厌氧序批式反应器预处理焦化废水

1、PAGE PAGE 8厌氧序批批式反应应器预处理理焦化废废水李冰1，孙孙英兰11，李玉玉瑛2摘要实验室室规模的的厌氧序序批式活活性污泥泥法(AASBRR)过去去常常用用于预处处理焦化化废水.接种厌厌氧颗粒粒物质被被驯化到到2255d的焦化化废水,然后检检测出驯驯化粒状状物质焦化化废水的的生物化化学甲烷烷势(BBMP).与此同时时,一些些基本技技术因素素,如反反应时间间和灌浆浆时间比比(tf/tr)，间歇搅搅拌混合合强度和和模式,影影响到焦焦化废水水厌氧预预处理AASBRR反应,这些基基本技术术因素通通过正交交试验评评价.当当有机负负荷率为为0.33700.544Kg CODD/(m3.d),

2、在适适宜的条条件因子子（tf/tr）下和间歇搅搅拌混合合强度模模式下，稳定处理系统中，COD的去除率可达38%50%.在实验的最后，用扫描、透视的方法在SBR反应器中观察到了微生物形式的颗粒状污泥.实验结果表明,在颗粒状污泥微生物中占据主要地位的细菌是Methanosaeta细菌，而不是在接种的颗粒状污泥微生物中占主要地位的甲烷菌。关键词厌氧序批式活性污泥法(ASBR)焦化废水厌氧预处理中图分类号:X703.1文献标识码: A 引言焦化废水产生于焦炭生产、煤气、焦油和焦炭等副产品.焦化废水包括氨等无机污染物、氰、杂环化合物和多环芳烃化合物如酚、油类、萘、吡啶、喹啉、无烟煤,这些物质在有氧条件下

3、通常是难以生物降解的.焦化废水排放对环境造成严重污染,也威胁到人类的正常生活,因此要对焦化废水做处理,以减少对环境的危害.传统焦化废水生物处理效率并不足以满足所需的质量标准.通过加入特定的微生物,废水处理相当成功地实现了实验室规模的焦化废水处理.然而,维持优势种群的生物活性和定期添加固定化微生物在实际应用仍然是一个问题,并须确认其可行性.预处理通常用于使焦化废水更适合于生物处理方法,通常的预处理方法包括调节和存储、氨化、氯化以及气浮.最近,在难生物降解的废水的处理问题上,通过厌氧和好氧处理技术的结合,达到了既高效又经济的效果，A/O工艺和A2/0工艺就是其中主要的处理方法.在这些系统中,厌氧预

4、处理工艺用做部分难降解有机化合物的预处理,以降低后续好氧和厌氧处理工艺的负荷.目前,A/O工艺和A2/0工艺在焦化废水的处理中越来越流行.研究表明,厌氧处理能大大改善生物降解焦化废水的效果,为后续的好氧处理创造良好的条件. ASBR工艺是由lowa州立大学的Dague及其同事们一起开发的一种高效率的厌氧工艺.该工艺最有前景的特征是可以实现活性污泥微生物的颗粒化.这样,在反应器中就可以保持较高的生物量,并且生物固体停留时间长.有很多关于ASBR的研究报告,但他们很少用于实际废水的处理.本文的主要目的是研究用ASBR反应器对焦化废水的预处理,并通过正交试验讨论ASBR反应过程的优化运行参数,如tf

5、/tr,MI,以及IMM等.为了拟订实验方案,在这个实验中,我们用正交试验的方法,用用三个因素来研究三个层次的内容.材料和方方法焦化化废水该该研究中中所使用用的焦化化废水取取自中国国太原焦焦煤公司司的废水水处理厂厂.废水水的特征征归纳于于表1.样品存存放于44密封容容器并尽尽可能使使容器顶顶部空间间最小,以防止止有氧反反应降解解.表1 焦焦化废水水的特征征实验程序序1.ASSBR反反应器系系统本研研究实验验都是利利用实验验规模的的ASBBR反应应器进行行,其总总容积为为14LL,该容容积分为为两部分分:有效效容积112L,顶部空空间的容容积为22L.圆柱堆堆反应器器直径144.8厘厘米,内内有

