用上流式厌氧污泥床处理味精废水的研究_丁忠浩
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用上流式厌氧污泥床处理味精废水的研究丁忠浩1, 蔡连浪2, 李 镭2, 沙 茜2(1.武汉科技大学,武汉 430081; 2.武汉市环境保护科学研究所,武汉 430015)摘 要:采用了上流式厌氧污泥床处理高浓度味精废水,研究了UASB反应器的菌种培养驯化条件和连续运行工艺参数,并分析了不同操作条件下去除废水中COD的效果。关键词:味精废水; UASB反应器; 有机物浓度; 特性菌种中图分类号:X703.1 文献标识码:A 文章编号:1003-6504(2002)04-0030-03 采用混凝、气浮或电凝聚系统处理味精废水后,可去掉废水中绝大部分非溶解状态的有机物质,废水COD降至20000mg/L左右[1~2],但仍大大超标,氮、磷等污染物也严重超标。下一步治理必须经过生物处理。上流式厌氧污泥床(UASB)具有对有机物去除率高、运行费用低的优点[3]。本文采用自制的UASB设备,进行了处理味精废水中COD的试验。1 试验准备1.1 试验工艺流程试验工艺流程见图1。夹套式恒温厌氧菌培养装置由主体设备UASB反应器、供水系统、控温循环水系统以及控制电路系统组成。主体设备UASB反应器由进水分配器、反应柱、气液固三相分离器等部分组成。反应柱内径为9cm,总高度100cm,三相分离器内径为25cm,高度30cm,两部分的装液总量为18L。图1 夹套式UASB试验装置流程图1.2 接种污泥加入由日本国立环境科学研究院提供有自造粒特性的实验菌种500mL,菌粒直径约3mm。接种污泥取自武汉市东西湖啤酒厂污水处理厂的二沉池,加入体积2L,其性质为:污泥总量TSS17.4g/L,污泥有机物浓度VSS9.16g/L,沉降性能良好。1.3 营养液配制与使用菌种培养使用人工废水,见表1。使用时用自来水或厌氧实验装置的出水稀释后,按实验进料浓度要求添加,1~4e条件下保温并限期内用完。表1 人工废水的组成成分浓度(mg/L)成分浓度(mg/L)葡萄糖2800KH2PO4100谷氨酸1000CaCl2#2H2O180NH4Cl256FeSO4#H2O80KCl100NaHCO34000MgCl2#6H2O100微量元素/1.4 操作和监控方法试验中每日按添加量配制好人工废水,进行pH、COD等项目的测定,采用压差间歇方式进料。在不同高度取样口取样进行pH、COD等项目的测定。用电子显微镜观察细菌生长和造粒情况。在试验稳定阶段,不定期检查排出气体中的CO2、H2S、CH4的含量。所有项目的检测按国家标准分析方法进行。2 菌种培养与驯化UASB反应器的启动运行进料为稀释后的人工废水,进料的COD浓度值逐步由3000mg/L升至10000mg/L,最初的负荷由0.2~0.3kgCOD/m3#d输入UASB,并以去除率大于70%为依据逐步增加容积负荷。菌种培养阶段历时3~4个月,结果见表2。可知菌种培养过程中COD去除率一般稳定在80%左右。表2 菌种培养阶段的操作参数运行时间(周)1~56~89~1011~1213~18运行期间pH值6.90~8.606.54~7.156.88~7.176.45~7.666.77~7.40水力停留时间(d)42~1218~93.2~84.2~94.5~9进料COD(mg/L)330055007100790010800运行控制温度(e)35?138?138?138?138?1容积负荷(kgCOD/m3.d)0.1~0.30.4~0.60.8~1.01.5~2.02.5~3.0污泥负荷(kgCOD/kgVSS.d)0.01~0.020.04~0.
