UASB處理某精細化工企業廢水的工程實例研究

祝洪芬

(山西省長治市環境監測站，山西 長治 046000)

引 言

精細化工與我們的生活息息相關，影響著我們的衣食住行，是當今化工行業主要的創新源動力。然而，精細化工在生產過程中會使用各類化工原料及溶劑，加上其產品附加值較高，合成路線較為繁瑣，因此其會產生大量含有多種污染物種類的廢水[1]。而且，精細化工廢水具有COD濃度高、毒性大、可生化性差及水質不穩等特點[2]，如果不處理排放，會給環境及人類健康帶來嚴重的破壞。上流式厭氧生物反應器(UASB)具有工藝結構緊湊、厭氧污泥濃度高、處理能力大、無混合攪拌設備、水力停留時間短、抗沖擊效果好等優點[3]，結合企業實際工況，本研究采用UASB處理工藝處理某精細化工企業擴產后的廢水。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗用水

選擇某精細化工企業廢水預處理后的混合水樣為研究對象，其水質指標，如表1所示。

表1 試驗用水水質指標

1.2 主要儀器與設備

1) 電子天平，MS104TS，梅特勒-托利多(常州)稱重設備系統企業；2) 氣流烘干器，HG-3，天津市順諾儀器科技企業；3) pH計，雷磁pHSJ-4F，上海儀電科學儀器股份企業；4) 鼓風干燥箱，DHG-9203A，天津市順諾儀器科技企業；5) 紫外分光光度計，UV1902PC，上海奧析科學儀器企業；6) 恒流泵，LABV6，保定申辰泵業企業；7) 恒溫水浴鍋，HH-4，天津市順諾儀器科技企業；8) 磁力加熱攢拌器，HWCL-3，鄭州長城科工貿企業；9) 加熱器，WLD15S，南京三樂微波技術發展企業。

1.3 測定方法(見表2)

表2 本試驗廢水常規指標的測定方法

1.4 UASB試驗裝置

UASB試驗裝置分為三大部分，分別為頂部、中間和底部。其中，位于頂部的三相分離器把氣體、固體、液體三者進行有效的分類，是整個UASB裝置最核心及最至關重要的部件[4]。可以說，只有具備了三相分離器這個核心部件才能稱得上是UASB，才能保證UASB正常運行。

本次試驗裝置UASB反應器主要采用有機玻璃制作而成，裝置高1.2 m，直徑50 mm(外徑)，總容積約8 L。考慮到反應溫度對試驗影響較大，對裝置外部的筒體進行了保溫。另外，為防止后期甲烷氣體產生較多，可能導致危險，對其設置了收集裝置。本試驗流程裝置，如第214頁圖1所示。

2 UASB反應啟動裝置及試驗運行

UASB反應裝置的啟動過程分初次啟動和再次啟動。其中，初次啟動主要是對接種的污泥進行培養、馴化，再次啟動主要是縮短UASB反應裝置整體啟動時間。根據研究及實踐經驗可知，UASB反應啟動需注意以下六點[5]：1) 保持反應器內pH在6～8，促使甲烷菌生成；2) 為防止馴化失敗，需對過高COD的進水進行稀釋；3) 啟動時應先提高廢水有機負荷，之后再逐步提高水力負荷；4) 對懸浮物過高的廢水，應該采取沉降、氣浮等預處理手段降低懸浮物的含量；5) 控制進水濃度在500 mg/L～1 000 mg/L；6) 不采用循環污泥，剩余污泥不再進入UASB反應器。另外，本試驗UASB反應啟動裝置也應注意。

圖1 本試驗流程裝置示意圖

2.1 啟動方案

污泥的培養和馴化一般有同步法和異步法兩種方法。通過對比兩種方法的優劣，結合具體情況，本試驗選擇采用加入適量廢水，讓細菌在繁殖生長中同步適應廢水的同步法。而且在試驗初期，為了能夠讓顆類污泥更有效率的形成，需要對裝置進行一定的控制，控制參數及措施，如表3所示。

表3 本試驗UASB反應器條件控制

2.2 污泥接種運行

通過對UASB反應裝置處理該企業精細化工廢水的試運行可得：

1) 污泥接種初期(0 d～30 d)。在污泥接種初期，UASB裝置中幾乎沒有氣體產生，COD的去除效率不高，低于50%，且出水COD不穩定。可能是由于污泥接種初期微生物對底物需要有一個適應過程，大多數微生物還未適應環境條件，因此達不到正常新陳代謝水平，不能發揮應有作用。

