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分析与展望高浓度有机废水生物蒸发处理技术

2017-7-12 15:58| 发布者: candy| 查看: 2550| 评论: 0|来自: 工业水处理

食品、发酵、化工、造纸、制革等行业排出的高浓度有机废水具有污染物含量高、危害严重、处理工艺复杂、投资运行成本高等特点,其治理一直是环境领域的难题。对于高浓度有机废水,活性污泥法因曝气导致运行成本较高,且氧气在高浓度废水中传质受限,使得COD去除率和容积负荷率都较低;虽然厌氧消化被广泛应用于高浓度有机废水的处理,但其启动和处理时间长,产甲烷菌对周围环境变化敏感,出水中残存的BOD、SS或还原性物质等仍很高,需采取后续处理措施。随着膜过滤技术被应用到环境领域,可以考虑用膜过滤截留高浓度有机废水中的污染物质。但在实际应用中,如纳滤仍存在一些问题:膜污染,浓缩液二次处理,膜材料耐化学性限制等。因此,亟待研究开发新的经济有效的高浓度有机废水处理工艺。

一些蒸发技术被用来处理高浓度无机含盐废水,如多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(MEE),但这些蒸发技术需要外加热源提供蒸发驱动力,导致处理过程能耗高。微生物在利用有机物进行好氧发酵时伴随着代谢热的产生,如果能将大量的代谢热收集作为蒸发废水的驱动力,则可以减少蒸发能耗。因此,对高浓度有机废水,若能利用其蕴含的潜在生物能来蒸发废水中的水分,同时去除了废水中的污染物质,则可以实现高浓度有机废水低能耗且高效的“零排放”处理。在这样的技术背景下,生物蒸发新技术被提出并被证明可行。笔者总结和分析了生物蒸发的技术要领,并对生物蒸发技术的应用前景进行了展望,以期为高浓度有机废水生物蒸发处理技术的发展提供参考。

1 生物蒸发概述

1.1 定义及原理

生物蒸发是利用高浓度有机废水中潜在的生物能为蒸发驱动力蒸发处理高浓度有机废水的一项新技术。虽然早有研究者利用生物能处理过相应的废水,如陈立平等早在2000年研究了利用生物能蒸发处理糖蜜酒精废液,但生物蒸发的准确定义一直没有相关文献报道。直到2013年由BenqinYang等正式提出并定义了生物蒸发:即利用高浓度有机废水本身所具有的有机物微生物好氧降解产生的热量为驱动力,使废水中的水分汽化,并配合通风形成的传质条件,使蒸汽进入气相主体而散发,从而达到利用高浓度有机废水自身蕴含的生物能量实现有机物和水分的同步去除。

生物蒸发过程与好氧堆肥和生物干化原理类似,主要机制是对流蒸发,蒸发的热量完全来自生物能,对流由通风产生。高浓度有机废水生物蒸发机理如图1所示。

图1:高浓度有机废水生物蒸发机理


生物蒸发膨胀剂和微生物载体由大量的载体颗粒及空隙组成。当向膨胀剂和微生物载体引入高浓度有机废水时,堆体存在于固-液-气三相混合介质中,包含水、惰性物质、难溶物质、可溶性物质以及微生物。在该介质中,空隙可以减小氧气传质阻力从而形成良好的通风效果,使堆体处于有氧状态。微生物利用介质中的溶解性有机质进行好氧发酵,该过程在满足微生物自身生长繁殖的同时释放大量的代谢热。随着堆体内有机质底物浓度增加,微生物活性增强,耗氧速率增加,代谢热释放量也增加。代谢热在堆体内积累形成高温,可达70℃。堆体内水分受热汽化,由液态转化为气态,被汽化的水分子通过自由扩散和强制对流进入堆体中的空隙,并由气流带出堆体。由于生物蒸发所需热量来自于废水中有机物的降解,不需外加热源,所以生物蒸发是一项经济、节能、环保的高浓度有机废水处理技术。
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