A/O工藝處理家具噴漆廢水的研究

黃 冰，蘭善紅，溫志良

(1.東莞市環(huán)保產(chǎn)業(yè)促進中心，廣東 東莞 523000；2.東莞理工學院，廣東 東莞 523808)

A/O工藝處理家具噴漆廢水的研究

黃 冰1，蘭善紅2*，溫志良1

(1.東莞市環(huán)保產(chǎn)業(yè)促進中心，廣東 東莞 523000；2.東莞理工學院，廣東 東莞 523808)

采用A/O工藝，即UASB-生物接觸氧化聯(lián)合工藝來處理家具噴漆廢水，通過測定反應(yīng)器進出水CODcr濃度及pH值來確定反應(yīng)器的最佳運行條件。試驗結(jié)果表明：(1)UASB反應(yīng)器保持水力停留時間為32h時，在進水CODcr濃度范圍為2800～3300mg/L，容積負荷在1.98～2.2kgCOD/m3·d范圍內(nèi)，進水pH范圍在7.4～8之間的條件下，UASB反應(yīng)器的CODcr去除率達到70%以上，此時出水CODcr濃度為1000mg/L左右。(2)生物接觸氧化反應(yīng)器的一級和二級反應(yīng)池的水力停留時間均保持8h不變，在進水CODcr濃度在800～1500mg/L范圍，容積負荷在0.88～1.67kgCODcr/m3·d范圍，進水pH值范圍在6.7～7.3之間的條件下，反應(yīng)器的去除率可達到70%左右，此時出水CODcr濃度為400mg/L左右。

家具噴漆廢水；UASB；生物接觸氧化

家具噴漆廢水[1-3]是一類成分復(fù)雜的高濃度有機廢水，其除由于含有甲苯、酮類、酯類和醇類等有機溶劑，因此具有較高毒性[4]外，還具有高CODcr濃度、低可生化性以及高色度等特點。未經(jīng)處理的家具噴漆廢水不僅對人體會造成可逆甚至不可逆的損害[5]，其在水體和土壤中也難以降解[6]，致使水體和土壤中的有害成分積累，嚴重影響水中動植物的生長。

混凝沉淀法、生物法、化學氧化法是處理噴漆廢水的常用手段。混凝沉淀法[7]對于家具噴漆廢水中的細小懸浮物和膠體污染物質(zhì)的處理效果較為顯著，但較容易受到酸堿度、水溫、濁度、混凝劑種類等因素的影響[8-9]。好氧生物法[10]使用范圍廣泛且成本較低，但也受到溶解氧量、pH值、微生物所需營養(yǎng)元素平衡等因素的制約[11]。化學氧化法[12]多是針對家具噴漆廢水中含有化學性質(zhì)穩(wěn)定的難降解物質(zhì)使用。由于家具噴漆廢水成分的日益復(fù)雜，使用傳統(tǒng)的、單一的方法已經(jīng)很難達到其相關(guān)的處理要求。

根據(jù)不同家具噴漆廢水的特點，聯(lián)合工藝處理家具噴漆廢水的方法[13-14]應(yīng)運而生。本研究根據(jù)處理的家具噴漆廢水的可生化性差、CODcr濃度高的特點，采用UASB-生物接觸氧化法聯(lián)合工藝(即A/O工藝)處理家具噴漆廢水，研究了各工藝單元的運行效果，對各個污染物質(zhì)的去除效率和污染物降解過程中存在的規(guī)律以及運行過程中主要因素對運行效果的影響進行了分析，得出反應(yīng)器的最佳運行條件，以期為家具噴漆廢水的處理提供合理、高效的方法。

1 實驗材料

1.1 實驗廢水來源及水質(zhì)

