摘　要(yao):處(chu)理(li)生(sheng)物質氣化(hua)發電焦(jiao)油廢(fei)水(shui)的(de)上(shang)流式(shi)污泥床過濾器(UBF)內厭氧污泥在環境(jing)溫度(16～36℃)條(tiao)件下完(wan)成馴(xun)化(hua)并實現(xian)顆粒化(hua),其間焦(jiao)油廢(fei)水(shui)的(de)COD比例是主要(yao)影響因素。UBF反應(ying)器穩定運行時(shi),在HRT為(wei)(wei)66 9H,OLR為(wei)(wei)0 65～0 75kgCOD·m-3d-1的(de)條(tiao)件下,焦(jiao)油廢(fei)水(shui)COD平均去(qu)除率(lv)達到26%。

關鍵詞:生(sheng)物質氣(qi)化(hua);焦油廢水(shui);UBF反應器;馴化(hua);顆粒(li)化(hua)　

引言　　

1984年(nian),加拿大Guiot[1]開發(fa)的(de)(de)上(shang)流式污(wu)(wu)泥床(chuang)—過濾器(qi)(qi)(qi)(qi)(UpfLow Banket FiLter,簡稱UBF)復合(he)式厭氧反(fan)(fan)應(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi),是(shi)由上(shang)流式污(wu)(wu)泥床(chuang)(UASB)和(he)厭氧濾器(qi)(qi)(qi)(qi)(AF)復合(he)而成(cheng),反(fan)(fan)應(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)下部是(shi)高(gao)濃(nong)度顆粒污(wu)(wu)泥組成(cheng)的(de)(de)污(wu)(wu)泥床(chuang),上(shang)部是(shi)填料(liao)和(he)其表面附(fu)著(zhu)的(de)(de)生物(wu)膜組成(cheng)的(de)(de)濾料(liao)層。UBF裝置極(ji)大地延長了(le)(le)ＳＲＴ,反(fan)(fan)應(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)內(nei)污(wu)(wu)泥的(de)(de)濃(nong)度高(gao),增(zeng)強了(le)(le)反(fan)(fan)應(ying)器(qi)(qi)(qi)(qi)對不良因素(例(li)如有毒物(wu)質)的(de)(de)適應(ying)性(xing),能夠高(gao)效(xiao)、穩(wen)定地處理高(gao)濃(nong)度難處理有機廢水。

焦油(you)廢(fei)水(shui)是生(sheng)物(wu)質氣(qi)化(hua)發(fa)電燃氣(qi)水(shui)洗凈化(hua)過程中產生(sheng)的(de)(de)洗滌廢(fei)水(shui),其COD濃度一般在(zai)(zai)(zai)2000mg·L-1左右,氨氮濃度在(zai)(zai)(zai)400mg·L-1左右,含有大量復(fu)雜的(de)(de)多環芳(fang)烴類(lei)物(wu)質,另外,根據筆者研究,焦油(you)廢(fei)水(shui)對厭氧(yang)菌(jun)有毒性,屬于生(sheng)物(wu)難降解有機(ji)廢(fei)水(shui)。因此,在(zai)(zai)(zai)處理(li)焦油(you)廢(fei)水(shui)的(de)(de)UBF反(fan)應(ying)器中完成污泥馴化(hua)和顆(ke)粒化(hua)有一定的(de)(de)難度,本文在(zai)(zai)(zai)這(zhe)一方面作了一些探索。

1　材料和方法

1.1　試驗設備與工藝流程(cheng)

試驗(yan)中的(de)UBF反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)采用直徑300mm鑄鐵(tie)管制(zhi)成,高(gao)2450mm,總容(rong)積173L。整個反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)由兩(liang)張多孔板分割成3段:即污泥(ni)床,竹子填料濾層和(he)顆粒活性炭(GAC)填料濾層。GAC上部(bu)是(shi)集(ji)水(shui)(shui)區和(he)氣室,反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)底部(bu)有(you)穿孔管配水(shui)(shui)裝置。反(fan)(fan)應(ying)(ying)器(qi)的(de)幾何(he)尺寸示(shi)(shi)于(yu)表1。試驗(yan)流程示(shi)(shi)于(yu)圖1。

