UASB与ABR工艺处理印染废水中试实验研究
[摘要]对上流式厌氧反应器(UASB)和折流式厌氧反应器(ABR)处理难降解印染废水进行中试研究。结果表 明:在厌氧反应器最佳水力停留时间为24h条件下,UASB和ABR稳定运行2个多月,在进水COD质量浓度 波动较大的情况下(ρmax=1020·0mg/L,ρmin=593·6mg/L,ρ均=755·4mg/L),UASB和ABR出水平均COD质 量浓度分别为409·3mg/L和420·9mg/L,平均去除率分别为45·5％和43·9％。两种厌氧反应器对色度去除 效果较佳,进水平均色度342倍,出水平均色度分别78倍和80倍,平均去除率分别为77·2％和76·6％。印 染废水B/C由0·29分别提高到0·46和0·43,废水可生化性明显改善,UASB较ABR效果好。
关键词:上流式厌氧反应器;折流式厌氧反应器;印染废水;中试研究 印染废水具有水质水量变化大、有机物浓度高、 色度高、pH值高等特点,化纤织物的发展和印染后 整理技术的进步使PVA浆料、新型助剂等难生化降 解有机物大量进入印染废水,进一步增加了废水处 理的难度[1-6]。为治理太湖污染,江苏省颁布了 DB32/1072—2007《太湖地区城镇污水处理厂及重点 工业行业主要水污染物排放限值》,向太湖流域印染 废水处理提出了新的挑战,当前印染废水处理主要 采用“高效厌氧+好氧”为主体的二级生化处理工 艺,结合预处理和深度处理技术,而高效厌氧技术是 达标的关键和基础。
上流式厌氧反应器(UASB, upflow anaerobic sludge blanket)[7]池内死区小,能很好地实现均匀布 水,泥水混合接触更加充分,污泥浓度高,从而能保 持较高的有机物降解能力,同时也有较好的抗冲击 负荷能力。而折流式厌氧反应器(ABR, anaerobic baffled reactor)[8-9]主要利用水流自身的上下流动搅 动厌氧污泥,使之与污水发生混合;独特的分格式结 构及流态使得每个反应室中可以驯化培养出与流至 该反应室中的污水水质、环境条件相适应的微生物 群落,有良好的生物种群分布,从而提高了反应器的 处理效果和运行
的稳定性。
本文建立中试规模上流式厌氧反应器和折流式 厌氧反应器处理难降解印染废水,重点考察对比两 种厌氧反应器对COD和色度的去除效果,以及对废 水可生化性的改善,为印染废水处理厌氧处理工艺 选择和设计提供参考。
1 试验装置与方法
1.1 试验装置
中试研究装置示意见图1。
UASB和ABR有效容积均为7·2 m3。UASB尺 寸为D*H=1·6m*3·9m,ABR尺寸为L*B*H =3·6 m*1·2 m*2·0 m。设计处理水量为0·2~ 0·5m3/h,水力停留时间(HRT)可控制在14~36 h。 调节池污水先进入进水桶,用泵打入两个厌氧反应 器,安装玻璃转子流量计控制流量,2个厌氧反应器 出水分别进入排水桶A和排水桶B。UASB在UAS 的基础上省去了三相分离器,在反应器不同高度设 有6个采样口,反应器上端设置溢流堰,整个过程中 无水力循环且无搅拌混合器。ABR每室均由1个下 流室和1个上流室组成,上流室与下流室宽度比为 4∶1,通往上流室的挡板下部边缘安装45°倒角的导 流板进行布水,将水送至上流室的中心,使泥水充分 混合接触,维持较高的污泥浓度。
1.2 试验水质
江苏省常熟市某污水处理厂设计处理能力为 1·0万m3/d,其中印染废水占80%左右。当地的印 染企业产品种类齐全,包括化纤、全棉、棉混纺产品 的染色和印花,使用的染料种
类复杂,以分散染料和 活性染料为主。中试研究试验用水取自污水处理厂 的调节池,具体水质情况见表1。
由表1可见,原水水质波动较大,pH值较高,色 度变化大。ρ(BOD5)/ρ(COD)值在0·2~0·3左右, 废水可生化性较差。
1.3 测试项目与方法
试验常规水质分析方法[10]:COD重铬酸盐法; BOD5稀释与接种法;色度稀释倍数法;NH3-N纳氏 试剂比色法;MLSS、MLVSS重量法;DO、温度,便携式 DO仪;生物相观察,光学显微镜;pH,pH计。紫外 可见分光光度扫描采用Unic,WFZ UV-2800AH型。 采用气质联用(GC-MS)分析废水中的有机物,首先 对废水中有机物进行萃取,参照美国环保局(EPA) 对工业污水的取样和分析步骤[11]。
1.4 接种污泥
中试研究接种污泥取自污水处理厂厌氧水解池 内厌氧污泥,MLVSS为12·8 g/L,MLVSS/MLSS为 0·46。
2 试验结果与讨论
2.1 运行效果对比
UASB和ABR稳定运行61 d后对COD去除情 况见图2和图3。
在进水COD质量浓度波动较大的情况下(ρmax=
