精細(xì)化工廢水UASB處理技術(shù)
精細(xì)化工與我們的生活息息相關(guān)，影響著我們的衣食住行，是當(dāng)今化工行業(yè)主要的創(chuàng)新源動力。然而，精細(xì)化工在生產(chǎn)過程中會使用各類化工原料及溶劑，加上其產(chǎn)品附加值較高，合成路線較為繁瑣，因此其會產(chǎn)生大量含有多種污染物種類的廢水。而且，精細(xì)化工廢水具有COD濃度高、毒性大、可生化性差及水質(zhì)不穩(wěn)等特點(diǎn)，如果不處理排放，會給環(huán)境及人類健康帶來嚴(yán)重的破壞。上流式厭氧生物反應(yīng)器(UASB)具有工藝結(jié)構(gòu)緊湊、厭氧污泥濃度高、處理能力大、無混合攪拌設(shè)備、水力停留時間短、抗沖擊效果好等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合企業(yè)實(shí)際工況，本研究采用UASB處理工藝處理某精細(xì)化工企業(yè)擴(kuò)產(chǎn)后的廢水。
1、試驗(yàn)材料與方法
1.1 試驗(yàn)用水
選擇某精細(xì)化工企業(yè)廢水預(yù)處理后的混合水樣為研究對象，其水質(zhì)指標(biāo)，如表1所示。
1.2 主要儀器與設(shè)備
1)電子天平，MS104TS。
2)氣流烘干器，HG-3。
3)pH計(jì)，雷磁pHSJ-4F。
4)鼓風(fēng)干燥箱，DHG-9203A。
5)紫外分光光度計(jì)，UV1902PC。
6)恒流泵，LABV6。
7)恒溫水浴鍋，HH-4。
8)磁力加熱攢拌器，HWCL-3。
9)加熱器，WLD15S。
1.3 測定方法(見表2)
1.4 UASB試驗(yàn)裝置
UASB試驗(yàn)裝置分為三大部分，分別為頂部、中間和底部。其中，位于頂部的三相分離器把氣體、固體、液體三者進(jìn)行有效的分類，是整個UASB裝置最核心及最至關(guān)重要的部件?？梢哉f，只有具備了三相分離器這個核心部件才能稱得上是UASB，才能保證UASB正常運(yùn)行。
本次試驗(yàn)裝置UASB反應(yīng)器主要采用有機(jī)玻璃制作而成，裝置高1.2m，直徑50mm(外徑)，總?cè)莘e約8L。考慮到反應(yīng)溫度對試驗(yàn)影響較大，對裝置外部的筒體進(jìn)行了保溫。另外，為防止后期甲烷氣體產(chǎn)生較多，可能導(dǎo)致危險，對其設(shè)置了收集裝置。本試驗(yàn)流程裝置，如圖1所示。
2、UASB反應(yīng)啟動裝置及試驗(yàn)運(yùn)行
UASB反應(yīng)裝置的啟動過程分初次啟動和再次啟動。其中，初次啟動主要是對接種的污泥進(jìn)行培養(yǎng)、馴化，再次啟動主要是縮短UASB反應(yīng)裝置整體啟動時間。根據(jù)研究及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，UASB反應(yīng)啟動需注意以下六點(diǎn):1)保持反應(yīng)器內(nèi)pH在6～8，促使甲烷菌生成。2)為防止馴化失敗，需對過高COD的進(jìn)水進(jìn)行稀釋。3)啟動時應(yīng)先提高廢水有機(jī)負(fù)荷，之后再逐步提高水力負(fù)荷。4)對懸浮物過高的廢水，應(yīng)該采取沉降、氣浮等預(yù)處理手段降低懸浮物的含量。5)控制進(jìn)水濃度在500mg/L～1000mg/L。6)不采用循環(huán)污泥，剩余污泥不再進(jìn)入UASB反應(yīng)器。另外，本試驗(yàn)UASB反應(yīng)啟動裝置也應(yīng)注意。
2.1 啟動方案
污泥的培養(yǎng)和馴化一般有同步法和異步法兩種方法。通過對比兩種方法的優(yōu)劣，結(jié)合具體情況，本試驗(yàn)選擇采用加入適量廢水，讓細(xì)菌在繁殖生長中同步適應(yīng)廢水的同步法。而且在試驗(yàn)初期，為了能夠讓顆類污泥更有效率的形成，需要對裝置進(jìn)行一定的控制，控制參數(shù)及措施，如表3所示。
2.2 污泥接種運(yùn)行
通過對UASB反應(yīng)裝置處理該企業(yè)精細(xì)化工廢水的試運(yùn)行可得:
1)污泥接種初期(0d～30d)。在污泥接種初期，UASB裝置中幾乎沒有氣體產(chǎn)生，COD的去除效率不高，低于50%，且出水COD不穩(wěn)定?？赡苁怯捎谖勰嘟臃N初期微生物對底物需要有一個適應(yīng)過程，大多數(shù)微生物還未適應(yīng)環(huán)境條件，因此達(dá)不到正常新陳代謝水平，不能發(fā)揮應(yīng)有作用。
