近年來(lái)，工業(yè)廢水的排放量大幅上升，同時(shí)其濃度也是越來(lái)越高，高濃度的工業(yè)廢水處理成為難題。這些高濃度工業(yè)廢水主要來(lái)自造紙、制藥、金屬表面處理、紡織印染、石化等重污染行業(yè)，含有大量難降解或無(wú)法降解物質(zhì)以及有害有毒物質(zhì)�；谠摫尘皩�(duì)高濃度工業(yè)廢水的處理問(wèn)題進(jìn)行研究。目前應(yīng)用較多的方法可以分為物理方法、化學(xué)方法以及生物方法。在最近幾十年，由于生物處理法發(fā)展得更加成熟，并且具備環(huán)保特性，使其得到了廣泛的應(yīng)用，在各國(guó)的防治水污染工作中都起到了很大作用。其中兩相厭氧法是一種新出現(xiàn)的生物處理法，能夠達(dá)到很好的工業(yè)廢水處理效果，因此基于兩相厭氧法進(jìn)行高濃度工業(yè)廢水處理的研究。
1、試驗(yàn)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)材料
1.1 試驗(yàn)材料
試驗(yàn)中，選擇某化工產(chǎn)品生產(chǎn)公司的高濃度工業(yè)廢水作為試驗(yàn)材料。在該公司的廢水綜合排放口取得一定試驗(yàn)高濃度工業(yè)廢水，其中包括沖洗廢水、回收殘液、母液類(lèi)等多種廢水。取得的試驗(yàn)高濃度工業(yè)廢水中含有各種副反應(yīng)產(chǎn)物、反應(yīng)物產(chǎn)品及原料，具有毒性大、色度深、可生化性差、COD值高等特征。
1.2 試驗(yàn)設(shè)備及儀器
在試驗(yàn)中，使用的設(shè)備及儀器包括顯微鏡、電磁攪拌器等，具體如下。
型號(hào)為FVJ3456TS，生產(chǎn)廠(chǎng)家為加德泵業(yè)生產(chǎn)有限公司的計(jì)量補(bǔ)液泵；型號(hào)為AFQ－4414Q，生產(chǎn)廠(chǎng)家為海樹(shù)精密儀器生產(chǎn)有限公司的顯微鏡；型號(hào)為CＲD2345，生產(chǎn)廠(chǎng)家為海樹(shù)精密儀器生產(chǎn)有限公司的電磁攪拌器；型號(hào)為DWEQ32－4566，生產(chǎn)廠(chǎng)家為加特電爐生產(chǎn)廠(chǎng)的管式電阻爐；型號(hào)為EＲGVV－34，生產(chǎn)廠(chǎng)家為天緣精密儀器生產(chǎn)廠(chǎng)的恒溫電熱鼓風(fēng)干燥箱；型號(hào)為ＲFWＲF－23，生產(chǎn)廠(chǎng)家為精科儀器制造廠(chǎng)的分析天平。
1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
1.3.1 試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置由三部分構(gòu)成，包括產(chǎn)甲烷反應(yīng)器、中間調(diào)節(jié)池、產(chǎn)酸反應(yīng)器。其中產(chǎn)甲烷反應(yīng)器與產(chǎn)酸反應(yīng)器分別設(shè)計(jì)成UASB反應(yīng)器與CSTＲ反應(yīng)器。試驗(yàn)裝置整體設(shè)計(jì)具體見(jiàn)圖1。
其中CSTＲ反應(yīng)器的設(shè)計(jì)具體如下：
(1)配置加熱裝置；
(2)設(shè)置了四個(gè)取樣口，直徑為5mm；
(3)底部錐形進(jìn)水結(jié)構(gòu)的高是125mm，錐度是45度；
(4)設(shè)置的出流方式包括回流口與出水口兩種；
(5)沉降區(qū)容積設(shè)計(jì)為19.8L，高設(shè)為300mm，內(nèi)徑設(shè)為290mm；
(6)反應(yīng)區(qū)容積設(shè)計(jì)為39.7L，高設(shè)為1260mm，內(nèi)徑設(shè)為190mm；
(7)反應(yīng)器有效容積設(shè)計(jì)為56.2L，總?cè)莘e設(shè)計(jì)為59.5L；
(8)總高設(shè)為1560mm；
(9)材料使用PVC聚氯乙烯。
中間調(diào)節(jié)池設(shè)計(jì)為一個(gè)柱狀沉淀池，為其設(shè)計(jì)一個(gè)錐形底部，其錐高設(shè)為260mm，總高設(shè)為610mm，內(nèi)徑設(shè)為240mm。將進(jìn)水管伸到池底部，在頂部對(duì)加藥口進(jìn)行設(shè)置，并在錐底對(duì)污泥排放口進(jìn)行鋪設(shè)。
UASB反應(yīng)器的設(shè)計(jì)具體如下：
(1)為反應(yīng)器配置加熱裝置和攪拌裝置；