6、液体体深度669.88厘米.在反应应器周围围分布着着几个直直径为112毫米米的口,以入料料和污水水的取样样.ASSBR反反应器安安装在一一个355C的恒恒温箱内内,并附附有气洗洗装置.以图11来表示示ASBBR反应应系统的的组成.通过设设置在AASBRR反应器器底部的的扩散装装置使沼沼气循环环来完成成混合过过程.沼沼气通过过一国内内生产的的泵驱动动,并通通过反应应器顶部部的一个个直径为为12毫毫米的孔孔而循环环.而且且,在反反应器顶顶部空间间附有一一个8LL的气囊囊袋,以以使气体体可用.为了防防止由于于固体物物质的反反应所携携带的反反应物堵堵塞污水水扩散器器,设置置了一个个泡沫分分离瓶.正如在

7、以以前的论论文中所所论述的的一样,有关AASBRR反应器器的运行行原理相相对比较较简单.反应操操作包括括四个步步骤:进进水,反反应,静静置和排排放.在在进水和和反应阶阶段,通通过沼气气的循环环实现反反应器内内的间歇歇混合.在静置置沉淀阶阶段,混混合被终终止,以以实现生生物固体体的分离离.在排排放阶段段在大量量生物固固体分离离以后进进行.排排放污水水的量与与进入反反应器的的量相等等.在初初步试验验时,向向ASBBR反应应器中投投入5LL厌氧颗颗粒微生生物接种种,加入入7L浓度度为72200mmg/LL的蔗糖糖溶液,以及适适量的NN、P营营养元素素，并满满足COOD：NN：P=3000：7：1的比

8、例关关系，这这样，使使得反应应器中的的微生物物浓度为为21.5Gmmlsss/L。系系统在如如下的条条件下运运行200天：PPH=78，并并以244H为循循环周期期进入浓浓度为772000mg/L的蔗蔗糖溶液液。2.颗粒粒状微生生物菌种种的驯化化当厌氧氧颗粒状状微生物物用高浓浓度的蔗蔗糖合成成废水培培育时,驯化就就需要诱诱使接种种微生物物适应含含有不易易降解化化合物的的焦化废废水.在在驯化的的过程中中,焦化化废水与与蔗糖的的比例随随着总进进水浓度度的降低低而相应应地增加加,直到到进水中中的焦化化废水中中不再有有蔗糖.在这期期间,沉沉淀效果果很差,以致一一丁点污污泥都随随水流出出反应器器.而且且

9、在之中中情况下下,随水水流失的的微生物物不会由由新的微微生物来来取代,以致于于沉淀静静置时间间从0.5小时时延长到到2.00小时.当出流流中的污污泥很少少,而在在反应器器中仍然然有一定定的生物物量的时时候，驯驯化过程程结束.这时,污泥有有比较好好的沉降降性能和和稳定的的处理能能力.总总共的驯驯化时间间持续2225天天.3.BMPP (生生化沼气气潜力) 的检检测.在在焦化废废水驯化化后期进进行BMMP的测测试.BBMP反反映了废废水中潜潜在的能能够通过过厌氧反反应被转转化为沼沼气的有有机污染染物的量量.因此此,BMMP能够够被用来来评价厌厌氧处理理过程的的效率.在35 C下下检测BBMP.将1

10、000毫升升驯化厌厌氧颗粒粒状微生生物和3350毫毫升焦化化废水假假如到一一只5000毫升升的血清清瓶中,并清清除COO2和氮气.将少许许无机性性的营养养物质加加入到密密封的血血清瓶中中.为了了消除由由于气体体产生的的自我厌厌氧分解解所带来来的误差差,进行行对照实实验以纠纠正所产产生的误误差.对对照实验验的步骤骤与上所所叙述的的步骤一一样,只只是其中中没有另另加焦化化废水和和厌氧颗颗粒状微微生物. 在厌氧氧反应器器中产生生的气体体包括CCO2和CH4,由于COO2不代表表CODD在厌氧条条件下的的消耗,因此有有必要排排除COO2.所有瓶瓶中的气气体产物物均在3350C条件下下定期通通过液体体移

11、位法法测出.4.正交交试验实实际数据据显示,在驯化化过程中中CODD去除效效率有三三大影响响因素:tf/tr,MI,IMMM.为了了选出AASBRR反应系系统的最最佳运行行参数,正交试试验在驯驯化后完完成.在在正交试试验中,其操作作运行阶阶段,静静置阶段段和排放放阶段分分别为224,22.0,0.55H,进进水PHH值调整整到7.088.0.在典型型的ASSBR操操作运行行中,短短的进水水时间导导致了低低的tff/trr值.但根据据Sutthakketrr观察,这种操操作策略略可能导导致酸的的形成问问题.考考虑到焦焦化废水水的毒性性和由于于快进水水而产生生的酸问问题对驯驯化的影影响,进进水时间

