文章

《武汉工程大学学报》 2008年04期 69-72 出版日期：2008-04-30 ISSN:1674-2869 CN:42-1779/TQ

水解—好氧工艺处理模拟染料废水试验

0引言我国是染料生产大国，染料产量占世界的60％左右.在染料生产过程中每生产 l t染料，将有 2％的产品随废水流失.在印染过程中损失更大，为所用染料的 10％左右，给环境带来了严重的污染［1］.一般染料废水的有机物成分复杂、浓度高（CODcr值均在1 000 mg/L以上），可生化性差,传统方法的处理效果不理想,并且现在染料朝着抗光解、抗热及抗生物氧化方向发展，从而使其处理难度加大［2~3］.根据国内外所采用的处理染料废水的工艺方法，考虑到我国水体污染严重的现状，研发一种适合我国国情的简易，高效，低耗的污水处理技术是非常必要的.本文采用水解—好氧处理工艺对模拟染料废水的处理进行了研究.
1试验部分
1.1试验设备
1.1.1UASB反应器（上流式厌氧装置）UASB反应器是目前应用最为广泛的高速厌氧反应器.它具有容积负荷率高、水力停留时间短、能耗低、成本低、污泥产量低，能够回收生物能——沼气等优点.本文采用的UASB反应器由有机玻璃制成（Φ=150 mm，H=1 260 mm），污泥层高度H1=490 mm.顶部设有三相分离器，三项分离区高度为H2=300 mm.从底部每隔250 mm设置取样口，共三个，距三相分离区顶部100 mm处，设置一个取样口.反应器底部设有循环水箱，染料废水有水箱用泵提升进入反应器，依次经过污泥区，反映区和三相分离区，从上端排水口经循环管道进入水箱，多次循环.所产沼气经三相分离器后从反应器顶部排气管排出，沼气排气管上装有流量计.本试验所用UASB反应器型号 WT—026（哈尔滨工业大学教学仪器公司）.
1.1.2生物接触氧化池生物接触氧化池尺寸500 mm×460 mm×450 mm,填料层高H=360 mm.充氧设备为电磁式空压机，压缩空气由自上而下的穿孔管曝气.填料选用有尼龙，涤纶等化学纤维编结成熟的纤维状填料，呈绳状连接.
1.1.3其它试验仪器微波消解仪：型号MS—3（国家环境保护总局华南科学研究所华南环境科技开发公司），外形尺寸306 mm×510 mm×360 mm.酸度计（数字式）：型号868（美国奥立龙）.生化培养箱：型号PYX—250—B（广东韶关科力仪器公司）.红外BOD测定仪：型号Oxitop control 12（德国WTW）.
1.2试验药品重铬酸钾（分析纯A.R），硫酸亚铁铵（分析纯A.R），浓硫酸（分析纯A.R），甲基兰（分析纯A.R），试亚铁灵指示剂（硫酸亚铁铵，邻菲罗啉配制而成），氢氧化钠（分析纯A.R）.
1.3试验方法化学需氧量用CODcr微波消解法测定［4］.pH值用酸度计（数字式）测定.生化需氧量用生化培养箱培养5天后，用红外测定仪测定［4］.
1.3.1试验用水的配制试验用水采用生活污水与染料配制而成.每次所配水量约40 L，同时向其中加入面粉，使得进水CODcr值在1 000 mg/L以上，可生化性BOD5∶CODcr=0.4左右.
1.3.2UASB反应器各工艺参数的确定将一定体积（约40 L）的自制废水倒入循环水箱内，搅匀，开启水泵，调节流量计示数为50 L/h，并开始计时，每隔1 h从水箱中取一次样测定其CODcr值和pH值，直至CODcr值降至400 mg/L左右.即可得出UASB反应器在该流量下的水力停留时间.将流量计示数调为0，关闭水泵，将水箱中的水移入生物接触氧化池中进行好氧处理.改变流量计的示数为40 L/h和30 L/h重复上述试验，得出各流量下UASB反应器的水力停留时间.
1.3.3生物接触氧化池各工艺参数的确定将UASB反应器的出水移入生物接触氧化池后，开启空压机进行微孔曝气.调节空气流量计的示数为1.2 m3/h，每隔0.5 h从生物接触氧化池的上清液取一次样，测定其CODcr值，直至出水水质达标.这样，即得出了生物接触氧化池在该曝气量下的水力停留时间.将流量计的示数调为0，关闭空压机，将池内的水排尽.改变流量计的示数为1.0 m3/h和 0.8 m3/h，重复上述试验，得出各曝气量下生物接触氧化池的水力停留时间.比较以上各组试验数据，分别找出UASB反应器的流量和水力停留时间以及生物接触氧化池的曝气量和水力停留时间这四个因素的最佳值.(注:UASB和生物接触氧化池均在运行稳定的情况下接种模拟废水进行试验).第4期王营茹，等：水解——好氧工艺处理模拟染料废水试验
武汉工程大学学报第30卷
2结果与讨论
2.1UASB反应器中的pH值随水力停留时间的关系UASB反应器的流量为50 L/h（原水的CODcr值为1 330 mg/L），原水的pH值为6.12时，废水的pH值随水力停留时间的变化如图1所示.图1UASB反应器的pH值随水力停留时间的变化曲线
Fig.1The curve of pH and hydraulic retention time in UASB reactor由图1可以看出，当UASB反应器的流量为50 L/h时，随着水力停留时间的延长，出水pH值逐渐降低.水力停留时间为1 h时，pH值为6.10，降幅最大，两个小时后趋于平缓.pH值的逐渐降低说明，此时，UASB反应器中正处于甲烷化阶段前的酸化或乙酸化阶段，废水中的淀粉在产酸菌的作用下发生降解，转变为有机酸和二氧化碳等产物，使pH值降低.因UASB反应器的功能菌—产甲烷菌充分发挥活性的适宜pH值范围为6.8~7.4，较低的pH值会抑制产甲烷菌的活性，降低UASB反应器的处理效率.因此，在实验过程中，应不定期的监测废水的pH值，必要时补充适量的氢氧化钠，保证pH值在6.8~7.4之间，保证产甲烷菌较高的活性，提高处理效率.