(2)在底部側(cè)面設(shè)置污泥回流口，頂部設(shè)置排氣口，在距底部150mm處對(duì)采樣口進(jìn)行設(shè)置，距底部50mm處對(duì)進(jìn)水口進(jìn)行設(shè)置；
(3)材料選擇有機(jī)玻璃；
(4)有效容積設(shè)計(jì)為15.2L；
(5)總?cè)莘e設(shè)計(jì)為19.5L；
(6)總高設(shè)為450mm；
(7)反應(yīng)器內(nèi)徑設(shè)為240mm。
在設(shè)計(jì)的試驗(yàn)裝置中，對(duì)于產(chǎn)酸反應(yīng)器來(lái)說(shuō)，在配水槽中進(jìn)行進(jìn)水取樣，在出水口處進(jìn)行出水采樣；對(duì)于產(chǎn)甲烷反應(yīng)器來(lái)說(shuō)，在回流槽中進(jìn)行進(jìn)水取樣，在出水槽進(jìn)行出水采樣；取樣污泥樣品則在所需反應(yīng)器的對(duì)應(yīng)采樣口處進(jìn)行。
1.3.2 分析項(xiàng)目
試驗(yàn)中的分析項(xiàng)目包括污泥形態(tài)、污泥微生物量、VFA、COD、進(jìn)出水pH值等。分析項(xiàng)目的具體分析方法見(jiàn)表1。
其中VSS即揮發(fā)性懸浮固體的分析方法具體如下：對(duì)定量濾紙進(jìn)行干燥處理直至恒重。洗滌瓷坩鍋，在馬弗爐中對(duì)瓷坩鍋中的樣品進(jìn)行一小時(shí)的灼燒，溫度控制在600℃。當(dāng)爐內(nèi)降溫到100℃時(shí)，將瓷坩鍋取出并在干燥器內(nèi)冷卻，冷卻后稱(chēng)重。在瓷坩鍋中取出適量均勻水樣，體積為毫升，利用濾紙進(jìn)行過(guò)濾。干燥后燃燒并放在瓷坩鍋中灼燒。灼燒后當(dāng)降溫到100℃時(shí)，將瓷坩鍋取出并在干燥器內(nèi)冷卻，冷卻后稱(chēng)重。
通過(guò)下式計(jì)算VSS的含量及灰分含量：
上式中a表示濾紙重量；c代表濾紙和懸浮物重量；W表示灰分重量；b代表坩堝重量；d表示灰分和坩堝重量。
SS即混合液總懸浮物的分析方法具體如下：在烘箱中對(duì)中速定量濾紙進(jìn)行烘干，溫度設(shè)定為102℃～105℃，烘干時(shí)間設(shè)定為兩小時(shí)。完成烘干后冷卻并稱(chēng)重直到恒重。取適量均勻水樣，利用濾紙進(jìn)行過(guò)濾。在烘箱中對(duì)濾紙及上面的沉淀物進(jìn)行兩個(gè)小時(shí)的烘干處理，溫度設(shè)定為103℃～105℃。冷卻后進(jìn)行稱(chēng)重。
通過(guò)下式進(jìn)行SS含量的計(jì)算：
在VFA即揮發(fā)性脂肪酸的分析中，使用的試劑為乙二醇、酸性氯化鐵試劑、硫酸羥胺溶液(10%)、氫氧化鈉(4.5mol/L)、1∶1硫酸。測(cè)定分為兩個(gè)步驟，首先配制乙酸標(biāo)準(zhǔn)液并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，接著對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)定。
COD的分析中，使用的試劑為標(biāo)準(zhǔn)COD溶液、粉末硫酸汞、標(biāo)準(zhǔn)重鉻酸鉀溶液、硫酸銀溶液(5g)、濃硫酸(500ml)。在實(shí)驗(yàn)中對(duì)替代試劑進(jìn)行自制，通過(guò)HACH－COD測(cè)定儀進(jìn)行密封加熱，使用直讀光度計(jì)程序?qū)?/span>COD進(jìn)行測(cè)定。
1.4 污泥接種
將好氧剩余污泥當(dāng)做接種污泥，由于其中含有絮凝劑，實(shí)施一周左右的曝氣培養(yǎng)。為使污泥達(dá)到初步適應(yīng)狀態(tài)，加入少量廢水。
在污泥接種中，Ｒ1(產(chǎn)甲烷反應(yīng)器)污泥接種量是9L，污泥床可達(dá)到250mm的高度，污泥在反應(yīng)器中占據(jù)60%的體積。在接種后，平均反應(yīng)器污泥濃度約為21g·SS/L。Ｒ2(產(chǎn)酸反應(yīng)器)污泥接種量是28L，污泥床可達(dá)到700mm的高度，在反應(yīng)器中占據(jù)70%的體積。在接種后，平均反應(yīng)器污泥濃度約為23g·SS/L。
1.5 厭氧反應(yīng)器啟動(dòng)
