厌氧折流式反应器处理印染废水

Posted 2023-01-12 反应器

篇首语：愿君学长松，慎勿作桃李。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了厌氧折流式反应器处理印染废水相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

对厌氧折流式反应器(ABR)处理难降解印染废水进行中试研究。结果表明，在最佳HRT为24h条件下，厌氧折流式反应器稳定运行2个月，即使进水COD波动较大，COD的去除效果也良好。进水平均COD755.4mg/L，出水平均COD420.9mg/L，平均去除率为43.9%。厌氧折流式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80倍，平均去除率为76.6%。印染废水B/C值由0.29提高到0.43，废水可生化性明显改善。气质联用(GC-MS)检测可知，印染废水中的有机物得到有效降解。
0 前言
厌氧折流式反应器(AnaerobicBaffledReactor，简称ABR)是由Bachman和McCarty等人于20世纪80年代初提出，其结构简单、效率高、处理出水好、运行稳定可靠，适用于各类中低浓度有机废水的处理。但将ABR工艺应用于印染废水生物处理在国内外还鲜有报道[3-4]。
印染废水具有水质水量变化大、有机物浓度高、色度高和pH值高等特点。由于近年来化纤织物的发展和印染后整理技术的进步，PVA浆料、新型助剂等难生化降解的有机物大量进入印染废水，给处理增加了难度。原有生物处理系统对印染废水的COD去除率大多由原来的70%下降到50%左右，甚至更低[5-6]。色度的去除也是印染废水处理的一大难题，传统的生化法在脱色方面一直不能令人满意。针对印染废水的特点，本项目建立了中试规模厌氧折流式反应器(ABR)，重点考察ABR对COD和色度的去除，废水可生化性的提高和有机污染物降解变化规律，以期为改进ABR处理印染废水的工艺设计及优化运行工艺参数提供参考。
1 试验
1.1 试验装置
图1为中试研究装置的结构图。

厌氧折流式反应器的有效容积为7.2m3，分为5个隔室。设计处理水量为0.2～0.5m3/h，水力停留时间(HRT)可控制在14～36h。每室由一个下流室和一个上流室组成，上流室与下流室的宽度比为4∶1。通往上流室的挡板下部边缘有45°倒角的导流板布水，便于将水送至上流室的中心，使泥水充分混合，维持较高的污泥浓度。每室顶部设有取样口，进水从进水箱由进水泵打入ABR反应器中，通过调节流量计来保证系统进水的恒定。
1.2 试验水质
处理水质取自江苏省常熟市梅李污水处理有限公司调节池。该公司污水处理设计能力为1.0×104m3/d，其中印染废水占80%左右，包括化纤、全棉、棉混纺产品的染色和印花废水，染料种类复杂，主要以分散染料和活性染料为主。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，BOD5/COD值基本在0.30以下，可生化性较差。
1.3测试方法
水质常规物理化学指标分析 COD测试采用重铬酸盐法；BOD5测试采用稀释与接种法；色度测试采用稀释倍数法；NH3-N测试采用纳氏试剂比色法；MLSS、MLVSS测试采用质量法；溶解氧(DO)采用便携式DO仪测试；生物相采用光学显微镜观察；pH值测试采用pH计。
废水中有机物种类采用气质联用(GC-MS)分析废水中的有机物，具体参照美国环保局(EPA)对工业污水的取样和分析步骤[9-10]：首先对废水中的有机物进行中性萃取，取500mL吸附出水，将pH值调至中性，用50mL二氯甲烷萃取，剧烈振荡5min，静置。待分层完全后将萃取层分离，加入50mL二氯甲烷，重复以上操作，将两次萃取物合并。将萃余部分用5mol/L氢氧化钠调节pH值至12，之后两次用25mL的二氯甲烷萃取，萃取层合并。再将萃余部分用20%的浓硫酸调节pH值至2，分两次用25mL的二氯甲烷萃取，萃取层合并。最后将3份萃取层混合，移至旋转蒸发器，在43℃下浓缩至1mL，加少量无水硫酸钠干燥，并用氮气吹脱将萃取液浓缩至0.2mL左右，在温度4℃的条件下保存待测。
1.4接种污泥
中试研究接种污泥取自江苏省常熟市梅李污水处理有限公司厌氧水解池内的厌氧污泥，污泥浓度为12.8gVSS/L，VSS/SS比值为0.46。
2.结果与讨论
2.1.最佳水力停留时间的确定
水力停留时间是厌氧反应器设计中重要的设计参数之一。不同停留时间下厌氧折流式反应器的COD去除效果见图2。

