厌氧污泥床过滤器处理涤纶废水的生产性试验.doc

厌氧污泥床过滤器处理涤纶废水的生产性试验1、前言 高深度有机废水的处理是迄今尚未解决的一个难题，尤其是CODcr浓度高达上万mg/L的有机废水，一直没有很好的处理方法，涤纶工业在生产聚脂切片中排出的工艺废水，CODcr浓度达1100025000mg/L，含有相当数量的难降角有机物，处理效果也不理想。 黑龙江龙涤集团是黑龙江省叭一的大型涤纶聚脂原料生产基地，采用有机酸、乙二醇和对苯二甲酸为原料聚料聚合生产聚脂切片。为处理涤沦工艺废水，龙涤集团建成一座采用厌氧污泥床过滤器（UASBAF）法为主要工艺的处理工程，经过一年多的生产性试验运行，积累了一些运行经验，各项水质指标均达到国家污水综合排放标准。2、设计废水量及废水水质 该涤纶废水采用清污分流，清洁的冷却水，洗涤水和生活污水直接排放，污染严惩的涤纶工艺废水经USABAF法处理后达标排放。 涤纶废水中主要含有醋酸、有机酸、乙二醇和精对苯二甲酸等，还含有少量的氨态氮、磷酸盐及其它无机盐，水质偏酸性，设计废水处理量240m3/d，主要水质指标见表1。表1 涤纶废水水质水温PhCODcrBOD5NH3-NPO34有机酸SS mg/L-1mg/L-1mg/L-1mg/L-1mg/L-1mg/L-1304.516900150058255708703、废水处理工艺流程 涤纶废水经过处理后，出水水质指标应达到污水综合排放标准GB8978-1996中的有关规定：CODcr为100mg/L，BOD5为20mg/L，SS为70mg/L，PH值69。 根据出水水质要求及涤纶废水污染程度高的实际情况，确定采用UASBAF法为主要工艺流程的处理系统，处理流程见图1。4、处理构筑物的设计4.1调节池 涤纶废水属高浓度有机废水，CODcr浓度在7000mg/Lmg/L之间，PH值为37。为均衡水质水量，设计1座8m5m，有效深度2.5m的调节池，调节时间10h。设自动投药设备1套，由PH测控仪控制自动投加氢氧化钠调节PH值。4.2气浮装置 涤纶废水含有一部分油份，为去除废水中的油份和悬浮物，设计中先用2套气浮装置，气浮池直径为1.4m，有效高度3.2m，采用硫酸铝作为混凝剂。4.3UASBAF厌氧池 UASBAF厌氧池是将升流式厌氧污泥床和厌氧污泥滤池组合为一体的复合厌氧池，UASBAF厌氧池采用2座，钢筋混凝土结构，上部为4棱柱形，下部为锥体，平面尺寸3.9m3.9m，有效高度6.5m。厌氧池的污泥悬浮层内设2.0m高的软性组合填料，底部均匀分布4个进水喷嘴，进水喷嘴还同污泥浓缩池相连，为了保证厌氧池内有足够的污泥浓缩池相连，为了保证厌氧池内有足够的污泥量，可将二沉池浓缩污泥回流至厌氧池。厌氧池上部设三相分离器，污水经泥水分离后排出。4.4接触氧化池 接触氧化池采用2座钢盘混凝土结构，平面尺寸7m4.2m。有效高度2.7m，分为3个廊道，污水呈推流式前进，空气由罗茨风机供给，经膜片式微孔曝气器进水中，接触氧化池内安装软性组合填料，填料层高2.0m，占整个池体积的75%，出水经三角堰溢流进入二沉池。4.5二沉池 二沉池采用竖流式钢结构，直径3.8m，有效高度3.2m，接触接化池的混合液经泥水分离后排放。4.6砂滤罐 为了保证出水水质，设计中选用2套砂滤罐，一用一备，直径1.4m，有效高度2.6m，当二沉池出水含污泥絮体较多时，采用微絮凝过滤，降低出水的县浮物。5、结果与分析 为考查UASBAF厌氧池的净化功能，对UASBAF厌氧池的启动，进水CODcr，窖负荷，处理效果等运行指标跟踪观测，运行结果如下。5.1UASBAF厌氧池的启动 厌氧反应器的启动方式有2种，高负荷低去除率和低负荷高去除率的启动，前者可缩短启动时间，但反应器出现酸性的可能性大，后者启动时间相对长一些，比较稳妥，易于控制，试验中采用低负荷高去除率的启动方式。取天津经庄子污水处理厂消化脱水污泥投入反应器，接种污泥浓度为15.5kg/m3，投泥完毕后开始污泥驯化。