12、间可以适适当延长长,在该该研究中中,tff/trr的三个个水平值值设定:0.33,0.5,11.0.至于混合合强度，应应该设置置足够的的混合强强度,保保证反应应器中的的一致的的条件以以及废水水同颗粒粒状微生生物的充充分接触触,从而而达到改改善传质质的效果果.然而而过强的的混合强强度可能能会是厌厌氧颗粒粒状微生生物絮体体破碎,并导致致较差的的泥水分分离效果果.通常常是由沼沼气搅拌拌或机械械搅拌回回流来实实现混合合过程.据报道道,间歇歇性而非非持续搅搅拌混合合性能更更优越.因此,该研究究用沼气气间歇搅搅拌回流流来实现现混合过过程. 在试验验方案中中我们用用正交试试验测试试三个层层次的三三个因素素.

13、表33列出了了本研究究中的几几个因素素和各个个相应层层次的研研究任务务.5. AASBRR反应器器的稳定定运行.在正交交试验中中选择的的最佳条条件对AASBRR反应器器的稳定定运行来来说同样样适用.而且,反应器器内的生生物量以以及进水水和出水水的B/C值取取决于稳稳定运行行阶段.分析方方法可溶溶性的CCOD、BBOD55的分析析按以下标标准方法法(美国国公共卫卫生协会会,19992),产品品样本、无无SS(悬浮固固体).ASBBR反应应的生物物测定采采用重量量法.通通过在湿湿筛分配配有机玻玻璃圆筒筒筛板中中实现大大小的分分类.结果与与讨论BBMP的的检测当当检测试试验瓶和和空白对对照试验验瓶中

14、读读没有沼沼气产生生时,BBMP的的检测结结束.BBMP的的检测研研究结果果如图22所示.表明:沼气的的产量等等于检测测试验产产气量减减去空白白对照试试验产气气量.BBMP的的要么是是参照样样本产量或抽抽样样本本有机含含量.后者允允许直接接将有机机质转化化为甲烷烷.由于于在35时,3395毫毫升甲烷烷相当于于从废水水中通过过厌氧去去除1克克CODD,从而而有一个个计算液液相COOD减少少量的关关系式.在BMMP测试试样本中中，检测测到3550毫升升焦化废废水，同同时有1100毫毫升厌氧氧颗粒状状接种微微生物.在接种种了1330天后后，总共共产生2248.6毫升升甲烷.至于对对照试验验,共有有1

15、000毫升厌厌氧颗粒粒状接种种微生物物,而没没有另加加的焦化化废水.在刚刚刚接种了了58天天后,产产气结束束，总共共产生了了2022.3毫毫升甲烷烷气.因因此,净净的甲烷烷产量为为46.3毫升升,BMMP的结结果为00.1665 mm3CH4/kgg COOD.理论上，在35的厌氧条件下,根据上面所叙述的计量关系,用于检测BMP的350毫升COD值为800mg/L的焦化废水应该产生110.6毫升甲烷气体.因此，焦化废水转化成甲烷的百分比为41.9%. BMP气体产量曲线如图2所示,图2表明,在前58天,空白对照试验中所产生的甲烷气体量高于用于检测试验样品所产生的甲烷量.这表明,焦化废水对厌氧微

16、生物有抑制作用,但是厌氧微生物会在较长的驯化后逐渐适应焦化废水.驯化225天以后所检测的BMP表明,甲烷气产率依然很低.产气持续130天,远长于BMP检测所建议的3060天.从BMP的检测结果可以作出结论:焦化废水生化降解率相当低.因此,对焦化废水处理来说，实施厌氧颗粒状微生物接种并进行长期的驯化是十分必要的.正交试验验表5给给出了正正交试验验的9组组结果,这9组组结果代代表了各各种因素素水平水水CODD去除效效率的影影响.每每组测试试在各组组的测试试条件下下都运行行了155天.在在正交试试验中,反应变变量的误误差因进进水焦化废废水浓度度而波动动.表55中列出出了3个个层次各各自的因因素.每每