070.09~0.110.16~0.220.27~0.33COD去除率(%)64.6~71.369.1~81.968.3~71.060.7~82.470.7~83.4将取自现场的味精废水逐步增加进料量,按味精#30#环境科学与技术 第25卷 第4期 2002年7月废水COD占进料总COD的20%,40%,60%,80%,100%的不同比例与人工废水混合后引入反应器。进行菌种驯化。驯化过程历时3个月,进料COD保持在7000mg/L升至10000mg/L,SO42-从500mg/L升至4000mg/L左右。COD去除率可稳定在80%左右。菌种驯化过程和结果见表3。表3 菌种驯化阶段的操作参数(运行控制温度38?1e)运行时间(周)1~45~89~1112~1415~17味精废水所占比例(%)20406080100运行期间pH值6.13~8.506.44~7.516.19~7.376.51~7.976.66~8.16水力停留时间(d)4.5~97~97~97~97~9进料COD(mg/L)70308742853475007684容积负荷(kgCOD/m3.d)1.2~1.51.5~2.01.5~2.01.2~1.51.2~1.5污泥负荷(kgCOD/kgVSS.d)0.12~0.160.16~0.220.16~0.220.12~0.160.12~0.16COD去除率(%)74.6~81.371.1~86.964.3~69.570.7~88.476.6~85.43 处理味精废水的试验3.1 稳定运行试验稳定运行阶段共16周,COD容积负荷由1.5CODkg/m3#d增加到10.8CODkg/m3#d,进料COD浓度由7600mg/L提高到11800mg/L,高浓度进料有助于提高容积负荷,但去除率稍有下降。稳定运行的统计结果如表4。经厌氧处理后水质有了明显的变化,在平均进水COD8200mg/L情况下,COD平均去除率达83.5%,见表5。表4 稳定运行结果参数(符号)单位范围平均值水力停留时间(HRT)d6.4~97进水COD(CODin)mg/L7600~118008200COD容积负荷(CODvf)kgCOD/m3d1.5~10.85.13出水COD(CODout)mg/L620~22601350COD去除率(Gc)%80.8~86.783.5甲烷含量(CH4)%50.5~55.553.6表5 厌氧处理前后平均水质变化表项目CODCrSO42-SSNH3-NpH进水(mg/L)8200401014307784~5出水(mg/L)1350153027313407~8去除率(%)83.561.880.9//3.2 温度的影响温度影响UASB运行的结果见图2。由图可见,UASB运行的合适温度在25~60e之间,最佳点在40e左右。3.3 增负荷和冲击负荷的影响由于味精废水碳硫比很低,所以在增加进水浓度后,高浓度的SO42-、CL-以及H2S对UASB中硫酸盐还原菌(SRB)与产甲烷菌(MPB)引起强烈抑制,
系图2 温度对去除率的影响统中MPB和SRB在随后几天内严重失活,造成COD去除率骤然下降,恢复需要近半个多月的时间[4]。因此对味精废水的单级UASB厌氧处理,负荷在5kg/m3#d附近时比较稳定。为了考察反应器抗负荷变化性能,实验过程一度采用白天进料,夜间停止的间歇操作方式,表4中较低的去除率即由此导致。一般冲击负荷进料后反应器经过2~3h后恢复正常运转,产气量一般需5~6h回升至正常值。系统经受过10.8kg/m3.d的COD冲击负荷和5.11kg/m3.d的SO4-2冲击负荷,出水始终比较稳定,COD保持在1300mg/L附近。3.4 UASB内污泥浓度分布及造粒特性表6是污泥颗粒和污泥床层高度随着水力负荷增大的变化情况。反应器底部污泥浓度高,对污染物起到主要降解作用,污泥经过二个多月运转后,由原来微小颗粒长成直径1.0~5.0mm的颗粒污泥,较大颗粒容易沉淀,能承受较大的水力负荷,而且单位体积细菌数量很大,COD去除率高。在不定期搅拌和水流冲洗作用下,剪切力使得细菌聚集生长并形成球团。试验中采用显微镜检,拍摄颗粒污泥在不同生长发展阶段的照片,经观察得知试验中颗粒污泥在经三个月的培菌后可形成高密度的细菌球状团。