厭氧序批式反應(yīng)器預(yù)處理焦化廢水研究

1、厭氧序批式反應(yīng)器預(yù)處理焦化廢水研究 李亞新 李玉瑛摘 要： 在中溫35條件下，利用厭氧序批式反應(yīng)器（ASB）試驗裝置對焦化廢水進行了厭氧預(yù)處理研究。對以蔗糖為基質(zhì)培養(yǎng)的接種顆粒污泥進行了225d的馴化。生物化學(xué)甲烷勢（BMP）測定結(jié)果表明，焦化廢水的最大甲烷化率是41.9。采用正交試驗分析研究了進水時間與反應(yīng)時間比值（tf/tr）、沼氣攪拌強度、間歇攪拌方式3個工藝條件對CODcr去除效率的影響程度，并對3個工藝條件進行了優(yōu)化研究。關(guān)鍵詞： 厭氧序批式反應(yīng)器 焦化廢水 厭氧預(yù)處理 中圖分類號：X703.1文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2455(2002)05-0017-04 Pretrea

2、tment of Wastewater from CokingProcess with Anaerobic Sequential Batch ReactorLI Ya-xin，LI Yu-ying（Department of Environmental Engineering，Taiyuan University of Technology，Taiyuan ，China） Abstract：An anaerobic pretreatment of wastewater from coking process with Anaerohic Sequential Batch Reactor（ASB

3、R）at a mild temperature of 35 was studiedThe granular solid sludge for inoculation，which was cultivated with sucrose as the suhstrate, had been acclimated for 225 daysThe results BMP（Biologcal Methane Potential）showed that the maximum methanation rate of the wastewater from coking process was 41.9Or

4、thogonal test was made to evaluate the effects of three process conditions on CODcr removal efficiency，including ratio of water filling time to reaction time（tf/tr），methane agitation intensity and intermittent agitationIn addition，optimization of these three process conditions was studiedKey words：a

5、naerobic sequential batch reactor；wastewater from coking process，anaerobic pretreatment 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物，對環(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物轉(zhuǎn)化為一些易于生物降解的有機物，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）對焦化廢水進行預(yù)處理的可行性及工藝特性。 1 試驗材料與方法 1.1 ASBR反應(yīng)器實驗運行系統(tǒng)小試規(guī)模ASBR

6、反應(yīng)器置于35恒溫室中。實驗用水取自太原市煤氣公司焦化廠經(jīng)過除油、蒸氨工序之后的焦化廢水。1.2 生物化學(xué)甲烷勢（BMP）測定方法容積為500mL的葡萄糖瓶作為生物化學(xué)甲烷勢（BMP）測定用反應(yīng)器。BMP的測定步驟：取100mL顆粒污泥置于500mL的葡萄糖瓶中，加適量的背景無機營養(yǎng)液和350mL的焦化廢水中（(CODcr)=800mg/L），用氮氣吹走葡萄糖瓶中的空氣以保證厭氧狀態(tài)并用醫(yī)用橡皮塞密封瓶口。將葡萄糖瓶置于35的環(huán)境中進行培養(yǎng)。同時進行空白測定：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

7、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，BMP測定結(jié)束。此時，水樣總產(chǎn)氣量減去空白總產(chǎn)氣量就是BMP的測定結(jié)果。1.3 實驗內(nèi)容用焦化廢水對ASBR反應(yīng)器中的以蔗糖為基質(zhì)培養(yǎng)的厭氧顆粒污泥進行馴化；測定焦化廢水的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 馴化過程實驗中采用逐步增加以蔗糖為基質(zhì)的進水中焦化廢水所占CODcr的比例，同時逐步降低有機負荷的方法對以蔗糖為基質(zhì)培養(yǎng)出來的接種厭氧顆粒污泥進行馴化，使微生物逐步適應(yīng)低濃度

