厭氧生物處理對(duì)廢水可生化性影響的研究

楊偉,李登濤,任年樂(lè),南從德

(聯(lián)化科技(德州)有限公司,山東 德州 253115)

厭氧生物處理在廢水處理過(guò)程中也被稱作“水解酸化”,可以將不溶于水的大分子有機(jī)化合物水解為溶于水的小分子化合物[1]。正是由于這個(gè)過(guò)程,厭氧生物處理可以將廢水中的具有生物毒性的化合物水解成不具有生物毒性的小分子化合物,將廢水中不易被生化的化合物水解為容易被生化處理的簡(jiǎn)單分子化合物[2]。目前,用于厭氧生物處理過(guò)程的裝置或反應(yīng)器已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)[3-5],其中將厭氧生物處理與好氧氧化聯(lián)合研究受到了廣泛關(guān)注[1,5]。厭氧生物處理過(guò)程具有運(yùn)行成本低、污泥產(chǎn)生量小、穩(wěn)定化程度高且改善廢水可生化性的特點(diǎn)[5]。然而,針對(duì)不同種類廢水的適用性以及溫度、時(shí)間、MLSS等因素對(duì)厭氧生物處理過(guò)程的影響方面,研究報(bào)道比較少見(jiàn)。本文以BOD5/CODCr表示廢水的可生化性,研究了厭氧生物處理對(duì)公司內(nèi)廢水可生化性的影響,同時(shí)研究了溫度、時(shí)間、MLSS等因素對(duì)厭氧生物處理過(guò)程的影響。

1 實(shí)驗(yàn)材料和方法

1.1 材料

厭氧活性污泥取自公司水解酸化池,好氧活性污泥取自公司高負(fù)荷好氧曝氣池,不同項(xiàng)目廢水來(lái)自公司生產(chǎn)車間,詳細(xì)分析數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 公司不同項(xiàng)目廢水水質(zhì)分析數(shù)據(jù)表

1.2 厭氧生物處理實(shí)驗(yàn)裝置

根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求自行設(shè)計(jì)并組裝了厭氧生物處理實(shí)驗(yàn)裝置,其中包括反應(yīng)池、溫度計(jì)、機(jī)械攪拌并裝配有自動(dòng)控溫加熱器。簡(jiǎn)易流程如圖1所示。

廢水由反應(yīng)池底部持續(xù)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)裝置,自動(dòng)控溫加熱裝置維持反應(yīng)池在實(shí)驗(yàn)要求的溫度范圍內(nèi),機(jī)械攪拌保持厭氧污泥與廢水充分接觸,廢水經(jīng)過(guò)處理后經(jīng)反應(yīng)池右側(cè)的沉降段,水位逐漸上升,達(dá)到滿溢液位后由出水口溢出,厭氧污泥在沉降段因不能被攪動(dòng)而保留在反應(yīng)池內(nèi)。

1-反應(yīng)池;2-自動(dòng)控溫加熱器;3-溫度計(jì);4-機(jī)械攪拌。圖1 厭氧生物處理實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖

1.3 好氧氧化處理實(shí)驗(yàn)裝置

根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求自行設(shè)計(jì)并組裝了好氧氧化處理實(shí)驗(yàn)裝置,其中包括曝氣池、曝氣泵、曝氣頭、溫度計(jì)、溶氧量檢測(cè)儀并裝配有自動(dòng)控溫加熱器。簡(jiǎn)易流程如圖2所示。

廢水由曝氣池底部持續(xù)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)裝置,自動(dòng)控溫加熱裝置維持反應(yīng)池在實(shí)驗(yàn)要求的溫度范圍內(nèi),曝氣泵與曝氣頭持續(xù)對(duì)廢水進(jìn)行曝氣,廢水經(jīng)過(guò)處理后經(jīng)反應(yīng)池右側(cè)的沉降段,水位逐漸上升,達(dá)到滿溢液位后由出水口溢出,活性污泥在沉降段不能被攪動(dòng)而保留在反應(yīng)池內(nèi)。

1-曝氣池;2-曝氣泵;3-曝氣頭;4-溫度計(jì);5-溶氧量檢測(cè)儀;6-自動(dòng)控溫加熱器。圖2 好氧氧化處理實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖

1.4 分析測(cè)試儀器

化學(xué)需氧量COD快速測(cè)定儀,5B-3C(V8)型,蘭州連華環(huán)保科技;生物化學(xué)需氧量(BOD5)測(cè)定儀,LH-BOD601,蘭州連華環(huán)保科技;化學(xué)需氧量COD快速測(cè)定儀,5B-3C(V8)型,蘭州連華環(huán)保科技;電子天平,XSR205DU,梅特勒托利多(METTLER TOLEDO);酸度計(jì),PHS-3C型,上海雷磁儀器。

