【污水處理工藝】UASB處理甲苯氧化廢水試驗研究
摘要：采用UASB反應器處理甲苯氧化廢水，接種顆粒污泥，當進水p(COD)為6 000 mg/L，運行負荷(以COD計)為6 kg/(m。·d)時，COD去除率達到84Z左右，出水p(COD)為853～985mg/L，其適宜的運行條件為進水pH值為5～6，p(COD)為5 000~6 000 mg/L，水力停留時間為24 h，容積負荷(以COD計)為5～6 kg/(m ·d)。通過對污泥的培養(yǎng)馴化和合理的運行方式，甲苯對厭氧消化的抑制影響可以得到很好的控制。
關鍵詞：UASB；顆粒污泥；甲苯氧化；廢水處理
在己內(nèi)酰胺生產(chǎn)過程中，甲苯氧化單元生產(chǎn)苯甲酸時會排放一股高濃度生產(chǎn)廢水，主要污染物為甲酸、乙酸和少量的甲苯、苯甲酸，COD質(zhì)量濃度在40 000 mg/L左右，治理難度較大，屬難降解高濃度有機廢水[1-2]。目前企業(yè)將這部分廢水送入現(xiàn)有廢水處理站進行處理，不僅增加了廢水處理站的進水COD負荷，使廢水的處理成本增加，而且對廢水處理站造成沖擊，影響其正常運行。為此，擬對甲苯氧化生產(chǎn)廢水進行預處理后，再送入廢水處理站進一步處理，以減輕廢水處理站的壓力，確保全廠廢水實現(xiàn)穩(wěn)定達標排放。
對于高濃度有機廢水處理而言，厭氧生物技術(shù)是最為理想的選擇，與好氧生物技術(shù)及其他技術(shù)相比，具有容積負荷高、凈化效率高、能耗低、污泥產(chǎn)量少和可回收清潔能源—— 沼氣等優(yōu)點，在國外得到廣泛的應用，目前應用最成熟的厭氧反應器是UASB反應器[3-4]。厭氧生物技術(shù)在石油化工廢水處理方面的應用較少[5-6]。從甲苯氧化生產(chǎn)廢水水質(zhì)來看，該廢水適宜采用厭氧工藝進行處理，但廢水中的甲苯會對厭氧消化產(chǎn)生一定的抑制影響[2]。本研究以甲苯氧化裝置排放的生產(chǎn)廢水為研究對象，采用接種顆粒污泥UASB反應器進行厭氧消化處理試驗，考察廢水厭氧生物處理可行性，并確定其最佳的運行控制參數(shù)，為該廢水處理的工程設計提供依據(jù)。
1 試驗材料及方法
1．1 試驗裝置
試驗采用自制UASB反應器，由有機玻璃管制成，容積為3．2 L，總高1 150 mm，反應區(qū)直徑為52mm，高1 000 mm。反應器置于保溫箱內(nèi)，用電加熱，溫度控制在(35士1)℃ 。試驗裝置見圖1。
試驗用水取自石家莊化纖有限責任公司己內(nèi)酰胺生產(chǎn)過程中甲苯氧化裝置排放的生產(chǎn)廢水，其水質(zhì)pH值為1．9～2．1，ID(COD)為39 000～42 000mg/L，調(diào)節(jié)水質(zhì)后作為試驗用水。1．2 試驗用水
1．3 接種污泥
UASB反應器接種污泥取自處理淀粉廢水的UASB反應器中的顆粒污泥，污泥的P(VSS)/ID(SS)一0．75，污泥接種量(以VSS 計)為22．3 g/L。
1．4 分析方法
pH值：采用pHS一2型酸度計[7] ；COD：重鉻酸鉀法[7]。
2 試驗結(jié)果及分析
2．1 試驗結(jié)果
試驗運行過程可分為啟動階段和負荷提高階段。
第1階段：啟動階段(第1-40運行Et)厭氧反應器的啟動階段主要是使接種污泥經(jīng)過培養(yǎng)馴化適應廢水水質(zhì)，并達到一定的容積負荷和凈化效果。
