UASB處理技術(shù)在精細(xì)化工企業(yè)廢水處理中的應(yīng)用

姜加兵(江蘇邦弛茂元安全技術(shù)科技有限公司，江蘇 南京 210009)

0 引言

通過對國內(nèi)外研究文獻(xiàn)進(jìn)行研究，UASB處理技術(shù)可用于自有機(jī)大分子物質(zhì)降解處理，其技術(shù)適應(yīng)性強(qiáng)、涵蓋面廣，相較于好氧處理技術(shù)而言，不需要消耗大量電能，且UASB技術(shù)產(chǎn)生的污泥量較小，經(jīng)處理后的污泥可通過工藝改進(jìn)再次利用。因此，在精細(xì)化工污水處理中應(yīng)用UASB技術(shù)具有良好的應(yīng)用推廣價(jià)值。本文以某精細(xì)化工企業(yè)廢水處理為例，深入研究UASB技術(shù)廢水處理效果。

UASB厭氧處理技術(shù)由荷蘭學(xué)者于20世紀(jì)70年代提出，其基本原理是由兩個(gè)反應(yīng)器將污水處理過程分離，即上部三項(xiàng)分離區(qū)和下部反應(yīng)區(qū)。污水經(jīng)下部厭氧污泥床沉淀后進(jìn)入上部反應(yīng)區(qū)(如圖1所示)，與顆粒狀污泥充分接觸并發(fā)生反應(yīng)，有機(jī)大分子物質(zhì)在厭氧細(xì)菌的作用下分解為小分子物質(zhì)，并產(chǎn)生甲烷氣體、二氧化碳?xì)怏w，形成甲烷氣泡，氣泡上升產(chǎn)生的浮力將部分污泥升起，最終帶動污泥進(jìn)入頂部收集室，實(shí)現(xiàn)污水中固、液、氣三相分離。甲烷氣體可被綜合利用，污泥持續(xù)上升后與廢水充分接觸、反應(yīng)，污泥中的有機(jī)物被降解為小分子物質(zhì)，并在重力作用下降至反應(yīng)器底部，通過定期排泥排出。

圖1 UASB處理技術(shù)原理示意圖

1 試驗(yàn)材料及處理方法

1.1 試驗(yàn)用水

本試驗(yàn)選用某精細(xì)化工企業(yè)預(yù)處理后的混合水樣作為研究對象，其污水性質(zhì)如表1所示。

表1 污水性質(zhì)表

1.2 試驗(yàn)儀器及設(shè)備

本次試驗(yàn)使用的試驗(yàn)器具包括：電子天平、氣流烘干器、pH計(jì)、鼓風(fēng)干燥箱、紫外分光光度計(jì)、恒流泵、恒溫水浴鍋、磁力加熱攪拌器、加熱器等。

1.3 測定方法

針對本工程污水各項(xiàng)控制指標(biāo)測量方法如表2所示。

1.4 UASB試驗(yàn)裝置

本試驗(yàn)中，UASB試驗(yàn)裝置由三部分組成，即頂部、中部、底部，其中，頂部三相分離器，其主要作用是實(shí)現(xiàn)三相分離，是本試驗(yàn)裝置中的關(guān)鍵。底部為污泥床。污水經(jīng)預(yù)處理后進(jìn)入U(xiǎn)ASB試驗(yàn)裝置。

本試驗(yàn)中，UASB反應(yīng)器采用有機(jī)玻璃材質(zhì)，裝置高度為1.2m，直徑為50mm，總?cè)莘e為8L。綜合考慮污水處理時(shí)反應(yīng)溫度對試驗(yàn)結(jié)果影響較大，為保持試驗(yàn)溫度恒定，本試驗(yàn)在裝置外側(cè)筒體上覆蓋保溫材料。此外，為防止因甲烷外泄危害人身安全，本試驗(yàn)在分離器集氣室位置加設(shè)了氣體收集器，以保障本試驗(yàn)順利、安全開展。

