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厭氧技術的發展和未來 專訪厭氧技術的實踐者

作者: 2016年07月19日 來源: 瀏覽量:
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國際上厭氧技術的發明早期為美國McCarty的厭氧接觸氧化技術與歐洲的厭氧流化床技術。中國是個農業國家,很早就有用厭氧技術。但為了解決水環境問題而應用厭氧技術大概是在二十世紀70年代后期與80年代中期。關鍵點是

國際上厭氧技術的發明早期為美國McCarty的厭氧接觸氧化技術與歐洲的厭氧流化床技術。中國是個農業國家,很早就有用厭氧技術。但為了解決水環境問題而應用厭氧技術大概是在二十世紀70年代后期與80年代中期。關鍵點是在1976-1977年,荷蘭的Lettinga教授發明了UASB,國內的科研院校大概也在1982年前后開始在實驗室做十幾升規模的厭氧技術研究。技術的應用大概從19881989年開始,比如蘇州第二制藥廠,在上世紀80年代中后期就應用了厭氧流化床,但不是很成功。此后,在酒精廠、制藥廠開始陸續出現厭氧反應器、發酵罐。

談厭氧技術的歷程及現狀

1992年,Lettinga教授第一次來中國講學,當時我們統計了下,愿意報出來的大概有53個項目、58個厭氧反應器(有個統計名單)Lettinga教授看到我們的應用項目名單就笑了,說我們的范圍太廣。高濃度有機廢水不一定是容易生物降解的,而厭氧技術主要是應用在高濃度有機廢水中容易降解的廢水處理中。

中國當時有個有意思的現象,就是自從Lettinga教授來中國講學后,中國人人都會厭氧了。1992年前后,我國應用的厭氧反應器大概有上百個(100-200),總規模大概有1萬立方米

1996-1997年,各大院校開展了厭氧反應器的應用實踐,如清華大學、以及我們學校(蘇州科技大學),在啤酒、檸檬酸、酒精、造紙等行業開展了研究及工程實踐。到2012年,我國深度厭氧反應器處理規模達到1億立方米,比1992年的1萬方增長了1萬倍,發展速度可以說很快。從世界范圍來看,目前全球約有2億立方米的厭氧反應器,1億在中國,保有量達50%以上,我們應該感到很自豪。

編外話

厭氧可以分為兩種,一種是深度厭氧,有沼氣產生的,一種是淺度厭氧,沒有沼氣產生。我認為只要是不曝氣、有微生物、以降解COD為主的池子都可以叫厭氧反應器。

總體來說,1990年之前,我國對厭氧技術主要是研究和模仿。1990-1995年,由于留學生歸國及第一批大學生的成長,各種院校對厭氧的研究有較快的增長。

1995年之后,尤其是1998年之后,大學及研究院作為黃埔軍校,如清華大學、農業部成都的沼氣所等,培育及分裂出了一大批環保公司,厭氧技術的環保公司層出不窮的涌現。這時也有國外的公司進來,比如帕克、威立雅等,各站山頭。

目前很多公司都在做多元化的發展,比如帕克公司以厭氧為龍頭,但也做好氧。山東十方環保之前做厭氧,但現在轉型做能源了。以厭氧為主的環保公司還有天人環境,以及我們科特環保,但也都在多元化發展。

可以說,1998年之后,厭氧反應器設備總量每年約有20%-30%的增長。到2013年,厭氧界的發展進入了“新常態”,結束了快速發展期,由于局部產能過剩等原因厭氧反應器的增幅也開始下降。

與國外對比看,在工業廢水領域目前我國的厭氧技術比美國好,但比荷蘭、德國使用的水平和層面低;在生活污水領域,我國的淺度厭氧技術應用情況不亞于美國及歐洲,但整體要低于印度、巴西、哥倫比亞以及赤道附近的國家。

談厭氧技術的工程實踐

厭氧的工程實踐,最早清華大學做了一批,我們進入得還比較晚。但我們一個一個行業地進行攻破,現在比較適用厭氧技術的行業基本都做過了。

檸檬酸行業

上世紀90年代,檸檬酸是我國單化學物質出口最大的行業,也是唯一一個出口率達70%的行業,但廢水達標處理一直存在較大問題,被稱為“癌癥行業”。其實利用厭氧技術處理檸檬酸廢水有幾個優勢:一是溫度比較穩定;二是可以分流,比如高鹽廢水可以單獨排放;三是沒有固體,檸檬酸出水是一點固體也沒有。

厭氧技術處理檸檬酸廢水還有一個特點,就是如果做得好會很好,如果不好就是一點效果也沒有。

目前來看,檸檬酸行業是我國第一個大量產顆粒污泥的。

1999年,我們在黃山的檸檬酸行業會議上宣布“可以在投資不大,運行費用和產出基本相當的前提下,除去特別敏感水源地,在任何地方建檸檬酸廠”,可以說,厭氧技術的應用挽救了檸檬酸行業。上世紀90年代中期,我們檸檬酸廢水處理市場規模第一。