表1 UBF復合式厭(yan)氧反(fan)應器幾何尺寸

1.2　試驗方法

試(shi)驗中以蔗(zhe)糖作為共(gong)基質(zhi)對厭氧污泥(ni)(ni)進(jin)(jin)行同步馴(xun)化(污泥(ni)(ni)培(pei)養和馴(xun)化同時進(jin)(jin)行),并(bing)逐漸(jian)增加反應器(qi)人工合成進(jin)(jin)水中焦油廢(fei)(fei)水COD比例。蔗(zhe)糖為生物(wu)(wu)易降(jiang)解物(wu)(wu)質(zhi),為微生物(wu)(wu)的生長提供基質(zhi)和能(neng)量,并(bing)偶發(fa)代謝焦油廢(fei)(fei)水中難降(jiang)解物(wu)(wu)質(zhi)。

1.3　進水(shui)成(cheng)分及微(wei)量(liang)元(yuan)素(su)投加(jia)量(liang)

試驗采用(yong)人工合成廢水(shui)加不同比例的焦油廢水(shui),配(pei)制的人工合成廢水(shui)成分見表1。

表2 進水成分

(a 該值(zhi)由試驗測(ce)定;b COD∶N∶P=200∶5∶1;c 小蘇打的(de)投(tou)加量滿足進水(shui)COD∶堿度(du)>3∶1;d 焦(jiao)油(you)廢水(shui)的(de)量根據實(shi)測(ce)值(zhi)確定。)

為(wei)了確(que)保系統不因(yin)缺乏其(qi)它無機營養(yang)元素(su)(su)而受到抑制,試驗中直接向反應器投(tou)加(jia)一定(ding)量的常(chang)量元素(su)(su)(mg,cａ,Ｆｅ)和微量元素(su)(su)(co,Ni,mN,ZN)。

2　結果和討論

2 .1　馴化

整個馴化過程歷(li)(li)(li)時(shi)274天,其(qi)中進水(shui)中焦油廢(fei)水(shui)COD比(bi)例為1/40歷(li)(li)(li)時(shi)57d,1/30歷(li)(li)(li)時(shi)23d,1/20歷(li)(li)(li)時(shi)56d,1/10歷(li)(li)(li)時(shi)6d,1/5歷(li)(li)(li)時(shi)12d,1/4歷(li)(li)(li)時(shi)26d,1/3歷(li)(li)(li)時(shi)39d,1/2歷(li)(li)(li)時(shi)20d,3/4歷(li)(li)(li)時(shi)18d,1/1歷(li)(li)(li)時(shi)18d。實驗溫(wen)度為室(shi)外自然溫(wen)度(16～36℃),試驗期間焦油廢(fei)水(shui)比(bi)例、進、出(chu)水(shui)COD濃度、COD去除率、有機負荷(he)變化曲(qu)線示于圖2,3,4。

2 1 1　COD去除率

圖3表明(ming)同一(yi)焦油(you)(you)廢(fei)水(shui)(shui)比(bi)(bi)(bi)例(li)階段,COD去(qu)(qu)除率先下降后(hou)(hou)回升(sheng),最后(hou)(hou)穩(wen)定(廢(fei)水(shui)(shui)比(bi)(bi)(bi)例(li)為1/3,1/2,3/時(shi)比(bi)(bi)(bi)較明(ming)顯(xian))。這說明(ming),人工合成(cheng)廢(fei)水(shui)(shui)中焦油(you)(you)廢(fei)水(shui)(shui)比(bi)(bi)(bi)例(li)增(zeng)加,微生物(wu)(wu)活(huo)性(xing)受到抑制(zhi),COD去(qu)(qu)除率降低(di)。經過(guo)一(yi)段時(shi)間后(hou)(hou),微生物(wu)(wu)體(ti)內形成(cheng)適應新環境的酶系其轉化有機物(wu)(wu)能力有所(suo)恢復,COD去(qu)(qu)除率呈(cheng)上升(sheng)趨(qu)勢。整個(ge)馴化階段隨著進水(shui)(shui)中焦油(you)(you)廢(fei)水(shui)(shui)比(bi)(bi)(bi)例(li)增(zeng)加COD去(qu)(qu)除率呈(cheng)下降趨(qu)勢。