启动初期每天进水2次，每次进水6h，进水流量为4m3/h，CODcr浓度控制在1200mg/L，PH值78，同时缓慢加热，使水温每天升高2，2周后反应器内水温达到34，CODcr去除率从30%升至70%，出水PH值在7左右，表明污泥已逐渐适应涤纶废水。 启动初期空积负荷为0.5kg/m3d，水力停留时间80h，由于进水流量小，流速较低，又没有产气，形成的污泥疏松沉降缓慢，部分污泥随水流出出。边疆运行后，根据运行状况逐步提高负荷增大进水量，每次提高幅度为0.3kg/m3d，当CODcr空积负荷达到3kg/m3d，时，进水CODcr去除率维持在80%左右。此时反应器内有气泡上升，观察污泥呈黑色，含有大量甲烷八叠球菌，污泥中出现少量1mm颗粒状污泥，认为启动动期结束。5.2PH值 厌氧反应器在启动阶段，PH值是非常重要的控制指标，启动初期，由于反应时间短，产甲烷细菌数量较少，主要处于产酸阶段，出水PH值低于进水PH值，PH值为5.56.5之间，CODcr去除率只有30%，如图2。随着产甲烷细菌大量繁殖，与产酸细菌能保持一定的平衡状态，使出水PH值随进水酸碱的改变变化很小，稳定在7左右，此时污泥已经成熟，反应器的处理效果稳定，CODcr去除率基本保持在80%。5.3容积负荷 当厌氧反应器的容积确定后，微生物降解有机物的量是有一定限度的，污泥浓度和CODcr去除率一定时，容积负荷也有一定的限底。随着进水流量和进水浓度的增加，反应器的容积负荷随之由0.5kg/m3d，逐渐增加至8.2kg/m3d。每次增加窖负荷初其CODcr去除率都会暂下降，但经过一段稳定运行后，去除率会慢慢稳定在75%以上，容积负荷与CODcr去除率关系见图3，由图3可见，在一定运行状态下逐步提高容积负荷，不会对反应器的运行造成不良影响。5.4进水浓度 进水浓度的变化直接影响反应器的容积负荷，试验中进水CODcr浓度从1000mg/L，逐步增加到10000 mg/L，出水CODcr的变化水大，基本维持在700mg/L左右，如图4，由于进水CODcr变化幅度比较平稳，对反应器的运行影响较小。5.5CODcr玫解规律 UASBAF厌氧池和接触氧化池稳定运行后，进水CODcr浓度为9500mg/L12000mg/L，进水流量为240m3/d，经处理后出水CODcr浓度为60mg/L，左右见附表，达到污水综合排放标准。6、结论 高浓度涤纶废水处理的生产性试验和效果分析证明，采用UASBAF法为主要工艺流程的处理系统处理涤纶废水是可行的，经处理后的出水符合污水综合排放标准。 投入接种污泥，采用高负荷低去除率的启动方式，启动条件容易控制，污泥很快实现颗粒化，减少启动期的时间。 UASBAF厌氧池运行稳定时，容积负荷为8.2kg/m3d，污泥浓度稳定在19.75kg/m3，CODcr去除率达到80%。 接触氧化池可以在填料表面滋生活性良好的生物膜，CODcr去除率达到90%左右。 经过1a多的生产性试验表明，龙涤集团的涤纶废水处理采用UASBAF处理是可行的，处理效果稳定，达到污水综合排放标准的要求。附图 处理系统的CODcr去除效果日期气浮装置UASBAF厌氧池接触氧化池砂滤池d进水出水去除率进水出水去除率进水出水去除率进水出水去除率mgL-1%mgL-1%mgL-1%mgL-1%5500042001642002300452300150035停止停止 20645054001754002210412210128042停止停止 4086006450256450148477148415489154754980116508271298271157281157295949546511609460705026705014807914807495744243厌氧序批式反应器预处理焦化废水研究焦化废水是在生产焦炭、煤气、焦油及其它焦化产品的过程中产生的废水。由于焦化废水含高浓度的氨氮和许多难生物降解有机物，对环境危害较大。厌氧预处理可以将焦化废水中难以生物降解的有机物转化为一些易于生物降解的有机物，为后续的好氧生物降解创造良好条件，从而提高整个系统的处理效率1。