2 UASB反應(yīng)試驗(yàn)開展及影響因素

2.1 UASB反應(yīng)試驗(yàn)啟動

本試驗(yàn)中，由于UASB反應(yīng)裝置初次運(yùn)行，其啟動過程可分為初次啟動和再次啟動。在初次啟動時(shí)，需對接種污泥進(jìn)行培養(yǎng)和馴化，待初次啟動完成后，再次啟時(shí)可縮短裝置啟動時(shí)間。根據(jù)理論和實(shí)驗(yàn)研究表明，UASB反應(yīng)啟動時(shí)需要把握幾個(gè)要點(diǎn)，即反應(yīng)器內(nèi)pH值應(yīng)控制在6～8范圍。促進(jìn)甲烷菌的培養(yǎng)和馴化；為防止馴化失敗，需要對COD過高的污水進(jìn)行稀釋處理；反應(yīng)器啟動時(shí)，可提高廢水有機(jī)負(fù)荷，待甲烷菌培養(yǎng)后逐漸提高污水水力負(fù)荷；針對懸浮物過高的污水，應(yīng)經(jīng)與預(yù)沉降、氣浮后降低污水內(nèi)懸浮物含量；盡量避免循環(huán)利用污泥，剩余后的污泥不應(yīng)用于反應(yīng)器反應(yīng)。

根據(jù)UASB污水處理技術(shù)方案，甲烷菌培養(yǎng)和馴化可分為同步法和異步法兩種，通過對比兩種技術(shù)方案優(yōu)勢和劣勢，本試驗(yàn)采用同步培養(yǎng)法，即先加入適量的廢水，使廢水中甲烷菌培養(yǎng)至適應(yīng)污水環(huán)境后投入使用。在試驗(yàn)初期，為能促進(jìn)顆粒類污泥有效形成，需要對裝置進(jìn)行一定的控制，重點(diǎn)控制反應(yīng)器的反應(yīng)條件(如表3所示)。

表3 反應(yīng)器反應(yīng)條件

2.2 污泥接種運(yùn)行

在污泥接種運(yùn)行階段，隨時(shí)間變化，污泥接種不同時(shí)間階段表現(xiàn)出不同的特征，根據(jù)反應(yīng)情況，可將污泥接種運(yùn)行分為三個(gè)階段：第一階段(0～30d)，污泥接種前，反應(yīng)器內(nèi)無氣體產(chǎn)生，COD去除率低于50%，且經(jīng)污水混合預(yù)處理后COD不穩(wěn)定，可能是污泥接種后微生物需要一個(gè)緩慢適應(yīng)的過程，該階段由于大部分微生物尚未完全適應(yīng)環(huán)境，未能達(dá)到正常的新陳代謝水平，導(dǎo)致污泥接種初期處理效果不佳；第二階段(31～60d)為污泥接種形成期，該階段厭氧細(xì)菌逐漸適應(yīng)了污水環(huán)境，少量氣體產(chǎn)生，COD隨時(shí)間延長去除率不斷提高，經(jīng)處理后污水COD去除率可達(dá)到60%～70%，可能是因?yàn)閰捬跫?xì)菌經(jīng)培養(yǎng)和馴化后體系內(nèi)較小的顆類和沉降性能較差的污泥基本被排出，厭氧細(xì)菌生長和繁殖迅速，通過生物降解導(dǎo)致污水內(nèi)COD去除率不斷上升；第三階段(61～90d)污泥接種成熟期，自污泥接種第80d起，污水COD去除率不斷提高，可達(dá)到75%～85%，且經(jīng)處理后的污水COD去除率基本保持穩(wěn)定，可能因?yàn)榻?jīng)污泥接種培養(yǎng)、馴化后，污水體系內(nèi)厭氧細(xì)菌和產(chǎn)乙酸細(xì)菌達(dá)到平衡狀態(tài)，在該狀態(tài)下，厭氧細(xì)菌能夠有效處理反應(yīng)器內(nèi)污水，污水處理效果良好，達(dá)到預(yù)期污水處理效果。

2.3 試驗(yàn)過程中污水處理效果的影響因素

在本試驗(yàn)過程中，為深入研究不同條件下UASB污水處理效果，通過改變試驗(yàn)條件研究不同情況下UASB污水處理技術(shù)影響因素：

(1)考慮水力停留時(shí)間因素，在污泥接種進(jìn)入成熟期后，分別考察了水力停留12h、18h、24h、30h、36h情況下污水COD去除率。經(jīng)試驗(yàn)研究表明，水力停留時(shí)間12h時(shí)，COD去除率較低，僅為60%。將水力停留時(shí)間提高至24h后，COD去除率不斷提高，由60%提高至75%。隨水力停留時(shí)間不斷延長，污水COD去除率變化不明顯，其原因可能是因?yàn)樗νＡ魰r(shí)間較短的情況下，污水中污泥與厭氧細(xì)菌接觸不充分，導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)污泥甲烷化未完全完成。因此，在采用UASB技術(shù)處理精細(xì)化工污水時(shí)需要綜合考慮水力停留時(shí)間，綜合污水處理效率，最佳水力停留時(shí)間應(yīng)控制在24h左右。

