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馬三劍——厭氧技術(shù)的實(shí)踐者
文章來源:陜西珂沅環(huán)保工程有限公司   更新時(shí)間:2016-07-21   閱讀:1129

馬三劍

馬三劍教授是我國環(huán)境工程、市政工程、環(huán)保新能源、物聯(lián)網(wǎng)、儀器儀表等領(lǐng)域著名專家,蘇州科技大學(xué)教授。

1982年本科畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué),1985年于上;ぱ芯吭韩@得碩士學(xué)位,1989-1991年赴荷蘭Wageningen(瓦格寧根)大學(xué)學(xué)習(xí),師從國際知名G.Lettinga教授,后設(shè)計(jì)出了自主知識產(chǎn)權(quán)的MIC厭氧反應(yīng)器,并應(yīng)用于工程實(shí)踐20多年, 申請和獲得專利40余項(xiàng),發(fā)表學(xué)術(shù)論文80余篇。

對待研究,馬三劍認(rèn)為首先需要具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ),其次是豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、敏銳的行業(yè)動(dòng)態(tài)與端正的科學(xué)態(tài)度,這也是他一直以來要求自己的標(biāo)準(zhǔn)。


談厭氧技術(shù)的歷程及現(xiàn)狀
國際上厭氧技術(shù)的發(fā)明早期為美國McCarty的厭氧接觸氧化技術(shù)與歐洲的厭氧流化床技術(shù)。中國是個(gè)農(nóng)業(yè)國家,很早就有用厭氧技術(shù)。但為了解決水環(huán)境問題而應(yīng)用厭氧技術(shù)大概是在二十世紀(jì)70年代后期與80年代中期。關(guān)鍵點(diǎn)是在1976-1977年,荷蘭的Lettinga教授發(fā)明了UASB,國內(nèi)的科研院校大概也在1982年前后開始在實(shí)驗(yàn)室做十幾升規(guī)模的厭氧技術(shù)研究。技術(shù)的應(yīng)用大概從1988、1989年開始,比如蘇州第二制藥廠,在上世紀(jì)80年代中后期就應(yīng)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(xù)出現(xiàn)厭氧反應(yīng)器、發(fā)酵罐。

1992年,Lettinga教授第一次來中國講學(xué),當(dāng)時(shí)我們統(tǒng)計(jì)了下,愿意報(bào)出來的大概有53個(gè)項(xiàng)目、58個(gè)厭氧反應(yīng)器(有個(gè)統(tǒng)計(jì)名單),Lettinga教授看到我們的應(yīng)用項(xiàng)目名單就笑了,說我們的范圍太廣。高濃度有機(jī)廢水不一定是容易生物降解的,而厭氧技術(shù)主要是應(yīng)用在高濃度有機(jī)廢水中容易降解的廢水處理中。

中國當(dāng)時(shí)有個(gè)有意思的現(xiàn)象,就是自從Lettinga教授來中國講學(xué)后,中國人人都會厭氧了。1992年前后,我國應(yīng)用的厭氧反應(yīng)器大概有上百個(gè)(100-200個(gè)),總規(guī)模大概有1萬立方米。

到1996-1997年,各大院校開展了厭氧反應(yīng)器的應(yīng)用實(shí)踐,如清華大學(xué)、以及我們學(xué)校(蘇州科技大學(xué)),在啤酒、檸檬酸、酒精、造紙等行業(yè)開展了研究及工程實(shí)踐。到2012年,我國深度厭氧反應(yīng)器處理規(guī)模達(dá)到1億立方米,比1992年的1萬方增長了1萬倍,發(fā)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(yīng)器,1億在中國,保有量達(dá)50%以上,我們應(yīng)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(chǎn)生的,一種是淺度厭氧,沒有沼氣產(chǎn)生。我認(rèn)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(yīng)器。

總體來說,1990年之前,我國對厭氧技術(shù)主要是研究和模仿。1990-1995年,由于留學(xué)生歸國及第一批大學(xué)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(xué)及研究院作為黃埔軍校,如清華大學(xué)、農(nóng)業(yè)部成都的沼氣所等,培育及分裂出了一大批環(huán)保公司,厭氧技術(shù)的環(huán)保公司層出不窮的涌現(xiàn)。這時(shí)也有國外的公司進(jìn)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(fā)展,比如帕克公司以厭氧為龍頭,但也做好氧。山東十方環(huán)保之前做厭氧,但現(xiàn)在轉(zhuǎn)型做能源了。以厭氧為主的環(huán)保公司還有天人環(huán)境,以及我們科特環(huán)保,但也都在多元化發(fā)展。

可以說,1998年之后,厭氧反應(yīng)器設(shè)備總量每年約有20%-30%的增長。到2013年,厭氧界的發(fā)展進(jìn)入了“新常態(tài)”,結(jié)束了快速發(fā)展期,由于局部產(chǎn)能過剩等原因厭氧反應(yīng)器的增幅也開始下降。