編外話

厭氧屆有2大理論,一種是說怕固體,一種說是不怕固體。我不怕固體,我認為只需要在合適的地方排放就可以。

啤酒行業

上世紀90年代早期,我國就開始在啤酒行業進行厭氧技術的工程實踐,但做的不夠好。為什么?主要原因是早期啤酒廠不節水,出水水溫低、COD濃度也低。

如果用厭氧技術,企業需要加蒸汽保溫,不經濟,不如做好氧(1kg COD耗電大約0.3-0.5)。同時,在1000-3000mg/LCOD中等濃度負荷下,好氧技術可以取代厭氧,實現達標排放。況且厭氧特別難伺候,濃度越高越容易達標,中等濃度反而不容易達標,因此早期厭氧技術在啤酒行業應用并不是特別成功。

90年代中后期,隨著我們的呼吁及清潔生產的推進,啤酒行業發生了一個重大改變——節水。節水后啤酒廠出水COD濃度可以達到5000mg/L左右甚至更高,同時水溫也可以了,只需要冬天偶爾加熱,夏天偶爾降溫即可,但沼氣產出更多,熱量產出和投放基本平衡,并略有盈余。厭氧技術處理啤酒廢水雖然我們不怕固體的進入,但需要注意一點,就是堿需要單獨收集,不能進入處理段。

雖然啤酒行業我們進入的晚,但我們做的更有信心。1998-2003年,我們啤酒的處理規模約100萬噸。整體來看,目前啤酒行業80%以上以厭氧為主,60%以上的污染物由深度厭氧處理技術去除。

酒精行業

1979-1986年,北京輕工院、成都所、上海輕工院的一批專家利用厭氧技術做了一批酒精廢水的處理。我們也做了一些經典工藝,當年國內酒精的年產量大概600多萬噸,我們做到200多萬噸。

編外話

什么叫做好的厭氧技術?我認為標準是“兩低兩高一穩定”——投資低、運行費用低、污染物去除率高、沼氣產率高、運行穩定,同時不產生更多的污染問題。

項目簡介-某白酒污水處理工程

廢水特點:白酒廢水,廢水有機物濃度高、可生化性高。進水 COD 濃度45000mg-48000mg/L。設計進水量1000-3000 m³

工程規模: 10座Φ10*16.5m厭氧塔。

造紙行業

1995年的時候我們也做了造紙廢水處理,但因為濃度低(COD濃度約1000mg/L),水溫低我們放棄了。我個人認為造紙行業貢獻最大的是帕克環保,他們在珠三角地區做了較多的工程實踐。厭氧技術在造紙廢水行業也遇到了一些問題:首先是容易結石,由于厭氧塔的結構及材料問題,塔內特別容易結碳酸鈣,類似鐘乳石;其次,厭氧塔的價格貴,做得小,穩定性差;最后是水溫問題,但水溫問題基本上能解決,如在長三角地區,夏天大概需要30天降溫,冬天需要短時間加溫(如果車間改造的好基本上不需要加溫),珠三角地區基本上是以降溫為主,加溫為輔。

對于厭氧塔結石的問題,我們大概用5年的時間解決了這個問題。2000年以后,造紙行業一噸紙產廢水量由90年代的40m³降到了20 m³,現在大概只有5 m³。以前很多的好氧處理工藝在旁邊加了厭氧塔,整體來看,造紙行業大約50%以上采用了厭氧處理技術。

項目簡介-某紙業廢水處理工程

廢水特點:

造紙廢水,有機物濃度高,懸浮物含量高,進水 COD 濃度5000mg-10000mg/L。設計進水量2000 m³/d

工程規模: 210*22.5m高效厭氧塔

投入產出:日產出沼氣4000 m³左右

玉米淀粉行業

國內外進入市場可直接食用的淀粉及淀粉糖90%以上是玉米淀粉,除此以外還有紅薯淀粉、小麥淀粉、馬鈴薯淀粉等。玉米淀粉廢水做得最早的山東十方。1999年前后,十方在山東諸城一帶做了10多個項目。

但當時也遇到了一些問題,第一個問題是含有亞硫酸的浸泡水(玉米軟化水)進入了污水處理系統;第二個問題是產生了大量的鳥糞石(磷酸銨鎂),系統運行得好的確會產生大量的鳥糞石,但可以通過不停地酸化酸敗使鳥糞石溶解,我們大概用45年的時間解決了這個問題。

