微电解-UASB组合工艺处理糠醛废水.pdf

微电解- UASB 组合工艺处理糠醛废水 张清友 1 赵志强 2 1. 北京科技大学土木与环境工程学院， 北京 100083;2. 安阳钢铁集团公司， 河南 安阳 055004 摘要 针对糠醛废水 pH 低、 有机物含量高、 污染物成分复杂难降解等特点， 采用微电解-UASB 组合工艺处理糠醛废 水。试验结果表明 后续 UASB 法产生颗粒污泥后， 在进水 ρ COD 超过5 000 mg/L， pH 值为 5 左右时， 废水去除率稳 定在 80. 5 以上， 出水 pH 值为 7， 表明该工艺具有良好的应用前景。 关键词 糠醛废水; 微电解; UASB 启动; 颗粒污泥 THE TREATMENT OF FURFURAL WASTEWATER BY COMBINATION PROCESS OF IRON- CARBON MICRO- ELECTROLYSIS AND UASB Zhang Qingyou1Zhao Zhiqiang2 1. School of Civil Engineering and Environmental Engineering，Beijing University of Science and Technology，Beijing 100083，China; 2. Anyang Iron and Steel Group Company，Anyang 055004，China AbstractFurfural wastewater features low pH，high organic substances and low biodegradation，it is treated by a combination process of iron-carbon micro-electrolysis and UASB. The test results show that after the granular sludge is produced by UASB， when COD in the influent is over 5 000 mg/L and pH is about 5，removal rate of the effluent COD is above 80. 5 and the effluent pH is 7. This shows that the process has a good prospect of application. Keywordsfurfural wastewater;micro-electrolysis;start-up of UASB;granular sludge 0引言 糠醛废水呈酸性， pH 值在 2 左右， 同时排放的废 水含有乙酸、 醛类和糠类， 污染物多为环状， 属重污染 有机废水。 本试验将微电解作为预处理工艺， 其具有适用范 围广， 成本低廉， 处理后废水生化性好等优点， 预处理 后废水 ρ BOD5 /ρ COD 可达 0. 65; 后序 UASB 工 艺生成颗粒污泥后， 出水更加稳定， 耐冲击负荷能力 强。试验结果表明， 采用微电解 － UASB 组合工艺处 理糠醛废水是一种行之有效的方法。 1试验部分 1. 1试验材料 试验废水采自吉林省某糠醛厂， 水样 ρ COD 为 5 000 ～ 5 500 mg/L， pH 值为 2. 1 ～ 2. 5。 试验所用废铁屑取自某校办工厂， 首先用 10 NaOH 溶液浸泡10 min， 去除表面油污后， 用自来水冲 洗干净， 再用 3 HCl 溶液浸泡， 直至有大量气泡产 生， 再用自来水冲洗， 使铁屑活化; 活性炭在糠醛废水 中浸泡24 h， 使其达到吸附饱和， 去除其对废水的吸 附作用; 试验用污泥取自沈阳市某污水处理厂产生的 厌氧污泥。 1. 2试验方法 将糠醛废水从顶端引入微电解反应柱 有机玻 璃柱制成，  50 mm 400 mm ， 有效水深350 mm， 下 端出水， 测其 pH 值和 COD 值。然后从底部进入有 效容积为11 L的 UASB 反应器中 工艺流程见图 1 。 启动时 UASB 中有自制填料以及经过培养的接种污 泥4. 5 L， 污泥浓度为17. 5 kg/m3。 在 UASB 中废水、 厌氧污泥以及厌氧菌产生的气体充分混合 温度控 制在 38 ～ 40 ℃ ， 形成颗粒污泥， 使废水得到净化。 2结果与讨论 2. 1微电解法预处理对糠醛废水各参数的影响 2. 1. 