實驗廢水來源為東莞市某噴漆廠產(chǎn)生的廢水，廢水較為澄清，廢水的CODcr為4917 mg/L，SS為600mg/L，pH值為5～7。

1.2 工藝流程

1.2.1 工藝流程圖

采用UASB-生物接觸氧化法聯(lián)合工藝(即A/O工藝)處理家具噴漆廢水的工藝流程圖如下圖1所示。

圖1 A/O工藝流程圖

Fig.1 A/O process chart

1.2.2 UASB實驗裝置及啟動

實驗所采用的UASB反應(yīng)器是一個半徑為0.25m，高1.8m的圓柱體。同時反應(yīng)器內(nèi)部裝有磁化器，其作用是對水系統(tǒng)進行磁處理，從而加快了溶液內(nèi)部結(jié)晶作用，同時起到防垢作用，防止堵塞。需要處理的廢水在進水箱中經(jīng)過稀釋后，由蠕動泵從反應(yīng)器的底部泵入，至下而上流經(jīng)反應(yīng)器，最終從反應(yīng)器上部流出。

UASB反應(yīng)器內(nèi)的污泥取自污水廠的沉淀池污泥，污泥量為反應(yīng)器有效體積的2/3，廢水從污水廠已運行的混凝沉淀池取水，進入反應(yīng)器前，要將廢水稀釋至CODcr濃度為2000mg/L，運行一周或CODcr去除率升至60%后，提高進水COD濃度至5000mg/L，觀察反應(yīng)器的運行情況。

1.2.3 生物接觸氧化反應(yīng)器實驗裝置及啟動

實驗所采用的生物接觸氧化反應(yīng)器由進出水系統(tǒng)、反應(yīng)池、填料、曝氣裝置及過濾裝置組成。反應(yīng)器的生物接觸氧化池共有兩個，分別為一級好氧池和二級好氧池，一級和二級好氧池的長寬高相同，長為0.3m，寬為0.3m，高為1.2m。內(nèi)部有磁化器和200目篩網(wǎng)組成的過濾裝置，其中磁化器的作用是對水系統(tǒng)進行磁處理，從而加快了溶液內(nèi)部結(jié)晶作用，同時起到防垢作用，防止堵塞。生物接觸氧化反應(yīng)器的進水為UASB反應(yīng)器的出水，其中生物接觸氧化反應(yīng)器所選用的填料是環(huán)形纖維填料。

向反應(yīng)器中加入的污泥量(MLSS)為4000mg/L，調(diào)節(jié)pH值為7，一級和二級好氧池的水力停留時間均為8h，懸掛纖維填料，進水為UASB反應(yīng)器的出水，檢測反應(yīng)器的進出水pH值和CODcr濃度。直至反應(yīng)器掛膜成功。

1.3 分析項目

CODcr采用快速測定法檢測，使用QCOD-2F型化學需氧量速測儀；pH使用pH-520型便攜式酸度計檢測；SS采用105℃烘干稱重法測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 UASB反應(yīng)器運行結(jié)果與討論

2.1.1 容積負荷對UASB反應(yīng)器運行效果的影響

容積負荷的改變是通過改變進水CODcr的濃度來改變的，通過試驗研究，容積負荷從1.32 kg CODcr/m3·d提升至3.37 kg CODcr/m3·d。容積負荷與CODcr去除率的關(guān)系如圖2所示。

圖2 UASB反應(yīng)器容積負荷與CODcr去除率的關(guān)系

Fig.2 Relation between volume loading of UASB and CODcrremoval rate

由圖2分析可知，UASB反應(yīng)器對CODcr的去除率隨著容積負荷先上升先后下降，由試驗的結(jié)果得出容積負荷與CODcr去除率的關(guān)系存在一定的波動，這是由于廢水的性質(zhì)變化較大，而且在配水過程中難以準確控制進水CODcr的濃度，從而導(dǎo)致容積負荷與去除率之間的關(guān)系存在一定的波動性。在試驗的初期，容積負荷較低時，CODcr的去除率較低，只有30%～40%。在容積負荷逐漸提升的過程中，CODcr去除率也不斷增大，容積負荷在1.98～2.2kgCODcr/m3·d時，去除率達到70%以上。但隨著容積負荷的繼續(xù)增加，容積負荷在大于2.2kgCODcr/m3·d時，CODcr去除率逐漸下降，這是由于反應(yīng)器內(nèi)一定數(shù)量的微生物在一段時間內(nèi)降解廢水中的有機物是有限的，同時微生物也受到廢水pH值的影響而導(dǎo)致CODcr的去除率下降。因此，容積負荷在1.98～2.2kgCOD/m3·d左右時，反應(yīng)器有最佳的處理效果，去除率達到70%以上。

