生化法处理难降解混合化工废水的研究

蓝梅，周淇，顾国维
（同济大学 污染控制与资源化国家重点实验室，上海 200092）

　　摘要：采用厌氧水解与活性污泥处理方法对经预处理的含有酚类、苯类和蒽醌类的混合化工污水进行了处理研究。实验结果表明：当厌氧水解的水力停留时间为 9 h时，经水解酸化，废水的 m（BOD₅）／m（CODcr）可提高 34.2％，当上流式厌氧滤池进水CODcr的质量浓度为 700－900 mg／L，总水力停留时间为 36 h的条件下经厌氧水解一好氧处理，出水 CODcr去除率达 56.8％，色度，SS，BOD₅去除率分别为 93.8％，55.9％，87.6％。
　　关键词：化工废水；废水处理；厌氧水解；好氧；活性污泥法
　　中图分类号：X703.l；X78
　　文献标识码：A
　　文章编号：1009－2455（2003）01－0026－04

A Treatment of Hardly Degradable Mixed ChemicaI Wastewater.with BiochemicaI System
LAN Mei, ZHOU Qi, GU Guo-wei
(State Key toboratory Of Pollution COntrol and Resource Reuse, Tongh Universit}. Shanghai 200092, China)

　　Abstract: A treatment of pre-treated mixed chemical wastewater containing phenol, benzene, anthraquinone,etc. using anaerobic hydrolysis and activated sludge method was tested. The results of the test showed: when the HRT of the anaerobic hydrolysis was 9 h, the m(BOD₅) / m(CODcr) of the hydrolyzed and acidified wastewater increased by 34.2%; when the p(CODcr,) of the inlet water of the up-flow aerobic filter tank was 700 ～ 900 mg/L and the total HRT was 36 h, the CODc, removaI rate of the outlet water after anaerohic hydrolysis-aerobic treat-ment reached 56.8%, the removal rates of colourity, SS and BOD₅ being 93. 8%, 55. 9% and 87. 6% respec-tively.

　　Key words: chemical wastewater; wastewater treatment; anaerobic hydroIysis; aerobic; activated sludgemethod

　　目前国内工业废水的处理主要采用厂内单独处理。随着我国工业的发展出现了越来越多的化工开发区，这就使得混合化工废水的治理成为一个亟需解决的课题，本研究采用厌氧水解一活性污泥法对江苏省某市化工开发区的混合废水进行了治理研究。

1 试验概况

1.1 废水来源及特点

　　该开发区以化学工业为主，废水主要是有机化工、染料、医药中间体及其它精细化工产品生产过程中排放的工业污水，全区废水总量达 4000 t／d。主要含有挥发酚类。苯类、硝基苯类、葱酮类及其相应的衍生物，对该污水所做的生物毒性试验表明属重毒，对生化反应有抑止或毒害作用。试验用水的水质指标如表l。

表1 试验用水水质指标 项 目 范 围 ρ(CODcr)/(mg·L^-1) 900～1200 ρ(BOD₅)/(mg·L^-1) 200～400 总氮ρ(N)/(mg·L^-1) 20～50 总磷ρ(P)/(mg·L^-1) ＜20 ρ(Cl^-)(mg·L^-1) ＜100 pH值 3～9 ρ(SS)/(mg·L^-1) 100～200 色度/倍 12000～14000 ρ(TDS)/(mg·L^-1) 400～500

1.2 试验工艺与装置

　　污水经中和混凝沉淀并补充氮、磷后（物化处理后总氮、总磷的质量浓度分别为2.8mg／L，0.5mg／L）、进生化部分。厌氧工艺采用上流式厌氧滤池，酸化池为 φ100mm×1000mm的 PVC圆筒，有效容积5L，内装接种污泥2L，内挂半软性塑料和软性纤维构成的组合盾式填料，填料材质为聚乙烯高醛化度优质维纶丝。曝气池采用430mm × 180mm ×280mm的矩形 PVC池体，有效容积15L。池底部设置与微型曝气器相连的砂芯曝气头，池内装接种污泥7.5L。

　　试验采用连续流运行方式，试验流程如图1所示。

1.3 试验条件

　　试验条件：温度6－18^℃；曝气池溶解氧的质量浓度为 2 mg／L；气水体积比（20～30）：1；上流式厌氧生物滤池中填料的堆积体积5L；填料的比表面积 2472 m²／m³，填料的总表面积为 12.36 m²。

2 试验结果分析与讨论

2.1 厌氧水解段处理结果
2.1.1 停留时间对处理效果的影响

　　厌氧过程中微生物分解有机物的过程分为4个阶段，本试验需将厌氧反应控制在水解酸化阶段，由于废水含有大量有毒难降解有机物故参照以往经验将水解酸化的水力停留时间控制在6～15 h进行。试验结果如表2。

