CSTR处理含五氯酚废水的运行特性研究

1、96第36卷第8期2010年8月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.36No.8Aug.,2010CSTR处理含五氯酚废水的运行特性研究秦智，许隽波（哈尔滨理工大学化学与环境工程学院，黑龙江哈尔滨150040）摘要：采用连续流搅拌槽式反应器（CSTR）处理含五氯酚（PCP）废水，探讨了中温（35±1）下CSTR的启动和运行情况。结果表明，中温条件下，CSTR在35d左右可完成反应器的启动运行。在稳定运行过程中，CSTR具有良好的缓冲能力，对处理含低负荷PCP的废水具有较好的效果，PCP和COD平均去除率分别达到64%和42%。而高负荷的PCP会造成反

2、应器处理效果的下降，运行过程中应控制PCP负荷在30×10-3kg·m-3·d-1以下。关键词：厌氧降解；五氯酚；CSTR中图分类号：X783文献标识码：A文章编号：1000-3770(2010)08-0096-004五氯酚（PCP）是一种人工合成的难降解有机杀虫剂、木材防腐化合物，作为一种良好的除草剂、剂等而被广泛应用，进入环境后易积累，能造成人类及动物中枢神经系统、肝和肾的损害，具有致畸、致致突变危害1-2，已被许多国家列为优先污染物。癌、因此，寻找一种合理有效的处理含五氯酚废水的方法一直备受广大研究者的关注。近年来，各国学者采用不同的厌氧反应装置如横流式厌氧

3、固定化生物反应器（HAIB）、颗粒污泥膨胀床（EGSB）、升流式厌氧污泥床（UASB）、上流式厌氧消化反应器（UADR）等3-6在不同的试验条件和接种物情况下对含PCP废水的处理展开了研究，取得了一定的进展。而采用连续流搅拌槽式反应器（Continuousstirredtankreactor，CSTR）作为反应装置处理含五氯酚废水却鲜有报道，与传统的颗粒污泥厌氧系统相比，CSTR中的微生物群落均成絮状结构，在传质效能方面具有更大的优越性。本文采用未经驯化的好氧活性污泥和部分厌氧污泥作为接种泥，以葡萄糖为外加碳源，探讨了CSTR处理含PCP废水的启动和运行特征，以期为处理含PCP废水提供技术指导

4、。1试验部分1.1试验装置研究采用的试验装置为连续流搅拌槽式反应器，内设气-液-固三相分离器，为反应区与沉淀区一体化结构。反应器由有机玻璃制成，总容积21L，其中反应区的有效容积为8.7L，沉淀区5.4L。反应器内设有搅拌装置，通过水封和轴封保证反应器中微生物生长所需的厌氧环境。将CSTR置于恒温水浴箱内，其温度通过AI-400D型温控仪控制在（35±1）。进水流量采用计量泵控制。试验装置流程如图1所示。图1试验装置Fig.1Schematicdiagramofexperimentapparatus1.2试验废水与污泥来源试验废水采用人工配水，水质组成：葡萄糖，质量浓度为2.5g&#

5、183;L-1；酵母粉，质量浓度为0.2g·L-1；收稿日期：2009-10-26基金项目：黑龙江省自然科学基金项目（E2004-08）；黑龙江省教育厅青年学术骨干支持计划（1153G008）；哈尔滨市青年科学研究基金（2004AFQXJ041）女，教授，研究方向为有机废水的生物处理技术和丙烯酰胺的清洁生产技术作者简介：秦智（1974），联系电话E-mail：qinzhi0916秦智等，CSTR处理含五氯酚废水的运行特性研究CaCl2，质量浓度为0.03g·L-1；MgSO4·7H2O，质量浓度为0.1g·L；KH2PO4，质量

6、浓度为0.08g·L；-1-197kgm·L-1。浓度为1mg××××NH4Cl，质量浓度为0.21g·L-1；微量元素溶液，质量d微量元素溶液组成：FeCl·36H2O，质量浓度为0.8g·L-1；H3BO3，质量浓度为0.08g·L-1；CuSO·45H2O，质量浓度为0.03g·L-1；MnSO·4H2O，质量浓度为0.10g·L-1；Na2MoO·42H2O，质量浓度为0.035g·L-1；ZnCl2，质量浓度为0.06g