2.1.2 pH對UASB反應(yīng)器運行效果的影響

控制進入反應(yīng)器的廢水pH值，主要是通過調(diào)節(jié)進水箱中廢水的pH值來控制，當進水箱中廢水的pH值過低時，向進水箱中加入一定量的氫氧化鈉晶體，攪拌使晶體溶解，待晶體溶解完全且完全混合均勻后，測試進水箱中廢水的pH值。當進水箱中廢水的pH值過高時，在污水處理廠的酸性廢水池中取一定量的酸性廢水，直接加入到進水箱中，攪拌均勻后可立刻測試廢水的pH值。在本次試驗中，進水的pH范圍為5～9，進水pH值與CODcr去除率的關(guān)系如圖3所示。

微生物的正常生長受到環(huán)境的pH值的影響，一般微生物的生長繁殖都有一個適宜的pH范圍，在范圍之外的pH值可能會抑制微生物的生命活動。在厭氧處理過程中，微生物生物代謝過程中的酶的活性受pH值的影響較大，同時pH值也可能影響廢水中物質(zhì)的解離狀態(tài)，從而改變了廢水中的營養(yǎng)物質(zhì)的可給性和有害物質(zhì)的毒性[15]。在厭氧消化過程中，產(chǎn)酸菌與水解菌對pH的適應(yīng)范圍較大，最適pH值范圍在5.5～6之間，而甲烷菌對pH較敏感，一般認為最適pH值在6.5～7.8[16]。由圖3分析可知，在試驗初期，進水pH值的變化波動較大，而出水pH值也隨之變化。在反應(yīng)器內(nèi)微生物逐漸適應(yīng)廢水環(huán)境后，反應(yīng)器的CODcr去除率升高，去除率達到70%以上，后來隨著進水pH值的逐漸增大，去除率逐漸變低，這是由于pH過高會抑制微生物的活性，微生物在代謝過程中，酶的活性變低，同時也可能是pH過高影響廢水中有機物質(zhì)的解離狀態(tài)，微生物在生長過程中得不到所需的營養(yǎng)物質(zhì)，廢水中有機物質(zhì)被降解的量減少，導(dǎo)致去除率下降。從圖中可知，pH值在7.4～8之間，反應(yīng)器的CODcr去除率最佳，pH值大于8或小于7.4都會使去除率有所下降。

圖3 UASB反應(yīng)器進水pH值與CODcr去除率的關(guān)系

Fig.3 Relation between influent pH value and CODcrremoval rate of UASB

2.1.3 UASB反應(yīng)器運行結(jié)果

在UASB反應(yīng)器中，在不同時期微生物對廢水中的有機物的降解能力也有所不同，在反應(yīng)器啟動初期，進水CODcr濃度保持在2000mg/L左右，讓反應(yīng)器內(nèi)的微生物適應(yīng)廢水的水質(zhì)環(huán)境，讓反應(yīng)器平穩(wěn)啟動。隨后逐漸增加進水CODcr的濃度，觀察反應(yīng)器的運行效果，反應(yīng)器進出水CODcr濃度關(guān)系圖見圖4。

圖4 UASB反應(yīng)器進水CODcr濃度與出水CODcr濃度關(guān)系

Fig.4 Relation between influent CODcrconcentration and effluent CODcrconcentration in UASB

