煤制油裝置合成污水厭氧生物處理工藝方案的研究與比選

楊靖華,李瑞龍,陳湊喜

(1.神華寧夏煤業集團煤制油分公司，寧夏 靈武 750411；2. 神華寧夏煤業集團煤制油化工工程建設指揮部，寧夏 靈武 750411)

煤制油裝置合成污水厭氧生物處理工藝方案的研究與比選

楊靖華1,李瑞龍2,陳湊喜1

(1.神華寧夏煤業集團煤制油分公司，寧夏 靈武 750411；2. 神華寧夏煤業集團煤制油化工工程建設指揮部，寧夏 靈武 750411)

詳細對比介紹了厭氧生物處理技術的基本原理、主要特征、影響因素及研究進展，并對各技術的優缺點進行了比較, 客觀論證了其在煤制油化工裝置污水處理中的應用前景和實際效果。

煤制油；合成；污水；厭氧； 生物處理

煤制油裝置產生的合成廢水中一般含有約10%左右的含氧有機化合物，其中，包括醇類、酸類、醛類、酮類等。這些有機化合物均是高附加值的基本有機化工產品，一般可通過精餾等工藝手段，提取其中的醇類、醛類、酮類，剩余廢水只約含1%左右乙酸以及少量的醇類。由于該合成廢水中有機物濃度高、成分復雜、可生化性較好。因此，一般建議采用成熟的厭氧+好氧的生物處理工藝路線[1]。本文重點就厭氧法處理煤制油裝置合成廢水的相關工藝方案進行對比、論證研究。

1 合成廢水厭氧生物處理工藝

厭氧法是指在沒有游離氧的情況下，以厭氧微生物為主對高濃度有機物進行降解的一種生物處理方法[2]。在厭氧生物處理過程中，復雜的有機化合物被降解轉化為簡單、穩定的化合物，同時釋放出能量。通過厭氧處理，廢水的可生化性進一步提高，為好氧處理創造了有利條件。高分子有機物的厭氧降解過程可以被分為四個階段：水解階段、發酵(或酸化)階段、產乙酸階段和產甲烷階段[3]。

1.1 水解階段

水解可定義為復雜的非溶解性的聚合物被轉化為簡單的溶解性單體或二聚體的過程。高分子有機物因相對分子量巨大，不能透過細胞膜，因此不可能為細菌直接利用。它們在第一階段被細菌胞外酶分解為小分子。這些小分子的水解產物能夠溶解于水并透過細胞膜為細菌所利用。多種因素如溫度、有機物的組成、水解產物的濃度等可能影響水解的速度與水解的程度。

1.2 發酵階段

發酵可定義為有機物化合物既作為電子受體也是電子供體的生物降解過程，在此過程中溶解性有機物被轉化為以揮發性脂肪酸為主的末端產物，因此這一過程也稱為酸化。在這一階段，上述小分子的化合物發酵細菌(即酸化菌)的細胞內轉化為更為簡單的化合物并分泌到細胞外。這一階段的主要產物有揮發性脂肪酸、醇類、乳酸、二氧化碳、氫氣、氨、硫化氫等，產物的組成取決于厭氧降解的條件、底物種類和參與酸化的微生物種群。與此同時，酸化菌也利用部分物質合成新的細胞物質。因此，未酸化廢水厭氧處理時產生更多的剩余污泥。

1.3 產乙酸階段

在產氫產乙酸菌的作用下，上一階段的產物被進一步轉化為乙酸、氫氣、碳酸以及新的細胞物質。

1.4 甲烷階段

雖然厭氧消化過程可分為以上四個過程，但是在厭氧反應器中，四個階段是同時進行的，并保持某種程度的動態平衡。該平衡一旦被pH值、溫度、有機負荷等外加因素所破壞，則首先將使產甲烷階段受到抑制，其結果會導致低級脂肪酸的積存和厭氧進程的異常變化，甚至導致整個消化過程停滯[4]。

2 厭氧工藝選擇方案必選

厭氧處理工藝主要有兩大類技術走向，厭氧活性污泥法和厭氧生物膜法。其中，厭氧活性污泥法包括普通消化池、厭氧接觸消化池、升流式厭氧污泥床、厭氧顆粒污泥膨脹床等；厭氧生物膜法包括厭氧生物濾池、厭氧流化床和厭氧生物轉盤。在各項厭氧處理技術中，目前應用最廣泛的是升流式厭氧污泥床技術[5]。作為第三代厭氧代表技術的厭氧顆粒污泥膨脹床技術，逐漸在高負荷的有機廢水厭氧處理方案中獲得了越來越重要的應用和訂單。因此，在本項目中我們主要比選這兩種技術。