2 1 2　有機負荷

圖4表明(ming)在整個(ge)馴化階段有機負荷(OLR)由最小值(zhi)增(zeng)加至(zhi)最大值(zhi),然后再逐(zhu)漸減(jian)少。整個(ge)馴化期(qi)可分為低(di)負荷運行(xing)期(qi)(第(di)(di)1～12d)、負荷逐(zhu)步提高期(qi)(第(di)(di)13～57d)、高負荷運行(xing)期(qi)(第(di)(di)58～73d)、負荷穩定運行(xing)期(qi)(第(di)(di)74～132d)、負荷逐(zhu)步降低(di)期(qi)(第(di)(di)133～274d)5個(ge)時期(qi)。

有機負(fu)荷直接(jie)反映了基質(zhi)與(yu)微(wei)生(sheng)物之間的(de)平(ping)衡關系,對(dui)既定反應器,微(wei)生(sheng)物在不同(tong)運行時期(qi)、不同(tong)生(sheng)活環(huan)境中(zhong)(zhong)對(dui)有機物的(de)降解能力存(cun)在著差異。試驗中(zhong)(zhong)焦(jiao)油(you)廢水(shui)比(bi)例增至1/10以上后,厭氧(yang)微(wei)生(sheng)物受到(dao)的(de)毒(du)害作用增加,為防止(zhi)微(wei)生(sheng)物活性的(de)完全喪失(shi),主要通過(guo)降低進水(shui)濃度(du)來降低有機負(fu)荷,有效防止(zhi)了馴化的(de)失(shi)敗。

2 2　污泥顆粒化

試(shi)驗(yan)中顆(ke)(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)初次形(xing)成期(qi)在運行的(de)第(di)35～133d:反(fan)應(ying)器(qi)(qi)運行的(de)第(di)35d反(fan)應(ying)器(qi)(qi)底部1號取樣口(kou)(kou)出現顆(ke)(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni),第(di)125d竹子(zi)填料段底部的(de)3號取樣口(kou)(kou)出現顆(ke)(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni),到第(di)133d顆(ke)(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)充(chong)滿整個(ge)反(fan)應(ying)器(qi)(qi)的(de)懸浮相(xiang)。第(di)133d以后,尤其是第(di)142d以后顆(ke)(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)受到廢水(shui)比例變(bian)化(hua)的(de)影響(xiang),顆(ke)(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)解體和顆(ke)(ke)粒(li)化(hua)兩種變(bian)化(hua)趨(qu)勢交替出現,到試(shi)驗(yan)結束時,顆(ke)(ke)粒(li)污(wu)(wu)泥(ni)(ni)(ni)最(zui)終充(chong)滿整個(ge)反(fan)應(ying)器(qi)(qi)。

試驗中(zhong)培養的(de)顆粒(li)污(wu)泥為(wei)似球形粒(li)狀(zhuang)物,粒(li)徑為(wei)1～3mm,質地松(song)軟,有(you)韌(ren)性和粘性。顆粒(li)污(wu)泥表面呈(cheng)黑(hei)色(se)、灰黑(hei)色(se)、黃色(se)三種顏色(se)。有(you)的(de)顆粒(li)污(wu)泥一半呈(cheng)灰黑(hei)色(se),一半呈(cheng)黃色(se)。

2 2 1　焦(jiao)油廢水(shui)比例變化對污泥顆粒化的(de)影響

污泥顆(ke)粒化主要發生在廢水(shui)(shui)(shui)(shui)比(bi)(bi)例(li)(li)為1/40,1/30,1/20,1/10時(shi)(shi),該(gai)時(shi)(shi)期內焦(jiao)油(you)(you)廢水(shui)(shui)(shui)(shui)濃(nong)度較(jiao)低,廢水(shui)(shui)(shui)(shui)比(bi)(bi)例(li)(li)增(zeng)加對顆(ke)粒污泥的(de)(de)影(ying)(ying)(ying)響不(bu)大。廢水(shui)(shui)(shui)(shui)比(bi)(bi)例(li)(li)經歷1/5,1/4,1/3,1/2,3/4,1/1變化時(shi)(shi),顆(ke)粒污泥形態不(bu)穩定(ding),而且焦(jiao)油(you)(you)廢水(shui)(shui)(shui)(shui)比(bi)(bi)例(li)(li)變化對反(fan)應(ying)(ying)(ying)器底(di)部(bu)(bu)污泥影(ying)(ying)(ying)響比(bi)(bi)對填料段(duan)污泥影(ying)(ying)(ying)響大。廢水(shui)(shui)(shui)(shui)進(jin)入反(fan)應(ying)(ying)(ying)器首先和底(di)部(bu)(bu)的(de)(de)污泥接觸,污泥表面(mian)可以吸附降解廢水(shui)(shui)(shui)(shui)中部(bu)(bu)分(fen)有機物,另外,人工合成(cheng)廢水(shui)(shui)(shui)(shui)在反(fan)應(ying)(ying)(ying)器底(di)部(bu)(bu)經水(shui)(shui)(shui)(shui)力混合得到稀(xi)釋,進(jin)入反(fan)應(ying)(ying)(ying)器填料段(duan)的(de)(de)焦(jiao)油(you)(you)廢水(shui)(shui)(shui)(shui)濃(nong)度降低,相(xiang)應(ying)(ying)(ying)的(de)(de)焦(jiao)油(you)(you)廢水(shui)(shui)(shui)(shui)毒性物質濃(nong)度降低,所(suo)以填料段(duan)污泥受到焦(jiao)油(you)(you)廢水(shui)(shui)(shui)(shui)比(bi)(bi)例(li)(li)變化的(de)(de)影(ying)(ying)(ying)響較(jiao)小。

