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  • 应用自然净化法RBS技术处理高浓度有机污水

    发布时间:2015-09-09 10:55:00 点击:

    摘要:自然净化法即生物降解反应器系统(RBS)处理技术,是日本开发的一种比较先进的高浓度有机废水处理技术。该技术利用其内置的反应壶提供的腐植化环境培养的一种高活性兼性土壤菌群的生物化学作用,去除废水中的有机物质。由于生物降解反应器内的高活性营养物质不断输送到整个污水处理系统,保证了处理系统的高效稳定运行。实际运行结果表明,该技术能够在不稀释污水的情况下高效的净化污水,且能抑制恶臭气体的产生,针对养殖和食品加工等行业污水有机物浓度高、水质水量波动大的特点,应用RBS污水处理技术处理,不但能够保证出水水质,而且实现了高效低耗,是一种切实可行的处理技术。特别在人畜粪便、食品废水及垃圾渗滤液等的处理中有独特的优势。
    关键词:RBS-生物降解反应系统;高浓度有机废水;城市粪便;垃圾渗滤液;污水处理技术
    1前言
    在全国范围内,随着工业及生产技术的飞速发展、经济的腾飞、人民生活水平的提高及城市规模的不断扩大,高浓度有机废水的产出量也日益增多。其中,这类污废水中以食品加工废水、集约化畜禽养殖废水、城市粪便及垃圾填埋场渗滤液最为主,形成了典型的源头污染源。而更多的企业偏重经济发展,对这类污废水的处理不及时、偷偷排放导致了高浓度污染面积扩大,从而成为流经我国人口稠密聚集地的淮河、海河、辽河和太湖、巢湖、滇池即三河三湖污染的原因之一。这些重点流域的水污染治理事关我国接近半数的省市社会经济发展、以及人民群众的生活质量,是我国水污染防治工作的重中之重。但时至今日,水环境形势依然严峻,治污任务十分繁重,三河三湖水污染治理进展之慢令人担忧。为了彻底解决三河三湖的污染状况,除了对污染末端的治理外,更重要的是污染源头即高浓度废水的处理。而这种高浓度的废水不加稀释、低成本、稳定处理技术恰恰是我国所欠缺和亟待攻关的问题。
    自然净化法即生物降解反应器系统(RBS)处理技术,是日本开发的一种先进的高浓度有机废水处理技术。该技术利用其内置的反应壶提供的腐植化环境而培养的一种高活性、兼性土壤菌群的生物化学作用,可有效去除废水中的有机物质。不但对BOD5、CODCr、SS、磷、氨氮的去除率高于传统活性污泥法,而且具有操作简便、占地面积小、抗冲击负荷能力强的特点。由于生物降解反应器内的高活性营养物质不断输送到整个污水处理系统,保证了处理系统的高效稳定运行。通过采用RBS技术的850几个工程的实际运行结果,该技术能够在不稀释污水的情况下高效地净化污水,且能抑制恶臭气体的产生,特别在人畜粪便、食品废水及垃圾渗滤液、集约化养殖和食品加工等领域所产生的污水有机物浓度高、恶臭污染严重、水质水量波动大的特点,如果采用RBS污水处理技术,不但能够保证出水水质,而且操作可以全部自动化,减轻工人的劳动强度的同时,又能实现高效低耗,是一种切实可行的处理技术。通过应用RBS技术的850几个工程实践,特别是该技术在中国辽宁鞍山种猪场废水、长春市粪便无害化处理工程(现长春市有机废弃物处理中心)及通化市垃圾卫生填埋场渗滤液及粪便处理工程上的应用,取得了很好的效果,值得推广应用。
    2RBS技术介绍
    远古以来,地球上的所有生物都是在土壤的恩惠下生长,作为回报,生物最终又都将残骸归还给土壤,由土壤中的菌群将其分解消化后再还原给生物,如此周而复始实现着自然循环。与此相类似,一直以来,河川湖泊的净化也是由自然环境中栖息的土壤菌群的活动来进行的。而RBS技术就是模仿自然界,对本来就栖息在土壤中的微生物进行人为的诱导、驯养及筛选,在标准活性污泥法基础之上衍生并发展,并最终在土壤菌培养槽中效率更高地实现这一自然现象,进而研制而成的Reactor-Bio-System系统,简称为RBS。故RBS技术被形象地命名为自然净化法。
    标准活性污泥法是由需氧性微生物的活动而引起有机物的分解、气体化、低分子化,而RBS是到达了腐植化的过程。腐植化指的是由土壤中微生物群的活动,分解动植物遗体等新鲜的营养源,起到高分子凝集化的作用。土壤中存在的硅酸盐在厌氧的(一部分需氧的)条件下,发酵•发霉反应引起有机物的高分子凝集化,土壤菌群正是起到促进有机物的高分子凝集化的作用。RBS是灵活运用了土壤中的微生物群(以下称土壤菌群)的活动原理来进行排水机理的技术。
    3 RBS技术的理论流程