根據(jù)圖4可知，在試驗的初期，進水CODcr的濃度在2000mg/L左右，出水CODcr的濃度在1500mg/L左右，CODcr去除率在30%～40%之間，由于初期進水pH值起伏較大，同時容積負荷較低，導(dǎo)致去除率較低。在UASB反應(yīng)器內(nèi)的污泥對廢水產(chǎn)生了適應(yīng)性，CODcr去除率升至70%左右，進水CODcr濃度2800～3300mg/L范圍內(nèi)，出水CODcr濃度在1000mg/L左右，進水pH值在7.4-8之間。隨著進水CODcr濃度的不斷增加，出水CODcr的濃度也隨之增加，后期進水CODcr濃度依舊增加，但出水CODcr濃度保持在2700mg/L左右，CODcr去除率呈下降趨勢，這是由于進水pH值的增大而抑制了反應(yīng)器內(nèi)微生物的活性，導(dǎo)致微生物對廢水中的有機物的降解速率變低，從而導(dǎo)致去除率下降。

2.2 生物接觸氧化反應(yīng)器運行結(jié)果與討論

2.2.1 容積負荷對生物接觸氧化反應(yīng)器運行效果的影響

生物接觸氧化反應(yīng)器的容積負荷根據(jù)UASB反應(yīng)器出水CODcr濃度的變化而變化，容積負荷與CODcr去除率的關(guān)系如圖5所示。

圖5 生物接觸氧化反應(yīng)器容積負荷與CODcr去除率關(guān)系

Fig.5 Relation between volumetric loading and CODcrremoval rate in biological contact oxidation

由圖5分析可知，由于反應(yīng)器的進水為UASB反應(yīng)器的出水，而UASB反應(yīng)器的出水CODcr濃度存在一定的波動性，導(dǎo)致反應(yīng)器中的微生物不能適應(yīng)水質(zhì)變化，微生物的活性受到一定程度的影響，當UASB反應(yīng)器出水CODcr濃度過低時，廢水中提供的有機物可能不滿足微生物生命活動所需的營養(yǎng)物質(zhì)，使微生物的活性下降。當UASB反應(yīng)器出水CODcr濃度過高時，微生物降解有機物的能力是有限的，不能降解完全，導(dǎo)致CODcr去除率降低。根據(jù)關(guān)系圖可得出，忽略反應(yīng)器的不穩(wěn)定因素，容積負荷在0.88～1.67kgCODcr/m3·d范圍時，反應(yīng)器有最佳的處理效果，反應(yīng)器的去除率可達到70%左右。

2.2.2 pH對生物接觸氧化反應(yīng)器運行效果的影響

水體中pH值對微生物的生理活性有著重要的影響，只有在適宜的pH環(huán)境下，微生物才能正常生長。一般微生物適宜的pH值范圍為4-9，最適宜的范圍為6.5～8.5，生物接觸氧化反應(yīng)器的進水pH值為UASB出水pH值，保持水利停留時間不變，檢測pH值的改變對反應(yīng)器運行效果的影響。生物接觸氧化反應(yīng)器進水pH值與CODcr去除率的關(guān)系如圖6所示。

圖6 生物接觸氧化反應(yīng)器進水pH值與CODcr去除率的關(guān)系

Fig.6 Relation between influent pH and CODcrremoval rate in biological contact oxidation

根據(jù)測得的實驗數(shù)據(jù)分析可知，進出水的pH值變化不大，在試驗后期，隨著進水pH值的升高，反應(yīng)器的去除率逐漸變低，這是由于pH值過高會抑制微生物的活性，微生物在代謝過程中酶的活性受到pH值的影響，pH值過高酶的活性降低，導(dǎo)致CODcr去除率降低。從圖6分析可知，pH值在6.7～7.3范圍內(nèi)，反應(yīng)器的CODcr去除率最佳，pH值大于7.3或小于6.7，都可能使反應(yīng)器中微生物活性降低，導(dǎo)致去除率下降。

2.2.3 生物接觸氧化反應(yīng)器運行結(jié)果

生物接觸氧化反應(yīng)器的進水為UASB反應(yīng)器的出水，保持水利停留時間不變，測試反應(yīng)器進出水的CODcr濃度和進出水pH值。進出水CODcr濃度與CODcr去除率的關(guān)系如圖7所示。

圖7 生物接觸氧化反應(yīng)器進水CODcr濃度與出水CODcr濃度關(guān)系

Fig.7 relation between influent CODcrconcentration and effluent CODcrconcentration in biological contact oxidation

