厭氧序批式反應(yīng)器預(yù)處理焦化廢水

1、PAGE PAGE 8厭氧序批批式反應(yīng)應(yīng)器預(yù)處理理焦化廢廢水李冰1，孫孫英蘭11，李玉玉瑛2摘要實驗室室規(guī)模的的厭氧序序批式活活性污泥泥法(AASBRR)過去去常常用用于預(yù)處處理焦化化廢水.接種厭厭氧顆粒粒物質(zhì)被被馴化到到2255d的焦化化廢水,然后檢檢測出馴馴化粒狀狀物質(zhì)焦化化廢水的的生物化化學(xué)甲烷烷勢(BBMP).與此同時時,一些些基本技技術(shù)因素素,如反反應(yīng)時間間和灌漿漿時間比比(tf/tr)，間歇攪攪拌混合合強度和和模式,影影響到焦焦化廢水水厭氧預(yù)預(yù)處理AASBRR反應(yīng),這些基基本技術(shù)術(shù)因素通通過正交交試驗評評價.當當有機負負荷率為為0.33700.544Kg CODD/(m3.d),

2、在適適宜的條條件因子子（tf/tr）下和間歇攪攪拌混合合強度模模式下，穩(wěn)定處理系統(tǒng)中，COD的去除率可達38%50%.在實驗的最后，用掃描、透視的方法在SBR反應(yīng)器中觀察到了微生物形式的顆粒狀污泥.實驗結(jié)果表明,在顆粒狀污泥微生物中占據(jù)主要地位的細菌是Methanosaeta細菌，而不是在接種的顆粒狀污泥微生物中占主要地位的甲烷菌。關(guān)鍵詞厭氧序批式活性污泥法(ASBR)焦化廢水厭氧預(yù)處理中圖分類號:X703.1文獻標識碼: A 引言焦化廢水產(chǎn)生于焦炭生產(chǎn)、煤氣、焦油和焦炭等副產(chǎn)品.焦化廢水包括氨等無機污染物、氰、雜環(huán)化合物和多環(huán)芳烴化合物如酚、油類、萘、吡啶、喹啉、無煙煤,這些物質(zhì)在有氧條件下

3、通常是難以生物降解的.焦化廢水排放對環(huán)境造成嚴重污染,也威脅到人類的正常生活,因此要對焦化廢水做處理,以減少對環(huán)境的危害.傳統(tǒng)焦化廢水生物處理效率并不足以滿足所需的質(zhì)量標準.通過加入特定的微生物,廢水處理相當成功地實現(xiàn)了實驗室規(guī)模的焦化廢水處理.然而,維持優(yōu)勢種群的生物活性和定期添加固定化微生物在實際應(yīng)用仍然是一個問題,并須確認其可行性.預(yù)處理通常用于使焦化廢水更適合于生物處理方法,通常的預(yù)處理方法包括調(diào)節(jié)和存儲、氨化、氯化以及氣浮.最近,在難生物降解的廢水的處理問題上,通過厭氧和好氧處理技術(shù)的結(jié)合,達到了既高效又經(jīng)濟的效果，A/O工藝和A2/0工藝就是其中主要的處理方法.在這些系統(tǒng)中,厭氧預(yù)

4、處理工藝用做部分難降解有機化合物的預(yù)處理,以降低后續(xù)好氧和厭氧處理工藝的負荷.目前,A/O工藝和A2/0工藝在焦化廢水的處理中越來越流行.研究表明,厭氧處理能大大改善生物降解焦化廢水的效果,為后續(xù)的好氧處理創(chuàng)造良好的條件. ASBR工藝是由lowa州立大學(xué)的Dague及其同事們一起開發(fā)的一種高效率的厭氧工藝.該工藝最有前景的特征是可以實現(xiàn)活性污泥微生物的顆?；?這樣,在反應(yīng)器中就可以保持較高的生物量,并且生物固體停留時間長.有很多關(guān)于ASBR的研究報告,但他們很少用于實際廢水的處理.本文的主要目的是研究用ASBR反應(yīng)器對焦化廢水的預(yù)處理,并通過正交試驗討論ASBR反應(yīng)過程的優(yōu)化運行參數(shù),如tf