7、83;L-1；CoCl2·6H2O，质量浓度为0.15g·L-1；NiCl2，质量浓度为0.15g·L-1。根据运行情况加入适量NaHCO3以维持反应器内部的pH为6.87.2，PCP根据运行情况定量投加。取化工厂污水处理厂的好氧污泥与反应器内原有的部分厌氧污泥的混合污泥作为接种污泥，接种量MLVSS质量浓度为13.33g·L-1，表征污泥活性的m(VSS)/m(SS)为0.41。1.3分析项目及监测方法COD采用标准重铬酸钾法测定；污泥量MLSS）和生物量（MLVSS）采用重量法测定7；pH采用PHS-3C型精密pH计测定；PCP采用紫外分光光度法测定

8、8。2结果与讨论2.1反应器启动运行过程及结果反应器启动运行过程共经历了122d，总体可分为2个阶段。135d为启动运行阶段，完成对厌氧污泥的驯化，36122d为稳定运行阶段，完成对污泥的耐PCP驯化。反应器在整个运行过程中COD、PCP及去除率变化分别如图2、图3所示。Lgm /D O CDO C /d图2反应器运行期间COD及去除率的变化Fig.2ChangeofCODconcentrationandremvoalduringtheoperationprocessCSTR在温度为（35±1），进水COD为2800mg·L-1，水力停留时间（HRT）为24h的条件下启动。

9、启动初期20d内，由于反应器内污泥中有机物含量不高，还处于对废水水质的适应期，所以COD去除率01/×P×CP×PCP图3反应器运行期间PCP负荷及去除率的变化Fig.3ChangeofPCPloadandremovalduringtheoperationprocess较小且不稳定，在10%20%之间波动，而且出水中有少量的污泥流失现象。第21天后，污泥流失现象消失，COD去除率开始逐步升高，出水COD逐渐下降，运行到第30天后COD去除率稳定在42%左右。此时可以认为反应器内污泥已经适应了废水水质，污泥活性也得到了一定的增强。从第35天开始，保持进水COD不变，

10、逐步缩短HRT至12h以提高COD负荷，COD去除率未出现大的波动。第51天，开始在进水中加入PCP，对污泥进行耐PCP驯化。考虑到PCP有较大的毒性，初始PCP负荷控制为1.0×10-3kg·m-3·d-1，低负荷的PCP并未对COD去除率造成影响，PCP去除率也达到80%左右，这一现象说明反应器中的厌氧污泥可能具有降解PCP的潜在活性，但也可能是接种污泥对PCP具有吸附作用。第58天，当PCP负荷提高至2.0×10-3kg·m-3·d-1时，PCP和COD的去除率均有所下降，其中PCP去除率下降幅度较大，由原来的82%降至64.8

11、%。经过4d的驯化后，COD去除率逐渐恢复至原有水平，而PCP去除率维持在64%左右，此时可说明污泥已经具备了一定的降解PCP的能力。继续加大进水中的PCP浓度以提高PCP负荷，对厌氧污泥进行耐PCP驯化。第81天，当提高PCP负荷至16×10-3kg·m-3·d-1时，PCP和COD去除率分别下降至45.5%和36.2%，说明该PCP负荷对污泥中的微生物产生了一定的抑制作用，但由于此时污泥中已通过驯化得到相当数量的PCP降解菌，运行一段时间后，污泥中的微生物逐渐适应了该负荷的PCP环境，PCP和COD去除率又逐渐恢复。第113天，当PCP负荷提高至30×

12、;10-3kg·m-3·d-1时，PCP和COD去除率急剧下降，分别下降至44.2%和35.1%，且经过驯化后，PCP和COD的去除率并无恢复至原有水平，说明该PCP负荷对污泥中的微生物产生了较强的抑制作用。2.2pH的变化pH是影响厌氧微生物生命活动的重要因素之（98水处理技术第36卷第8期一。大量实践表明，中温厌氧生物处理系统的pH应维持在6.57.5为最佳。试验中采用NaHCO3调节进水的pH，以确保反应系统的pH不低于6.5，pH随时间的变化如图4所示。从图4中可以看出，在启动初期，出水pH偏低，在6.0左右。为提高反应系统的pH，在第10天加大NaHCO3的投加量

