厭氧生物降解過程一般分為3 個階段： 水解發(fā)酵階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段、甲烷發(fā)酵階段， 前兩個階段又稱為水解酸化階段?？紤]到產(chǎn)甲烷菌與水解產(chǎn)酸菌的生長速度不同。近年來， 國內(nèi)外陸續(xù)報道了利用厭氧水解工藝處理各種工業(yè)廢水的試驗研究。水解酸化的作用將廢水中的非溶解態(tài)有機物水解成溶解態(tài)有機物， 將某些難生物降解有機物轉(zhuǎn)化為易生物降解物質(zhì)， 改善廢水的可生化性， 降低一部分有機污染物和污泥產(chǎn)率， 能夠大大縮短反應(yīng)器停留時間。根據(jù)微生物在反應(yīng)器內(nèi)的生長狀態(tài)， 可把各種反應(yīng)器分為三大類型： 懸浮式反應(yīng)器、接觸式反應(yīng)器、復(fù)合式反應(yīng)器。復(fù)合式反應(yīng)器內(nèi)既存在水解(酸化)的污泥， 又存在水解(酸化)生物膜， 形成水解(酸化)污泥-生物膜的綜合體。

腈綸廢水是一種難降解有機廢水， 污染物組成復(fù)雜， 毒性高。以水解酸化作為腈綸廢水前處理工藝， 對復(fù)合水解反應(yīng)器啟動運行情況及影響因素進行研究與分析， 目的在于確定最佳的運行參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

反應(yīng)器由圓柱形有機玻璃加工而成，反應(yīng)區(qū)有效體積15 L，反應(yīng)器半徑100 mm，高徑比為10 ∶1。反應(yīng)器安裝在恒溫室中，溫度可在10 ～ 40 ℃之間調(diào)節(jié)，反應(yīng)器內(nèi)添加聚氯乙烯梅花型填料，微生物可附著生長、繁殖，形成掛膜性能良好的生物復(fù)合體，有回流作用，能有效地截留和吸附廢水中的顆粒性物質(zhì)和膠體物質(zhì)，可形成懸浮相污泥復(fù)合體。采用內(nèi)循環(huán)式，反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)由蠕動泵控制，廢水由進水泵打入高位水箱， 再由流量計計量進入主反應(yīng)區(qū)，由出口排出。反應(yīng)器裝置如圖1 所示。

1.2 試驗材料

1.2.1 接種污泥

接種污泥為大慶煉化廠的好氧絮狀污泥， 污泥呈灰黑色， 松散絮狀， 污泥的m(VSS)/m(SS) =0.89， 接種量為3 L，反應(yīng)器內(nèi)的污泥質(zhì)量濃度約20g[VSS]/L。微生物能附著聚氯乙烯填料生長，可形成良好的生物膜， 反應(yīng)器啟動初期無進水， 循環(huán)回流培養(yǎng)污泥5 d， 之后將廢水通入反應(yīng)器內(nèi)，流量由1L/d 增加到10L/d， 持續(xù)30d。

1.2.2 試驗用水

試驗用水為大慶石化廠的工業(yè)廢水， 水質(zhì)見表1 所示。

2 結(jié)果與討論

2.1 進水CODCr

濃度對復(fù)合水解反應(yīng)器的影響在啟動初期， 反應(yīng)器在低濃度、低流速的條件下運行， 水解反應(yīng)器HRT 維持在24 h， 進水CODCr的質(zhì)量濃度為150 mg/L， CODCr容積負荷為0.31 kg/(m3·d)，對污泥進行培養(yǎng)馴化。隨著進水CODCr變化， 反應(yīng)器CODCr去除率的變化情況如圖2 所示。運行過程中發(fā)現(xiàn)， 因進水COD Cr濃度較低， 水解反應(yīng)器停留時間過高，大部分可降解的有機物被去除。由于污泥負荷較低， 水解反應(yīng)器啟動較為容易。隨著進水CODCr值逐步增加， 去除率增加。當進水CODCr質(zhì)量濃度超過1 200 mg/L 時，反應(yīng)器CODCr去除率增加緩慢， 大體上保持在20%。廢水的可生化性得到極大地提高， m(BOD5)/m(CODCr)由0.31 提高到0.51(見圖3)， 有利于后續(xù)的生物處理。表明復(fù)合水解反應(yīng)器對有機負荷有較好的適應(yīng)能力，啟動迅速， 出水水質(zhì)穩(wěn)定。

2.2 溫度對復(fù)合水解反應(yīng)器的影響

水解反應(yīng)是一個典型的生化反應(yīng)， 因此，溫度對水解反應(yīng)的影響符合一般的生物反應(yīng)規(guī)律， 即在一定的范圍內(nèi)， 溫度越高， 水解反應(yīng)的速率越大。在不同水溫下CODCr去除率見圖4。從圖4 中可以看出， 在最低溫度10 ℃ 下， 反應(yīng)器仍可穩(wěn)定運行， 其CODCr去除率與最高溫度時差異不大，去除率基本保持在20% 左右。說明當溫度在10 ～ 25 ℃之間變化， 水解反應(yīng)速率變化不大， 復(fù)合水解反應(yīng)器對低溫變化的適應(yīng)性較強。一方面由于水解反應(yīng)器內(nèi)形成大量的活性污泥， 污泥濃度高， 水解酸化細菌對溫度的變化也不敏感，溫度波動對大生物量的影響不大; 另一方面可以從傳質(zhì)的角度來解釋，