5、/tr,MI,以及IMM等.為了擬訂實驗方案,在這個實驗中,我們用正交試驗的方法,用用三個因素來研究三個層次的內(nèi)容.材料和方方法焦化化廢水該該研究中中所使用用的焦化化廢水取取自中國國太原焦焦煤公司司的廢水水處理廠廠.廢水水的特征征歸納于于表1.樣品存存放于44密封容容器并盡盡可能使使容器頂頂部空間間最小,以防止止有氧反反應(yīng)降解解.表1 焦焦化廢水水的特征征實驗程序序1.ASSBR反反應(yīng)器系系統(tǒng)本研研究實驗驗都是利利用實驗驗規(guī)模的的ASBBR反應(yīng)應(yīng)器進行行,其總總?cè)莘e為為14LL,該容容積分為為兩部分分:有效效容積112L,頂部空空間的容容積為22L.圓柱堆堆反應(yīng)器器直徑144.8厘厘米,內(nèi)內(nèi)有

6、液體體深度669.88厘米.在反應(yīng)應(yīng)器周圍圍分布著著幾個直直徑為112毫米米的口,以入料料和污水水的取樣樣.ASSBR反反應(yīng)器安安裝在一一個355C的恒恒溫箱內(nèi)內(nèi),并附附有氣洗洗裝置.以圖11來表示示ASBBR反應(yīng)應(yīng)系統(tǒng)的的組成.通過設(shè)設(shè)置在AASBRR反應(yīng)器器底部的的擴散裝裝置使沼沼氣循環(huán)環(huán)來完成成混合過過程.沼沼氣通過過一國內(nèi)內(nèi)生產(chǎn)的的泵驅(qū)動動,并通通過反應(yīng)應(yīng)器頂部部的一個個直徑為為12毫毫米的孔孔而循環(huán)環(huán).而且且,在反反應(yīng)器頂頂部空間間附有一一個8LL的氣囊囊袋,以以使氣體體可用.為了防防止由于于固體物物質(zhì)的反反應(yīng)所攜攜帶的反反應(yīng)物堵堵塞污水水擴散器器,設(shè)置置了一個個泡沫分分離瓶.正如在

7、以以前的論論文中所所論述的的一樣,有關(guān)AASBRR反應(yīng)器器的運行行原理相相對比較較簡單.反應(yīng)操操作包括括四個步步驟:進進水,反反應(yīng),靜靜置和排排放.在在進水和和反應(yīng)階階段,通通過沼氣氣的循環(huán)環(huán)實現(xiàn)反反應(yīng)器內(nèi)內(nèi)的間歇歇混合.在靜置置沉淀階階段,混混合被終終止,以以實現(xiàn)生生物固體體的分離離.在排排放階段段在大量量生物固固體分離離以后進進行.排排放污水水的量與與進入反反應(yīng)器的的量相等等.在初初步試驗驗時,向向ASBBR反應(yīng)應(yīng)器中投投入5LL厭氧顆顆粒微生生物接種種,加入入7L濃度度為72200mmg/LL的蔗糖糖溶液,以及適適量的NN、P營營養(yǎng)元素素，并滿滿足COOD：NN：P=3000：7：1的比

8、例關(guān)關(guān)系，這這樣，使使得反應(yīng)應(yīng)器中的的微生物物濃度為為21.5Gmmlsss/L。系系統(tǒng)在如如下的條條件下運運行200天：PPH=78，并并以244H為循循環(huán)周期期進入濃濃度為772000mg/L的蔗蔗糖溶液液。2.顆粒粒狀微生生物菌種種的馴化化當厭氧氧顆粒狀狀微生物物用高濃濃度的蔗蔗糖合成成廢水培培育時,馴化就就需要誘誘使接種種微生物物適應(yīng)含含有不易易降解化化合物的的焦化廢廢水.在在馴化的的過程中中,焦化化廢水與與蔗糖的的比例隨隨著總進進水濃度度的降低低而相應(yīng)應(yīng)地增加加,直到到進水中中的焦化化廢水中中不再有有蔗糖.在這期期間,沉沉淀效果果很差,以致一一丁點污污泥都隨隨水流出出反應(yīng)器器.而且且

