Fenton—UASB-生物活性炭处理高浓度聚酯废水

2018-04-17 05:42:49 青州谭福环保设备有限公司 13

摘要:采用Fenton—UASB(升流式厌氧污泥床)一生物活性炭对高浓度聚酯废水进行微生物降解处理。首先对高浓度聚酯废水进行预处理,然后对影响UASB启动阶段COD(化学需氧量)去除率的重要因素(如pH、碱度、挥发酸浓度以及容积负荷等)进行了分析,并对稳定阶段COD、去除率和污泥形态进行了考察;最后利用生物活性炭对聚酯废水进行了处理。研究结果表明:聚酯废水经氧化预处理后,其COD去除率为30%;上述聚酯废水分别经UASB、生物活性炭反应器处理后,两者的COD去除率均为65%。

0、前言

聚酯是由多元醇和多元酸聚合而成的含诸多酯键的高分子化合物总称。通常聚酯主要是指聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)和聚芳酯等线型热塑性树脂。由于聚酯具有力学性能优、耐磨性佳、绝缘性能好和吸水率低等特点,故其已成为用途广泛的胶粘剂、涂料、工程塑料、纤维和薄膜的基体树脂。近年来,随着聚酯工业的快速发展,聚酯的生产废水也越来越多,故有效处理聚酯工业废水具有重要意义。

高浓度的聚酯废水可生化性较差,若将其直接进入UASB(升流式厌氧污泥床)反应器中,极可能导致反应器内容积负荷过大,并且废水中污染物对产甲烷菌有一定的抑制作用,故有必要对高浓度聚酯废水进行预处理。Fenton(芬顿)试剂法具有操作简单、氧化性强和反应快等特点,故采用该法预处理废水后,可有效提升高浓度废水的可生化性。UASB是一项厌氧生物的处理技术,由荷兰Wageningen等于1972~1978年研制而成。该工艺将较高的生物量和生物活性与充分混合巧妙结合

在一起,并通过设计合理的3相分离器将气、液、固分离,具有反应器内污泥浓度高、容积负荷大、水力停留时间短、无混合搅拌设备、污泥床内不填载体和污泥处理费用低等优点。因此,将UASB反应器应用于高浓度聚酯废水的处理,具有重要的研究价值和应用前景。经UASB处理过的废水,其化学需氧量(COD)仍然很高,大幅度超出江苏DB32/939-2006的排放标准,故必须对UASB出水口排放的废水进行2级处理。利用强吸附性的生物活性炭可有效吸附废水中的有机物,从而达到深度处理的目的。

1、试验部分

1.1、试验原料

双氧水(体积分数为30%)、七水硫酸亚铁(提供产甲烷菌生长所需的铁离子)、氢氧化钠(NaOH)、硫酸,分析纯,国药集团化学试剂有限公司;高效降解酯类有机物菌,自制;颗粒状活性炭,工业级(牌号HG3—1290—80),国药集团化学试剂有限公司;厌氧颗粒污泥,合肥碧达环保科技有限公司;废水,江苏某化工企业;芬顿(Fenton)试剂(由双氧水、NaOH等配制而成),分析纯,广州市华绿环保科技有限公司。

1.2、试验仪器

pH计,瑞士万通公司;UASB(升流式厌氧污泥床)反应器,江苏凌盛环境科技有限公司;生物活性炭反应器,无锡东盛石化装备有限公司。

1.3、废水处理

1.3.1、废水的预处理

用稀硫酸溶液调节原水的pH至3,加入Fenton试剂,缓慢搅拌均匀;废水经催化氧化反应若干时间后混凝沉淀,上清液流入进水箱。

1.3.2、不同反应器对废水的处理

(1)UASB反应器:分为3相分离器、悬浮污泥层区和污泥区等3个部分。反应器的外径为14CM、内径为300px、高度为4250px和有效容积为20L,反应器的温度为(35+2)℃。废水经进水泵由反应器底部通过流量计调节注入,在顶部溢流出水;所产生的甲烷气体经3相分离器分离后,由反应器顶部排出;沼气排出管上装有洗气瓶,洗后计量。

(2)生物活性炭反应器:反应器内径为100px、高为1250px和有效体积为212mL,颗粒状活性炭装填

在反应器中,所用菌种为高效降解酯类有机物菌。

1.3.3、污泥接种

UASB反应器中的污泥采用厌氧颗粒污泥,接种的污泥量占总容积的1/3,体积为6.7L左右。污泥呈黑色、含水率为88.78%、pH为7.7、挥发酸浓度为660mg/L和微生物个数为53818个/g,颗粒污泥(直径为0.12~0.14Inm)表面光滑、菌体排列致密、菌体较为饱满且泥中心有空洞。

1.3.4、废水水质

试验所用废水取自江苏某化工企业,该聚酯生产废水经水解池降解后,水样即取自水解池出水口处。该废水的COD较高、废水中B/C(生物需氧量和化学需氧量之比值)较低以及可生化性较差,属于难降解的有机化工废水。