    RBS技术的理论流程如图1所示。原废水首先进入反应工程,在这里从培养工程来的石炭酸性代谢产物的混合液与经过预处理的原废水进行混合,与此同时,培养系统混合液中含有的代谢产物与废水中含有的有机物之间产生物理化学反应,反应的结果生成了化学及生物性质的污泥。此物理化学反应速度随着液体温度的不同而有所变化,通常在数小时内基本完成。浓缩工程阶段主要是要完成混合液的处理水和浓缩污泥的分离,浓缩后的污泥(为提高反应效率MLSS在5000以上较为理想)一部分被送到培养工程。培养工程主要是强化从浓缩工程送来的浓缩污泥中细菌群的石炭酸成分的同时,促进这些代谢产物产出或繁殖细菌菌群,从而提高石炭酸性代谢产物的浓度。标准活性污泥与自然净化污泥细菌群的对比见表1。


    标准活性污泥法与RBS法的工艺流程异同点见图2。从图2可以看出,RBS是将自然界在山间士壤或沼泽中进行的净化原理融入到人工环境中,在有机性污水中投入腐植前驱物质和硅酸盐的粉末,从而促进污浊物质的土壤化反应(腐植化)。通过这种方法诱导的微生物群(土壤菌群)与标准活性污泥法不同,具有许多特长。同时,一经诱导培养的微生物组成比率虽然不易变动,但是发生大负荷变动、pH冲击等情况时,因微生物具有顺从环境的性质,所以微生物的组成有分解的危险。因此,为得到使微生物的组成能保全的环境,在生物处理槽(曝气糟或专用的土壤菌培养槽)内设置了填满腐植前驱物质的小粒及硅石的反应壶(不锈钢塔),根据具体运行状况,伴随着对反应壶的曝气及曝气强度变化时,所通过反应壶的含水污泥的量也随之变化,从而调整融入系统中腐植前驱物质及硅石等微量元素的浓度,模拟并创造出有利于诱导、驯养及筛选土壤菌群的环境,最后通过污泥的回送,使大量优势土壤菌群遍布于整个处理系统,进而提高处理效率及效果。更进一步来说,设置了反应器后能长期拥有士壤菌群发挥优势的环境,与一直以来的标准活性污泥法相比,能得到稳定的、质量好的处理水。具体工程中自然净化法—RBS技术的污水处理工艺基本流程如图3所示。

    4RBS的技术特点及优势
    4.1高浓度有机废水不加稀释也可安定获得高品位的处理水、污染物去除率高
    在培养工程培养活化过的土壤菌群污泥,具有易絮凝、易块状化及沉降性好的特点。如图4所示RBS法污泥比标准活性污泥法污泥的沉降性要好的多。由于污泥的沉降性好,在有效的时间内得到清澈处理水的同时,污泥浓度也得到有效提高,进而使得系统在BOD污泥负荷较高的状态下也可以安全运行。优良的沉降性使沉淀槽内的污泥分离不易发生故障,运行管理简单。另外,优良的污泥沉降性能维持生物处理槽内的活性污泥的高浓度(MLSS),因此高BOD的排水不需稀释也能处理。相比标准活性污泥法的去除率仅为90%左右,而RBS法BOD的去除率高达95%以上,根据情形有时能达到99%,处理水的BOD也有可能被降低到10mg/L以下。
    4.2高效的脱氮、脱磷性能
    自然净化法RBS的有机物处理过程是靠腐植化反应得以促进的,基本的脱氮脱磷原理于一般的水处理理论相同,但由于RBS系统中硝化菌、脱氮菌的大量存在,去除BOD的同时也能有效地去除氮和磷。与通常的标准活性污泥法相比,除氮过程中相关的菌群(硝化菌、脱氮菌)在污泥中大量存在,高效率地处理氮的同时,利用污泥的螯形构造的特点,能有效地将磷从污泥中取出并除去。图5中以粪便处理为例,可以了解处理流程的各阶段脱氮、脱磷效果。

