丁辛醇废水处理的研究王凤翔

吉化科技1994年第3期丁辛醇废水处理的研究王凤翔黄江丽`(吉林化工学院〕赵安仁“(吉化公司化肥厂)摘要针对高浓度丁辛醉废水的处理方法进行了研究。结果表明,丁辛醇废水可生化性良好,用上流式厌或污泥来(UASB)作为一级处理,加压曝气生抽流化床作为二级处理,体积负荷为普通曝气法的10倍.炭.里吸附作为后续处理。工艺流程简单.运行稳定效果良好,处理效率高,进水CODorloo()()一16()()()mg/L.出水e0D艺〔)()。、g“L。关键词UASB;加压曝气;炭黑吸附前言发展高效、低能耗、占地面积小的生产处理新工艺,一直是废水生化处理研究的主要课题之一。上流式厌氧污泥床(UASB)是荷兰农业大学于1974年开发研究成功的。在国外已广泛用于各类有机工业废水处理设施中,并获得世界环保组织的高度评价。我国少数科研机构和高等院校从80年代初期开始从事这一试验研究,已取得了很大进展,近年来已开始用于啤酒、豆制品、制药、化工、染料等污水处理系统中,显示出巨大的潜力。本课题采用(UASB)厌氧污泥流化床作为一级处理设备,以合成纤维作为厌氧反应器的填料,可以大大提高微生物的附着面,使反应器内保持较高的活性污泥浓度。处理高浓度丁辛醇废水、效果良好,COD去除率可达8。%以上。本研究根据亨利定律原理,利用加压曝气生物法作为二级处理.提高了氧在水中的溶解度。试验表明,加压曝气不仅可提供高浓度微生物代谢所需的氧,同时还可提高生化反应速度及微生物活性,使生化处理的效率明显提高。经过炭黑吸附的正交实验,找出了最佳吸附条件。丁辛醇废水.成份复杂.COD值高.碱度大.采用单一方法很难达到国家排放标准。本研究采用厌氧、好氧、吸附联合处理工艺.解决了丁辛醇废水处理问题。具有很好的社会效益、环境效益和经济效益。实验原理2.1UASB厌氧消化原理厌氧消化罐内的反应过程如下:原生质/有机物+微生物\原生质有机酸、醇CO:·NH:H书等C()。+CH,+能`多、`犷、嘴圣》叱丁一艺户弓李卜嘴李卜崛多、吧痊卜心护`乡,嘴呀卜弋公卜司沙司价峭夕卜司产呵去,咭夕卜司价嘴乡嘴碑卜`终`作者简介王凤翔,57岁,教授,1963年毕业于吉林化工学院有机系。现任吉林化工学院环境化工系主任。中国化工学会会员,吉林省化工学会、吉林省环境补学学会理事,曾三次在国际学末会议发表论文.在国际、国内各种学术刊物上发表论文30余篇。厌氧消化分为酸性消化阶段.碱性消化阶段.在连续消化的过程中,二者是同时进行的.并且保持着某种程度的动态平衡。上流式厌氧污泥床具有较高的处理能力,主要是由于消化器内积累有高浓度的活性污泥.同时具有良好的凝聚性能。技术关键不仅在于床内有呈颗粒状.沉降性能好的高活性的厌氧污泥,同时采用合成纤维作为厌氧反应器的填料,很快形成厌氧生物膜。在适宜的上升流速下.使生物粒子呈现流化状态,既避免了堵塞,使微生物与污水之间能得到充分的接触,又能保持较高的生物量。生物附着的有效表面积增加.使反应器单位容积中的生物量增高,促进有机负荷提高,从而具有较强的净化能力。本设备中污水经厌氧分解、脱气和沉淀结合在一起。在UASB内分为三层:低层为污泥床,由于颗粒粒径大,沉降性好,所以它既*参加工作的还有柏承志和苏宏。二*参加工作的还有刘金霞和李璐。l改稿日期:94.《)6.30DOI:10.16664/j.cnki.issn1008-0511.1994.03.0051994年第3期吉化科技是一个过滤床,也能承受很高的水力负荷,污水中的有机物质大部分在这里得到分解。中间为悬浮层,比重较小的絮状污泥悬浮分布在中间,经一定时间对有机物质的分解后混凝结合成较大的污泥时,便会下降至底部。未能形成的絮状的污泥被分解后的废水上升至三相分离器,在这里经气、液、固分离器将各自分离开来,沼气溢出液面上升到罐顶部,被分解处理后的废水排走。污泥被拦截挡回罐内继续对废水进行分解反应。2.2加压曝气好氧处理的基本原理好氧生物处理是利用微生物的新陈代谢过程,经过一系列的生物化学反应,使废水中的有机物最终被降解为CO。