(2)反應(yīng)溫度。在污泥接種80d后，分別觀察反應(yīng)器溫度在20℃、30℃、35℃、40℃等情況下污水處理效果，經(jīng)試驗(yàn)研究，在20～35℃溫度區(qū)間內(nèi)，精細(xì)化工污水中COD去除率隨溫度升高而不斷提高，35～40℃溫度區(qū)間內(nèi)，污水COD去除率變化不顯著，其原因可能是因?yàn)樵囼?yàn)測量的溫度是反應(yīng)器內(nèi)中心溫度，溫度較低的區(qū)域厭氧細(xì)菌處于凝膠狀態(tài)，由于溫度過低導(dǎo)致厭氧細(xì)菌失去活性，當(dāng)溫度上升至35℃后，反應(yīng)器內(nèi)甲烷菌和產(chǎn)酸菌達(dá)到平衡狀態(tài)，體系內(nèi)細(xì)菌生長、繁育狀態(tài)良好，環(huán)境溫度適宜，溫度繼續(xù)升高后對微生物影響較小。綜合考慮系統(tǒng)運(yùn)行能耗、污水處理效率等因素，本試驗(yàn)確定UASB最佳反應(yīng)溫度為35℃。

(3)堿度因素。在同等條件下考察不同堿度對污水處理效果的影響，按300mg/L間隔梯度將調(diào)整反應(yīng)器內(nèi)堿度，結(jié)果表明，COD去除率隨堿度升高而呈現(xiàn)拋物線趨勢，當(dāng)反應(yīng)器內(nèi)堿度在1100mg/L時(shí)，污水COD去除率達(dá)到75%，隨著堿度的增加、降低，污水COD去除率不斷下降。究其原因，可能是因?yàn)閴A度較低時(shí)甲烷菌生長受到酸性抑制，導(dǎo)致甲烷菌和產(chǎn)酸菌比例失衡，進(jìn)而導(dǎo)致體系內(nèi)酸堿度失衡，進(jìn)而導(dǎo)致污水COD去除率下降。當(dāng)堿度偏高時(shí)，相應(yīng)產(chǎn)酸菌生長受到抑制，pH值不斷升高，導(dǎo)致體系內(nèi)微生物失衡，最終影響污水COD去除率下降。結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果，將最佳堿度確定為1100mg/L。

(4) pH因素。本試驗(yàn)中，按0.5刻度調(diào)整反應(yīng)器內(nèi)pH值(6～8)，試驗(yàn)結(jié)果表明，pH值為7時(shí)，污水COD去除率最高，達(dá)到75%，pH值上升、下降都會引起COD去除率下降，其原因基本與堿度因素影響機(jī)理一致，主要是因酸堿度不平衡導(dǎo)致甲烷菌和產(chǎn)酸菌失衡，進(jìn)而影響COD去除率。但經(jīng)深入研究發(fā)現(xiàn)，pH值位于7～8區(qū)間內(nèi)時(shí)，COD去除率變化平緩。綜合工藝操作穩(wěn)定性控制要求，可將UASB污水處理技術(shù)最佳pH值設(shè)定為7～8。

3 試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過90d試驗(yàn)，最終確定最佳工藝操作條件如下：水力停留時(shí)間24h，溫度控制在35℃左右，最佳堿度為1100mg/L，pH值在7～8范圍內(nèi)時(shí)，精細(xì)化工污水COD去除率可達(dá)到75%，經(jīng)處理后，污水可達(dá)到國家廢水排放標(biāo)準(zhǔn)要求，污水處理效果良好。

4 結(jié)語

經(jīng)本次試驗(yàn)研究，有效驗(yàn)證了UASB污水處理技術(shù)在精細(xì)化工污水處理中的有效性，并確定了最佳工藝操作條件，水力停留時(shí)間24h，溫度控制在35℃左右，最佳堿度為1100mg/L，pH值7～8，經(jīng)UASB污水處理后，精細(xì)化工污水COD去除率可達(dá)到75%，出水COD含量小于300mg/L，達(dá)到國家廢水排放標(biāo)準(zhǔn)，能夠滿足精細(xì)化工污水處理技術(shù)要求，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)精細(xì)化工反應(yīng)器設(shè)備實(shí)際情況進(jìn)行深入的驗(yàn)證和研究，提高UASB污水處理技術(shù)應(yīng)用效果。