表2 厌氧水解处理效果 停留时间/h 有机负荷/（kg［CODcr］·kg^-1［SS］·d^-1） 容积负荷/（kg［CODcr］·m^-3·d^-1） 进水ρ(CODcr)/(mg·L^-1) 出水ρ(CODcr)/(mg·L^-1) CODcr去除率/% 进水pH值 出水pH值 6.0 0.378 3.32 830.1 720.5 13.2 7.5 7.0 7.5 0.294 2.59 808.2 691.7 14.4 7.2 6.5 9.0 0.244 2.15 805.1 670.4 16.7 7.5 6.8 12.0 0.185 1.63 815.5 676.9 17.0 7.0 6.5 15.0 0.145 1.28 795.8 658.1 17.3 6.5 6.2

　　由表2可见，在水解反应池中停留时间对水解反应的影响较小，当停留时间在gb以上时，随停留时间的增加有机物去除率提高不大。从表2还可看出，经厌氧酸化后废水的pH值有所下降，说明污水中的高分子物质在微生物作用下，随着水力停留时间的增加而不断被分解为短链脂肪酸到乙酸类的物质，同时仅从pH的数据来看，厌氧酸化运行状态比较稳定，确实发生了酸化作用。
2.1.2 温度对处理效果的影响

　　表3为水解酸化停留时间为9h时，不同温度下水解池CODcr的平均去除率的情况。

表3 温度对酸化池处理效果的影响 水温/^℃ CODcr去除率/% 8～10 16.7 16～18 15.8 18～20 17.3 22～24 15.6

　　由表3可见，水温对厌氧酸化处理效果的影响很小，这与 Latting G.的结论基本一致，即水解池在水温维持在 10摄氏度以上时温度对处理效果的影响不大。
2.1.3 对废水可生化性的影响

　　从表4中可见，当停留时间为 6～15 h时，厌氧酸化的m（BOD₅）／m（CODcr）都有所升高，证实了水解酸化菌在常规工艺条件下具有提高该废水可生化性的功能，当停留时间为9h时，酸化出水m（BOD₅）／m（CODcr）比进水 m（BOD₅）／m（CODcr）提高了34.2％。但随着停留时间的延长和产甲烷菌的生长，使一部分小分子有机物彻底降解，故出水 m（BOD₅）／m（CODcr）先上升后下降。试验表明，当停留时间为 9 h，m（BOD₅）／m（CODcr）升高幅度最大达 34.2％，所以最佳停留时间为 9 h。

表4 厌氧酸化反应器进出水水质对比 停留时间/h 进水ρ(CODcr)/(mg·L^-1) 进水ρ(BOD₅)/(mg·L^-1) 进水(BOD₅)/(CODcr) 出水ρ(CODcr)/(mg·L^-1) 出水ρ(BOD₅)/(mg·L^-1) 出水(BOD₅)/(CODcr) 6.0 813.6 278.2 0.342 742.3 289.2 0.390 7.5 776.3 246.3 0.317 656.7 249.3 0.380 9.0 794.8 193.2 0.243 681.2 222.1 0.326 12.0 842.8 218.2 0.259 699.6 238.8 0.341 15.0 796.0 229.5 0.288 658.5 225.0 0.342

2.2 好氧处理试验结果
2.2.1 停留时间对处理效果的影响

　　试验条件如上。经水解酸化处理后的污水自流入曝气池在不同的停留时间下进行好氧处理。

　　由图2、图3可见，随停留时间的增加，有机物的去除率增大，出水CODcr值下降，当停留时间小于22.5 h，CODcr去除率较低，停留时间为36h，CODcr去除率为51.9％。
2.2.2 负荷对处理效果的影响

　　污泥负荷对处理效果、污泥增长和需氧量影响很大，在实际工程中通常通过控制曝气池MLSS（即增加或减少排泥量）来调节污泥负荷。容积负荷则表示了曝气池建造的经济性，容积负荷高，耐CODcr浓度变化的冲击，但负荷过大则影响出水水质。负荷和好氧处理效果的关系如表5、表6所示。

表5 曝气池BOD5负荷与BOD5去除率的关系 BOD5污泥负荷/（kg·kg^-1[SS]·d^-1） BOD5容积负荷/（kg·m^-3·d^-1） 去除率/% 0.287 0.386 48.1 0.172 0.265 71.4 0.119 0.197 89.2 0.102 0.159 93.3 0.092 0.120 95.8

表6 曝气池CODcr负荷与CODcr去除率的关系 CODcr污泥负荷/（kg·kg^-1[SS]·d^-1） CODcr容积负荷/（kg·m^-3·d^-1） 去除率/% 0.310 0.962 38.7 0.237 0.738 44.7 0.170 0.593 48.1 0.133 0.452 51.9 0.117 0.351 53.8