、H必及其它无机物,从而使废水得到净化,微生物在降解有机物的代谢过程中所需的氧通过曝气的方法来供给,微生物浓度越高、活性越大,则降解有机物的速率越快,设备容积负荷越大,所需设备体积越小。但目前国内普遍采用的生化处理方法,由于采用常压曝气的方法供氧,供氧速率有限,而使得污泥浓度和处理效率的提高受到了限制,因为根据亨利定律,低压下气体在水中的溶解度符合以下规律:C=HP(1)式中:C:溶质气体在溶液中的浓度(mgl/)H:溶解度系数,随温度而变化。P:溶质气体在溶液表面上的分压(大气压或毫米汞柱)对于水中溶解氧来说,在高程小于1000米,温度在25它以下时L`」,水中的溶解氧与大气压有以下关系:C一(C`,了6。聂(2)式中:(C,)了6。:压力为760毫米汞柱时氧的溶解度。(毫克/升)C,:压力为P毫米汞柱时氧的溶解度。(毫克/升)由(1)、(2)式可知,在一定范围内水中溶解氧浓度与其分压成正比关系。根据这一原理,与普通曝气法相比,在同样供气量的情况下,由于加压曝气提高了氧在水中的溶解度,使提供给微生物生化反应所需的氧成倍的增加。在水温18℃时,用GRY一085型溶解氧仪测定生化反应器内清水中饱和溶解氧与压力的关系,其结果见图1。由图可见,在压力为25oKPa〔表压)情况下,清水中饱和溶解氧可达37.8毫克/升.约为常压下的3.5倍。但考虑到生产上将选择省电的低压空压机,所以在本试验中最高压力只做到20oKPa。3丁辛醇废水的水质及可生化性分析3.1丁辛醇废水取自某厂丁辛醇车间,其排放量4吨/小时,排放温度100C、pH值14。我们采用污染源统一监测方法测得COOc丁。采用国际Y4小沪Q/HGll一215一81对甲酸钠(HCODNa)分别做了定性、定量分析。利用气相色谱法.对废水中有机物进行了分析。详见表l。表1丁辛醇废水水质项目水量t/hTCODormg/lHCOONaBOD5mg/l醋类%数量414100℃10000一160003一4肠120()00.()070.00400023.2可生化性分析(1)根据水质分析所测得BODS/COD0.3,初步可判断为可生化性的。(2)通过测定不同时间内源呼吸耗氧量及与有机物接触后的生化呼吸耗氧量衡量。实验装置如图1。在250ml的广口瓶中加入一定量的废水和活性污泥,迅速用装有溶解氧探头的橡皮塞子塞紧瓶口,将瓶子放在电磁搅拌器上,启动搅拌器,定期测定记录溶解氧浓度,以累积耗氧量对时间作图得氧化呼吸线(即生化线)。在瓶中只加同量活性污泥,以同样方法实验作图则得内源呼吸线。如果某废水溶解氧测定仪巨巨口口一一尔尔33333图1废水可生化性实验装置的氧化呼吸线在内源呼吸线之上,说明有机物的存在使微生物的耗氧速率加快,则该废水为可生化。如图2:吉化科技1994年第3期二\即二屏四睽廷崔热水夹套、/少仑筋竺多时I川(n二,,)图2丁辛醉废水可生化性由以上曲线可知,丁辛醇废水属于可生化的。4工艺流程与实验方法4.1工艺流程C〔刃。r10000~16o00rng/从进水毛叭占B反应器2000~350()mg/l加压曝气反应器400~soonlg/l炭黑吸附-120t)mg/l出水图3管式反应器的结构示意图A沼气出口B热水出口C循环液D取样口E测温口F污泥出口G进料口H热水入口L物料出口表2稳定运行平均结果进水pH发酵水力停留出水CODormg/L进水出水温度C时间((l)CODrng/L去掉率%4.2实验方法与数据处理.4.21厌氧消化工艺a.实验装置:厌氧消化器UASB装置是用有机玻璃制成。内径100mm,柱长850mm,底部装设布水器,下部装瓷环填料占总体积的1/10,上部纤维填料,间距上下70mm,每朵重量平均67omg。消化器主体部分设有夹套,采用继电器控制加热保温,使消化温度得以保证。上部出水,底部进水。厌氧发酵产生沼气,经过气水分离器、气体流量计,进入气体收集器。如图3:b.