首先實(shí)施產(chǎn)甲烷反應(yīng)器和產(chǎn)酸反應(yīng)器的氣密性試驗(yàn)，以順利進(jìn)行厭氧污泥接種。檢測(cè)氣密性的方法具體如下：將二者分別連接蠕動(dòng)泵，將自來(lái)水當(dāng)做進(jìn)水并連續(xù)進(jìn)水。當(dāng)反應(yīng)器中充滿(mǎn)自來(lái)水后，將蠕動(dòng)泵調(diào)節(jié)為空轉(zhuǎn)狀態(tài)并運(yùn)行。此時(shí)在反應(yīng)器內(nèi)會(huì)連續(xù)產(chǎn)生氣泡，當(dāng)集氣裝置可以收集到氣體，代表反應(yīng)器具備良好的氣密性。當(dāng)確定其氣密性良好后，在反應(yīng)器上部的污泥接種口中接入過(guò)濾后的種泥。在接種污泥后靜沉，反應(yīng)器內(nèi)會(huì)出現(xiàn)明顯的污泥分層。
2、試驗(yàn)結(jié)果分析
2.1 去除結(jié)果分析
首先在常溫運(yùn)行狀態(tài)下對(duì)兩相厭氧法的COD去除情況與氨氮濃度變化情況進(jìn)行觀察。在進(jìn)水COD與氨氮濃度不斷增長(zhǎng)的情況下，裝置的出水COD與氨氮濃度變化情況具體見(jiàn)圖2。
根據(jù)圖2中的數(shù)據(jù)，在25℃和20℃時(shí)，隨著進(jìn)水濃度不斷增長(zhǎng)，裝置出水中COD與氨氮濃度整體變化不大，保持著很好的出水水質(zhì)；在15℃以及10℃時(shí)，裝置出水中COD與氨氮濃度升高，出水水質(zhì)有所下降。該結(jié)果說(shuō)明，在25℃－20℃之間，由于微生物有著較高的活性，因此處理COD與降低氨氮濃度的能力較強(qiáng)；而當(dāng)溫度下降至15℃－10℃的區(qū)間，微生物整體活性下降，處理COD與氨氮的能力也隨之下降，使出水中的COD與氨氮濃度整體有所增加。但在10℃時(shí)，裝置出水中COD與氨氮濃度仍然低于250mg/L，仍然保持著較高的COD與氨氮濃度去除能力，說(shuō)明兩相厭氧法適用于低溫下的高濃度工業(yè)廢水COD與氨氮去除處理。
2.2 VFA變化情況分析
裝置啟動(dòng)后，Ｒ1出水與Ｒ2出水的VFA變化情況具體見(jiàn)表2。
由表2的VFA變化情況可知，在啟動(dòng)初期，Ｒ1出水與Ｒ2出水的VFA含量差異較小且較低，這是由于剛啟動(dòng)反應(yīng)器后污泥活性較低，再加上水力停留時(shí)間比較長(zhǎng)，因此二者分相不明顯。
在啟動(dòng)中期，水力停留時(shí)間減少，使進(jìn)水COD負(fù)荷不斷提升，Ｒ1由于COD負(fù)荷的提升出現(xiàn)VFA含量上升的現(xiàn)象，但上升幅度較小。Ｒ2由于水解酸化現(xiàn)象使VFA含量大幅提升。
在啟動(dòng)后期，Ｒ1的微生物活性持續(xù)提高，因此VFA含量沒(méi)有上升。而Ｒ2的COD負(fù)荷持續(xù)增長(zhǎng)，使其VFA含量大幅上升。
2.3 污泥生物量變化情況分析
試驗(yàn)裝置需要產(chǎn)生足夠的厭氧污泥才能證明其成功啟動(dòng)，基于此對(duì)反應(yīng)器中污泥形態(tài)及生物量是否足夠進(jìn)行測(cè)試。其中生物量變化情況測(cè)試結(jié)果具體見(jiàn)圖3。
根據(jù)圖3的污泥生物量變化數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器在啟動(dòng)后各項(xiàng)指標(biāo)都在不斷增大，這說(shuō)明反應(yīng)器中的污泥活性在逐漸增大。
污泥的形態(tài)觀察結(jié)果為污泥顏色越來(lái)越深直到變成黑亮色，并且底部出現(xiàn)了一些1mm以上粒徑的顆粒污泥，說(shuō)明試驗(yàn)裝置運(yùn)行狀態(tài)良好。
2.4 SS/VSS含量變化情況分析
最后對(duì)SS/VSS含量變化情況進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果具體見(jiàn)表3。
表3數(shù)據(jù)表明，試驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)了SS與VSS含量的降低，在運(yùn)行中期其效果開(kāi)始變得顯著。
3、結(jié)語(yǔ)
在基于兩相厭氧法進(jìn)行高濃度工業(yè)廢水處理研究的過(guò)程中，成功通過(guò)兩相厭氧法設(shè)計(jì)了一種處理效果良好的高濃度工業(yè)廢水處理裝置。在試驗(yàn)中，裝置的效果得到了驗(yàn)證，但也發(fā)生了污泥上浮、短流等問(wèn)題，將會(huì)在今后的研究中對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行改善。（來(lái)源：江蘇省生態(tài)環(huán)境廳江蘇省環(huán)境保護(hù)宣傳教育中心，江蘇省水文水資源勘測(cè)局常州分局，江蘇省生態(tài)環(huán)境廳江蘇省生態(tài)環(huán)境評(píng)估中心，南京中電環(huán)�？萍加邢薰荆�
