(方法措施)厭氧序批式反應(yīng)器預(yù)處理焦化廢水研究

厭氧序批式反應(yīng)器預(yù)處理焦化廢水研究焦化廢水是在生產(chǎn)焦炭、煤氣、焦油及其它焦化產(chǎn)品的過(guò)程中產(chǎn)生的廢水。由于焦化廢水含高濃度的氨氮和許多難生物降解有機(jī)物，對(duì)環(huán)境危害較大。厭氧預(yù)處理可以將焦化廢水中難以生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為一些易于生物降解的有機(jī)物，為后續(xù)的好氧生物降解創(chuàng)造良好條件，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的處理效率1。本課題研究厭氧序批式反應(yīng)器（ASBR）對(duì)焦化廢水進(jìn)行預(yù)處理的可行性及工藝特性。 1 試驗(yàn)材料與方法 1.1 ASBR反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)運(yùn)行系統(tǒng)小試規(guī)模ASBR反應(yīng)器置于35恒溫室中。實(shí)驗(yàn)用水取自太原市煤氣公司焦化廠經(jīng)過(guò)除油、蒸氨工序之后的焦化廢水。實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。 1.2 生物化學(xué)甲烷勢(shì)（BMP）測(cè)定方法容積為500mL的葡萄糖瓶作為生物化學(xué)甲烷勢(shì)（BMP）測(cè)定用反應(yīng)器。BMP的測(cè)定步驟：取100mL顆粒污泥置于500mL的葡萄糖瓶中，加適量的背景無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)液和350mL的焦化廢水中（(CODcr)=800mg/L），用氮?dú)獯底咂咸烟瞧恐械目諝庖员ＷC厭氧狀態(tài)并用醫(yī)用橡皮塞密封瓶口。將葡萄糖瓶置于35的環(huán)境中進(jìn)行培養(yǎng)。同時(shí)進(jìn)行空白測(cè)定：即在另一葡萄糖瓶中只加入100mL的顆粒污泥，而不加入焦化廢水，其它步驟同上。每日分別記錄水樣和空白的甲烷產(chǎn)氣量，直至產(chǎn)氣停止。由于葡萄糖瓶中排出的氣體包含有甲烷和CO2，而CO2不能代表厭氧條件下CODcr的相應(yīng)減少量，故應(yīng)將產(chǎn)生的CO2用0.1mol/L的NaOH吸收。當(dāng)水樣和空白都不再產(chǎn)氣時(shí)，BMP測(cè)定結(jié)束。此時(shí)，水樣總產(chǎn)氣量減去空白總產(chǎn)氣量就是BMP的測(cè)定結(jié)果。1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容用焦化廢水對(duì)ASBR反應(yīng)器中的以蔗糖為基質(zhì)培養(yǎng)的厭氧顆粒污泥進(jìn)行馴化；測(cè)定焦化廢水的BMP；研究ASBR工藝厭氧預(yù)處理焦化廢水的工藝條件和工藝特性。 2 結(jié)果與討論 2.1 馴化過(guò)程實(shí)驗(yàn)中采用逐步增加以蔗糖為基質(zhì)的進(jìn)水中焦化廢水所占CODcr的比例，同時(shí)逐步降低有機(jī)負(fù)荷的方法對(duì)以蔗糖為基質(zhì)培養(yǎng)出來(lái)的接種厭氧顆粒污泥進(jìn)行馴化，使微生物逐步適應(yīng)低濃度有毒難降解的焦化廢水的特性。馴化歷時(shí)共225d。馴化后顆粒污泥穩(wěn)定。 2.2 BMP的測(cè)定對(duì)顆粒污泥經(jīng)175d處理焦化廢水的馴化后，取少量的顆粒污泥對(duì)焦化廢水進(jìn)行BMP測(cè)定。用BMP來(lái)評(píng)價(jià)厭氧工藝對(duì)焦化廢水可能達(dá)到的最大處理效率。