1.5 厭氧生物處理實(shí)驗(yàn)方法

向厭氧生物處理實(shí)驗(yàn)裝置中加入?yún)捬跷勰嗉皩?shí)驗(yàn)所需要處理的廢水至30 L刻度線處。開(kāi)啟攪拌電機(jī)并調(diào)整轉(zhuǎn)速為20～30 r/min,開(kāi)啟自動(dòng)控溫加熱器并將實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)定為實(shí)驗(yàn)溫度。開(kāi)啟進(jìn)水泵并持續(xù)泵入實(shí)驗(yàn)廢水,通過(guò)控制泵入廢水的流量間接控制廢水在實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)的停留時(shí)間。穩(wěn)定泵入5 h后,開(kāi)始在進(jìn)水口與出水口處取樣檢測(cè)水質(zhì)數(shù)據(jù)。

1.6 好氧氧化處理實(shí)驗(yàn)方法

向好氧氧化處理實(shí)驗(yàn)裝置中計(jì)入好氧污泥及實(shí)驗(yàn)所需要處理的廢水至30 L刻度線處。開(kāi)啟曝氣泵保持實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)溶氧量為2～6 mg/L,開(kāi)啟自動(dòng)控溫加熱器并將實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)定為實(shí)驗(yàn)溫度。開(kāi)啟進(jìn)水泵并持續(xù)泵入實(shí)驗(yàn)廢水,通過(guò)控制泵入廢水的流量間接控制廢水在實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)的停留時(shí)間。穩(wěn)定泵入5 h 后,開(kāi)始在進(jìn)水口與出水口處取樣檢測(cè)水質(zhì)數(shù)據(jù)。

1.7 廢水的可生化性評(píng)價(jià)方法

取廢水樣品檢測(cè)BOD5、CODCr,以BOD5/CODCr值來(lái)表示廢水的可生化性[6]。郭文成等人[7]的研究分析表明,此法確定廢水的可生化性比較粗糙,所以在本文中結(jié)合生物處理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行輔助說(shuō)明。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 不同項(xiàng)目廢水好氧氧化處理結(jié)果分析

依照BOD5/CODCr值來(lái)表示廢水的可生化性,公司各個(gè)項(xiàng)目廢水的可生化性數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 公司不同項(xiàng)目廢水可生化性數(shù)據(jù)表

由表2數(shù)據(jù)可知,項(xiàng)目A廢水屬于“較難”生化處理,項(xiàng)目B廢水屬于“較好”生化處理,項(xiàng)目C廢水屬于“可生”生化處理[6]。考慮到BOD5/CODCr值來(lái)表示廢水的可生化性的可靠性,將各項(xiàng)目廢水分別在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行好氧氧化生物處理模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程為14 d,對(duì)每天的出水進(jìn)行分析,整理數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 公司不同項(xiàng)目廢水好氧氧化實(shí)驗(yàn)出水?dāng)?shù)據(jù)表

表3(續(xù))

由表3可知,各項(xiàng)目出水COD值均低于BOD5的測(cè)定值,其原因可能是好氧氧化實(shí)驗(yàn)裝置運(yùn)行時(shí)間比較長(zhǎng),形成了比BOD培養(yǎng)瓶中更具氧化能力的強(qiáng)生物氧化環(huán)境[7]。就總體規(guī)律性而言,各個(gè)項(xiàng)目BOD5/CODCr值測(cè)得的可生化性與輔助模擬好氧氧化實(shí)驗(yàn)趨勢(shì)相符合。項(xiàng)目A和項(xiàng)目C廢水前5天出水CODCr數(shù)值較高,與BOD5測(cè)定值相符合。隨著好氧氧化實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng),自第7天出水CODCr數(shù)值出現(xiàn)明顯下降,主要原因是項(xiàng)目A和項(xiàng)目C廢水中含有疑似有毒物質(zhì),隨著時(shí)間的延長(zhǎng),好氧微生物適應(yīng)了項(xiàng)目A和項(xiàng)目C廢水中的有毒物質(zhì),能夠很好地生化處理廢水中的有機(jī)物。項(xiàng)目B廢水在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出水CODCr值比較平穩(wěn),項(xiàng)目B廢水實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出水COD高于項(xiàng)目A與項(xiàng)目C廢水。主要原因是項(xiàng)目B進(jìn)水CODCr比項(xiàng)目A和項(xiàng)目C高,所以經(jīng)過(guò)好氧氧化實(shí)驗(yàn)后殘留的CODCr也就比項(xiàng)目A和項(xiàng)目C高。