2)接種污泥形成期(31d～60d)。在此階段，厭氧細(xì)菌得到了有效的生長和繁殖，并有少量的氣體產(chǎn)生，COD去除率不斷提高，可達(dá)60%～70%，且出水COD逐漸穩(wěn)定?？赡苁怯捎谖勰嘟?jīng)過上一個階段的馴化過后，體系內(nèi)的顆類較小和沉降性能較差的污泥基本被淘汰，厭氧細(xì)菌得到了有效的生長和繁殖，其通過正常的生長代謝不斷分解并降低COD。
3)接種污泥成熟期(61d～94d)。在接種污泥成熟期內(nèi)的第80天，在廢水中原有的及由產(chǎn)酸菌產(chǎn)生的VFA合并分解作用下，COD的去除效率較高，可達(dá)到75%～85%，且出水COD已基本穩(wěn)定?？赡苁怯捎谖勰嘟?jīng)過前兩個階段的不斷馴化及生長繁殖，體系中產(chǎn)甲烷的細(xì)菌和產(chǎn)乙酸的細(xì)菌達(dá)到一種平衡狀態(tài)，而在這種狀態(tài)下，對廢水的處理效果最好。
2.3 影響COD去除的因素分析
在試驗(yàn)期間，對影響COD去除的因素進(jìn)行了研究，結(jié)果如下。
1)水力停留時間(HRT)。
本試驗(yàn)考察了HRT為12h、18h、24h、30h、36h時COD的去除率。結(jié)果表明，初期的12h，COD去除率較低，約為60%。當(dāng)HRT從12h增加到24h，COD去除率上升較快，升至75%。之后，隨著HRT的不斷增大，COD去除率變化不大。可能是因?yàn)楫?dāng)水力停留時間較短，污染物與活性污泥接觸不充分，甲烷化還沒有完成，因此COD去除率較低?？紤]到時間效率，綜合各種因素，確定最佳水力停留時間HRT為24h。
2)溫度。
本試驗(yàn)考察了溫度為20℃、30℃、35℃、40℃時COD的去除率。結(jié)果表明，在20℃～35℃，COD的去除率隨溫度的升高而逐漸增大，之后變化不明顯?？赡苁且?yàn)槲覀冄芯康氖侵袦貐^(qū)域的厭氧細(xì)菌，溫度太低厭氧細(xì)菌處于凝膠狀態(tài)，失去活性，溫度升至35℃時，此時反應(yīng)內(nèi)產(chǎn)酸菌和甲烷菌相對平衡，系統(tǒng)有效運(yùn)行，COD去除率約75%。因此，最終確定最適溫度為35℃。
3)堿度。
本試驗(yàn)考察了堿度為500、800、1100、1400、1700、2000mg/L時COD的去除率。結(jié)果表明，COD的去除率隨堿度的升高呈“凸”型拋物線形狀，堿度在1100mg/L時，COD去除率最大，約為75%?？赡苁且?yàn)閴A度較低時，不僅甲烷菌的生長受到了抑制，產(chǎn)甲烷菌和產(chǎn)酸菌比例失衡，而且會因緩沖能力不夠而使反應(yīng)器內(nèi)消化液的數(shù)值偏低，因此COD去除率較低。而堿度較高時，pH值也同步升高，不利于產(chǎn)酸菌的生長，進(jìn)而得體系失衡，影響去除率。因此，確定最佳堿度為1100mg/L。
4)pH值。
本試驗(yàn)考察了pH值為6、6.5、7、7.5、8時COD的去除率。結(jié)果表明，COD的去除率隨pH值的升高也呈“凸”型拋物線形狀，pH值在7時，COD去除率最大，約為75%?？赡苁且?yàn)閜H值的變化會影響體系內(nèi)的微生物生長環(huán)境，進(jìn)而影響生物酶的活性，導(dǎo)致微生物細(xì)胞內(nèi)的代謝發(fā)生異常，造成COD去除率較低。由于pH值為7～8時，拋物線右端較高緩，因此，選擇最適宜的pH值是7～8。
3、工程運(yùn)行結(jié)果
本次試驗(yàn)結(jié)束之后，經(jīng)過調(diào)試后，最佳運(yùn)行參數(shù)條件為水力停留時間(HRT)為24h，溫度為35℃，堿度為1100mg/L，pH值在7～8時，體系正常運(yùn)行，UASB運(yùn)行后COD去除率保持70%以上，平均74.3%，且好氧出水COD皆在300mg/L(國家廢水排放標(biāo)準(zhǔn))以下，可以達(dá)標(biāo)排放。
4、結(jié)論
本試驗(yàn)在某精細(xì)化工企業(yè)原有工藝基礎(chǔ)上采用UASB工藝，得出如下結(jié)論:
1)找出的最佳參數(shù)條件是水力停留時間(HRT)為24h，溫度為35℃，堿度為1100mg/L，pH值在7～8。
2)本試驗(yàn)構(gòu)建的UASB工藝，出水COD<300mg/L(國家廢水排放標(biāo)準(zhǔn))，可以達(dá)標(biāo)排放。
3)本試驗(yàn)可靠，可以進(jìn)一步實(shí)踐研究及推廣運(yùn)行。(來源：山西省長治市環(huán)境監(jiān)測站)