8、有毒難降解的焦化廢水的特性。馴化歷時共225d。馴化后顆粒污泥穩(wěn)定。 2.2 BMP的測定對顆粒污泥經(jīng)175d處理焦化廢水的馴化后，取少量的顆粒污泥對焦化廢水進行BMP測定。用BMP來評價厭氧工藝對焦化廢水可能達到的最大處理效率。應(yīng)該指出，BMP和BOD5一樣，是廢水中有機污染物生物轉(zhuǎn)化的評價指標(biāo)，BMP不等于厭氧工藝中所能去除的有機物數(shù)量，只有在動態(tài)工藝試驗中，才能最終確定有多少有機污染物可以轉(zhuǎn)化為甲烷2。BMP測定表明，厭氧處理焦化廢水時，CODcr的最大甲烷化率為41.9。 2.3 ASBR最佳工藝參數(shù)的正交試驗根據(jù)馴化過程的經(jīng)驗，可以確定影響CODcr去除率的3個重要因素分別為：進水時

9、間與反應(yīng)時間的比值（tf/tr）、沼氣攪拌強度和間歇攪拌方式。為了選擇出最佳的ASBR運行條件，完成馴化后，對進水時間與反應(yīng)時間的比值、攪拌強度、間歇攪拌方式這3個對處理效率影響明顯的運行條件通過正交試驗做出選擇。實驗中運行周期為24h，進水pH控制在7.08.0，沉淀時間為1h。選擇的進水時間與反應(yīng)時間比值為3個水平0.3，0.5和1.0?？紤]到攪拌對實驗的影響程度，攪拌太弱時，攪拌不均勻；但攪拌太強時，對顆粒污泥剪切力太大，造成顆粒污泥解體，選取沼氣攪拌強度的3個水平為200，300，400mL/min；間歇攪拌方式為30s/30min、30s/20min，100s/45min。因子A（t

10、f/tr比值）的平均值mij分別為：m11=64.21，m21=116.91，m31=86.20。這3個均值差別較大，這種差別反應(yīng)了因子A（tf/tr比值）的3個不同水平的改變對實驗CODcr去除率的影響?？梢钥闯?，m21=116.91最大，說明因子A取A2水平最好，即tf/tr取0.5時試驗結(jié)果最好。同理m22值大于m12和m32，說明攪拌強度在取300mL/min時試驗結(jié)果最佳；m33值大于m13和m23，說明間歇攪拌方式取100s/45min時實驗結(jié)果最好。由上述分析可以得出實驗的最佳工藝條件為A2B2C3，即為第5號實驗。ASBR厭氧預(yù)處理焦化廢水的最佳運行條件為：tf/tr值為0.5

11、；攪拌強度為300mL/min；間歇攪拌方式為100s/45min。在上述正交試驗所選定的最佳工藝參數(shù)下穩(wěn)定運行了53d。ASBR反應(yīng)器進水焦化廢水CODcr的質(zhì)量濃度為4161304mg/L，進水氨氮的質(zhì)量濃度為230668mg/L，進水堿度為500840mg/L，進水pH值為7.08.0。每次新取的水樣穩(wěn)定運行23d后，CODcr去除率可穩(wěn)定在3040，與BMP測定結(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。在用焦化廢水對顆粒污泥進行馴化時，隨著有機負荷的不斷降低及進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的個體。AS

12、BR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)處理焦化廢水實驗結(jié)束時，采用電鏡掃描技術(shù)（SEM）對ASBR反應(yīng)器中顆粒污泥的微生物相進行了觀察，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。實驗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)，進水CODcr的質(zhì)量濃度達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)勢菌而大量繁殖3。 3 結(jié)論 通過以上的實驗工作和

13、分析討論，可得出如下結(jié)論：BMP測定表明，厭氧處理時焦化廢水中CODcr甲烷化率的極限比例為41.9；對生物有抑制和毒害作用的低濃度焦化廢水不會使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：進水時間與反應(yīng)時間之比值（tf/tr）、攪拌強度、間歇攪拌方式。進水時間與反應(yīng)時間之比值取0.5，沼氣攪拌強度取300mL/min，間歇攪拌方式取100s/45min；用ASBR厭氧預(yù)處理焦化廢水時，在中溫35下運行，反應(yīng)器中(MLSS)值為22.9g/L，運行周期取24h（其中進水7.2h，反應(yīng)14.3h，沉淀2.0h，排水0.5h）。當(dāng)進水CODcr的質(zhì)量濃度為4161304mg/L，有機負荷（CODcr）為0.170.54g/(Ld)時，CODcr去除率為3040，出水SS的