EGSB处理紫外线吸收剂废水的中试实验研究吴文龙

广东化工2019年第2期·58·，杜婧茹2，李宗来1(1．深圳市深港产学研环保工程技术股份有限公司流域规划设计院，广东深圳518000；2．环境科学与新能源技术工程实验室，清华-伯克利深圳学院，广东深圳518055)[摘要]EGSB反应器是荷兰Wageningen大学环境系在UASB反应器的基础上改进开发的第三代超高效厌氧反应器。本文以自主设计的EGSB中试反应器在实验室自配废水的环境下启动后，研究EGSB对紫外线吸收剂废水的COD去除效果，并研究了温度、上升水流速度和间歇运行对去除效果的影响。[关键词]EGSB；中试；紫外线吸收剂废水；COD去除[中图分类号]TQ[文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2019)02-0058-02PilotScaleExperimentalStudyontheUltravioletAbsorbentWastewaterTreatmentusingEGSBReactorWuWenlong1,Dujingru2,Lizonglai1(1.WatershedPlanningandDesignInstitute,Shenzhen-HongkongInstitutionofIndustryEducation&ResearchEnvironmentalEngineeringTechniqueCo.,Ltd.,Shenzhen518000；2.ShenzhenEnvironmentalScienceandNewEnergyTechnologyEngineeringLaboratory,Tsinghua-BerkeleyShenzhenInstitute,Shenzhen518055,China)Abstract:AsthethirdgenerationofUltraHighPerformanceanaerobicreactor,EGSBReactorisavariantoftheupflowanaerobicsludgeblanketdigestion(UASB)conceptbytheenvironmentalcollegeofNetherlandsWageningenUniversity.ThisstudyinvestigatedtheCODremovalefficiencyofultravioletabsorbentwastewaterbytheself-designEGSBreactoraftersetupusingsyntheticwastewater.Theinfluenceofspeedofupwardcurrent,temperatureandintermittentoperationontheremovalefficiencywasalsoresearched.Keywords:EGSB；pilotscale；ultravioletabsorbentwastewater；CODRemovalEGSB反应器(expandedgranularsludgebed，厌氧膨胀污泥床)是荷兰Wageningen大学环境系在UASB反应器(up-flowsludgebed，升流式厌氧污泥床)的基础上改进开发的第三代超高效厌氧反应器。它采用了更大的高径比，增加了出水回流(上升水流流速2.5~6.0m/h，远大于UASB的0.5~2.5m/h)，使EGSB反应器在UASB反应器的基础上，具备负荷高、抗冲击能力强、占地面积小、混流效果好和传质推动力高等特征，因而越来越多地被用于处理各类生活污水和工业废水[1]。除了处理易生物降解的市政[2]和工业废水(如植物蛋白废水[3]、葡萄糖生产废水[4]、高浓度淀粉废水[5]、啤酒废水[6]等)，EGSB在处理难降解有机废水应用中也有其独特的优势，如制药废水[7]、高浓度硫酸盐废水[8]、二甲基甲酰胺(DMF)废水[9]、富马酸生产废水[10]等，本研究以紫外线吸收剂废水(主要成分为苯酚类物质)为处理对象，研究EGSB反应器的启动、污泥颗粒化以及对紫外线吸收剂废水的处理效果和影响因素。1材料与方法1.1反应器图1实验用EGSB反应器示意图Fig.1EGSBReactorschematicdiagramEGSB反应器主体柱子总容积为40L，有效容积为26L(柱子总高度1.8m，有效高度1.5m，直径φ150mm)，反应器进水利用蠕动泵(WT600-2J)和玻璃转子流量计(LZB-4，振兴流量仪表厂)，进水流量为2L/h。反应器采用内循环来提升流速，内循环利用单相自吸泵(1WZB-15，浙江大福泵业有限公司)和玻璃转子流量计(LZJ-10，江苏常州双环热工仪表有限公司)控制循环水流量为100~160L/h，即反应柱内升流速度为5~7m/h。反应器为连续运行，利用恒温水浴措施和恒温控制装置控制反应柱内的温度为中温(33~37℃)，反应柱内的pH值保持在7左右，pH用实验室pH计(雷磁PHSJ-4A，上海精科)校准。1.2实验水质实验用水为紫外线生产废水，废水水质见表1。表1紫外线吸收剂生产废水水质Tab.1UltravioletabsorbentwastewaterqualityCOD/(mg/L)Cl-/(mg/L)SO42-/(mg/L)pH8000~95001800~300034005~6培养初期为了快速启动添加微量元素，投加浓度见表2。表2接种投加微量元素表Tab.2Compositionofthemicroelement药品元素含量/(mg/L)CoCl2·6H2O0.05(Co)NiCl2·6H2O0.1(Ni)ZnCl2(μg/L)0.05(Zn)CuCl2·2H2O(μg/L)0.02(Cu)H3BO3(μg/L)0.02(B)MgSO4·7H2O(mg/L)0.01(Mg)(NH4)6Mo7O24·4H2O(μg/L)0.02(Mo)MnCl2·4H2O(μg/L)0.02(Mn)2结果与讨论2.1厌氧反应器启动与污泥颗粒化接种污泥来自某柠檬酸废水处理厂的UASB颗粒污泥，由于[收稿日期]2018-12-20[作者简介]吴文龙(1985-)，男，江西鹰潭，硕士研究生，主要研究方向为工业水处理。