2.1 升流式厭氧污泥床技術

升流式厭氧污泥床反應器的污泥床區主要由沉降性能良好的厭氧污泥組成，濃度可達到50～100g/L或更高。沉淀懸浮區主要靠反應過程中產生的氣體的上升攪拌作用形成，污泥濃度較低，一般在5～40g/L范圍內。在反應器的上部設有氣(沼氣)、固(污泥)、液(廢水)三相分離器，分離器首先使生成的沼氣氣泡上升過程偏折，穿過水層進入氣室，由導管排出。脫氣后混合液在沉降區進一步固、液分離，沉降下的污泥返回反應區，使反應區內積累大量的微生物。待處理的廢水由底部布水系統進入，澄清后的處理水從沉淀區溢流排除。在升流式厭氧污泥床反應器中能得到一種具有良好沉降勝能和高比產甲烷活性的顆粒厭氧污泥，因而相對其他的反應器有一定優勢：顆粒污泥的相對密度比人工載體小，靠產生的氣體來實現污泥與基質的充分接觸，省卻了攪拌和回流污泥設備和能耗；三相分離器的應用省卻了輔助脫氣裝置；顆粒污泥沉降性能良好，避免附設沉淀分離裝置和回流污泥設備：反應器內不需投加填料和載體，提高容積利用率。

2.2 厭氧顆粒污泥膨脹床技術

厭氧顆粒污泥膨脹床采用出水回流技術，反應器內的液體具有較高的上升流速，且出水回流可稀釋硫酸鹽及其它有毒有害物質的濃度，污水與微生物之間可充分接觸，能承受較大的有機負荷，有效避免反應器內死角和短流的產生[6]。應用厭氧顆粒污泥膨脹床反應器處理低溫低濃度污水和高濃度或有毒、難降解工業廢水，COD去除率較高。嚴格來說，厭氧顆粒污泥膨脹床反應器是對升流式厭氧污泥床反應器的改進, 除反應器主體外，厭氧顆粒污泥膨脹床反應器主要由配水系統、反應區、三相分離器、沉淀區、出水系統和出水循環系統等構成。與升流式厭氧污泥床反應器相比，厭氧顆粒污泥膨脹床能在高負荷下對低溫低濃度有機廢水取得高處理效率，可維持很高的水流上升流速。反應器內顆粒污泥床呈膨脹狀態, 顆粒污泥性能良好。在高水力負荷條件下，厭氧顆粒污泥膨脹床反應器內顆粒污泥的粒徑較大、凝聚和沉降性能好、機械強度也較高。厭氧顆粒污泥膨脹床能承受較大的有機負荷，且對布水系統要求較為簡單。

3 工藝方案比選結論

工藝方案比選結論見表1。

表1 工藝方案比選結論

[1] 夏鳳毅.“厭氧生物處理工藝”-有機污水處理的重要工藝之一[J]. 中國環保產業, 2002(z1):66-67.

[2] 陳 威,朱 雷, 梁華杰. 廢水厭氧生物處理的研究與進展[J].國外建材科技, 2006, 27(1): 51-53.

[3] 趙立軍, 滕登用,劉金玲,等.廢水厭氧生物處理技術綜述與研究進展[J]環境污染治理技術與設備, 2001, 2(5): 58-66.

[4] 王元月, 魏源送,張樹軍. 厭氧氨氧化技術處理高濃度氨氮工業廢水的可行性分析[J].環境科學學報，2013，33(9):2359-2368.

[5] 楊積德, 陳曉娟. 厭氧工藝在低濃度廢水處理中的應用[J].環境保護與循環經濟, 2012 (3): 51-54.

[6] 李紹衡. 厭氧生物處理技術的原理及其在城市污水處理中的應用[J].湖南大學學報(自然科學學報), 2012, 28(3): 16-22.

(本文文獻格式：楊靖華,李瑞龍，陳湊喜.煤制油裝置合成污水厭氧生物處理工藝方案的研究與比選[J].山東化工，2016，45(24)：157-158.)

2016-11-11

楊靖華(1987—)，工程師。

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1008-021X(2016)24-0157-02