由图2知，当水力停留时间为24h时，进水COD平均为730.1mg/L，出水COD平均为415.7mg/L，COD去除率为43.1%；当水力停留时间为18h时，进水COD平均为754.0mg/L，出水COD平均为508.0mg/L，COD去除率为32.6%；当水力停留时间为14h时，COD去除率为20.5%。
由此可见，停留时间越长，出水COD越低，去除率越高。水力停留时间越长，有机物与污泥接触时间越长，厌氧菌或兼性菌对有机物的降解越有效。考虑到印染废水的水质特性、处理效果的稳定性和运行管理的经济性，并结合工程实践，最终选择24h作为厌氧反应器稳定运行期的水力停留时间。
2.2COD去除效果
厌氧折流式反应器稳定运行2个月对COD的去除情况见图3。

由图3知，在反应器进水COD波动较大的情况下，厌氧折流式反应器出水COD较稳定(最高486.0mg/L，最低306.8mg/L，平均420.9mg/L)，平均去除率为43.9%。
为了解该厌氧折流式反应器对有机物的降解规律，对反应器进水和出水所含有机物进行GC-MS分析，其总离子流谱图如图4所示，数据库分析得到的有机物种类见表2。

由图4和表2可知，印染废水原水中的有机物以长链高分子物为主，经过厌氧水解后含胺类物质较多。印染废水中含偶氮键的染料在厌氧水解过程中易发生偶氮键断裂，反应式如下所示：

偶氮键断裂后生成胺类化合物，其在一定条件下会进一步转变成游离氨。常规监测试验发现，印染废水经厌氧水解后氨氮浓度升高，由此可证明，染料分子结构发生改变(开环、断键、裂解、基团取代、还原等)。结构复杂、难生物降解的有机物分子通过厌氧水解可转化成较易生物降解的有机物，通过后续好氧处理进一步氧化分解。
在水质检测中发现，随着出峰时间延长，离子流谱图中检测出大量C10～C28的直链或支链烷烃类物质，如图5所示。这类有机物所占比例较大，可能来源于微生物对废水中有机物的降解。

厌氧水解后废水中检测到的微生物代谢产物胆甾烷-3β-醇和大量的烷烃类物质，表明水解酸化过程中微生物代谢活动正常，对有机物的降解效果非常好。
2.3色度去除效果
厌氧折流式反应器稳定运行2个月对色度的去除情况见图6。

厌氧折流式反应器进水色度波动较大，进水平均色度342倍，最高450倍，最低200倍；出水平均色度80倍，最高100倍，最低60倍，平均去除率为76.6%。厌氧折流式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，破坏染料结构中的发色基团。由上述反应器进出水气质联用分析检测结果可知，染料中偶氮键断裂生成胺，之后进一步转变成游离氨。同时，反应器内较高的微生物量和各格室的特定生物群落保证了对色度的去除效果。
2.4 可生化性
厌氧折流式反应器稳定运行2个月的BOD/COD(简称B/C)值变化情况见图7。

由图7可知，该印染废水进水平均B/C值为0.29，可生化性较差。厌氧折流式反应器出水平均B/C值为0.43，较进水提高了0.14，表明印染废水的可生化性得到改善。
3.结论
(1)本项目中，中试规模厌氧折流式反应器在最佳水力停留时间24h的条件下稳定运行2个月，进水平均COD值为755.4mg/L，出水平均COD值为420.9mg/L，去除率达43.9%；进水平均色度342倍，出水平均色度80倍，去除率为76.6%。通过厌氧折流式反应器有机物气质联用分析可知，原长链高分子有机物转化为短链小分子有机物，降解明显。
(2)经厌氧折流式反应器处理后，印染废水B/C值由0.29提高到0.43，废水可生化性明显改善，减轻了后续好氧处理的负荷。