2019年第2期广东化工第46卷总第388期·59·原水的高COD和盐度，EGSB反应器启动初期，利用自配葡萄糖模拟废水，COD浓度从3800mg/L至10000mg/L(容积负荷为8~20kg/(m3·d))逐步提高(见图2)，EGSB出水COD浓度基本稳定在300mg/L以下，去除率可以达95%以上，反应器在25天左右启动完毕，实现稳定运行。图2EGSB启动阶段COD去除效果Fig.2TheCODremovalefficiencyofsetupstage图3实拍照片显示接种的颗粒污泥从营养物质缺乏状态开始到成熟的过程(a→b→c→d)，污泥粒径从1mm增加到3~5mm，颗粒沉速也大大增加。a、b、c、d分别为第一天，第十天，第十五天，第三十天的颗粒污泥照片，污泥的表面渐趋光滑，产气状态更加持续稳定，证明颗粒污泥培养成熟。图3颗粒污泥培养照片Fig.3Cultivationofgranularsludge颗粒污泥30天内的增殖率为44%，仅为好氧污泥的增殖率的10%左右；厌氧反应器内污泥床高度为65cm，占反应器有效容积的43.3%。2.2EGSB处理紫外线吸收剂废水由于紫外线吸收剂废水具有微生物毒性和高盐度，EGSB启动成功颗粒污泥培养成熟后，为保证反应器正常运行，在处理实际废水初期，应逐步调配升高紫外线吸收剂废水的比例，，直至达到100%原水浓度，实际处理效果见图4。实验在第20天原水比例达到100%，COD去除率在第25天稳定达到86%以上，出水稳定在800mg/L以下，大大削减了后续生化工艺的COD容积负荷。图4EGSB处理紫外线吸收剂废水COD去除效果Fig.4CODremovalefficiencyofultravioletabsorbentwastewaterbyEGSBreactor2.3EGSB处理紫外线吸收剂废水影响因素研究由表3可知，反应器温度从35℃(中温)降低至25℃(常温)，出水COD浓度急剧升高，从340mg/L提升至5885.4mg/L，VFA(挥发性有机酸)的浓度也急剧上升。该现象表明温度的下降很容易导致反应器的去除效果下降，VFA大量积累。一般认为温度最好保持在30~40℃(最宜为35~38℃)。厌氧实验中，温度的控制是一个比较关键性的因素，一般认为温度的波动应控制在5℃以内为宜，温度波动过大会使系统内的VFA积累从而直接影响系统的COD出水效果。表3温度对去除效果的影响Tab.3Theeffectoftemperatureonremovalefficiency温度/℃进水浓度/(mg/L)出水浓度/(mg/L)去除率/%VFA/(mg/L)351036034096.7450.625102635885.439.32952.7表4显示外循环流量(上升水流速度)对厌氧反应器去除效果的影响，上升流速从4.5m/h升至9m/h，出水浓度得以降低，产气量明显得以提升。但随着外循环流量的继续上升，去除率反而降低，观察反应器发现，由于水流的冲刷作用，颗粒污泥的破碎现象比较严重，出水也较浑浊。故EGSB适宜上升流速应在9m/h以下，以保证颗粒污泥的形态并且同时控制能耗。表4外循环(上升水流速度)对去除效果的影响Tab.4Theeffectofupwardcurrentspeedonremovalefficiency外循环流量/(L/h)上升水流速度/(m/h)进水浓度/(mg/L)出水浓度/(mg/L)去除率/%产气量/(L/h)006118.5196167.91.2804.56561.6852872.716096872.343293.76.724013.56673.4215767.70.9厌氧反应较好氧的优点之一为重新启动时间快，停止运转一段时间后反应器重新启动后，厌氧反应器的去除效果不会有明显下降。如图5所示，反应器停止运转7天后重新运行，COD去除率仍可稳定在90%以上。(下转第81页)2019年第2期广东化工第46卷总第388期·81·表12018年春节期间环境空气质量状况与2017年对比Tab.1ComparisonofairqualitybetweenSpringFestivalin2018and2017时间全省AQI达标率/%全省PM2.5平均浓度(微克/立方米)轻度污染(城次)中度污染(城次)重度污染(城次)城市AQI峰值2017年春节(27/1~2/2)91.8458312922018年春节(15/2~21/2)86.45114332923.2春节期间PM2.5浓度小时变化图32018年除夕至初一全省21个城市逐小时AQI等级城市数量及全省PM2.5平均浓度Fig.3Thenumberofcitiesin21citieshourlyAQIlevelandPM2.5concentrationofGuangdongProvincefromNewYear'sEvetofirstdayin20182018年2月15日(除夕)至16日(初一)，全省空气质量受烟花爆竹集中燃放的影响较大，除夕夜间全省空气质量开始恶化，PM2.5浓度迅速攀升，初一凌晨出现高峰，达到192微克/立方米。到初一午后，全省空气质量迅速好转。2月15日(除夕)上午11时~夜间20时，全省21个地级以上市空气质量优至良，21时2个城市开始出现轻度污染，1市出现中度污染；至2月16日(初一)1时，2个城市达到严重污染，4市达到重度污染，2市达到中度污染；至初一2时，严重污染的城市增加至4个，并延续至初一3时；全省PM2.5浓度由除夕下午15时的31微克/立方米迅速上升至初一2时的192微克/立