接种污泥及污泥驯化:厌氧消化取自污水厂二车间厌氧污泥,投入消化器,营养比100:10:1,T~33℃,厌氧发酵24hr,而后调节pH~7,按废水量25%、50%、75%、100环逐步加大废水量,进行培养驯化。一周后,用光学显微镜观察,发现菌胶团致密呈深褐色,小部分八叠球菌、螺旋菌,载体形成了厌氧生物膜,纤维束上充满气泡,产气量高,气泡上升生物粒子呈流化状态,载体表面积逐步增大,反应器单位容积中的生物量增高,处理效果好,出水CODer的去除率达到80%左右,即污泥培养驯化结束。污泥已达稳定期,开始正常运行。c.稳定运行平均结果如表21490033().3~1250()~350()76~834.2.2加压曝气工艺a.实验装置:加压曝气装置为有机玻璃柱,两头用钢板法兰固定,中心管式内循环生物流化床.床内设有中心循环管及污泥沉淀区,沉淀下来的活J性污泥借助于中心管喷射的空气提升力在床内循环。循环速度取决于中心管的曝气强度。该装置容积4.6升,进水和压缩空气分别经计量泵和转子流量计进入反应器底部,在反应器内进行生化反应,处理后的水由沉淀区顶部排出。压力由压力表及压力阀控制。实验装置如图4:b.接种污泥与污泥驯化:加压曝气好氧处理的污泥取自炼油厂曝气池污泥。营养比按驯化阶段COD:N:P一100:10:2,加入(NH、):50、及KH:PO`。实验操作条件为常压,温度控制为20一25℃,闷曝1小时左右,停止曝气静止40分钟后,排出上清液,加入水样开始曝气实验。曝气量按下式计算:22.4q一万万万万万-下万入O`/、V一`1COD·V水t.刀()式中:COD:进水浓度mg1/1994年第s期吉化科技V水:进水体积(L)t:连续曝气时间h(r)刀。,:02的利用率0.06一0.08水样COD按体积负荷20%、40%、60%、80%的速率增加,逐步增加至100%。混合液的SV3,从18%上升到25%。COD去除率随着投加比例的增加而有些波动,但其去除率仍是80%详见图5。镜检活性污泥微生物从一开始菌胶团松散,数量少,原生动物的种类少且不太活跃,到后来菌胶团逐渐成型且结构致密,原生动物的种类量明显增多,特别是钟虫、纤毛虫的量多且活跃。即为驯化阶段结束。可参看照片1与照片2。...........................口口.............lllllll只}}}................一.口一-.一..........6666666666666665555555555555551.反应器2.沉降罐3.气浮槽4.气液分离罐5.废水槽6.污泥回流槽7.回流污泥泵8.缓冲罐9.空压机图4加压生物处理工艺流程图咬水枚勿公l七俗弓匕,%l取“l闭%`幽/!侧l子酬梦嵘湘净图5污泥驯化期间污泥浓度及COD去除率变化趋势c.压力试验:当进水比例达到100%以后将进水COD提高到10O0mgl/左右,分别控制压力为50KPa、10oKPa、150KPa、200KPa四个压力下做压力负荷实验,确定压力改变时COD去除率的变化。详见图6。6压力对COD去除率的影响。由实验结果可见,在同一曝气时间,反应器压力越高,出水COD浓度越低,即COD去除率越高。从生化反应动力学的角度来说,在处理的初期,基质浓度较高,要求供给较多的氧量来维持微生物降解有吉化科技1994年第3期机物的需要,当供氧量不足时,溶解氧将成为生化反应的限速因素,使微生物难以达到最佳活性状态,随着反应器压力的提高,氧的传质推动力加大,提高了氧传质速率,从而提高了生化反应速率.由此可说明在基质浓度高时,溶解氧是限制生化反应的关键因素。普通活性污泥法难以承受高浓度进水的原因即在此.所以通常需把高浓度的进水稀释到COD约80omg月以下再进行处理。由此不仅浪费了水资源·也加大了设备体积,使工程投资及运行费用均相应卞,lI(%)浓度知g门〕1()()l自川)一一厂口ù8(〕吕(1(〕提高。卜哪气时1111门}。时)照片I菌胶团结构卿瞥豁图6压力对(C)D