达到高效去除味精废水中COD的稳定运行状态。表6 污泥床层高度和颗粒粒径的变化情况运行时间(周)1~45~89~1112~1415~17水力停留时间(d)42~1212~99~77~4.54.5~3.2污泥床层高度(mm)150~250220~280250~350320~400370~450颗粒粒径范围(mm)0.5~2.00.5~2.51.0~3.01.5~4.52.0~5.04 结论(1)用UASB反应器处理味精废水,颗粒污泥接种后经过驯化三个月容积负荷由1.5kgCOD/m3.d上升到10.8kgCOD/m3.d。进料COD浓度由7600mg/L提高到11800mg/L,去除率约为80%。(2)建议UASB反应器运行工艺参数为:进料COD5000mg/L,容积负荷10~15kg.COD/m3.d,COD去除率80%,操作温度38?1e。(下转第33页)#31#用上流式厌氧污泥床处理味精废水的研究 丁忠浩,等2.3 搅拌速度和搅拌时间对絮凝效果的影响搅拌速度对絮凝效果的影响较大。加絮凝剂A时,为使絮凝剂迅速与废水混合,同时为脱稳后的细微颗粒提供足够多的碰撞机会,宜快速搅拌;加絮凝剂B时,为防止生成的/矶花0被打碎,宜采用较慢的搅拌速度。试验表明,加絮凝剂A时,搅拌速度以800~900r/min为宜;加絮凝剂B时,以100~200r/min为宜。搅拌时间对絮凝效果影响较小,搅拌时间以3~8min为宜。2.4 pH值对絮凝效果的影响絮凝剂A的最佳pH使用范围为pH5~8,故pH对絮凝沉降效果有重要影响。实验表明,当水样的pH低于4.5时无/矾花0生成;当水样的pH在5~8之间时,生成的/矾花0大而密实。由于废水排放标准要求pH为6~9,因此确定pH6.5~7.5为操作条件。2.5 废水处理结果在实验确定的最佳工艺条件下,废水处理结果如表1所示。表中数据表明,处理后的废水,各项指标均优于GB8978-1996规定的一级排放标准。表1 废水处理结果pH悬浮物(mg/L)色度(倍)浊度(度)Fe3+含量(mg/L)CODCr(mg/L)原始废水5.5~6.1220~350/600~1200//出 水6.2~7.20.002~0.0058~126~80.3~0.712~353 废水处理装置及运行情况3.1 废水处理装置根据实验室试验结果,设计并建成了如图2所示的处理装置。废水自车间进入调节池1,经泵2送入反应沉淀池3至规定体积,开动搅拌M,自药剂槽6投加氢氧化钠溶液,调节反应沉淀池中废水的pH值为6.5~7.5,将搅拌调至/快速0档(60r/min),从药剂槽7加入絮凝剂A并搅拌5min,再将搅拌调至慢速档(20r/min),从药剂槽8加入絮凝剂B并搅拌5min,自然沉降1h后,将反应沉淀池中的上清液排入清水池5回用或排放;底部泥浆排入过滤器4过滤,泥渣经处理回收或送固废处理场集中处理。图2 废水处理装置流程示意图3.2 运行成本经工厂核算,处理1t废水的运行成本约为0.15元,其中药剂费约0.05元、电费约0.1元。4 结论工厂1年多的实际运行结果表明,采用混凝沉淀法处理锰锌铁氧体生产废水,土建和设备投资少,工艺简单,操作方便,运行费用低,絮凝沉淀速度快,处理效果好。经环保监测部门多次监测,排放水的各项指标均达到国家一级排放标准。[参考文献][1] 都有为.铁氧体[M].南京:江苏科学技术出版社,1996,160.[2] 汪大,徐新华.工业废水中专项污染物处理手册[M].北京:化学工业出版社,2000,295、298.[3] 王连生.环境健康化学[J].北京:科学出版社,1994,311.(收修改稿日期:2002-01-14)(上接第31页)[参考文献][1] 陶涛.普鲁兰预处理高浓度味精废水试验研究[J].给水排水,2001,27(1):39~42.[2] 丁忠浩.气浮)电凝聚法去除味精废水中悬浮物的研究[J].中国粉体技术,2000,10:228~230.[3] 曹业始.UASB反应器处理味精废水的研究[J].环境化学,1991,10(4):19~24.[4] 惠平.硫酸法味精废水的厌氧处理试验[J].环境污染与防治,1995,17(5):10~13.(收修改稿日期:2001-12-10)#33#混凝沉淀法处理锰锌铁氧体生产废水 尹庚明,等