9、在之中中情況下下,隨水水流失的的微生物物不會由由新的微微生物來來取代,以致于于沉淀靜靜置時間間從0.5小時時延長到到2.00小時.當出流流中的污污泥很少少,而在在反應(yīng)器器中仍然然有一定定的生物物量的時時候，馴馴化過程程結(jié)束.這時,污泥有有比較好好的沉降降性能和和穩(wěn)定的的處理能能力.總總共的馴馴化時間間持續(xù)2225天天.3.BMPP (生生化沼氣氣潛力) 的檢檢測.在在焦化廢廢水馴化化后期進進行BMMP的測測試.BBMP反反映了廢廢水中潛潛在的能能夠通過過厭氧反反應(yīng)被轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化為沼沼氣的有有機污染染物的量量.因此此,BMMP能夠夠被用來來評價厭厭氧處理理過程的的效率.在35 C下下檢測BBMP.將1

10、000毫升升馴化厭厭氧顆粒粒狀微生生物和3350毫毫升焦化化廢水假假如到一一只5000毫升升的血清清瓶中,并清清除COO2和氮氣.將少許許無機性性的營養(yǎng)養(yǎng)物質(zhì)加加入到密密封的血血清瓶中中.為了了消除由由于氣體體產(chǎn)生的的自我厭厭氧分解解所帶來來的誤差差,進行行對照實實驗以糾糾正所產(chǎn)產(chǎn)生的誤誤差.對對照實驗驗的步驟驟與上所所敘述的的步驟一一樣,只只是其中中沒有另另加焦化化廢水和和厭氧顆顆粒狀微微生物. 在厭氧氧反應(yīng)器器中產(chǎn)生生的氣體體包括CCO2和CH4,由于COO2不代表表CODD在厭氧條條件下的的消耗,因此有有必要排排除COO2.所有瓶瓶中的氣氣體產(chǎn)物物均在3350C條件下下定期通通過液體體移

11、位法法測出.4.正交交試驗實實際數(shù)據(jù)據(jù)顯示,在馴化化過程中中CODD去除效效率有三三大影響響因素:tf/tr,MI,IMMM.為了了選出AASBRR反應(yīng)系系統(tǒng)的最最佳運行行參數(shù),正交試試驗在馴馴化后完完成.在在正交試試驗中,其操作作運行階階段,靜靜置階段段和排放放階段分分別為224,22.0,0.55H,進進水PHH值調(diào)整整到7.088.0.在典型型的ASSBR操操作運行行中,短短的進水水時間導(dǎo)導(dǎo)致了低低的tff/trr值.但根據(jù)據(jù)Sutthakketrr觀察,這種操操作策略略可能導(dǎo)導(dǎo)致酸的的形成問問題.考考慮到焦焦化廢水水的毒性性和由于于快進水水而產(chǎn)生生的酸問問題對馴馴化的影影響,進進水時間

12、間可以適適當延長長,在該該研究中中,tff/trr的三個個水平值值設(shè)定:0.33,0.5,11.0.至于混合合強度，應(yīng)應(yīng)該設(shè)置置足夠的的混合強強度,保保證反應(yīng)應(yīng)器中的的一致的的條件以以及廢水水同顆粒粒狀微生生物的充充分接觸觸,從而而達到改改善傳質(zhì)質(zhì)的效果果.然而而過強的的混合強強度可能能會是厭厭氧顆粒粒狀微生生物絮體體破碎,并導(dǎo)致致較差的的泥水分分離效果果.通常常是由沼沼氣攪拌拌或機械械攪拌回回流來實實現(xiàn)混合合過程.據(jù)報道道,間歇歇性而非非持續(xù)攪攪拌混合合性能更更優(yōu)越.因此,該研究究用沼氣氣間歇攪攪拌回流流來實現(xiàn)現(xiàn)混合過過程. 在試驗驗方案中中我們用用正交試試驗測試試三個層層次的三三個因素素.

13、表33列出了了本研究究中的幾幾個因素素和各個個相應(yīng)層層次的研研究任務(wù)務(wù).5. AASBRR反應(yīng)器器的穩(wěn)定定運行.在正交交試驗中中選擇的的最佳條條件對AASBRR反應(yīng)器器的穩(wěn)定定運行來來說同樣樣適用.而且,反應(yīng)器器內(nèi)的生生物量以以及進水水和出水水的B/C值取取決于穩(wěn)穩(wěn)定運行行階段.分析方方法可溶溶性的CCOD、BBOD55的分析析按以下標標準方法法(美國國公共衛(wèi)衛(wèi)生協(xié)會會,19992),產(chǎn)品品樣本、無無SS(懸浮固固體).ASBBR反應(yīng)應(yīng)的生物物測定采采用重量量法.通通過在濕濕篩分配配有機玻玻璃圓筒筒篩板中中實現(xiàn)大大小的分分類.結(jié)果與與討論BBMP的的檢測當當檢測試試驗瓶和和空白對對照試驗驗瓶中

