1.威立雅水務設備安裝工程(上海)有限公司 馬超 2.華東理工大學資源與環(huán)境工程學院 丁雷

微氧水解酸化工藝改善難生物降解廢水
——生物降解性能研究

1.威立雅水務設備安裝工程(上海)有限公司 馬超 2.華東理工大學資源與環(huán)境工程學院 丁雷

采用制藥廢水,試驗對比研究了微氧水解酸化工藝改善難生物降解廢水生物降解性能的效果及其對環(huán)境條件的影響。結(jié)果表明,微氧環(huán)境提高了兼性水解酸化菌的生理代謝功能,較好地抑制了惡臭類厭氧副產(chǎn)物的產(chǎn)生,改善了周圍環(huán)境。在污泥量為25000mg/L、HRT為12h條件下,廢水的生物降解性能得到了極大改善,中、高濃度廢水BOD5/COD分別提高了20%和16%,為后續(xù)生物處理提供了良好的基質(zhì)準備。工藝抗毒性和沖擊負荷能力較強,處理效率恢復較快。

微氧水解酸化難生物降解廢水生物降解性能

圖1 試驗裝置圖

難生物降解廢水的處理一直是污水處理中的難點。廢水中的可生物降解物質(zhì)是廢水生物處理的物質(zhì)基礎,因而實現(xiàn)難生物降解物質(zhì)向可生物降解物質(zhì)的轉(zhuǎn)化就成為難生物降解廢水生物處理的關(guān)鍵性步驟。水解酸化是污水厭氧消化的第一階段,由兼性水解酸化菌完成,其生理生態(tài)及代謝特性完全不同于嚴格厭氧菌,且具有繁殖能力強、代謝速率快,對外界環(huán)境適應能力強的特點,能在較短的HRT,較寬的p H范圍和較低的溫度條件下,有效的轉(zhuǎn)化和降解某些毒性物質(zhì)和難生物降解物質(zhì),能夠?qū)崿F(xiàn)芳香烴及雜環(huán)化合物的開環(huán)裂解等[1],從而將廢水中的懸浮性固體物質(zhì)轉(zhuǎn)化為溶解性物質(zhì),將難降解和具有生物毒性抑制性作用的大分子物質(zhì)轉(zhuǎn)變成易于生物降解的小分子物質(zhì),改善廢水的生物降解性能,成為其他生物處理工藝的有效預處理階段。本研究采用制藥廢水進行試驗,探究了微氧水解酸化工藝對難生物降解廢水生物降解性能的改善作用及其系統(tǒng)運行效果,并考查了其對環(huán)境條件的改善。

一、試驗裝置與方法

1.試驗裝置。試驗裝置如圖1所示。試驗采用底部產(chǎn)生較大氣泡的穿孔曝氣方式,孔徑為Φ3mm。采用平流式堰流出水,不設甲烷集氣裝置。

2.試驗水質(zhì)。本試驗采用中、高兩種濃度的制藥廢水進行研究,該廢水具有殘留有機物質(zhì)的毒害抑制性作用強、難生物降解物質(zhì)品種多的特點。

由表1可見,本試驗采用的廢水水質(zhì)波動性較大,硫酸鹽含量較高,懸浮物含量較多,且VSS/SS值較高,抑制性有機溶媒COD含量較大,導致高、中濃度試驗廢水的BOD5/COD值分別在0.35和0.40左右。試驗測定出的廢水BOD5/COD值并不低的結(jié)果,主要是由于測定時廢水的大倍數(shù)稀釋而產(chǎn)生的其生物毒性抑制性作用明顯降低而帶來的誤差結(jié)果,實際上廢水的生物降解性能更差。

表1 試驗廢水水質(zhì)

3.試驗方法。試驗采用實際生產(chǎn)排放的廢水,現(xiàn)場進行試驗。采用對比試驗的方式,分別研究厭氧與微氧條件下的水解酸化效果。

二、試驗結(jié)果與分析

1.廢水生物降解性能改善。廢水的生物降解性能是決定廢水處理系統(tǒng)運行效果及處理水質(zhì)好壞的關(guān)鍵因素。表1的試驗廢水水質(zhì)表明,其可生化性并不好,因此,此類廢水生物降解性能的改善有良好的物質(zhì)基礎并有較大的提升空間。水解酸化工藝將大分子難生物降解物質(zhì)開環(huán)裂解生成的小分子VFA是其生物降解性能改善的物質(zhì)基礎。圖2、3所示分別為HRT12h條件下,微氧水解酸化工藝對中、高濃度廢水生物降解性能的改善情況。