玉米淀粉廢水遇到的問題首先也是溫度問題。 原來一噸淀粉用30~50噸水,現在一噸淀粉僅用1-2噸廢水,節水的效果使廢水溫度變高,同時廢水中COD濃度也變高了,COD濃度由2000~3000mg/L變為15000~20000mg/L,溫度和濃度的變化更利于厭氧技術的運行和管理,好氧就沒有了競爭力。

近幾年,國內厭氧技術在玉米淀粉廢水行業的應用達到60%~70%,將來可能還會有所提高,但這個行業目前基本是飽和的,大部分都是在做改造。我們目前主要是在做國外的項目,比如巴西、泰國、非洲、巴基斯坦等。

編外話

國內厭氧技術應用不成功的共性問題是溫度問題。1997年,我們第一次在檸檬酸行業提出來在國內做控溫厭氧。

其他行業

還有一些特殊行業,如制藥廢水。從行業的發展看,制藥廢水比較特殊,它要建立在小試、中試基礎上,然后借鑒于其他行業的厭氧技術。但厭氧技術差距不大,可能就在材料及前面的預處理上有所區別。

項目簡介-某醫藥廢水處理工程

廢水特點:醫藥廢水,有機物含量比較復雜難降解,進水 COD 濃度 3000mg/L 左右。

工程規模: 設計處理水量500 m³/d。新增 Φ9*18m的高效厭氧反應器,Φ7*10m 污泥選擇器,改造UASB、好氧池、二沉池等。

談厭氧技術的發展和未來

上世紀90年代中期以后,國內的厭氧技術應用發展很快,一個個的行業進行突破,應用面迅速擴展,從業人數也有所增加,但如果單從技術角度講,厭氧技術并沒有進步而且還有些后退。比如去除負荷,厭氧技術可以做到90%的去除率,但現在基本都是70%-85%,在這個前提下,其單位體積的去除負荷不但沒有增加反而非常快速地下滑。

因為大家追求的不是技術水平,而是擴展面。目前,只有帕克公司還在堅守高負荷,但高負荷導致投資成本更高,很多客戶會不認。

同時,厭氧技術的管理水平、自動化水平、工藝技術水準也在下降,主要原因是市場需求。“大家都在做,如果變得‘小眾化’,技術就會被淘汰掉,只有大眾化,在大家都呼吁厭氧的時候,厭氧才好做,但好做時大家就一起做,技術水平參差不齊,這樣技術平均值就下降了。”

未來,我認為厭氧技術還需要一次革命,就是低溫厭氧技術的攻破。 菌種是溫度問題,如果克服不了,厭氧技術不會有更大的進步了。但現在人的性格比較“糙”,低溫厭氧需要更加有耐性、更加穩定,而我們的服務對象及管理人員都不穩定——中國小孩得病了,恨不得今天開刀,明天就去當兵,這就是中國的態度,不講科學道理,這些導致我們最終可能還是會放棄厭氧技術的革新。

誰追求進步誰就會后悔——甲方不允許、環保局不允許、社會不允許,這就是我國的國情。沒有技術進步,將來應該會有一大批厭氧環保企業倒下去。對于厭氧技術,我們還有另外一個需求,就是微生物的預警技術,通過微生物的先期反應能提前12-24小時知道厭氧可能會出現什么問題,希望有人來做這方面的研究。

編外話

低溫厭氧技術將是厭氧技術的又一次革命。同時,我們還有個需求,就是微生物的預警技術,通過微生物的先期反映能提前12-24小時知道厭氧可能會出現什么問題,希望有人來做這方面的研究。

對于未來的產品,我們一方面準備做材料技術革新,從更低成本著手;一方面做系統的PLC,希望能做到:雖不能完全脫人,但至少可以“無人值守,有人巡視”。2000年之后,由于追求技術進步,厭氧反應器的類型由簡趨繁,未來預計會再回歸到相對簡單的結構,在目前的中高等負荷下,已經可以達到去除效果。

馬三劍教授是我國環境工程、市政工程、環保新能源、物聯網、儀器儀表等領域著名專家,蘇州科技大學教授。

1982年本科畢業于合肥工業大學,1985年于上海化工研究院獲得碩士學位,1989-1991年赴荷蘭Wageningen(瓦格寧根)大學學習,師從國際知名G.Lettinga教授,后設計出了自主知識產權MIC厭氧反應器,并應用于工程實踐20多年, 申請和獲得專利40余項,發表學術論文80余篇。

2003年,馬三劍創建了蘇州科特環保股份有限公司,并擔任董事長。2014年公司掛牌新三板,2016銷售額預計超過2億元。

對待研究,馬三劍認為首先需要具備扎實的理論基礎,其次是豐富的實踐經驗、敏銳的行業動態與端正的科學態度,這也是他一直以來要求自己的標準。

 

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