14、讀讀沒有沼沼氣產(chǎn)生生時,BBMP的的檢測結(jié)結(jié)束.BBMP的的檢測研研究結(jié)果果如圖22所示.表明:沼氣的的產(chǎn)量等等于檢測測試驗產(chǎn)產(chǎn)氣量減減去空白白對照試試驗產(chǎn)氣氣量.BBMP的的要么是是參照樣樣本產(chǎn)量或抽抽樣樣本本有機含含量.后者允允許直接接將有機機質(zhì)轉(zhuǎn)化化為甲烷烷.由于于在35時,3395毫毫升甲烷烷相當于于從廢水水中通過過厭氧去去除1克克CODD,從而而有一個個計算液液相COOD減少少量的關(guān)關(guān)系式.在BMMP測試試樣本中中，檢測測到3550毫升升焦化廢廢水，同同時有1100毫毫升厭氧氧顆粒狀狀接種微微生物.在接種種了1330天后后，總共共產(chǎn)生2248.6毫升升甲烷.至于對對照試驗驗,共有有1

15、000毫升厭厭氧顆粒粒狀接種種微生物物,而沒沒有另加加的焦化化廢水.在剛剛剛接種了了58天天后,產(chǎn)產(chǎn)氣結(jié)束束，總共共產(chǎn)生了了2022.3毫毫升甲烷烷氣.因因此,凈凈的甲烷烷產(chǎn)量為為46.3毫升升,BMMP的結(jié)結(jié)果為00.1665 mm3CH4/kgg COOD.理論上，在35的厭氧條件下,根據(jù)上面所敘述的計量關(guān)系,用于檢測BMP的350毫升COD值為800mg/L的焦化廢水應(yīng)該產(chǎn)生110.6毫升甲烷氣體.因此，焦化廢水轉(zhuǎn)化成甲烷的百分比為41.9%. BMP氣體產(chǎn)量曲線如圖2所示,圖2表明,在前58天,空白對照試驗中所產(chǎn)生的甲烷氣體量高于用于檢測試驗樣品所產(chǎn)生的甲烷量.這表明,焦化廢水對厭氧微

16、生物有抑制作用,但是厭氧微生物會在較長的馴化后逐漸適應(yīng)焦化廢水.馴化225天以后所檢測的BMP表明,甲烷氣產(chǎn)率依然很低.產(chǎn)氣持續(xù)130天,遠長于BMP檢測所建議的3060天.從BMP的檢測結(jié)果可以作出結(jié)論:焦化廢水生化降解率相當?shù)?因此,對焦化廢水處理來說，實施厭氧顆粒狀微生物接種并進行長期的馴化是十分必要的.正交試驗驗表5給給出了正正交試驗驗的9組組結(jié)果,這9組組結(jié)果代代表了各各種因素素水平水水CODD去除效效率的影影響.每每組測試試在各組組的測試試條件下下都運行行了155天.在在正交試試驗中,反應(yīng)變變量的誤誤差因進進水焦化廢廢水濃度度而波動動.表55中列出出了3個個層次各各自的因因素.每每

17、個層次次發(fā)生33次,因因而總共共進行了了9次測測試.表表5可用用于分析析每個要要素的最最佳水平平. 表表5中,Sj是二二次色散散系數(shù)總總和,我們可可以從SSj確定定不同因因素的重重要性.因此,S1S3S2這個關(guān)系系表明,tf/tr是影響響處理效效率的最最重要的的因素. 另外外,從RRj到Kjll,以及及Rj的值值反映了了J因素素的重要要性，這這里，RR1RR3RR2,顯顯示，ttf/ttr這個個因素是是影響廢廢水處理理效率的的最重要要的因素素。由于于通過用用Sj這個個因素分分析，可可以得到到同樣的的分析結(jié)結(jié)果，因因此，我我們有理理由相信信該正交交實驗的的結(jié)果是是可信的的。至于于間歇混混合模式式