本课题研究厌氧序批式反应器（ASBR）对焦化废水进行预处理的可行性及工艺特性。 1 试验材料与方法 1.1 ASBR反应器实验运行系统小试规模ASBR反应器置于35恒温室中。实验用水取自太原市煤气公司焦化厂经过除油、蒸氨工序之后的焦化废水。实验装置如图1所示。 1.2 生物化学甲烷势（BMP）测定方法容积为500mL的葡萄糖瓶作为生物化学甲烷势（BMP）测定用反应器。BMP的测定步骤：取100mL颗粒污泥置于500mL的葡萄糖瓶中，加适量的背景无机营养液和350mL的焦化废水中（(CODcr)=800mg/L），用氮气吹走葡萄糖瓶中的空气以保证厌氧状态并用医用橡皮塞密封瓶口。将葡萄糖瓶置于35的环境中进行培养。同时进行空白测定：即在另一葡萄糖瓶中只加入100mL的颗粒污泥，而不加入焦化废水，其它步骤同上。每日分别记录水样和空白的甲烷产气量，直至产气停止。由于葡萄糖瓶中排出的气体包含有甲烷和CO2，而CO2不能代表厌氧条件下CODcr的相应减少量，故应将产生的CO2用0.1mol/L的NaOH吸收。当水样和空白都不再产气时，BMP测定结束。此时，水样总产气量减去空白总产气量就是BMP的测定结果。1.3 实验内容用焦化废水对ASBR反应器中的以蔗糖为基质培养的厌氧颗粒污泥进行驯化；测定焦化废水的BMP；研究ASBR工艺厌氧预处理焦化废水的工艺条件和工艺特性。 2 结果与讨论 2.1 驯化过程实验中采用逐步增加以蔗糖为基质的进水中焦化废水所占CODcr的比例，同时逐步降低有机负荷的方法对以蔗糖为基质培养出来的接种厌氧颗粒污泥进行驯化，使微生物逐步适应低浓度有毒难降解的焦化废水的特性。驯化历时共225d。驯化后颗粒污泥稳定。 2.2 BMP的测定对颗粒污泥经175d处理焦化废水的驯化后，取少量的颗粒污泥对焦化废水进行BMP测定。用BMP来评价厌氧工艺对焦化废水可能达到的最大处理效率。应该指出，BMP和BOD5一样，是废水中有机污染物生物转化的评价指标，BMP不等于厌氧工艺中所能去除的有机物数量，只有在动态工艺试验中，才能最终确定有多少有机污染物可以转化为甲烷2。BMP测定表明，厌氧处理焦化废水时，CODcr的最大甲烷化率为41.9。 2.3 ASBR最佳工艺参数的正交试验根据驯化过程的经验，可以确定影响CODcr去除率的3个重要因素分别为：进水时间与反应时间的比值（tf/tr）、沼气搅拌强度和间歇搅拌方式。为了选择出最佳的ASBR运行条件，完成驯化后，对进水时间与反应时间的比值、搅拌强度、间歇搅拌方式这3个对处理效率影响明显的运行条件通过正交试验做出选择。实验中运行周期为24h，进水pH控制在7.08.0，沉淀时间为1h。选择的进水时间与反应时间比值为3个水平0.3，0.5和1.0。考虑到搅拌对实验的影响程度，搅拌太弱时，搅拌不均匀；但搅拌太强时，对颗粒污泥剪切力太大，造成颗粒污泥解体，选取沼气搅拌强度的3个水平为200，300，400mL/min；间歇搅拌方式为30s/30min、30s/20min，100s/45min。最后根据要做的实验中的因子数（3个）及水平数（3个）选择正交表为L9（34）正交试验分配及分析见表1。 表1 ASBR正交试验结果及分析水平ABCD数据y合计Y因子进水时间/反应时间搅拌硬度间歇搅拌方式空白实验号tf/trmL/mins/minCODcr去除率/10.320030/20116.691716.3216.2666.2720.330030/30216.0914.416.1216.1662.7730.3400100/45315.9815.1916.1916.2463.640.520030/30329.6322.7724.9223.4100.7250.5300100/45133.9238.5136.0733.37141.8760.540030/20227.8728.1525.3326.79108.1471.0200100/45218.4718.9823.0221.0181.4881.030030/20318.618.