圖2 中濃度水解酸化系統(tǒng)生物降解性能改善情況

圖3 高濃度水解酸化系統(tǒng)生物降解性能改善情況

試驗結(jié)果表明,經(jīng)微氧水解酸化后,兩系統(tǒng)廢水生物降解性能均得到了較大改善,中濃度廢水BOD5/ COD提高了20%左右,高濃度廢水BOD5/COD提高了16%左右,而在同等條件下,厭氧水解酸化生物降解性能提高的效果相對要低10%左右。此外,從圖中還可看出,經(jīng)微氧水解酸化工藝后,廢水生物降解性能的改善情況與進水生物降解性能相關(guān)性較大,即進水生物降解性能越好,經(jīng)水解酸化后其BOD5/COD提升越多。中濃度廢水生物降解性能的改善情況要好于高濃度廢水也說明了這一點。這主要歸因于進水中殘留物質(zhì)的生物毒性抑制性作用,同時也顯示了系統(tǒng)較好的毒性和負荷緩沖性能。廢水經(jīng)水解酸化后BOD5未降反升的現(xiàn)象,充分表明了微氧水解酸化系統(tǒng)功能的發(fā)揮,廢水中懸浮態(tài)大顆粒難降解物質(zhì)得到了降解,生物毒性得到了降低或消除,廢水生物降解性能得到了改善。對比研究還表明,微氧環(huán)境提高了兼性水解酸化菌的生理代謝功能,穿孔曝氣改善了水力條件,增加了系統(tǒng)內(nèi)微生物與有機基質(zhì)間的接觸機會,強化了水解污泥與有機底物之間的傳質(zhì)作用,提高了系統(tǒng)酸化效率。

2.COD去除效果。水解酸化工藝重點在于污染物質(zhì)化學結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上的改變,而不在于其量的去除[1,3,4],尤其當進水COD濃度較低時,往往出現(xiàn)COD負去除率的情況,這主要是由截留在污泥床中的VSS被酸化生成VFA而釋放到出水中引起的。大多數(shù)產(chǎn)酸菌為親水性(高表面能,接觸角大于45°)[5],對溶解性及膠體性有機物具有較好的吸附去除效果。COD的去除主要是依靠污泥層的截留作用和大顆粒有機物質(zhì)的沉淀作用而完成的,去除的主要是懸浮性和污泥吸附的膠體性COD,而HRT對COD的去除率影響不大。試驗結(jié)果表明,中濃度廢水COD去除率為15%～20%,而高濃度廢水COD去除率僅達到10%～15%,而在同等條件下,厭氧水解酸化COD的去除率普遍要高5%左右,這主要是由厭氧水解酸化系統(tǒng)良好的沉降環(huán)境產(chǎn)生的,微氧水解酸化系統(tǒng)出水攜帶SS較高是導致其出水COD較高的主要原因。

3.抗沖擊負荷性能。進水量和進水濃度的突然增大所產(chǎn)生的容積沖擊負荷也可使水解酸化效果明顯降低。然而在恢復正常進水后,微氧水解酸化系統(tǒng)比厭氧水解酸化系統(tǒng)能更快地恢復到原來的處理效果。反應器中大量兼性水解酸化菌的存在是工藝穩(wěn)定高效運行的生物學基礎。在進水水質(zhì)波動較大的情況下,出水水質(zhì)相對穩(wěn)定,表現(xiàn)出較好的抗沖擊負荷能力和系統(tǒng)穩(wěn)定性。

4.HRT對水解酸化效果的影響。試驗結(jié)果表明, HRT對微氧水解酸化效果影響較大。當HRT從24h逐漸縮短至12h時,水解酸化效果有小幅降低,而當HRT繼續(xù)降低至8h時,水解酸化污泥絮體顆粒變小,沉降性能變差,系統(tǒng)出水出現(xiàn)明顯渾濁,廢水BOD5/ COD提高幅度減小,水解酸化效果明顯降低。因此,綜合考慮水解酸化效果、能耗和工程應用可行性,對于該試驗廢水,采用HRT為12h是適宜的。

5.對環(huán)境條件的改善。廢水厭氧生物處理過程中產(chǎn)生的H2S、吲哚、糞臭素和硫醇等惡臭類副產(chǎn)物對周圍環(huán)境影響較大[6]。這些物質(zhì)主要產(chǎn)生于厭氧消化的產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段,而水解酸化工藝將生化反應進程嚴格控制在水解酸化階段,從而可以較好地避免惡臭類物質(zhì)的產(chǎn)生。微氧水解酸化工藝中微氧環(huán)境的引入對于生成惡臭類副產(chǎn)物的嚴格厭氧菌有較強的生物毒性抑制性作用,極大地降低了該類物質(zhì)的產(chǎn)生,較好地改善了周圍環(huán)境。

三、結(jié)論

通過以上的研究分析,可以得出以下結(jié)論:

(1)微氧水解酸化工藝對難生物降解廢水生物降解性能有較好的改善作用。試驗廢水BOD5/COD提高了16%～20%,為后續(xù)生物處理提供了良好的基質(zhì)準備。

(2)微氧水解酸化工藝重點在于污染物質(zhì)化學結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上的改變,而不在于其量的去除。

(3)反應器內(nèi)大量兼性水解酸化菌的存在是微氧水解酸化工藝穩(wěn)定高效運行的生物學基礎。

(4)微氧水解酸化工藝能夠較好地抑制惡臭類厭氧副產(chǎn)物的產(chǎn)生,極大地改善了周圍環(huán)境。

[1]錢易,湯鴻霄,文湘華.水體顆粒物和難降解有機物的特性與控制技術(shù)原理-難降解有機物(下卷) [M].北京:中國環(huán)境科學出版社,2000

[2]水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版)[M].北京:中國環(huán)境科學出版社,2002

[3]Tarek A.Elmitwalli,et,al.Low temperature treatment of domestic sewage in upflow anaerobic sludge blanket and anaerobic hybrid reactors[J]. Wat.Sci.Tech.1999,39(5):177-185

[4]王凱軍.低濃度污水厭氧—水解處理工藝[M].北京:中國環(huán)境科學出版社,1991

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