聚酯废水中的主要污染物为乙二酯、乙二醇、乙酸乙甘醇、对苯二甲酸及其中间产物和低聚物,其中醛类物质对入体健康和生态环境带来极大危害。表1列出了原水的基本性能。

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1.4、测试或表征

(1)COD(化学需氧量):采用重铬酸钾法进行测定。

(2)pH:采用pH计进行测定。

(3)碱度和挥发酸浓度:采用酸碱联合滴定法进行测定。

(4)容积负荷:以单位反应器容积每Et接受废水中有机污染物的量衡量之。

2、结果与讨论

2.1、Fenton试剂法对废水的预处理效果

废水经预处理后,其COD去除率达到30%,说明其可生化性有所提高,可有效保证后续厌氧反应的顺利进行。

2.2、启动阶段各因素对COD去除率的影响

2.2.1、pH的影响

pH是废水厌氧处理最重要的影响因素之一。厌氧处理中水解菌、产酸菌对pH的适应范围较大,但产甲烷菌对pH较敏感,故UASB反应器中物料的pH一般控制在6.5~7.8范围内;否则,当UASB酸化时,反应器内的产酸菌大量生长,产甲烷菌的活性会受到抑制。在反应器启动初期,为使pH控制在适宜范围内,此阶段引入碱类物质(以提高H的缓冲能力)是极其必要的;进入稳定处理阶段,由于成熟的微生物种群的形成会使反应器获得较高的稳定性,故此阶段不必引入碱类物质u。在其他条件保持不变的前提下,pH和废水厌氧处理时间对COD去除率的影响如图1所示。
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由图1可知:刚开始对废水进行厌氧处理时,随着pH的不断升高,处理废水的COD去除率逐渐增大,说明pH的环境越来越适合甲烷菌的生长环境。随着废水处理时间的不断延长,甲烷菌逐步适应了聚酯废水,体系的pH基本不变,说明UASB反应器处于逐步稳定阶段,具有一定的缓冲能力。

2.2.2、碱度的影响

碱度也是影响UASB启动阶段的重要因素之一,谭福环保。在其他条件保持不变的前提下,碱度和废水。处理时间对COD去除率的影响如图2所示。
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由图2可知:在污泥驯化阶段,碱度基本保持在1500~1700mg/L范围内,说明反应器中的微生物已逐渐适应了聚酯废水,系统趋于稳定。在系统产甲烷阶段,随着产甲烷菌的活性不断增强,其可将反应器中的甲酸、乙酸等酸化产物部分转化为甲烷,同时释放出一定量的碱,导致体系内部的pH及碱度略有增加;随着反应的不断进行,反应器已具备良好的缓冲能力,并且能自行调节碱度,故其动态保持系统相对稳定,表现为碱度保持在2200mg/L左右,适合产甲烷菌的生长,谭福环保。

2.2.3、挥发酸浓度的影响

试验中挥发酸浓度的变化情况是判断反应器运行状况的重要指标之一”。在其他条件保持不变的前提下,挥发酸浓度对COD。去除率的影响如图3所示。
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由图3可知:在污泥驯化阶段,反应器中微生物还未适应聚酯废水,故挥发酸的产量相对较少;随着反应的不断进行,产酸菌逐渐恢复了活性,挥发酸的产量呈逐渐增长态势,最后稳定在1500mg/L左右。这是由于在系统产甲烷阶段,钴、镍和铁等营养元素的引入,使产甲烷菌的活性增强,而产酸菌的活性受到抑制,故挥发酸的产量出现短暂波动后逐渐减少,最终保持在1500mg/L左右。

2.2.4、容积负荷的影响

容积负荷直接反映了基质与微生物之间的平衡关系,是生物处理过程中最主要的控制参数。容积负荷是影响颗粒污泥增长、污泥活性和有机物降解的重要因素,提高负荷可以加快污泥增长速率和有机物的降解速率,同时使反应器的容积缩小,从而减少了污水处理的费用和占地面积。然而,当容积负荷过高时,体系中可能会发生甲烷化反应和酸化反应不平衡的问题;反之,容积负荷过低时,反应器容积将增大、设备利用率降低、投资和运行费用提高,谭福环保。在其他条件保持不变的前提下,容积负荷对COD去除率的影响如图4所示。
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由图4可知:在UASB的启动阶段,容积负荷相对较低(这是由于微生物还处于适应污水阶段,并且微生物刚刚具有一定的污水处理能力);随着废水处理时间的不断延长,颗粒污泥逐渐适应了废水环境,容积负荷呈增长态势,而废水的COD,去除率也随之增加;但是,当容积负荷过高时,继续增加容积负荷,废水的CODcr去除率增幅趋缓(这是由于当容积负荷过高时,会出现甲烷化反应和酸化反应不平衡等现象),谭福环保。