1材料粒度对处理效果的影响 分别将不同粒径的铁屑和活性炭， 按体积比为 1∶ 1均匀混合装入反应器内， 引入糠醛废水， 反应1 h 后出水。结果如表 1 所示。 21 环境工程 2010 年 6 月第 28 卷第 3 期 图 1工艺流程 表 1铁屑、 活性炭粒径对处理效果的影响 铁屑粒径 /mm活性炭粒径 /mmCOD 去除率 / 出水 pH 值 1 ～ 22 ～ 469. 525. 49 2 ～ 3 262. 565. 3 3 ～ 4 219. 023. 92 1 176. 335. 85 由试验可知， 铁屑、 活性炭粒度对试验效果有较 大影响。铁屑、 活性炭粒度越小， 单位体积填充物中 所含的铁屑、 活性炭颗粒越多， 颗粒的比表面积越大， 微电池数增加， 颗粒间的接触更加紧密， 延长了过柱 时间， 使 COD 去除率从 19. 02 提高到 76. 33 ， pH 由 3. 92 上升到 5. 85。但粒度越小， 使单位时间处理 的水量越小， 且易产生堵塞、 结块等不利影响， 综合考 虑，选 择 铁 屑 粒 径 为 1 ～ 2 mm，活 性 炭 粒 径 为2 ～ 4 mm。 2. 1. 2水力停留时间对处理效果的影响 分别控制废水在反应器中的停留时间为 10， 20， 30， 40， 50， 60， 70， 80， 90， 120 min， 待出水稳定后测其 COD 及 pH 值。试验结果见图 2 和图 3。 图 2停留时间对处理效果的影响 由图 2 可以看出， 当水力停留时间 50 min时， COD 去除率与时间呈线性上升， 超过60 min以后， COD 去除率增加缓慢， 基本保持不变， 而且停留时间 越长， 所需反应器体积越大， 因此确定最佳水力停留 时间为60 min。 由图 2、 图 3 可以看出， 并不是水力停留时间越 长， 废水去除率越高， 如果停留时间超过80 min， 铁屑 的消耗量增加， 从而使溶出的 Fe2 大量增加， 并氧化 成为 Fe3 ， 造成色度的增加， 加大后续处理难度， 所 以停留时间并非越长越好。 图 3水力停留时间对出水 Fe2 含量的影响 2. 1. 3进水 pH 值对处理效果的影响 试验将进水 pH 分别调节为 2. 5， 3， 3. 5， 4， 4. 5， 5， 5. 5， 6， 考察进水 pH 对铁炭微电解处理糠醛废水 的影响， 试验结果如图 4 所示。 图 4进水 pH 值对处理效果的影响 由图 4 可知， COD 去除率随进水 pH 值降低而升 高。当进水 pH 从 6 降低到 2. 5 时， COD 去除率由 23. 68 提高到 40 ， 而出水 pH 变化不大。这是由 于低 pH 值时， 存在大量的 H ， 使反应速度加快， 但 pH 值不能太低， 因为 pH 值太低会改变产物的存在 形式， 如破坏反应后生成的絮体， 从而产生有色的 Fe2 ， 使处理效果变差。 本试验所用废水 pH 为 2. 5 左右， COD 去除率已 达 40. 68 ， 综合考虑各因素， 在处理过程中不必调 节进水 pH 值。 2. 1. 4φ Fe /φ C 对处理效果的影响 调节 φ Fe /φ C 体积比为∞ ， 2， 1. 5， 1， 0. 67， 0. 5， 考察不同 φ Fe /φ C 对微电解处理糠醛废水 的影响， 试验结果如表 2 所示。 由试验结果可以看出， 铁炭混合填料的处理效果 比纯铁填料的处理效果好。对于一定量的铁屑， 随着 铁炭比 的 降 低， 处 理 效 果 逐 渐 变 好。当 铁 炭 比 达 0. 67 左右时， 出水 pH 和 COD 的去除率分别保持在 31 环境工程 2010 年 6 月第 28 卷第 3 期 4. 85 和 38 左右。 表 2φ Fe /φ C 对处理效果的影响 φ Fe /φ C出水 pH COD 去除率 / ∞3. 6210. 02 2. 003. 9314. 23 1. 504. 2332. 10 1. 004. 5836. 84 0. 674. 8538. 83 0. 504. 9239. 02 2. 2UASB 处理废水试验 2. 2. 1UASB 启动阶段处理效果 UASB 启动时间为60 d， 以每20 d为 1 阶段， 共分 3 阶段， 由图 5 可知， 3 个阶段 COD 去除率在图像上 有一定的相似性， 均呈Ⅴ字形。这是因为虽然进水 COD 浓度相差较大， 但是产甲烷菌都经历了相同的 消化过程， 每个阶段都因为进水 COD 浓度的增加， 产 甲烷菌要经历一个比较长的适应过程， 挥发性脂肪酸 的不断增多， 对产甲烷菌产生了一定的抑制作用， 在 这段期间出水 COD 浓度增高， 去除率下降。