與國外對比看,在工業(yè)廢水領(lǐng)域目前我國的厭氧技術(shù)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(lǐng)域,我國的淺度厭氧技術(shù)應(yīng)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(shù)的工程實(shí)踐
厭氧的工程實(shí)踐,最早清華大學(xué)做了一批,我們進(jìn)入得還比較晚。但我們一個(gè)一個(gè)行業(yè)地進(jìn)行攻破,現(xiàn)在比較適用厭氧技術(shù)的行業(yè)基本都做過了。

檸檬酸行業(yè)

上世紀(jì)90年代,檸檬酸是我國單化學(xué)物質(zhì)出口最大的行業(yè),也是唯一一個(gè)出口率達(dá)70%的行業(yè),但廢水達(dá)標(biāo)處理一直存在較大問題,被稱為“癌癥行業(yè)”。其實(shí)利用厭氧技術(shù)處理檸檬酸廢水有幾個(gè)優(yōu)勢:一是溫度比較穩(wěn)定;二是可以分流,比如高鹽廢水可以單獨(dú)排放;三是沒有固體,檸檬酸出水是一點(diǎn)固體也沒有。

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

目前來看,檸檬酸行業(yè)是我國第一個(gè)大量產(chǎn)顆粒污泥的。

1999年,我們在黃山的檸檬酸行業(yè)會議上宣布“可以在投資不大,運(yùn)行費(fèi)用和產(chǎn)出基本相當(dāng)?shù)那疤嵯,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(shù)的應(yīng)用挽救了檸檬酸行業(yè)。上世紀(jì)90年代中期,我們檸檬酸廢水處理市場規(guī)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(rèn)為只需要在合適的地方排放就可以。

啤酒行業(yè)

上世紀(jì)90年代早期,我國就開始在啤酒行業(yè)進(jìn)行厭氧技術(shù)的工程實(shí)踐,但做的不夠好。為什么?主要原因是早期啤酒廠不節(jié)水,出水水溫低、COD濃度也低。

如果用厭氧技術(shù),企業(yè)需要加蒸汽保溫,不經(jīng)濟(jì),不如做好氧(1kg COD耗電大約0.3-0.5度)。同時(shí),在1000-3000mg/LCOD中等濃度負(fù)荷下,好氧技術(shù)可以取代厭氧,實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。況且厭氧特別難伺候,濃度越高越容易達(dá)標(biāo),中等濃度反而不容易達(dá)標(biāo),因此早期厭氧技術(shù)在啤酒行業(yè)應(yīng)用并不是特別成功。

到90年代中后期,隨著我們的呼吁及清潔生產(chǎn)的推進(jìn),啤酒行業(yè)發(fā)生了一個(gè)重大改變——節(jié)水。節(jié)水后啤酒廠出水COD濃度可以達(dá)到5000mg/L左右甚至更高,同時(shí)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(chǎn)出更多,熱量產(chǎn)出和投放基本平衡,并略有盈余。厭氧技術(shù)處理啤酒廢水雖然我們不怕固體的進(jìn)入,但需要注意一點(diǎn),就是堿需要單獨(dú)收集,不能進(jìn)入處理段。

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

酒精行業(yè)

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(shù)做了一批酒精廢水的處理。我們也做了一些經(jīng)典工藝,當(dāng)年國內(nèi)酒精的年產(chǎn)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(shù)?我認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)是“兩低兩高一穩(wěn)定”——投資低、運(yùn)行費(fèi)用低、污染物去除率高、沼氣產(chǎn)率高、運(yùn)行穩(wěn)定,同時(shí)不產(chǎn)生更多的污染問題。

項(xiàng)目簡介-某白酒污水處理工程

廢水特點(diǎn):白酒廢水,廢水有機(jī)物濃度高、可生化性高。進(jìn)水 COD 濃度45000mg-48000mg/L。設(shè)計(jì)進(jìn)水量1000-3000 m³。
工程規(guī)模: 10座Φ10*16.5m厭氧塔。

造紙行業(yè)

1995年的時(shí)候我們也做了造紙廢水處理,但因?yàn)闈舛鹊?COD濃度約1000mg/L),水溫低我們放棄了。我個(gè)人認(rèn)為造紙行業(yè)貢獻(xiàn)最大的是帕克環(huán)保,他們在珠三角地區(qū)做了較多的工程實(shí)踐。厭氧技術(shù)在造紙廢水行業(yè)也遇到了一些問題:首先是容易結(jié)石,由于厭氧塔的結(jié)構(gòu)及材料問題,塔內(nèi)特別容易結(jié)碳酸鈣,類似鐘乳石;其次,厭氧塔的價(jià)格貴,做得小,穩(wěn)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(qū),夏天大概需要30天降溫,冬天需要短時(shí)間加溫(如果車間改造的好基本上不需要加溫),珠三角地區(qū)基本上是以降溫為主,加溫為輔。

對于厭氧塔結(jié)石的問題,我們大概用5年的時(shí)間解決了這個(gè)問題。2000年以后,造紙行業(yè)一噸紙產(chǎn)廢水量由90年代的40m³降到了20 m³,現(xiàn)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(yè)大約50%以上采用了厭氧處理技術(shù)。