    4.3良好的污泥性状,使得污泥的有机肥料制造简单
    因本系统是利用腐植化反应开发而成的排水处理技术,污泥的凝集性、沉降性、脱水性、压密性好,也能降低污泥脱水时所需的絮凝剂添加量。同时,土壤菌群所拥有的攻击土壤菌群群以外的杂菌、防止有害菌的繁殖的特性,也使得脱水污泥长期堆放也不易腐烂变质。表2为土壤菌群对大肠杆菌的杀菌效果。表3为土壤菌群对沙门氏菌的杀菌效果。这些特点使得干燥脱水后的污泥更容易作为肥料,回归农田得到利用。

    4.4抑制不愉快臭气的发生

    臭气如果进入含有污泥的污水中,即可与腐植前驱物质及微生物代谢产物相结合,或吸附在污泥表面,成为微生物的能量被消耗,进而达到吸收臭气成分的目的。表4由标准活性污泥法改造为自然净化法的水产加工排水处理为例,来比较臭气成分的变化,对比可以看出,RBS法对于臭味的抑制更加有效。在实际工程中将污泥返送到恶臭的产生源头--—原水槽或流量调整槽,同时,根据负压原理依靠曝气风机将系统产生的臭气收集并用作硝化槽的曝气,能起到抑制臭气发生的作用,进而解决。因此,在采用RBS技术的污水处理厂,没有必要设置专门的除臭设备,一定程度上节约了建设成本。

    5RBS的应用实例
    5.1RBS在城市粪便处理中的应用
    RBS技术在2006年应用于长春市粪便无害化处理工程,用于处理经抽粪车送来的旱厕粪便。设计日处理能力100吨/天,COD=20000mg/L,BOD=12000mg/L,处理水COD<100,BOD<30。经过两年以来的运行,进出水水质稳定。该工程除格栅机以外,套用了图6所示日本智索环境工程公司,RBS月浦中心粪便处理系统的流程。处理流程的各阶段BOD的去除效果参考图7。图8为RBS月浦中心粪便处理后利用污泥干燥后制造的有机肥料及其成分。



    5.2RBS在垃圾填渗滤液处理中的应用
    面对垃圾渗滤液的污染日趋严重,且国内没有适当的技术,RBS技术在2007年应用于通化市垃圾卫生填埋场渗滤液及粪便处理工程,设计日处理渗滤液300吨/天、粪便10吨/天,COD=6500mg/L,BOD=3000mg/L,处理水COD<100,BOD<30。用于处理垃圾卫生填埋场渗滤液及经抽粪车送来的旱厕粪便。具体工艺流程类似于粪便处理厂,其现场照片如图9所示。
    5.3RBS在集约化畜禽养殖废水处理中的应用
    鞍山市天意养猪场共有种猪及肉猪5430多头,平均日排水量约为150m3,废水中有机污染物含量极高,呈黑色,有臭味,如不进行处理,会严重污染环境。采用RBS技术处理鞍山市天意养猪场废水的处理效果如表5所示。同时因为废水中含有大量的有机质和植物营养素,经无害化处理后加以资源化利用,不仅可防止环境污染,保证猪群健康和安全,也对促进农牧结合,物质良性循环和生态平衡有重要意义。

    养猪场的废水经格栅去除毛发等各种杂物后进入流量调整槽,进行初次曝气,该阶段BOD5去除率可达30%,SS去除率可达40%。经过初次曝气后的废水经泵提升到No.1曝气槽,经曝气后溢流至No.1沉淀槽,该阶段BOD5去除率可达98%,SS去除率可达97%。在该阶段采用推流式曝气,曝气池分3格,废水从一端进入,池底分布曝气管,其上每格均匀安装3个曝气头,经过该曝气头喷射的空气,具有很强的搅拌和混合能力,使废水中的胶体物质物化脱稳,从而大大提高了絮凝反应速度及效果,同时利用废水中微生物所具有的吸附絮凝能力,将废水中的有机物和SS吸附絮凝,形成活性污泥,达到废水处理的目的。经过No.1沉淀糟的废水上清液自流到No.2曝气槽和No.2沉淀槽进一步处理,该过程BOD5去除率可达50%,SS去除率达40%,处理后的水送到贮水池,一部分外排,一部分做系统消泡用水。
    6结语
    运行实践表明,RBS污水处理技术是处理粪便、养殖、食品加工及垃圾渗滤液等高浓度有机废水的首选方案。该工艺先进、设计合理、处理效果稳定,且具有占地少、操作简单、维护方便耐冲击负荷能力强、水质稳定等优点,是处理高浓度有机废水的有效方式。同时,因为培养器内有高活性营养物质存在,即使曝气槽内微生物失活,也能使整个系统迅速恢复活性,保证出水水质稳定。由于高活性营养物质的存在使土壤菌群大量繁殖,从而抑制了丝状菌的生长,也使得RBS法克服了传统活性污泥法容易发生污泥膨胀现象。