1020·0mg/L,ρmin=593·6 mg/L,ρ均=755·4 mg/L), UASB出水CODρmax=508·0mg/L,ρmin=286·3mg/L, ρ均=409·3mg/L,平均去除率为45·5%;折流式厌氧 反应器出水CODρmax=486·0mg/L,ρmin=306·8mg/L, ρ均=420·9mg/L,平均去除率为43·9%。从有机物去 除效果看,UASB较ABR稍好。两种厌氧反应器的 出水COD质量浓度均大幅下降,且出水COD质量 浓度稳定,起到了去除COD质量浓度和缩小其波动 幅度的作用,这不仅可以降低好氧生物处理的负荷 压力,还可以起到稳定系统的作用,减轻负荷波动的 冲击。
UASB和ABR稳定运行61d后对色度去除情况 见图4和图5。
进水色度波动较大,平均色度342倍,最高450 倍,最低200倍。UASB出水平均色度78倍,最高 100倍,最低60倍,平均去除率为77·2%;ABR出水 平均色度80倍,最高100倍,最低60倍,平均去除 率为76·6%。UASB脱色效果稍好于ABR。两种厌 氧反应器的出水色度均得到了有效去除,出水色度 稳定,为后续好氧处理打下基础。
UASB和ABR稳定运行61 d后,ρ(BOD)/ ρ(COD)变化情况见图6和图7。
由图7和图8可知,印染废水ρ(BOD)/ρ(COD) 比较低,可生化性较差,进水平均ρ(BOD)/ρ(COD) 为0·29,最小ρ(BOD)/ρ(COD)为0·24,最大 ρ(BOD)/ρ(COD)为0·34。上流式厌氧反应器和折 流式厌氧反应器出水平均ρ(BOD)/ρ(COD)分别为 0·46和0·49,均值较进水分别提高了0·17和0·14。 两种厌氧反应器处理后,出水ρ(BOD)/ρ(COD)均 大幅提高,说明废水可生化性明显改善。出水 ρ(BOD)/ρ(COD)都保持在0·4左右,处于易生化降 解范围内。这对好氧处理而言,可生化性提高有利 于好氧微生物对有机物的降解,将有助于降低好氧 处理成本。
2.2 污染物去除机理分析
为考察印染废水在两种厌氧反应器中色度被生 物降解的程度以及其结构组分的变化,对运行阶段 两种厌氧反应器出水进行紫外可见吸收光谱分析 (图8)。
由图8可见,调节池进水吸光度较高,经过两种 厌氧反应器后废水吸光度很快降低,说明染料分子 结构改变(开环、断键、裂解、基团取代、还原等),发 色基团打开,通过测试结果可判定,经过厌氧或兼氧 菌的生物降解作用,染料结构发生了变化,从而使得 染料废水的组分也相应的发生了变化。分析原因如 下:首先,两种厌氧反应器对印染废水色度的去除主 要是通过厌氧菌或兼性菌的作用,将染料结构中的 发色基团破坏,从而实现对色度的去除。反应器内 污泥量大,保证了厌氧水解的微生物量,对染料分子 的降解能力强。其次,水力停留时间较长,且污泥与 废水接触混合效果较好,充分发挥兼性和厌氧微生 物对发色基团的破坏作用。并且UASB出水吸光度 降低程度比ABR大,说明UASB对色度的去除优于 ASR。常规的色度指标也验证这了这一点。 对UASB进出水进行GC-MS测试,进一步研究 有机物降解规律。有机物在GC-MS测试中的总离 子流谱图如图9所示。
由图9可知,原水经过UASB后含胺类物质很 多,说明废水中大分子长链有机物得到降解和转化。 印染废水含偶氮键的染料,在厌氧水解的过程中容 易发生偶氮断裂如下[12-14]:
R1—N N—R2+4e-+4H+R1—NH2+R2— NH2
式中:R1,R2表示不同的基因,偶氮断裂生成胺,进 一步可以变成游离氨,常规监测试验中发现印染废 水经过厌氧水解后氨氮浓度升高,由此可以证明染 料分子结构改变(开环、断键、裂解、基团取代、还原 等),使结构复杂难生物降解的有机物分子转化成可 慢速或快速
生物降解的有机物,后续好氧处理对有 机物进一步氧化分解[15]。厌氧水解工艺在印染废 水的处理工艺中是必不可少的,一方面提高了废水 的可生化性,另一方面有效降解了废水的COD,将 大分子有机物转化为小分子有机物,降低色度,改善 废水的可生化性,同时相对于废水的物化处理工艺, 有效削减了污泥的产生量[16-17]。
3 结 论
a.UASB和ABR稳定运行61d,在进水COD质 量浓度波动较大的情况下(ρmax=1 020·0 mg/L, ρmin=593·6mg/L,ρ均=755·4 mg/L),UASB和ABR 出水平均ρ(COD)分别为409·3mg/L和420·9mg/L, 平均去除率分别为45·5%和43·9%。两种反应器 对色度去除效果较好,进水平均色度342倍,出水平 均色度分别为78倍和80倍,平均去除率分别为 77·2%和76·6%。UASB好于ABR。
b.UASB和ABR对印染废水ρ(BOD)/ρ(COD) 比提高较为明显,印染废水由进水平均ρ(BOD)/ ρ(COD)为0·29提高到出水平均ρ(BOD)/ρ(COD) 分别为0·46和0·43,均值分别提高了0·17和0·14, UASB较ABR效果好,废水可生化性明显改善,有利 于后续好氧处理,降低处理成本。
c.通过紫外-可见吸收光谱分析和GC-MS测试 揭示了厌氧反应器对难降解印染废水色度和有机物 的去除规律。
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