2) 接種污泥形成期(31 d～60 d)。在此階段，厭氧細菌得到了有效的生長和繁殖，并有少量的氣體產生，COD去除率不斷提高，可達60%～70%，且出水COD逐漸穩定。可能是由于污泥經過上一個階段的馴化過后，體系內的顆類較小和沉降性能較差的污泥基本被淘汰，厭氧細菌得到了有效的生長和繁殖，其通過正常的生長代謝不斷分解并降低COD。

3) 接種污泥成熟期(61 d～94 d)。在接種污泥成熟期內的第80天，在廢水中原有的及由產酸菌產生的VFA合并分解作用下，COD的去除效率較高，可達到75%～85%，且出水COD已基本穩定。可能是由于污泥經過前兩個階段的不斷馴化及生長繁殖，體系中產甲烷的細菌和產乙酸的細菌達到一種平衡狀態，而在這種狀態下，對廢水的處理效果最好。

2.3 影響COD去除的因素分析

在試驗期間，對影響COD去除的因素進行了研究，結果如下。

1) 水力停留時間(HRT)。本試驗考察了HRT為12 h、18 h、24 h、30 h、36 h時COD的去除率。結果表明，初期的12 h，COD去除率較低，約為60%；當HRT從12 h增加到24 h，COD去除率上升較快，升至75%；之后，隨著HRT的不斷增大，COD去除率變化不大。可能是因為當水力停留時間較短，污染物與活性污泥接觸不充分，甲烷化還沒有完成，因此COD去除率較低。考慮到時間效率，綜合各種因素，確定最佳水力停留時間HRT為24 h。

2) 溫度。本試驗考察了溫度為20 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃時COD的去除率。結果表明，在20 ℃～35 ℃，COD的去除率隨溫度的升高而逐漸增大，之后變化不明顯。可能是因為我們研究的是中溫區域的厭氧細菌，溫度太低厭氧細菌處于凝膠狀態，失去活性，溫度升至35 ℃時，此時反應內產酸菌和甲烷菌相對平衡，系統有效運行，COD去除率約75%。因此，最終確定最適溫度為35 ℃。

3) 堿度。本試驗考察了堿度為500、800、1 100、1 400、1 700、2 000 mg/L時COD的去除率。結果表明，COD的去除率隨堿度的升高呈“凸”型拋物線形狀，堿度在1 100 mg/L時，COD去除率最大，約為75%。可能是因為堿度較低時，不僅甲烷菌的生長受到了抑制，產甲烷菌和產酸菌比例失衡，而且會因緩沖能力不夠而使反應器內消化液的數值偏低，因此COD去除率較低；而堿度較高時，pH值也同步升高，不利于產酸菌的生長，進而得體系失衡，影響去除率。因此，確定最佳堿度為1 100 mg/L。

4) pH值。本試驗考察了pH值為6、6.5、7、7.5、8時COD的去除率。結果表明，COD的去除率隨pH值的升高也呈“凸”型拋物線形狀，pH值在7時，COD去除率最大，約為75%。可能是因為pH值的變化會影響體系內的微生物生長環境，進而影響生物酶的活性，導致微生物細胞內的代謝發生異常，造成COD去除率較低。由于pH值為7～8時，拋物線右端較高緩，因此，選擇最適宜的pH值是7～8。

3 工程運行結果

本次試驗結束之后，經過調試后，最佳運行參數條件為水力停留時間(HRT)為24 h，溫度為35 ℃，堿度為1 100 mg/L，pH值在7～8時，體系正常運行，UASB運行后COD去除率保持70%以上，平均74.3%，且好氧出水COD皆在300 mg/L(國家廢水排放標準)以下，可以達標排放。

4 結論

本試驗在某精細化工企業原有工藝基礎上采用UASB工藝，得出如下結論：

1) 找出的最佳參數條件是水力停留時間(HRT)為24 h，溫度為35 ℃，堿度為1 100 mg/L，pH值在7～8；

2) 本試驗構建的UASB工藝，出水COD<300 mg/L(國家廢水排放標準)，可以達標排放；

3) 本試驗可靠，可以進一步實踐研究及推廣運行。