18、，1000 ss/455 miin是三三個值中中的最大大值。在進一一步的研研究中，使使用了更更高的IIMM值值，該研研究揭示示了反應(yīng)應(yīng)器中活活性污泥泥較差的的沉淀效效果。因因此，正正交試驗驗最佳的的條件是是：tff/trr =00.5，混混合強度度為0.0255LCHH4/LL(反映映器容積積)，間間歇混合合模式為為1000 s/45 minn。ASBRR反應(yīng)器器的穩(wěn)定定運行根據(jù)正交交試驗，隨著間歇混合時間從30 s/30 min 增加到 100 s/45 min，COD去除率也相應(yīng)地增加。因此我們估計，COD去除率會隨著間歇混合時間的增加而增加。然而，在120 s/45 min間歇混合時間的

19、條件下所進行的20天的試驗表明：在ASBR反應(yīng)器中存在著生物量的下降；出水中的懸浮污泥是由于混合時間過長所引起。因此，選擇最佳的間歇混合時間為100 s/45 min。接下來的3個月的穩(wěn)定運行都是在上述的條件下進行的。在ASBR反應(yīng)器中，當出水中焦化廢水的COD濃度為7961304 mg/L時，出水中氨態(tài)氮的濃度為230668 mg/L,出水pH為7.28.6,COD去除率能夠穩(wěn)定地達到38%50%，這與BMP的測試結(jié)果是相一致的。另外，測定了進入到ASBR反應(yīng)器中的焦化廢水的BOD5和COD，在穩(wěn)定運行時，樣本中的BOD5與COD的測定不包括SS.B/C的值、COD去除率以及活性污泥微生物濃

20、度如表6所示。結(jié)果表明，進水的B/C的平均值為0.27，而出水的B/C的平均值卻可以高達0.58，這顯示焦化廢水經(jīng)過ASBR反應(yīng)器做預(yù)處理后，其可生化性大大提高。在穩(wěn)定運行期間，由于保持了較高的活性污泥濃度和較長的泥齡，從反應(yīng)器中流出的活性污泥微生物很少。 在ASBR反應(yīng)器的穩(wěn)定運行階段，即使在進入的焦化廢水水質(zhì)發(fā)生波動的情況下，COD去除率仍持續(xù)保持在較高的水平（38%50%）。由表6可知，可生化比（B/C）的值顯著增加。所有這些結(jié)果都是由于在ASBR反應(yīng)器中保持了較高的顆粒狀活性污泥微生物濃度，這些生物顆粒具有良好的降解性能，從而保證了較長的泥齡，這對處理效率有重要作用。顆粒狀污泥中的微生

21、物比懸浮污泥上的微生物更分散，而且能夠適度代謝反應(yīng)的中間產(chǎn)物。顆粒狀微生物在ASBBR反應(yīng)應(yīng)器中所所接種的的顆粒狀狀厭氧微微生物具具有相對對較大的的粒度，其中大部分是1.03.0毫米，超過3毫米的有9.6%。在顆粒狀的微生物被馴化以適應(yīng)焦化廢水后，其形狀變成近似球形，其粒度大大減小到0.52.0毫米，其中沒有粒度超過3毫米的。一些大的顆粒由較小的顆粒粘結(jié)在一起而成，這些顆粒狀微生物的顯著特征是：堅韌和富有粘度。附著在這這些接種種的顆粒粒狀污泥泥表面和和內(nèi)部的的主要的的微生物物是甲烷烷菌。在AASBRR反應(yīng)器器完成對對焦化廢廢水的預(yù)預(yù)處理后后，用電電子掃描描和透視視的方法法可以觀觀察到顆顆粒狀污污泥上的的微生物物。在顆顆粒狀污污泥上表表面長滿滿了許多多小蟲（圖圖3a），這是是由于內(nèi)內(nèi)部細菌菌所產(chǎn)生生的氣體體的釋放放所造成成的。所所觀察到到的結(jié)果果顯示了了在顆粒粒狀污泥泥中心部部位的主主要顆粒粒微生物物是甲烷烷菌（圖圖3b）。另外，在顆粒狀污泥外部的孔口出觀察到了少量的甲烷菌（圖3c）。在圖3b和圖3c是圖片放大后的情況。Methanosaeta細菌和和甲烷細菌有不同的生化降解特征(max 和ks),Methanosaeta細菌有相對較低的基質(zhì)親和力。在該研究中，我們觀察到，在進入到ASBR反應(yīng)器的焦化廢水中的無多物質(zhì)保持了較好的生化降解性能，進水的濃度也比較低，這對Metha