項(xiàng)目簡介-某紙業(yè)廢水處理工程

廢水特點(diǎn):
造紙廢水,有機(jī)物濃度高,懸浮物含量高,進(jìn)水 COD 濃度5000mg-10000mg/L。設(shè)計(jì)進(jìn)水量2000 m³/d。
工程規(guī)模: 2座10*22.5m高效厭氧塔
投入產(chǎn)出:日產(chǎn)出沼氣4000 m³左右

玉米淀粉行業(yè)

國內(nèi)外進(jìn)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(gè)項(xiàng)目。

但當(dāng)時(shí)也遇到了一些問題,第一個(gè)問題是含有亞硫酸的浸泡水(玉米軟化水)進(jìn)入了污水處理系統(tǒng);第二個(gè)問題是產(chǎn)生了大量的鳥糞石(磷酸銨鎂),系統(tǒng)運(yùn)行得好的確會產(chǎn)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4、5年的時(shí)間解決了這個(gè)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(xiàn)在一噸淀粉僅用1-2噸廢水,節(jié)水的效果使廢水溫度變高,同時(shí)廢水中COD濃度也變高了,COD濃度由2000~3000mg/L變?yōu)?5000~20000mg/L,溫度和濃度的變化更利于厭氧技術(shù)的運(yùn)行和管理,好氧就沒有了競爭力。

近幾年,國內(nèi)厭氧技術(shù)在玉米淀粉廢水行業(yè)的應(yīng)用達(dá)到60%~70%,將來可能還會有所提高,但這個(gè)行業(yè)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(xiàng)目,比如巴西、泰國、非洲、巴基斯坦等。

編外話
國內(nèi)厭氧技術(shù)應(yīng)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(yè)提出來在國內(nèi)做控溫厭氧。

其他行業(yè)

還有一些特殊行業(yè),如制藥廢水。從行業(yè)的發(fā)展看,制藥廢水比較特殊,它要建立在小試、中試基礎(chǔ)上,然后借鑒于其他行業(yè)的厭氧技術(shù)。但厭氧技術(shù)差距不大,可能就在材料及前面的預(yù)處理上有所區(qū)別。

項(xiàng)目簡介-某醫(yī)藥廢水處理工程

廢水特點(diǎn):醫(yī)藥廢水,有機(jī)物含量比較復(fù)雜難降解,進(jìn)水 COD 濃度 3000mg/L 左右。
工程規(guī)模: 設(shè)計(jì)處理水量500 m³/d。新增 Φ9*18m的高效厭氧反應(yīng)器,Φ7*10m 污泥選擇器,改造UASB、好氧池、二沉池等。

談厭氧技術(shù)的發(fā)展和未來
上世紀(jì)90年代中期以后,國內(nèi)的厭氧技術(shù)應(yīng)用發(fā)展很快,一個(gè)個(gè)的行業(yè)進(jìn)行突破,應(yīng)用面迅速擴(kuò)展,從業(yè)人數(shù)也有所增加,但如果單從技術(shù)角度講,厭氧技術(shù)并沒有進(jìn)步而且還有些后退。比如去除負(fù)荷,厭氧技術(shù)可以做到90%的去除率,但現(xiàn)在基本都是70%-85%,在這個(gè)前提下,其單位體積的去除負(fù)荷不但沒有增加反而非?焖俚叵禄

因?yàn)榇蠹易非蟮牟皇羌夹g(shù)水平,而是擴(kuò)展面。目前,只有帕克公司還在堅(jiān)守高負(fù)荷,但高負(fù)荷導(dǎo)致投資成本更高,很多客戶會不認(rèn)。

同時(shí),厭氧技術(shù)的管理水平、自動(dòng)化水平、工藝技術(shù)水準(zhǔn)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(shù)就會被淘汰掉,只有大眾化,在大家都呼吁厭氧的時(shí)候,厭氧才好做,但好做時(shí)大家就一起做,技術(shù)水平參差不齊,這樣技術(shù)平均值就下降了。”

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

誰追求進(jìn)步誰就會后悔——甲方不允許、環(huán)保局不允許、社會不允許,這就是我國的國情。沒有技術(shù)進(jìn)步,將來應(yīng)該會有一大批厭氧環(huán)保企業(yè)倒下去。對于厭氧技術(shù),我們還有另外一個(gè)需求,就是微生物的預(yù)警技術(shù),通過微生物的先期反應(yīng)能提前12-24小時(shí)知道厭氧可能會出現(xiàn)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(shù)將是厭氧技術(shù)的又一次革命。同時(shí),我們還有個(gè)需求,就是微生物的預(yù)警技術(shù),通過微生物的先期反映能提前12-24小時(shí)知道厭氧可能會出現(xiàn)什么問題,希望有人來做這方面的研究。

對于未來的產(chǎn)品,我們一方面準(zhǔn)備做材料技術(shù)革新,從更低成本著手;一方面做系統(tǒng)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(shù)進(jìn)步,厭氧反應(yīng)器的類型由簡趨繁,未來預(yù)計(jì)會再回歸到相對簡單的結(jié)構(gòu),在目前的中高等負(fù)荷下,已經(jīng)可以達(dá)到去除效果。