13、，出水pH逐步上升。第30天后，达到稳定状态，保持在6.87.2之间。在运行的第5070天，由于天气炎热等原因，导致进水酸化，pH下降，在6.36.8之间波动，却并未对出水pH造成影响，这说明反应器内部的污泥此时已经具备了良好的酸碱缓冲能力。稳定适宜的酸碱环境为厌氧微生物的生长提供了有利条件，使反应系统中各类菌群的活性得到了更进一步的增强，从而提高了反应系统对外界条件变化的抵抗能力。Hpmmmm/d图4反应器运行期间pH的变化Fig.4ChangeofpHduringtheoperationprocess2.3反应器内污泥的变化2.3.1污泥量、生物量及污泥活性的变化运行过程中反应器内MLSS

14、、MLVSS及污泥活性（VSS/SS）的变化见表1。表1反应器运行过程中MLSS、MLVSS、m(VSS)/m(SS)的变化Tab.1ChangeofMLSS,MLVSS,m(VSS)/m(SS)duringtheoperationprocess运行时间/d(MLSS)/g·L-1(MLVSS)/g·L-1m(VSS)/m(SS)132.9313.330.411028.4614.860.522526.6216.130.614025.7615.250.595525.7215.580.608026.1616.620.6410025.4616.240.6411323.9514.3

15、00.6012222.4214.480.64从表1中可以看出，在CSTR运行前期100d，MLSS经历了一个先下降后稳定的过程，由接种时的32.93g·L-1下降到25d时的26.62g·L-1，此后稳定在26g·L-1左右，而MLVSS呈先上升后趋于稳定的趋势，由最初的13.33g·L-1上升并稳定在16g·L-1左右。分析认为，在运行初期，由于接种的好氧污泥经历了一个从好氧到厌氧的剧烈变化，导致部分微生物失活，失活的微生物以及反应器中原有的惰性物质随出水流出反应器，从而出现了污泥量下降现象。随着反应器的运行，反应器中的微生物逐渐适应了环境的

16、变化并开始不断地增殖，污泥流失现象消失，MLSS趋于稳定，MLVSS逐渐上升并趋于稳定。第51天开始，加入低负荷的PCP并未对反应器中的MLSS和MLVSS造成影响。运行后期，随着PCP负荷的加大，当PCP负荷提高至30×10-3kg·m-3·d-1时，MLVSS及MLSS又有所下降。分析认为，由于PCP的毒性较大，高负荷的PCP对反应器中的微生物产生了抑制作用，破坏了各微生物之间的动态平衡，致使部分絮体解体，过于微细的污泥絮体在水力冲刷作用下流出反应器，从而造成了MLSS和MLVSS的减少。在反应器运行的整个过程中，m(VSS)/m(SS)不断上升，由接种时的0

17、.41上升到最高时的0.64，说明反应器中的污泥活性在不断增强。2.3.2污泥性状的变化污泥容积指数（SVI）能较好地反映出活性污泥的松散程度和沉降性能。反应器运行过程中SVI的变化如图5所示。gLmI/VSmmmm/d图5反应器运行期间SVI的变化Fig.5ChangeofSVIduringtheoperationprocess初始时，接种到反应器中的混合污泥沉降性能良好，污泥SVI为24.29mL·g-1，运行至40d时，SVI上升至36.37mL·g-1，污泥沉降性能有所变差，但仍然较好，之后SVI趋于稳定，保持在36mL·g-1左右，这是因为污泥接种时，污

18、泥活性较低，污泥中无机组分较多，随着反应器的运行，污泥中的生物量逐渐增大，污泥活性逐渐升高，且污泥在搅拌状态下呈絮状，不能形成结构良好的颗粒污泥。运行至113d时，SVI又有所上升，这可能是高负荷的PCP致使部分絮体解体的原因所致。污泥的沉降性能指标SVI在整个运行过程中经历了一个较低上升后稳定再上升秦智等，CSTR处理含五氯酚废水的运行特性研究的过程，SVI始终处于50mL·g-1以下，沉降性能良好。了保障。993结论在温度为（35±1），MLVSS为13.33g·L，HRT为24h，进水COD为2800mg·L-1条件下，-1参考文献：1Hendri