以BOD5/CODCr值來(lái)表示廢水的可生化性具有一定的參考性,涉及廢水中含有生物毒性的化合物時(shí),此種方法也可以繼續(xù)使用。由于廢水生化處理過(guò)程本身的復(fù)雜性,在考察廢水的可生化性時(shí)宜將BOD5/CODCr值結(jié)合生化模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一起使用[7]。

2.2 不同項(xiàng)目廢水厭氧生物處理結(jié)果分析

將各項(xiàng)目廢水分別進(jìn)行厭氧生物處理實(shí)驗(yàn),并測(cè)定實(shí)驗(yàn)后廢水的水質(zhì)數(shù)據(jù)。將各個(gè)項(xiàng)目廢水實(shí)驗(yàn)前后數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示。

表4 公司不同項(xiàng)目廢水厭氧處理實(shí)驗(yàn)出水?dāng)?shù)據(jù)表

結(jié)合表2與表4可知,各項(xiàng)目廢水經(jīng)過(guò)厭氧生物處理,CODCr出現(xiàn)了明顯的下降。主要原因是在厭氧生物處理過(guò)程中,厭氧水解過(guò)程可以去除部分CODCr,這與王志盈等人的研究結(jié)論一致[1]。項(xiàng)目A廢水與項(xiàng)目C的廢水BOD5出現(xiàn)了明顯的上升,這是由于在厭氧生物處理過(guò)程中,很多不溶于水的大分子化合物被水解為易溶于水小分子化合物。項(xiàng)目B廢水的BOD5出現(xiàn)了部分下降,這是由于在厭氧生物處理過(guò)程中,很多不溶于水的大分子化合物被水解為易溶于水小分子化合物的同時(shí),部分CODCr也在厭氧生物處理過(guò)程中被去除,而且在這個(gè)過(guò)程中被水解轉(zhuǎn)化的BOD5的數(shù)量小于被去除的CODCr的數(shù)量。各個(gè)項(xiàng)目廢水的BOD5/CODCr值均出現(xiàn)了明顯的上升,主要有兩個(gè)原因:第一個(gè)原因是厭氧生物處理過(guò)程中很多大分子化合物被水解為小分子化合物;第二個(gè)原因是項(xiàng)目A與項(xiàng)目B廢水中的生物毒性物質(zhì)被水解[2]。綜上所述,公司對(duì)于各個(gè)項(xiàng)目廢水厭氧生物的處理,提高了廢水的BOD5/CODCr值,表示改善了廢水的可生化性。

2.3 不同實(shí)驗(yàn)溫度對(duì)廢水厭氧生物處理的影響

將各個(gè)項(xiàng)目廢水按照1∶1∶1體積比例混合后進(jìn)行厭氧生物處理實(shí)驗(yàn),保持時(shí)間不變、污泥濃度相同,分別設(shè)置不同的處理溫度,測(cè)定厭氧生物處理實(shí)驗(yàn)后廢水的水質(zhì)數(shù)據(jù)。將各個(gè)項(xiàng)目廢水實(shí)驗(yàn)前后數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示。

表5 實(shí)驗(yàn)溫度對(duì)廢水厭氧生物處理的影響數(shù)據(jù)表

由表5可知,在10～40 ℃之間經(jīng)過(guò)厭氧生物處理后廢水的BOD5/CODCr值均出現(xiàn)了明顯的提高,且提高幅度接近。這表明在此溫度區(qū)間厭氧生物處理可以改善廢水的可生化性,且廢水的可生化性改善幅度不受溫度變化影響。在10～40 ℃之間經(jīng)過(guò)厭氧生物處理后廢水的CODCr值均出現(xiàn)了明顯的下降。在此溫度區(qū)間內(nèi),隨著溫度的升高CODCr值的下降幅度逐漸增加。在50 ℃條件下經(jīng)過(guò)厭氧生物處理后廢水的BOD5/CODCr值無(wú)明顯變化,廢水CODCr值也無(wú)明顯變化。這表明在50 ℃高溫條件下廢水處理系統(tǒng)崩潰,污泥死亡并發(fā)生解體。綜上所述,針對(duì)廢水厭氧生物處理廢水可生化性改善效果在10～40 ℃之間無(wú)明顯變化,當(dāng)溫度達(dá)到50 ℃時(shí),污泥死亡,系統(tǒng)崩潰;在廢水的厭氧生物處理過(guò)程中,溫度越高,COD的去除效果越好,當(dāng)溫度達(dá)到50 ℃污泥死亡,系統(tǒng)崩潰。綜上所述,厭氧生物處理過(guò)程溫度優(yōu)選控制在10～40 ℃。