焦油(you)廢水(shui)(shui)比例增(zeng)加,受焦油(you)廢水(shui)(shui)成分的影響顆(ke)(ke)粒污泥(ni)(ni)解體(ti),其(qi)表(biao)面(mian)細菌脫落,經過一段(duan)(duan)時間后,微生(sheng)物又出現團聚、顆(ke)(ke)粒化(hua)(hua)的趨(qu)勢(shi)。這(zhe)與馴化(hua)(hua)過程(cheng)中COD去除(chu)(chu)率(lv)隨焦油(you)廢水(shui)(shui)比例增(zeng)加的變化(hua)(hua)情(qing)況相近(jin),都是(shi)(shi)先惡化(hua)(hua)然后逐漸(jian)恢(hui)復(fu)好轉。另外,值得一提(ti)的是(shi)(shi),在(zai)每個(ge)焦油(you)廢水(shui)(shui)比例階段(duan)(duan),污泥(ni)(ni)重新(xin)團聚出現顆(ke)(ke)粒化(hua)(hua)趨(qu)勢(shi)恰好是(shi)(shi)COD去除(chu)(chu)率(lv)開始回(hui)升的起(qi)點,這(zhe)并非是(shi)(shi)巧合,因(yin)為顆(ke)(ke)粒污泥(ni)(ni)本身的活(huo)性(xing)就很高,污泥(ni)(ni)能夠發(fa)生(sheng)團聚,說(shuo)明(ming)其(qi)活(huo)性(xing)有所恢(hui)復(fu),COD去除(chu)(chu)率(lv)有所恢(hui)復(fu)。

2 2 2　有機負荷對污泥顆粒化的影響

運(yun)行35d時,反應(ying)器底(di)部出現顆粒污(wu)泥,第36～57d,有機(ji)負荷變化頻繁(fan),顆粒污(wu)泥的狀態極不穩定。

高(gao)負(fu)荷運行期,有機負(fu)荷在(zai)19kgCOD·m-3d-1左右,維持了較高(gao)的(de)水平。在(zai)此階段(duan),污(wu)泥(ni)(ni)產氣(qi)旺(wang)盛,高(gao)達1172L/d,污(wu)泥(ni)(ni)過度洗(xi)出(chu),污(wu)泥(ni)(ni)顆(ke)粒(li)化延遲。

負荷穩定(ding)運行(xing)期(qi),反應器的有機負荷維(wei)持在(zai)9～10kgCOD·m-3d-1范圍內,保持相對(dui)穩定(ding)。顆粒污泥在(zai)此(ci)期(qi)間(jian)發展、成(cheng)熟起來,并充滿整個(ge)反應器。

負(fu)荷逐(zhu)步降低期,焦油廢(fei)水比例增加,反(fan)應(ying)器(qi)的(de)處理效果開始惡(e)化,有機(ji)負(fu)荷被迫逐(zhu)步減低,但終因廢(fei)水水質特性(xing)未緩解反(fan)應(ying)器(qi)處理效果的(de)惡(e)化。在(zai)此階段,影響顆粒(li)污泥的(de)主要(yao)因素(su)是(shi)廢(fei)水本身性(xing)質,有機(ji)負(fu)荷已經不再是(shi)主導因素(su)。