2.2UASB反应器的最佳流量及水力停留时间的确定当UASB反应器的流量分别为50 L/h（原水的CODcr值为1 330.8 mg/L，pH值为6.10），40 L/ h（原水的CODcr值为1 210.6 mg/L, pH值为5.80）和30 L/h（原水的CODcr值为1 003.4 mg/L,pH值为5.84）时，废水的COD去除率随水力停留时间的变化如图2所示.图2不同流量下，COD去除率随水力停留时间的变化
Fig.2Effect of hydraulic retention time on COD treatment under different flow由图2可以看出，当UASB反应器的流量分别为50 L/h，40 L/ h和30 L/h时，废水的COD去除率随水力停留时间的增长而增大.在相同的水力停留时间下，当UASB反应器的流量为50 L/h时，COD的去除率最大；当UASB反应器的流量为40 L/ h时，COD的去除率次之；当UASB反应器的流量为30 L/h时，COD去除率最低.这可能是因为当废水的流量增加时，UASB反应器内的颗粒污泥能更好的呈流化状态，悬浮污泥层的高度增加.这样，废水中的有机物能更好的与颗粒污泥相接触，反应效果较好.由图2可知，当UASB反应器的流量为50 L/h，水力停留时间为1 h时，废水的COD去除率已经达到40%，增幅较大；随着水力停留时间的延长，去除率逐渐增大，水力停留时间为3 h时，COD去除率达到75%，水力停留时间为4 h时，废水的COD去除率为80%，增幅较小.另外，UASB 反应器的流量与水力停留时间呈负相关的关系.在一定范围内，流量越大，所需的水力停留时间越短，工作效率越高.但若流量太大，会使悬浮污泥层充满整个UASB反应器影响出水水质，严重时，使整个系统处于瘫痪状态.综上所述，UASB反应器的最佳流量取50 L/h，对应的最佳水力停留时间为3 h.
2.3生物接触氧化池中pH值随水力停留时间的关系生物接触氧化池的曝气量为1.2 m3/h（进水的CODcr值为378 mg/L）时，废水的pH值随水力停留时间的变化如图3所示.图3生物接触氧化池中的pH值随水力停留时间的变化曲线
Fig.3The curve of pH and hudraulic retention time in biological contact oxidation tank由图3可以看出，随着水力停留时间的延长，生物接触氧化池出水的pH值逐渐升高.由于生物接触氧化池内的异氧型微生物以有机物为底物，在分子氧的参与下，将其转化为二氧化碳，氨和水等无机物，同时释放出能量.产生的二氧化碳溶解于水，被一些自养型微生物利用；产生的氨溶解在水中，使废水偏微碱性，正好适宜于生物接触氧化池内的细菌、放线菌、藻类和原生动物等好氧型微生物的生长，发挥其活性.由图3可知废水的pH值可基本保持在6.5~8.5（好氧菌保持较高活性的最适宜的pH值范围）的范围内.因此，在实验过程中，不必调节生物接触氧化池内的pH值.
2.4生物接触氧化池最佳曝气量和水力停留时间的确定当生物接触氧化池的曝气量分别为1.2 m3/h（进水的CODcr值为380 mg/L），1.0 m3/h（进水的CODcr值为408 mg/L），0.8 m3/h（进水的CODcr值为396 mg/L）时，废水的COD去除率随水力停留时间的变化如图4所示.图4不同曝气量下，COD去除率随水力停留时间的变化
Fig.4Effect of hydraulic retention time on COD treatment under different gas rate由图4可以看出，生物接触氧化池的曝气量分别为1.2、1.0、0.8 m3/h时，COD去除率均随水力停留时间的延长而增大.在相同的水力停留时间下，当生物接触氧化池的曝气量为1.2 m3/h时，COD去除率最大.在一定范围内，生物接触氧化池的曝气量越大，池内的氧气量越充足，其内的生物膜能更好地发挥作用.当曝气量为1.2 m3/h，水力停留时间为0.5 h时，废水的COD去除率已经达到60%，增幅较大；水力停留时间为1 h时，废水的COD去除率为76%，增幅有所下降；水力停留时间为1.5 h时，废水的COD去除率为80%，增幅趋于平缓.水力停留时间为1.5 h，出水水质达标，说明当水力停留时间1.5 h时，已经达到生物接触氧化池在曝气量为1.2 m3/h时的最佳水力停留时间.另外，生物接触氧化池的曝气量与水力停留时间呈负相关关系.曝气量越大，所需停留时间越短.如果曝气量太大，生物膜与废水中的有机物接触的时间过短，生物膜来不及消化有机物，将会影响处理效果.综合考虑，取生物接触氧化池的最佳曝气量为1.2 m3/h，对应的水力停留时间为1.5 h.
3结语试验采用UASB—生物接触氧化组合工艺处理CODcr值大于1 000 mg/L的高浓度自配染料废水，通过单因素试验研究，得到影响组合工艺处理效率的四个主要因素的最佳值，其值分别为：UASB反应器的流量为50 L/h，水力停留时间为3 h；生物接触氧化池的曝气量为1.2 m3/h，水力停留时间为1.5 h.