9920.4419.0677.0991.040030/30122.3124.9626.6425.93100.04M1M11=192.64M12=248.47M13=251.5M14=308.18T=801.98M2M21=350.73M22=281.73M23=263.53M24=252.39M3M31=258.61M32=271.78M33=286.95M34=241.41m1m11=64.21m12=82.82m13=83.83m14=102.73m2m21=116.91m22=93.91m23=87.84m24=84.13m3m31=86.20m32=90.59m33=95.65m34=80.47Rj极差158.0933.2635.4566.77SjS1=1050.85S2=48.57S3=54.16S4=213.65ST=1447.1采用表L9（34）所做的9次实验的结果来分析各因子水平改变对实验的影响，结果见表1。由表1，因子A（tf/tr比值）的平均值mij分别为：m11=64.21，m21=116.91，m31=86.20。这3个均值差别较大，这种差别反应了因子A（tf/tr比值）的3个不同水平的改变对实验CODcr去除率的影响。可以看出，m21=116.91最大，说明因子A取A2水平最好，即tf/tr取0.5时试验结果最好。同理m22值大于m12和m32，说明搅拌强度在取300mL/min时试验结果最佳；m33值大于m13和m23，说明间歇搅拌方式取100s/45min时实验结果最好。由上述分析可以得出实验的最佳工艺条件为A2B2C3，即为第5号实验。ASBR厌氧预处理焦化废水的最佳运行条件为：tf/tr值为0.5；搅拌强度为300mL/min；间歇搅拌方式为100s/45min。在上述正交试验所选定的最佳工艺参数下稳定运行了53d。ASBR反应器进水焦化废水CODcr的质量浓度为4161304mg/L，进水氨氮的质量浓度为230668mg/L，进水碱度为500840mg/L，进水pH值为7.08.0。每次新取的水样稳定运行23d后，CODcr去除率可稳定在3040，与BMP测定结果吻合。2.4 颗粒污泥状态接种颗粒污泥粒径一般为23mm。在用焦化废水对颗粒污泥进行驯化时，随着有机负荷的不断降低及进水中焦化废水比例的不断增加，颗粒污泥形状变为近似椭球形，粒径减小，其中粒径多为1.71.5mm的个体。ASBR反应器中接种的颗粒污泥以甲烷八叠球菌为主体。在ASBR厌氧预处理焦化废水实验结束时，采用电镜扫描技术（SEM）对ASBR反应器中颗粒污泥的微生物相进行了观察，观察结果表明反应器中的颗粒污泥以甲烷丝状菌为主体，也发现有少量的甲烷八叠球菌，结果见图2至图4。实验接种颗粒污泥是用蔗糖培养而成，蔗糖为易生物降解物质，进水CODcr的质量浓度达7200mg/L，反应器中乙酸浓度高，颗粒污泥以甲烷八叠球菌为主。焦化废水中CODcr的质量浓度较低，大多数情况下低于1000mg/L，焦化废水为难生物降解有机物，ASBR反应器中乙酸浓度低，在低乙酸浓度环境下，甲烷丝状菌成为优势菌而大量繁殖3。 3 结论 通过以上的实验工作和分析讨论，可得出如下结论：BMP测定表明，厌氧处理时焦化废水中CODcr甲烷化率的极限比例为41.9；对生物有抑制和毒害作用的低浓度焦化废水不会使ASBH中颗粒污泥解体；ASBR厌氧预处理焦化废水的重要工艺条件为：进水时间与反应时间之比值（tf/tr）、搅拌强度、间歇搅拌方式。进水时间与反应时间之比值取0.5，沼气搅拌强度取300mL/min，间歇搅拌方式取100s/45min；用ASBR厌氧预处理焦化废水时，在中温35下运行，反应器中(MLSS)值为22.9g/L，运行周期取24h（其中进水7.2h，反应14.3h，沉淀2.0h，排水0.5h）。当进水CODcr的质量浓度为4161304mg/L，有机负荷（CODcr）为0.170.54g/(Ld)时，CODcr去除率为3040，出水SS的质量浓度小于150mg/L。