19、ksenHV,LarsenS,AhringBK.AnaerobicdegradationofPCPandphenolinfixed-filmreactors:431-436.2NascimentoNR,NicolaSMC,RezendeMOO.Pollutionbyhexachlo-robenzeneandpentachlorophenolinthecoastalplainofSoPaulostateJ.Geoderma,2004,121(3-4):221-232.3SaiaFT,DamianovicMHRZ,CattonyEBM,etal.Anaerobicbiodegradationofp

20、entachlorophenolinafixed-filmreactorinoculatedwithpollutedsedimentfromSantos-SoVicenteEstuary,BrazilJ.ApplMicrobiolBiotechnol.,2007,75:665-672.45678徐向阳,杜宇峰,郑平俞,等.降解五氯酚(PCP)厌氧生物反应器起动过程的特性研究J.太阳能学报,1999,20(4):408-416.周岳溪,张寒霜,郝丽芳.升流式厌氧污泥床处理含五氯酚废水工艺的研究J.环境科学,1998,19(4):33-35,39.沈东升,徐向阳,冯孝善.厌氧处理含氯酚废水的颗粒污

21、泥形成过程研究J.环境科学学报,1997,17(1):60.魏复盛,齐文启.水和废水监测分析方法M.4版.中国环境科学出版社,2002:1-10.胡林林,李鱼,耿辉,等.紫外分光光度法测定水样中五氯酚J.吉林大学学报:理学版,2007,4(2).theinfluenceofanadditionalsubstrateJ.WaterSciTechnol.,1991,24(3-4):CSTR在35d左右达到稳定运行，COD去除率达到42%，完成了反应器的启动。在稳定运行阶段，逐步提高PCP负荷对污泥进行耐PCP驯化。在低负荷的PCP下，CSTR对PCP和COD的平均去除率分别达到64%和42%左右，

22、具有较好的处理效果。当PCP负荷提高至30×10-3kg·m-3·d-1，PCP和COD去除率分别下降至44.2%和35.1%左右，处理效果有所下降。所以在处理含PCP废水时，应控制PCP负荷在30×10-3kg·m-3·d-1以下。反应器运行过程中，污泥中的生物量和生物活性先上升后达到稳定状态，污泥活性不断增强，污泥指数SVI始终低于50mL·g-1，絮状污泥具有良好的沉降性能。含五氯酚废水经反应器处理后，废水的毒性减小，可生化性也有一定的提高，且降低了后续好氧处理的负荷，从而为后续好氧处理工艺出水达标提供THEPERFO

23、RMANCEOFCONTINUOUSSTIRREDTANKREACTOR(CSTR)FORTREATINGPENTACHLOROPHENOLWASTEWATERQinZhi,XuJuanbo（HarbinUniversityofScienceandTechnologySchoolofChemicalandEnvironmentalEngineering,Harbin150040,China）Abstract:ACSTRisusedtotreatthepentachlorophenolwastewater.theperformanceofitsstartupandoperationunderth

24、emediumtemperature（35±1）wasdiscussed.Theresultsshowthat,theCSTRcancompleteitsstartupprocessingin35dunderthemediumtemperatureInthestableoperationoftheprocess,theCSTRhasagoodbufferingcapacity,andhasagoodtreatmenteffectswhendealwiththewastewatercontaininglow-loadPCP，theaverageremovalratesofPCPandC

25、ODcanreached64%and42%respectively.Whilethehigh-loadPCPcancauseadeclineoftreatmenteffects,soPCPloadshouldbecontrolledunder30×10-3kgm-3d-1duringtheoperationprocessing.··（上接第95页）Keywords：anaerobicdegradation;pentachlorophenol;CSTR!CONCENTRATIONANDSEPARATIONNICKELWASTEWATERBYNANOFILTRATIONWangShaoming,WangJianyou,LuHuixia，WangYuzhen,DongHeng（CollegeofEnvironmentalScienceandTec