生物質能大于實踐能耗,具有宏大的產能潛力。

 

  在另一項研討中,Bae等經過對單級和多級厭氧FBMR的比擬(2),以為單級厭氧FBR可替代多級厭氧FBR以降低施工和運維本錢。在小試獲得勝利后,該團隊又在中試中評價了在不同溫度(830℃)下處置生活污水的多級厭氧FBMR的工作性能,其出水CODBOD濃度分別為23mg/L7mg/L。在這一過程中,僅需0.23kWh/m3的運轉電耗。Evans等經過對GAC載體與氣相分散厭氧膜生物反響器(AnMBR)的比擬,提出了一種由一級GAC載體流化床生物反響器和二級含超濾膜的氣相分散AnMBR組成的新型混合式膜反響器(MBR)。該反響器兼具GAC載體流化床可以縮短65%HRT和氣相分散AnMBR中膜的性能愈加穩定的優點,使得處置辦法愈加經濟、有效。

 

圖片39 

  AnMBR在中低溫度下處置城市生活污水具有優勢。但是,膜污染成為限制該工藝的理想問題。Duppenbecker等將玻璃珠應用于FBMR陶瓷膜中,由于玻璃微珠具有良好的沖刷作用,可顯著減少膜污染。在本研討中,外置錯流膜工藝也有助于改善運轉條件。

 

  另一研討中,Gao等在研討35℃處置生活污水的一體化厭氧FBMR中發現HRTCOD去除率有顯著影響,在8h、6h4h不同HRTs下,COD去除率分別約76%、74%54%。多項研討標明,低溫造成厭氧處置效果削弱。而MBR工藝能夠提供更好的處置效能,因其可降解更多厭氧過程中產生的可溶解性微生物代謝產物(SMPs),使其在反響器中停留更長時間。但是,低溫條件下,膜污染造成膜浸透性降低仍是一個棘手問題。因而,Gao等研討了在中低溫條件下采用一體化FBMR工藝處置生活污水。在35℃、25℃15℃條件下,COD去除率分別為74%、67%51%。相應地,產甲烷活性分別為0.17、0.150.1L/(L.d)。HRT和膜通量分別在6h7.1LMH堅持恒定。

 

  FBRsMBR工藝相分離,以便同時從廢水中去除碳、氮和磷,滿足日益嚴厲的廢水排放規范。Alemu等報告稱間歇式曝氣FBMR工藝能夠有效去除NH4+-NCOD(>98%)。近年來,許多學者在不同運轉條件下對不同生物反響器基于硫和硫代硫酸鹽的自養反硝化過程展開了研討。普通的填料床生物反響器已得到應用,但系統存在傳質阻力,可能造成反硝化速率較低。另外,還需從填料床出水中去除零落的生物膜。在此背景下,Zhang等應用含硫FBMR克制傳質阻力,從而提升出水水質。并且添加甲醇或乙醇,開發硫自養反硝化工藝以減少硫酸鹽的生成。HRT0.5h,以甲醇和乙醇為碳源的FBMR(1.4-3.84gNO3--N/(L?d))反硝化速率明顯優于固定床生物反響器。

 

  4、電化學生物流化床(FB-BESs)

 

  除了膜生物反響器外,流化床(FBs)還與各種生物電化學系統(BES)相分離以提升其性能。BES是一種經過陰極和陽極將電路接通,運用電場能為反響動力,應用電流和電壓的變化對污染物實施氧化或復原的生物處置系統,有時系統中還含有離子交流膜將兩極隔開。依據能否需求施加外加電壓,BES主要可分為微生物燃料電池(MFCs)和微生物電解池(MECs)兩大類。FB-BES分離生物法處置本錢低,電化學能量應用率高,有利于測定和自動控制處置難降解有機物的特性。與傳統填充床生物電化學系統相比,FB-BESs可以減少梗塞問題、降低電阻和減小集電器體積,因而可應用大容量BESs提升流化運轉功率密度,促進高效放電、提升電流和電功率、加強化學需氧量去除與庫侖效率。

 

  Huang等在釀酒廢水處置過程中開發了一種應用陽極室內的流化床多孔聚合物載體發電的雙室厭氧流化床微生物燃料電池(AFB-MFC)。該燃料電池的正負極均由碳纖維紙制成,經過質子交流膜將兩室隔開。AFB-MFC的功率密度到達了124mW/m2,去除了80%90%的化學需氧量。

 

  Kong等開發了一種應用空氣陰極和GAC或顆粒石墨作為流化床載體的單室AFB-MFC。石墨顆粒(530mW/m2)的最大功率密度高于GAC(410mW/m2)。Liu等經過比擬GAC流化床(951±10mW/m2)、GAC填料床(813±2mW/m2)和不含GAC填料床(525±1mW/m2)時的最大功率密度,證明了生物膜掩蓋GAC顆??沙淙坞娙萜?,基于這一點,他們提出了在陽極室的生物膜中充電,并快速放電的可活動電極反響器。

 

  圖3和圖4為常見流化床生物電化學系統配置示例。

 

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  5、厭氧-好氧流化床

 

  厭氧-好氧生物流化床由英國水研討中心開發,主要用于有機物和總氮的去除。廢水首先進入厭氧床,其中的兼性菌應用有機物為電子供體,將硝酸鹽復原為氮氣;而在好氧床內完成硝化反響。應用高效生物反響器的厭氧-好氧系統能在較短的HRT下取得較高的COD去除率。Tavares等指出,在處置進水COD180mg/L的模仿廢水時,好氧流化床(AFB)可以在較短的HRT(30min)下取得較高的COD均勻去除率(80%),對低濃度廢水(COD100200mg/L)具有較大的處置潛能。由于具有高pH耐受性、較少的污泥產量和穩定的COD去除才能,分離了UASBAFB的反響器系統可以有效處置中等濃度的工業廢水。處置中等濃度的模仿紡織廢水(COD約為2700mg/L)時,在HRT14h的狀況下,COD去除率達75%,相關于好氧系統,污泥產量要少45%。但是,Yu等指出,帶入到AFB反響器的厭氧污泥(1g揮發性懸浮固體(VS)/L)造成反響器懸浮固體濃度的增加,降低好氧微生物的活性,實踐操作中應盡可能的減少帶到AFB反響器中的厭氧污泥。

 

  6、結論

 

  近年來,國內外研討了FBR技術的新開展主要包括:與重力沉降組合,減少有害物質的負面影響;降流式流化床更有利于在反響器底部產生沉淀;FBR與生物膜分離,提升污泥停留時間和反響器性能;FBR與各種生物電化學系統相分離可提升其性能;結合厭氧-好氧系統能在較短的水力停留時間下取得較高的COD去除率。

 


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