2.4 不同實(shí)驗(yàn)時(shí)間對(duì)廢水厭氧生物處理的影響

將各個(gè)項(xiàng)目廢水按照1∶1∶1體積比例混合后進(jìn)行厭氧生物處理實(shí)驗(yàn),保持溫度不變、污泥濃度相同,分別設(shè)置不同的處理時(shí)間,測(cè)定厭氧生物處理實(shí)驗(yàn)后廢水的水質(zhì)數(shù)據(jù)。將各個(gè)項(xiàng)目廢水實(shí)驗(yàn)前后數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示。

表6 實(shí)驗(yàn)時(shí)間對(duì)廢水厭氧生物處理的影響數(shù)據(jù)表

由表6可知,隨著厭氧生物處理實(shí)驗(yàn)時(shí)間的延長(zhǎng),廢水CODCr出現(xiàn)下降趨勢(shì)。主要原因是在厭氧生物處理過(guò)程中,厭氧水解過(guò)程可以去除部分CODCr。BOD5以及BOD5/CODCr值均出現(xiàn)了先上升后下降的趨勢(shì)。BOD5以及BOD5/CODCr值受兩方面的影響:一是廢水中可以被生化污泥去除有機(jī)物含量,二是廢水中總的有機(jī)物含量。在5～20 h區(qū)間,這兩個(gè)數(shù)值主要受廢水中可以被生化污泥去除有機(jī)物含量的影響,隨著水解酸化作用的進(jìn)行,廢水中可以被生化污泥去除有機(jī)物含量快速增長(zhǎng),所以這兩個(gè)數(shù)值也快速增長(zhǎng)。在20～25 h區(qū)間,廢水中的水解酸化作用減弱,主要受到廢水中污泥除去CODCr的影響,所以這兩個(gè)數(shù)值出現(xiàn)了下降趨勢(shì)。綜上所述,厭氧生物處理過(guò)程時(shí)間優(yōu)選控制在15～20 h。

2.5 不同污泥濃度對(duì)廢水厭氧生物處理的影響

將各個(gè)項(xiàng)目廢水按照1∶1∶1體積比例混合后進(jìn)行厭氧生物處理實(shí)驗(yàn),保持溫度不變,實(shí)驗(yàn)時(shí)間相同,分別設(shè)置不同的污泥濃度,測(cè)定厭氧生物處理實(shí)驗(yàn)后廢水的水質(zhì)數(shù)據(jù)。將各個(gè)項(xiàng)目廢水實(shí)驗(yàn)前后數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?所示。

表7 污泥濃度對(duì)廢水厭氧生物處理的影響數(shù)據(jù)表

由表7可知,隨著污泥濃度升高BOD5以及BOD5/CODCr值均出現(xiàn)上升趨勢(shì)。在10～40 g·L-1的區(qū)間內(nèi),這兩個(gè)數(shù)值上升明顯,在40～50 g·L-1的區(qū)間內(nèi),這兩個(gè)數(shù)值無(wú)明顯上升。趙劍強(qiáng)等人的研究表明,活性污泥在厭氧過(guò)程中可以將部分有毒物質(zhì)降解[2]。所以,隨著污泥濃度提高,廢水的可生化性得到明顯改善。當(dāng)污泥質(zhì)量濃度超過(guò)40 g·L-1,廢水的可生化改善不明顯,且實(shí)驗(yàn)裝置內(nèi)的水層沉降也變得更加困難。綜上所述,厭氧生物處理過(guò)程污泥質(zhì)量濃度優(yōu)選控制在30～40 g·L-1。

3 結(jié)論

1)在結(jié)合生化模擬實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,以BOD5/CODCr值來(lái)表示廢水的可生化性具有一定的參考性。雖然BOD5值不能真實(shí)表示廢水在生化處理裝置可以被生物作用除去的CODCr值,但是通過(guò)比較不同廢水的BOD5/CODCr值可以掌握各個(gè)廢水可生化性的變化趨勢(shì)。

2)厭氧生物處理過(guò)程既可以除去廢水中的CODCr,也可以有效改善廢水的可生化性。廢水經(jīng)過(guò)自行設(shè)計(jì)的厭氧生物處理裝置,其BOD5/CODCr值可以提升32%。

3)厭氧生物處理受到溫度、時(shí)間、污泥濃度的影響。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,厭氧生物處理優(yōu)選條件為溫度:10～40 ℃、時(shí)間:15～20 h、MLSS:30～40 mg/L。

4)實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中,廢水中的有毒物質(zhì)部分可以被污泥降,部分不能被污泥降解。如果廢水中存在不可被污泥降解的有毒物質(zhì),宜考慮萃取、活性炭吸附等方法對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理后再進(jìn)入?yún)捬跎锾幚磉^(guò)程。