17、个层次次发生33次,因因而总共共进行了了9次测测试.表表5可用用于分析析每个要要素的最最佳水平平. 表表5中,Sj是二二次色散散系数总总和,我们可可以从SSj确定定不同因因素的重重要性.因此,S1S3S2这个关系系表明,tf/tr是影响响处理效效率的最最重要的的因素. 另外外,从RRj到Kjll,以及及Rj的值值反映了了J因素素的重要要性，这这里，RR1RR3RR2,显显示，ttf/ttr这个个因素是是影响废废水处理理效率的的最重要要的因素素。由于于通过用用Sj这个个因素分分析，可可以得到到同样的的分析结结果，因因此，我我们有理理由相信信该正交交实验的的结果是是可信的的。至于于间歇混混合模式式

18、，1000 ss/455 miin是三三个值中中的最大大值。在进一一步的研研究中，使使用了更更高的IIMM值值，该研研究揭示示了反应应器中活活性污泥泥较差的的沉淀效效果。因因此，正正交试验验最佳的的条件是是：tff/trr =00.5，混混合强度度为0.0255LCHH4/LL(反映映器容积积)，间间歇混合合模式为为1000 s/45 minn。ASBRR反应器器的稳定定运行根据正交交试验，随着间歇混合时间从30 s/30 min 增加到 100 s/45 min，COD去除率也相应地增加。因此我们估计，COD去除率会随着间歇混合时间的增加而增加。然而，在120 s/45 min间歇混合时间的

19、条件下所进行的20天的试验表明：在ASBR反应器中存在着生物量的下降；出水中的悬浮污泥是由于混合时间过长所引起。因此，选择最佳的间歇混合时间为100 s/45 min。接下来的3个月的稳定运行都是在上述的条件下进行的。在ASBR反应器中，当出水中焦化废水的COD浓度为7961304 mg/L时，出水中氨态氮的浓度为230668 mg/L,出水pH为7.28.6,COD去除率能够稳定地达到38%50%，这与BMP的测试结果是相一致的。另外，测定了进入到ASBR反应器中的焦化废水的BOD5和COD，在稳定运行时，样本中的BOD5与COD的测定不包括SS.B/C的值、COD去除率以及活性污泥微生物浓

20、度如表6所示。结果表明，进水的B/C的平均值为0.27，而出水的B/C的平均值却可以高达0.58，这显示焦化废水经过ASBR反应器做预处理后，其可生化性大大提高。在稳定运行期间，由于保持了较高的活性污泥浓度和较长的泥龄，从反应器中流出的活性污泥微生物很少。 在ASBR反应器的稳定运行阶段，即使在进入的焦化废水水质发生波动的情况下，COD去除率仍持续保持在较高的水平（38%50%）。由表6可知，可生化比（B/C）的值显著增加。所有这些结果都是由于在ASBR反应器中保持了较高的颗粒状活性污泥微生物浓度，这些生物颗粒具有良好的降解性能，从而保证了较长的泥龄，这对处理效率有重要作用。颗粒状污泥中的微生

21、物比悬浮污泥上的微生物更分散，而且能够适度代谢反应的中间产物。颗粒状微生物在ASBBR反应应器中所所接种的的颗粒状状厌氧微微生物具具有相对对较大的的粒度，其中大部分是1.03.0毫米，超过3毫米的有9.6%。在颗粒状的微生物被驯化以适应焦化废水后，其形状变成近似球形，其粒度大大减小到0.52.0毫米，其中没有粒度超过3毫米的。一些大的颗粒由较小的颗粒粘结在一起而成，这些颗粒状微生物的显著特征是：坚韧和富有粘度。附着在这这些接种种的颗粒粒状污泥泥表面和和内部的的主要的的微生物物是甲烷烷菌。在AASBRR反应器器完成对对焦化废废水的预预处理后后，用电电子扫描描和透视视的方法法可以观观察到颗颗粒状污污泥上的的微生物物。在颗颗粒状污污泥上表表面长满满了许多多小虫（图图3a），这是是由于内内部细菌菌所产生生的气体体的释放放所造成成的。所所观察到到的结果果显示了了在颗粒粒状污泥泥中心部部位的主主要颗粒粒微生物物是甲烷烷菌（图图3b）。另外，在颗粒状污泥外部的孔口出观察到了少量的甲烷菌（图3c）。在图3b和图3c是图片放大后的情况。Methanosaeta细菌和和甲烷细菌有不同的生化降解特征(max 和ks),Methanosaeta细菌有相对较低的基质亲和力。在该研究中，我们观察到，在进入到ASBR反应器的焦化废水中的无多物质保持了较好的生化降解性能，进水的浓度也比较低，这对Metha