由圖7分析可知，反應(yīng)器的出水CODcr濃度波動較大，受到UASB反應(yīng)器出水CODcr濃度的影響，由于UASB反應(yīng)器的出水CODcr濃度并不是呈遞增規(guī)律上升，因此生物接觸氧化反應(yīng)器中的微生物不能適應(yīng)水質(zhì)的變化，微生物的活性受到影響，反應(yīng)器的出水情況變化較大，結(jié)合數(shù)據(jù)分析，出水CODcr濃度隨著進水CODcr濃度的變化而變化，但在后期隨著進水CODcr的繼續(xù)增加，出水CODcr保持在1500mg/L左右，CODcr去除率也逐漸下降，這可能是反應(yīng)器中微生物受到容積負荷和pH值等因素的影響。在整個試驗過程中，進水CODcr范圍在800～1500mg/L范圍內(nèi)，去除率可達到67%左右。

3 結(jié)論

采用A/O工藝處理家具噴漆廢水，即UASB-生物接觸氧化法聯(lián)合工藝處理家具噴漆廢水的研究，通過研究各相關(guān)參數(shù)對反應(yīng)器運行效果的影響，得出最佳運行條件，通過試驗得出以下結(jié)論：(1)UASB反應(yīng)器，保持水力停留時間為32h，當進水CODcr濃度范圍為2800～3300mg/L時，容積負荷在1.98～2.2kgCOD/m3·d范圍時，反應(yīng)器的COD去除率達到70%以上，此時出水CODcr濃度為1000mg/L左右；當UASB反應(yīng)器的進水pH范圍在7.4～8之間時，反應(yīng)器的凈化效果最好，CODcr去除率達到70%以上。(2)生物接觸氧化反應(yīng)器，一級和二級反應(yīng)池的水力停留時間均保持8h不變，當進水CODcr濃度在800～1500mg/L范圍，容積負荷在0.88～1.67kgCODcr/m3·d范圍時，反應(yīng)器的去除率可達到70%左右，此時出水CODcr濃度為500mg/L左右；生物接觸氧化反應(yīng)器的進水范圍在6.7～7.3之間時，反應(yīng)器運行效果最佳，CODcr去除率在70%左右。

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StudyonA/OProcessforTreatmentofFurniturePaintWastewater

HuangBing1，LanShanhong2，WenZhiliang1

(1. Dongguan Environmental Protection Industry Promotion Center, Dongguan 523000,China;2.School of Environment and Civil Engineering, Dongguan University of Technology, Dongguan 523808,China)

The A/O process, UASB- biological contact oxidation process to deal with the furniture paint wastewater, through the determination of the reactor effluent CODcrconcentration and pH value to determine the best operating conditions of the reactor. The test results showed that: (1) the UASB reactor hydraulic retention time is 32h, the influent CODcrconcentration range of 2800～3300mg/L, volume load in 1.98～2.2 kgCODcr/m3·d range, the influent pH is in the range of 7.4～8 under the condition of the UASB reactor CODcrremoval rate reached more than 70%, and the effluent CODcrconcentration was about 1000mg/L. (2) hydraulic grade one and two reactor biological contact oxidation reactor residence time were unchanged at 8h, the influent CODcrconcentration in the range of 800～1500mg/L, volume load in 0.88～1.67 kgCODcr/m3·d range, the influent pH value is in the range of 6.7～7.3 under the condition of the reactor the removal rate can reach about 70%, this time the effluent CODcrconcentration is about 400mg/L.

furniture painting wastewater; UASB; biological contact oxidation

2017-07-03

廣東省教育廳自然科學項目(2015KTSCX140)；東莞市社會科技發(fā)展(重點)項目(2017507101426)

黃 冰，女；通訊作者：蘭善紅(1972—)，畬族，江西信豐人，教授。

X703

A

1008-021X(2017)18-0194-04

(本文文獻格式黃冰，蘭善紅，溫志良.A/O工藝處理家具噴漆廢水的研究[J].山東化工，2017，46(18)：194-197-199.)