　　由表5、表6可知随有机负荷。容积负荷的下降，出水CODcr与BOD₅下降，CODcr与BOD，去除率升高。要达到CODcr去除率在50％以上，则有机负荷应小于0.133kg［CODcr］/（kg［SS］·d），CODcr容积负荷应小于0.452kg/（m³·d）。从出水看，BOD₅已达到相当低的水平，CODcr仍很难达排放标准，有待进一步后处理。
2.2.3 温度对处理效果的影响

　　在总水力停留时间为 36 h，好氧停留时间为27 h的条件下，进行了温度对曝气处理效果影响的试验，结果见表7。

表7 水温对曝气处理效果的影响 水温/℃ ρ（CODcr）/（mg·L^-1） 去除率/% ρ（BOD5）/（mg·L^-1） 去除率/% 色度/倍 去除率/% 进水 出水 进水 出水 进水 出水 8~10 670.4 347.8 48.1 222.1 24 89 3200 400 87.5 20~22 693.3 315.0 54.6 207.0 9 95.7 3200 240 92.5

　　通过以上的比较可以看出，当水温从8～10℃升至 20～22℃时曝气池去除率有了较大的提高，从48.1％升至54.6％，上升了6.5％，说明水温对活性污泥法处理系统的影响还是很大的。混合液温度对反应速率系数的影响可用公式K₁＝K₂₀·θ_k^（T-20）表示，θ_k是经验温度修正系数，对于含高浓度溶解基质的工业废水，温度修正系数约在1.03～1.10之间。
2.3 A／O全过程处理结果

　　微生物对有机物的降解取决于微生物与有机物的接触时间。为了获得最佳运行条件下的水力停留时间，我们进行了为期4个月的水力停留时间的试验。试验数据见表8。

表8 A/O系统稳定运行结果 总停留时间/h 水温/℃ ρ（CODcr）/（mg·L^-1） ρ（BOD5）/（mg·L^-1） 色度/倍 进水 A出水 O出水 进水 A出水 O出水 进水 A出水 O出水 24 14~16 830.1 720.5 441.4 278.2 289.2 150 6400 3200 800 30 8~12 808.2 691.7 382.2 246.3 249.3 71.3 6400 3200 800 36 8~10 805.1 670.4 347.8 193.2 222.1 24 6400 3200 400 48 6~10 815.5 676.9 325.4 218.2 238.8 16 6400 3200 400 60 8~12 795.8 651.8 304.0 229.5 225 9.5 6400 3200 200

　　曝气池中ρ（MLSS）维持 在3 000～3 500 mg／L，污泥龄约为40～60 d。由表8可见当总停留时间为48 h时，CODcr，BOD₅，色度的总去除率分别为 60.l%，92.7％，93.8％。
2.4 CODcr浓度冲击负荷对处理效果的影响

　　为了检验A／O系统抗冲击负荷的能力，进行了CODcr浓度突降和突升时反应器处理效果的试验，试验结果见图4、图5，前者为进水CODcr浓度突然降低时，对生化处理系统出水及生化总去除率的影响。后者为进水CODcr浓度突然升高时，对生化处理系统出水及生化总去除率的影响。

　　从图4和图5看出，虽然去除率变化较大，但出水产（CODcr）基本保持在200～300 mg／L，这说明A／O系统运行已稳定，在高浓度或低浓度CODcr冲击负荷下仍能正常运行，在冲击第二天基本就能恢复正常。本来活性污泥法不耐冲击负荷，但由于曝气池前有厌氧酸化生物预处理，采用的是生物膜法的上流式厌氧酸化池，具有一定的抗冲击负荷能力。

3 结论

　　①经厌氧酸化，废水的 m（BOD₅）／m（CODcr）有所上升，当停留时间为９h时，出水 m（BOD₅）／m（CODcr）比进水提高厂 34.2％，而当停留时间为15 h时，出水（BOD₅）/（CODcr）仍比进水提高了18.8％，但BOD₅有所下降。

　　②厌氧水解工艺对温度的适应能力较强，在水温为8～10℃时仍能正常运行，且当水温从8～10℃上升到 20～22℃时，处理效果变化不大。

　　③在温度较低（8～16℃，大部分时间 8～12℃）的情况下，采用厌氧酸化一好氧活性污泥法对原水预处理出水进行处理，技术上是可行的，处理效果较好，当系统总停留时间在48 h以上时，CODcr，BOD₅，SS，色度的平均去除率分别达到60.l％，92.7％，57.6％，93.8％。

　　④温度升高可使曝气池处理效果大幅度提高。

　　⑤由A／O组成的生化系统处理效果互补，形成一个抗冲击负荷的系统，上流式厌氧酸化池对废水变化适应性强，从而减轻了CODcr负荷变化对曝气池的冲击。且受冲击后系统在第二天即可恢复正常。

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　　作者简介：蓝梅（1969-）女，广东梅县人，讲师，同济大学在读博士，主要从事水污染控制教学科研工作，发表论文3篇，上海市四平路同济大学67＃信箱，电话（021）65156371，L－may＠netease.com。