摘要：采用UASB反應(yīng)器處理甲苯氧化廢水，接種顆粒污泥，當(dāng)進(jìn)水p(COD)為6 000 mg/L，運行負(fù)荷(以COD計)為6 kg/(m�！�d)時，COD去除率達(dá)到84Z左右，出水p(COD)為853～985mg/L，其適宜的運行條件為進(jìn)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(fù)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(guān)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(jī)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(jìn)行處理，不僅增加了廢水處理站的進(jìn)水COD負(fù)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(jìn)行預(yù)處理后，再送入廢水處理站進(jìn)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(dá)標(biāo)排放。

對于高濃度有機(jī)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(fù)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(yīng)用，目前應(yīng)用最成熟的厭氧反應(yīng)器是UASB反應(yīng)器[3-4]。厭氧生物技術(shù)在石油化工廢水處理方面的應(yīng)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(jìn)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(yīng)器進(jìn)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(shè)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(yīng)器，由有機(jī)玻璃管制成，容積為3．2 L，總高1 150 mm，反應(yīng)區(qū)直徑為52mm，高1 000 mm。反應(yīng)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。

1．2 試驗用水

試驗用水取自石家莊化纖有限責(zé)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。

1．3 接種污泥

UASB反應(yīng)器接種污泥取自處理淀粉廢水的UASB反應(yīng)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(fù)荷提高階段。

第1階段：啟動階段(第1-40運行Et)厭氧反應(yīng)器的啟動階段主要是使接種污泥經(jīng)過培養(yǎng)馴化適應(yīng)廢水水質(zhì)，并達(dá)到一定的容積負(fù)荷和凈化效果。

啟動初期采用低濃度連續(xù)進(jìn)水方式。厭氧反應(yīng)器的啟動容積負(fù)荷(以COD計，下同)為2．0 kg/(m3·d)左右，調(diào)節(jié)后反應(yīng)器進(jìn)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(jìn)水ID(COD)提高到3 000 mg/L左右，控制容積負(fù)荷不變。調(diào)整負(fù)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(dá)到95 以上。反應(yīng)器啟動成功。

第2階段：負(fù)荷提高階段(第41—108運行Et)進(jìn)一步提高進(jìn)水p(COD)到4 000 mg/L左右，通過調(diào)節(jié)進(jìn)水量將反應(yīng)器的容積負(fù)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(jìn)水p(COD)提高到5 000 mg/L左右，控制負(fù)荷不變。運行了20 d，反應(yīng)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�，反應(yīng)器負(fù)荷還有較大的提升空間。

在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高反應(yīng)器負(fù)荷，考察厭氧反應(yīng)器的運行效果。將進(jìn)水p(COD)提高到6 000mg/L左右，負(fù)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(fù)荷提高到7．0kg/(m3·d)左右，進(jìn)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(yīng)器試驗結(jié)果見圖2。

2．2 結(jié)果分析

1)污泥床的運行狀態(tài)對厭氧消化的影響啟動期反應(yīng)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(jìn)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(jìn)水量控制反應(yīng)器的容積負(fù)荷，取得了較好的效果，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。在負(fù)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(yīng)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)容積負(fù)荷對反應(yīng)器運行效果的影響

容積負(fù)荷是厭氧反應(yīng)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(guān)系。當(dāng)反應(yīng)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(yīng)器的容積負(fù)荷必須控制在一定的限度，才可保證反應(yīng)器正常運行，否則將引起反應(yīng)器運行惡化。反應(yīng)器容積負(fù)荷與COD去除率的關(guān)系見圖3。

從圖3可以看出，第1次調(diào)負(fù)荷在啟動階段結(jié)束時，進(jìn)水p(COD)由3 000 mg/L提高到4 000mg/L，負(fù)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(fù)荷在負(fù)荷提高階段，進(jìn)水p(COD)由5 000 mg/L提高到6 000 mg/L，負(fù)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(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力和相對穩(wěn)定的去除率，具有進(jìn)一步提高負(fù)荷的潛力。第3次調(diào)負(fù)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(fù)荷。

3)水力停留時間(HRT)對反應(yīng)器運行效果的影響

本實驗采用低濃度進(jìn)水方式啟動，反應(yīng)器的容積負(fù)荷提高依靠增大進(jìn)水量來實現(xiàn)，亦即縮短廢水的HRT 來實現(xiàn)。試驗期間反應(yīng)器容積負(fù)荷與HRT的關(guān)系見圖4。

圖3和圖4顯示：反應(yīng)器HRT由啟動階段的37 h降至24 h，容積負(fù)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(yīng)器運行效果影響很大。

4)堿度和pH值對厭氧消化的影響

在厭氧體系中，堿度表明了反應(yīng)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�？梢�，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(yīng)器的正常啟動，防止系統(tǒng)酸敗，在啟動時厭氧進(jìn)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(jī)弱酸，易被生物降解，生成堿度，故在負(fù)荷提高階段控制進(jìn)水pH 值在5．0～6．0，出水pH值可達(dá)到7．4～7．6，而且凈化效率很高。這說明系統(tǒng)具備較強(qiáng)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(yīng)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(dāng)反應(yīng)器容積負(fù)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(yīng)器中甲苯濃度增加到一定值時會影響反應(yīng)器的凈化效果。從負(fù)荷提高階段的運行效果來看，反應(yīng)器每次以2．0 kg/(m3·d)左右提高容積負(fù)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�？梢姺磻�(yīng)器內(nèi)微生物的活性較高，微生物群體分布合理，具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)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(yīng)器處理甲苯氧化生產(chǎn)廢水是可行的。反應(yīng)器接種顆粒污泥，當(dāng)進(jìn)水p(COD)為6 000 mg/L，容積負(fù)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(yīng)器處理甲苯氧化生產(chǎn)廢水的較適宜運行條件如下：進(jìn)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(fù)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。

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