本反應(yīng)器添加梅花型填料， 有利于微生物的生長，能有效地截留和吸附廢水中的顆粒性物質(zhì)和膠體物質(zhì)， 這是個快速反應(yīng)的物理過程，所需時間較短，截留下來的物質(zhì)吸附在水解污泥的表面， 慢慢被分解， 這就使反應(yīng)器內(nèi)污泥停留時間要大于水力停留時間， 保證一定的去除率。因而溫度在一定范圍內(nèi)對水解酸化的影響甚微，這與De Zeeuw 等的報道一致。

2.3 HRT 對復(fù)合水解反應(yīng)器的影響

HRT 是水解反應(yīng)器運行控制的重要參數(shù)之一，直接影響水解酸化的處理效果，在溫度為25 ℃ 左右， 進水CODCr的質(zhì)量濃度為1400 mg / L 左右的條件下來改變HRT。圖5 表示HRT 對復(fù)合水解反應(yīng)器CODCr去除率的影響趨勢。從圖5 中可以看出， CODCr去除率是隨著HRT 的提高而增加， 但影響不是很大。當HRT 超過7 h， CODCr去除率提高很少， 在7 ～ 9 h 內(nèi)， CODCr去除率較高。雖然繼續(xù)延長HRT 還可能提高去除率，但已不是很明顯。因為這一階段主要是水解酸化細菌在生物酶作用下將不溶性有機物水解成溶解性有機物， 將高分子有機污染物分解成小分子有機污染物， 污染物的形式上改變了，但數(shù)量本質(zhì)沒有變化， 表征在CODCr上就是去除率沒有改變。因此最佳HRT 為7 ～ 8 h。

2.4 pH 值的影響

水解反應(yīng)的pH 值適應(yīng)范圍較廣， 文獻指出， pH 值在3.5 ~ 10 內(nèi)均能發(fā)生水解反應(yīng)，但最佳pH 值為5.5 ～ 6.6， 在水解酸化反應(yīng)中， pH 值是逐漸降低，丙酸的含量會相對增大， 乙酸的含量則相對減小， 但水解酸化后一般有好氧生物處理， 不存在丙酸抑制的問題， 在反應(yīng)器運行期間， 進水pH 值為8 左右， 經(jīng)過多次監(jiān)測， 反應(yīng)器內(nèi)pH 值保持在5 ～ 6 之間，進出水pH 值的變化可直接反映水解酸化的效果。進出水pH 值變化大說明水解酸化作用明顯，且出水水質(zhì)比較穩(wěn)定。

2.5 回流量對復(fù)合水解反應(yīng)器的影響

由于水解酸化的上升流速大于1 m/ h 時處理效果不好， 因此確定回流量為0、50% 時考察其對復(fù)合水解反應(yīng)器的影響， 結(jié)果見圖6。在HRT 為7 h， 進水濃度基本相同的條件下，通過改變回流流速來改變回流量。由圖6 可知， 在無回流情況下， 反應(yīng)器CODCr去除率為10% 左右。而在回流量為50%， 上升流量為6.4 L / h， CODCr容積負荷約為5.69 kg / (m3·d)的情況下， 反應(yīng)器CODCr去除率最高可達23.8%， 去除率提高了1 倍多， 測得腈綸廢水出水的m(BOD5) /m(CODCr) 為0.55。由此可見，提高回流量可以增強水解酸化作用， 進一步說明了腈綸廢水存在難生物降解物質(zhì)。

3 結(jié)論

(1) 復(fù)合水解反應(yīng)器放棄了反應(yīng)時間長， 控制要求嚴格高的產(chǎn)甲烷階段。影響水解酸化重要因素有進水濃度、HRT、回流量， 而pH 值、溫度對水解酸化反應(yīng)影響較小。本試驗的最佳參數(shù)：在HRT 為7 h， 回流量為50% 的條件下， CODCr去除率可達23.8%， 出水m(BOD5)/m(CODCr)為0.55。

(2) 反應(yīng)器內(nèi)加入填料， 微生物固著生長， 并增設(shè)回流裝置， 回流量為50%時泥水可很好的接觸， 可形成高濃度的懸浮相水解污泥，增強了水解酸化作用， 并能對進水負荷的變化起到一定的緩沖作用。

(3) 復(fù)合水解反應(yīng)器能有效提高廢水的可生化性， 適合于作難生物降解的腈綸廢水的預(yù)處理。(作者：周鍵，蘭州交通大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院)

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