綜上所述,OLR對顆(ke)粒(li)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)的形(xing)(xing)成有很大(da)影(ying)響。頻繁變化進水濃度和HRT逐步提高OLR對顆(ke)粒(li)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)的形(xing)(xing)成產生不利(li)影(ying)響;超高負荷時,污(wu)泥(ni)(ni)(ni)產氣旺盛,但(dan)不利(li)于污(wu)泥(ni)(ni)(ni)沉降形(xing)(xing)成顆(ke)粒(li)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)。維持進水基質(zhi)濃度與進水流(liu)量的相對穩(wen)定,即使OLR穩(wen)定在(zai)一定范圍內有利(li)于顆(ke)粒(li)污(wu)泥(ni)(ni)(ni)的形(xing)(xing)成。

2 3UBF處理全(quan)焦油廢水效果

進水完(wan)全是(shi)焦(jiao)油(you)廢(fei)水(2000mgCOD·L-1左右(you))時,在(zai)OLR為0 65～0 75kgCOD·m-3d-1,HRT為66 9H條件下,COD平(ping)均去除率為26%。UBF反應器內厭(yan)氧污泥(ni)雖然經過馴化,但反應器對(dui)焦(jiao)油(you)廢(fei)水的處理(li)能(neng)力仍然較低,分析其(qi)原因(yin)有(you):1 焦(jiao)油(you)廢(fei)水對(dui)厭(yan)氧微生(sheng)物(wu)有(you)毒害作用;2 焦(jiao)油(you)廢(fei)水成份復雜,多(duo)為酚類、多(duo)環芳(fang)烴類物(wu)質,其(qi)中很多(duo)都是(shi)生(sheng)物(wu)難降(jiang)解物(wu)質;3 焦(jiao)油(you)廢(fei)水的氨(an)氮(dan)濃(nong)度高(gao),其(qi)氨(an)氮(dan)濃(nong)度為362～492mg·L-1,廢(fei)水PH在(zai)8 8左右(you),略顯堿性,游離(li)NH3多(duo),對(dui)厭(yan)氧微生(sheng)物(wu)有(you)抑制作用,4 出水的PH值在(zai)8 0左右(you),略高(gao)于甲烷菌的最(zui)適生(sheng)長PH范圍6 8～7 2[2]。

3　結論

對UBF反應(ying)器污(wu)泥馴(xun)化和(he)污(wu)泥顆粒化研究可以得(de)出以下結(jie)論:

(1)處理(li)焦油廢水(shui)的UBF反應器完成污泥馴(xun)化的技術條件有(you)(you):1 以易(yi)生物(wu)降解的蔗糖為共基質,為微生物(wu)的生長提供碳(tan)和能(neng)量的來源,避免馴(xun)化失敗;2 保(bao)持恰當的有(you)(you)機(ji)負荷。進(jin)水(shui)中焦油廢水(shui)COD比例增(zeng)加時,可通(tong)過減小進(jin)水(shui)的COD濃度降低反應器的有(you)(you)機(ji)負荷,從(cong)而減緩進(jin)入反應器焦油廢水(shui)絕(jue)對量的增(zeng)加,避免馴(xun)化失敗。

(2)在(zai)處理焦油廢水(shui)(shui)的(de)UBF反應(ying)器(qi)中形成(cheng)顆(ke)(ke)粒污泥(ni)的(de)技(ji)術(shu)條(tiao)件是(shi)要保持恰(qia)當的(de)有機負(fu)荷。顆(ke)(ke)粒污泥(ni)出(chu)現以后,進水(shui)(shui)基(ji)質(zhi)濃度,水(shui)(shui)力停(ting)留時間(jian)頻繁改變,顆(ke)(ke)粒污泥(ni)的(de)形態不穩定;超高負(fu)荷時,微(wei)生物產(chan)氣旺盛,污泥(ni)過分洗出(chu),不利(li)于污泥(ni)顆(ke)(ke)粒化;有機負(fu)荷在(zai)9～10kgCOD·m-3d-1范圍內利(li)于顆(ke)(ke)粒污泥(ni)形成(cheng)、成(cheng)熟。

(3)UBF反應器處理焦油廢水(shui)達到(dao)穩定運行狀態時,COD平均去(qu)除(chu)率為26%,雖然處理效率較低,但是厭氧(yang)生物(wu)處理可以作為焦油廢水(shui)好氧(yang)生物(wu)處理的預處理手段(duan)。

參考文獻:

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