啟動初期采用低濃度連續(xù)進水方式。厭氧反應器的啟動容積負荷(以COD計，下同)為2．0 kg/(m3·d)左右，調(diào)節(jié)后反應器進水水質(zhì)pH 值為7．5～8．0，p(COD)為1 921～2 105 mg/L。經(jīng)過20d的運行，出水p(COD)由501 mg/L降至96 mg/L左右，COD去除率由最初的74．3 提高到94．9 9/5以上。隨后調(diào)整運行方式，將進水ID(COD)提高到3 000 mg/L左右，控制容積負荷不變。調(diào)整負荷初期COD去除率下降到80%左右，經(jīng)過20 d的運行，出水p(COD)降至150 mg/L左右，COD去除率達到95 以上。反應器啟動成功。
第2階段：負荷提高階段(第41—108運行Et)進一步提高進水p(COD)到4 000 mg/L左右，通過調(diào)節(jié)進水量將反應器的容積負荷提高到4．0kg/(m3·d)左右，又經(jīng)過20 d的運行，出水p(COD)由702 mg/L降低至317mg/L左右，COD去除率由最初的82．4 9/6迅速提高到92 9/6以上。隨后將進水p(COD)提高到5 000 mg/L左右，控制負荷不變。運行了20 d，反應器出水p(COD)在462～541 mg/L之間，COD去除率仍維持在90％ 左右，系統(tǒng)運行穩(wěn)定?？梢姡磻髫摵蛇€有較大的提升空間。
在此基礎上進一步提高反應器負荷，考察厭氧反應器的運行效果。將進水p(COD)提高到6 000mg/L左右，負荷提高到6．0 kg/(m3·d)左右，又運行了20 d，出水p(COD)為853～985 mg/L，COD去除率降到84 9/6左右。隨后將容積負荷提高到7．0kg/(m3·d)左右，進水p(COD)提高到7 000 mg/L左右，運行8 d，系統(tǒng)COD去除率從84%下降到65%，停止試驗。
厭氧反應器試驗結(jié)果見圖2。
1)污泥床的運行狀態(tài)對厭氧消化的影響啟動期反應器上水流速度小、產(chǎn)氣量小，污泥床層與廢水不能得到有效接觸，容易產(chǎn)生短流和污泥脫節(jié)現(xiàn)象。為克服上述不足，啟動階段采用低濃度連續(xù)進水方式，通過較大的水流速度攪拌污泥床層，并通過調(diào)節(jié)進水量控制反應器的容積負荷，取得了較好的效果，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。在負荷提高階段，產(chǎn)氣量較大，通過氣流攪拌和水力攪拌的共同作用，顆粒污泥在反應器內(nèi)呈懸浮狀態(tài)，保證了污泥與廢水的充分接觸，為系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了保障。2．2 結(jié)果分析
2)容積負荷對反應器運行效果的影響
容積負荷是厭氧反應器運行過程中最主要的控制參數(shù)，它直接反映了基質(zhì)與微生物之間的平衡關系。當反應器擁有的污泥濃度和生物活性一定時，要想得到一定的COD去除率，反應器的容積負荷必須控制在一定的限度，才可保證反應器正常運行，否則將引起反應器運行惡化。反應器容積負荷與COD去除率的關系見圖3。
3)水力停留時間(HRT)對反應器運行效果的影響從圖3可以看出，第1次調(diào)負荷在啟動階段結(jié)束時，進水p(COD)由3 000 mg/L提高到4 000mg/L，負荷由2．0 kg/(m3·d)突然增加1倍提高到4．0 kg/(m。·d)，COD去除率由95％ 降低至82．4%，之后4～5 d迅速提高并穩(wěn)定在92 9/6以上。第2次調(diào)負荷在負荷提高階段，進水p(COD)由5 000 mg/L提高到6 000 mg/L，負荷由4．0 kg/(m3·d)一下提高到6．0 kg/(m。·d)，COD去除率由90%降低至84%左右，并很快穩(wěn)定。這說明系統(tǒng)能保持較強的耐沖擊負荷能力和相對穩(wěn)定的去除率，具有進一步提高負荷的潛力。第3次調(diào)負荷到7．0 kg/(m3·d)左右，運行8 d，系統(tǒng)COD去除率從84%下降到65%，說明系統(tǒng)不能再提高容積負荷。