應(yīng)該指出，BMP和BOD5一樣，是廢水中有機(jī)污染物生物轉(zhuǎn)化的評(píng)價(jià)指標(biāo)，BMP不等于厭氧工藝中所能去除的有機(jī)物數(shù)量，只有在動(dòng)態(tài)工藝試驗(yàn)中，才能最終確定有多少有機(jī)污染物可以轉(zhuǎn)化為甲烷2。BMP測(cè)定表明，厭氧處理焦化廢水時(shí)，CODcr的最大甲烷化率為41.9。 2.3 ASBR最佳工藝參數(shù)的正交試驗(yàn)根據(jù)馴化過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)，可以確定影響CODcr去除率的3個(gè)重要因素分別為：進(jìn)水時(shí)間與反應(yīng)時(shí)間的比值（tf/tr）、沼氣攪拌強(qiáng)度和間歇攪拌方式。為了選擇出最佳的ASBR運(yùn)行條件，完成馴化后，對(duì)進(jìn)水時(shí)間與反應(yīng)時(shí)間的比值、攪拌強(qiáng)度、間歇攪拌方式這3個(gè)對(duì)處理效率影響明顯的運(yùn)行條件通過(guò)正交試驗(yàn)做出選擇。實(shí)驗(yàn)中運(yùn)行周期為24h，進(jìn)水pH控制在7.08.0，沉淀時(shí)間為1h。選擇的進(jìn)水時(shí)間與反應(yīng)時(shí)間比值為3個(gè)水平0.3，0.5和1.0。考慮到攪拌對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響程度，攪拌太弱時(shí)，攪拌不均勻；但攪拌太強(qiáng)時(shí)，對(duì)顆粒污泥剪切力太大，造成顆粒污泥解體，選取沼氣攪拌強(qiáng)度的3個(gè)水平為200，300，400mL/min；間歇攪拌方式為30s/30min、30s/20min，100s/45min。最后根據(jù)要做的實(shí)驗(yàn)中的因子數(shù)（3個(gè)）及水平數(shù)（3個(gè)）選擇正交表為L(zhǎng)9（34）正交試驗(yàn)分配及分析見(jiàn)表1。 表1 ASBR正交試驗(yàn)結(jié)果及分析水平ABCD數(shù)據(jù)y合計(jì)Y因子進(jìn)水時(shí)間/反應(yīng)時(shí)間攪拌硬度間歇攪拌方式空白實(shí)驗(yàn)號(hào)tf/trmL/mins/minCODcr去除率/10.320030/20116.691716.3216.2666.2720.330030/30216.0914.416.1216.1662.7730.3400100/45315.9815.1916.1916.2463.640.520030/30329.6322.7724.9223.4100.7250.5300100/45133.9238.5136.0733.37141.8760.540030/20227.8728.1525.3326.79108.1471.0200100/45218.4718.9823.0221.0181.4881.030030/20318.618.9920.4419.0677.0991.040030/30122.3124.9626.6425.93100.04M1M11=192.64M12=248.47M13=251.5M14=308.18T=801.98M2M21=350.73M22=281.73M23=263.53M24=252.39M3M31=258.61M32=271.78M33=286.95M34=241.41m1m11=64.21m12=82.82m13=83.83m14=102.73m2m21=116.91m22=93.91m23=87.84m24=84.13m3m31=86.20m32=90.59m33=95.65m34=80.47Rj極差158.0933.2635.4566.77SjS1=1050.85S2=48.57S3=54.16S4=213.65ST=1447.1采用表L9（34）所做的9次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果來(lái)分析各因子水平改變對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，結(jié)果見(jiàn)表1。