而后又 随着产甲烷菌的生长繁殖出水 COD 浓度不断降低， 去除率逐渐平稳升高， 达到预定的去除效果。 图 5启动阶段 UASB 反应器对 COD 的去除 2. 2. 2启动阶段 VFA 曲线和 pH 曲线之间的关系 为检测出水挥发性脂肪酸与 pH 之间的影响关 系， 试验每天检测 1 次出水 pH， 每 3 d 检测 1 次出水 VFA。由图 6 可知， 当检测 VFA 较高时， 则之后第 2 天或第 3 天监测 pH 值较低; 当检测 VFA 低时， 则随 后几天 pH 值相应升高， 出水 pH 值明显比 VFA 变化 滞后。 2. 2. 3启动阶段 UASB 产气量的变化曲线 试验采用每5 d检测 1 次产气量的方法来观察厌 氧菌的活性状况， 在一定程度上可反映反应器中厌氧 菌的变化情况。 由图 7 可知， 在增加负荷后的短时间内， 产气量 图 6启动阶段 UASB 反应器出水 VFA 和 pH 的变化曲线 略微下降， 然后快速上升。首先， 这是因为小的甲烷 菌微粒被洗出， 几天后产气量由于甲烷菌的增殖而重 新上升， 出水 VFA 浓度也会下降; 其次， 厌氧菌对进 水 COD 浓度的变化有一个适应过程。 图 7启动阶段 UASB 反应器产气量变化曲线 2. 3产生颗粒污泥后的稳定运行阶段 在稳定运行阶段， HRT 对 COD 去除率的影响由 表 3 可知 当 HRT 为12 h、 VLR 为10. 32 kg/ m3d 时， COD 去除率为 63. 8 ， 而水力停留时间为48 h 时， COD 去除率为 80. 5 ， 上升了 16. 7 ; 当 HRT 在 60 ～ 96 h时， COD 去除率从 84. 1 增加到 86. 1 ， HRT 的增加对 COD 去除率的影响明显变小。 表 3UASB 反应器稳定运行情况下各项数据 日期 HRT/ h VLR/ kgm －3d－1 进水 ρ COD / mgL －1 出水 ρ COD / mgL －1 去除率 / 进水 pH 出水 pH 出水 VFA 0805482. 645 120. 3849. 983. 44. 737. 312. 7 0810245. 045 117. 71 654. 467. 74. 986. 773. 0 08161210. 325 204. 11 882. 963. 85. 126. 523. 1 0821363. 365 098. 51 752. 665. 64. 866. 893. 5 0827482. 645 165. 81 006. 380. 55. 037. 212. 9 0902602. 165 205. 4823. 484. 15. 107. 362. 1 0907721. 685 166. 9800. 184. 54. 997. 451. 6 0913841. 445 186. 4756. 885. 45. 127. 630. 6 0918961. 205 112. 0711. 286. 15. 227. 88 41 环境工程 2010 年 6 月第 28 卷第 3 期 在 UASB 启动60 d后， 发现厌氧污泥颗粒化， 如 图 8 所示， 各种出水指标也逐渐稳定。由表 3 可以看 出 在 稳 定 运 行 阶 段， 即 使 进 水 pH 值 比 较 低 在 4. 7 ～ 5. 2 ， 出水 pH 也可维持在 7 左右 适合产甲烷 菌生长的范围内 ， 这是因为颗粒污泥的生成， 尤其 是产甲烷菌异常丰富， 消耗掉了大量 VFA。 图 8厌氧颗粒污泥 3结论 1 微电解 － UASB 联合工艺工序简单， 经济性较 好， 且利用废水本身特点， 资源化程度高， 处理效果 明显。 2 采用微电解作为预处理， 在 φ Fe /φ C 为 0. 67， 水力停留时间为60 min时， COD 去除率较高， 提 高了废水的可生化性， 降低了后续 UASB 处理工艺 难度。 3 在温度为 38 ～ 40 ℃ ， 接种污泥浓度为17. 5 kg/m3， 添加自制填料后， UASB 工艺启动快， 易生成 颗粒污泥， 耐冲击负荷提高， COD 去除率进一步提高 到 80 以上， 出水指标更加稳定。 参考文献 ［1 ］ Behling E， Diaz A， Colina G， et al. 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