本實驗采用低濃度進水方式啟動，反應器的容積負荷提高依靠增大進水量來實現(xiàn)，亦即縮短廢水的HRT 來實現(xiàn)。試驗期間反應器容積負荷與HRT的關系見圖4。
4)堿度和pH值對厭氧消化的影響圖3和圖4顯示：反應器HRT由啟動階段的37 h降至24 h，容積負荷由2．0 kg/(m3·d)左右提高到了6．0 kg/(m ·d)左右，COD去除率由95％降至84％ 。說明HRT的長短對反應器運行效果影響很大。
在厭氧體系中，堿度表明了反應體系的緩沖能力。如堿度越低，體系的緩沖能力越小，揮發(fā)性脂肪酸(VFA)的變化對體系的pH 值影響則較大。可見，足夠的堿度是維持厭氧體系pH值基本穩(wěn)定的保證。
由于試驗用水的pH值在2．0左右，為保證反應器的正常啟動，防止系統(tǒng)酸敗，在啟動時厭氧進水用Na2CO3調(diào)整pH 值為7．5～8．0。由于該廢水中主要污染物為小分子有機弱酸，易被生物降解，生成堿度，故在負荷提高階段控制進水pH 值在5．0～6．0，出水pH值可達到7．4～7．6，而且凈化效率很高。這說明系統(tǒng)具備較強的緩沖能力，主要原因在于系統(tǒng)有CO；一和HCO{以及HAC和AC一構(gòu)成的2個緩沖體系，使厭氧反應器能在一個穩(wěn)定的堿度和pH值條件下運行，從而保證系統(tǒng)具有較穩(wěn)定的凈化效果。
5)甲苯對厭氧消化的影響
從廢水水質(zhì)分析，廢水中主要污染物為醋酸等弱酸，可生化性較好，但廢水中少量的甲苯對厭氧消化有一定的抑制作用。從試驗結(jié)果可以看出，當反應器容積負荷提高到7．0 kg/(m3·d)左右，系統(tǒng)COD去除率有明顯下降趨勢，說明反應器中甲苯濃度增加到一定值時會影響反應器的凈化效果。從負荷提高階段的運行效果來看，反應器每次以2．0 kg/(m3·d)左右提高容積負荷時，系統(tǒng)的凈化效率有一個短期的下降，運行4—5 d后就能穩(wěn)定在一個較高的凈化水平。可見反應器內(nèi)微生物的活性較高，微生物群體分布合理，具有較強的抗沖擊負荷能力。說明通過安排合理的運行方式，可以使污泥得到有效的培養(yǎng)馴化，基本可以消除甲苯對厭氧消化的抑制影響。
3 結(jié) 論
1)采用UASB反應器處理甲苯氧化生產(chǎn)廢水是可行的。反應器接種顆粒污泥，當進水p(COD)為6 000 mg/L，容積負荷為6．0 kg/(m ·d)時，COD去除率約為84％ ，出水P(COD)在853～985mg/L之間。
2)采用UASB反應器處理甲苯氧化生產(chǎn)廢水的較適宜運行條件如下：進水pH 值為5～6，p(COD)為5 000 6 000 mg/L，水力停留時間為24h，容積負荷為5．0～6．0 kg/(m3·d)。
3)厭氧動態(tài)試驗表明廢水中甲苯對厭氧消化會產(chǎn)生一定的抑制影響，但通過對污泥的培養(yǎng)馴化以及合理的運行方式，甲苯對厭氧消化的抑制影響可以得到很好的控制。
此文【污水處理工藝】UASB處理甲苯氧化廢水試驗研究關鍵詞：污水處理工藝,污水處理,污水處理公司,污水治理,UASB處理甲苯氧化廢水試驗研究