由表1，因子A（tf/tr比值）的平均值mij分別為：m11=64.21，m21=116.91，m31=86.20。這3個(gè)均值差別較大，這種差別反應(yīng)了因子A（tf/tr比值）的3個(gè)不同水平的改變對(duì)實(shí)驗(yàn)CODcr去除率的影響?？梢钥闯?，m21=116.91最大，說(shuō)明因子A取A2水平最好，即tf/tr取0.5時(shí)試驗(yàn)結(jié)果最好。同理m22值大于m12和m32，說(shuō)明攪拌強(qiáng)度在取300mL/min時(shí)試驗(yàn)結(jié)果最佳；m33值大于m13和m23，說(shuō)明間歇攪拌方式取100s/45min時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果最好。由上述分析可以得出實(shí)驗(yàn)的最佳工藝條件為A2B2C3，即為第5號(hào)實(shí)驗(yàn)。ASBR厭氧預(yù)處理焦化廢水的最佳運(yùn)行條件為：tf/tr值為0.5；攪拌強(qiáng)度為300mL/min；間歇攪拌方式為100s/45min。在上述正交試驗(yàn)所選定的最佳工藝參數(shù)下穩(wěn)定運(yùn)行了53d。ASBR反應(yīng)器進(jìn)水焦化廢水CODcr的質(zhì)量濃度為4161304mg/L，進(jìn)水氨氮的質(zhì)量濃度為230668mg/L，進(jìn)水堿度為500840mg/L，進(jìn)水pH值為7.08.0。每次新取的水樣穩(wěn)定運(yùn)行23d后，CODcr去除率可穩(wěn)定在3040，與BMP測(cè)定結(jié)果吻合。2.4 顆粒污泥狀態(tài)接種顆粒污泥粒徑一般為23mm。在用焦化廢水對(duì)顆粒污泥進(jìn)行馴化時(shí)，隨著有機(jī)負(fù)荷的不斷降低及進(jìn)水中焦化廢水比例的不斷增加，顆粒污泥形狀變?yōu)榻茩E球形，粒徑減小，其中粒徑多為1.71.5mm的個(gè)體。ASBR反應(yīng)器中接種的顆粒污泥以甲烷八疊球菌為主體。在ASBR厭氧預(yù)處理焦化廢水實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，采用電鏡掃描技術(shù)（SEM）對(duì)ASBR反應(yīng)器中顆粒污泥的微生物相進(jìn)行了觀察，觀察結(jié)果表明反應(yīng)器中的顆粒污泥以甲烷絲狀菌為主體，也發(fā)現(xiàn)有少量的甲烷八疊球菌，結(jié)果見(jiàn)圖2至圖4。實(shí)驗(yàn)接種顆粒污泥是用蔗糖培養(yǎng)而成，蔗糖為易生物降解物質(zhì)，進(jìn)水CODcr的質(zhì)量濃度達(dá)7200mg/L，反應(yīng)器中乙酸濃度高，顆粒污泥以甲烷八疊球菌為主。焦化廢水中CODcr的質(zhì)量濃度較低，大多數(shù)情況下低于1000mg/L，焦化廢水為難生物降解有機(jī)物，ASBR反應(yīng)器中乙酸濃度低，在低乙酸濃度環(huán)境下，甲烷絲狀菌成為優(yōu)勢(shì)菌而大量繁殖3。 3 結(jié)論 通過(guò)以上的實(shí)驗(yàn)工作和分析討論，可得出如下結(jié)論：BMP測(cè)定表明，厭氧處理時(shí)焦化廢水中CODcr甲烷化率的極限比例為41.9；對(duì)生物有抑制和毒害作用的低濃度焦化廢水不會(huì)使ASBH中顆粒污泥解體；ASBR厭氧預(yù)處理焦化廢水的重要工藝條件為：進(jìn)水時(shí)間與反應(yīng)時(shí)間之比值（tf/tr）、攪拌強(qiáng)度、間歇攪拌方式。進(jìn)水時(shí)間與反應(yīng)時(shí)間之比值取0.5，沼氣攪拌強(qiáng)度取300mL/min，間歇攪拌方式取100s/45m