厌氧好氧组合工艺处理pvc化工离心母液废水的试验研究

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1、南开大学 硕士学位论文 厌氧-好氧组合工艺处理PVC化工离心母液废水的试验研究 姓名：余素林 申请学位级别：硕士 专业：环境工程 指导教师：张振家 20030520 厌氧好氧组合工艺处理P V C 化工离心母液废水的试验研究 摘要 悬浮法聚氯乙烯生产过程中所排放的离心母液废水是我国化工行业的重点污染源 之一。该废水中的有机物浓度虽然较低( C O D c r 一 1 5 0 0 m g L 的废水，而E G S B 反应器在处理更低浓度的废水时仍能达到很高的负荷和去除率3 1 ，而内循环厌氧反应器 I c 在这种低浓度废水中因产气强度低，无法形成强烈的内循环而丧失了其最大的优越 性。事实上，自

2、E G S B 诞生以来，所进行的很多研究集中于低温低浓度废水的处理。在 低温条件下采用低负荷时，沼气产率低，混合强度低，但由于E G S B 反应器的上升流速 较高，此条件下的进水动能和污泥床的膨胀高度，保证了进水与污泥的充分接触，可获 第二章反应器真型的连择 得比U A S B 反应器更好的处理效果。 普通的厌氧技术用于处理低浓度废水时，客观上存在一些不利因素【捌。如果废水中 有机物浓度很低，微生物的活性也就很低，同时由于较高的水力负荷和较低的污泥增殖 速率，反应器内污泥保留时间较短，由于产气量少搅拌作用弱，同时有机物浓度低，造 成有机物与污泥之间的传质速率低，反应器的处理效率低。所以，长

3、期以来在低浓度废 水处理领域的厌氧处理研究进行得不多。 上个世纪9 0 年代，E G S B 反应器的开发成功在一定程度上改变了这种状况。K a t o 用E G S B 反应器处理浓度为1 0 0 7 0 0 m g C O D L 的含乙醇废水【2 ”，实验中废水的水力停 留时间可降到O ，5 1 h ，废水上流速度在2 5 5 5 m h ，在负荷高达1 2 k g C O D t ( m 3 d ) 的 情况下，C O D 的去除率高达8 0 9 7 。国内的王凯军阱1 用E G S B 反应器处理浓度约 5 0 0 m g C O D L 的生活污水，其水力停留时间为1 h ，上流速

4、度达到6 m h 。我们在本论文 中将讨论用E G S B 反应器处理浓度低于2 5 0 m g C O D L 的化工废水的运行情况。 2 2 好氧反应器的选择 2 2 1 好氧生物处理的机理及工艺类型 2 2 1 1 好氧生物处理的微生物学原理 我们知道，某种有机物质的生物氧化存在三种可能的途径：有氧呼吸、无氧呼吸和 发酵。前面讨论的厌氧消化过程是一个由多种不同性质、不同功能的微生物协同配合的 连续的微生物学过程，在这个过程中，存在无氧呼吸和发酵两条途径。而好氧生物处理 中的微生物学过程则要简单一些；好氧微生物( 大多数常见的细菌、放线菌、真菌均属 此类) 营有氧呼吸的生物氧化途径，以废水

5、中的有机物为氧化底物，以分子态氧作为最 终电子受体，将废水中的有机污染物氧化分解为C 0 2 和H 2 0 ，同时获得其生命活动所需 的能量并不断增长繁殖。好氧生物处理工艺即是利用人工方法，模拟并强化好氧微生物 的生活环境，使其大量增殖，从而快速、有效地去除废水中含有的各种有机物。 2 2 1 2 好氧生物处理工艺类型的发展概况 根据废水处理构筑物内活性微生物的生长状态，常用的废水好氧生物处理技术可分 为悬浮生长型和附着生长型两大类。悬浮生长型的好氧工艺以活性污泥法为代表，它是 水体自净功能的人工强化，是一种依靠在曝气池内呈悬浮、流动状态的微生物群体的凝 第二幸反应器真型的连择 聚、吸附、氧化

6、分解等作用去除废水中有机物的方法：附着生长型好氧生物处理工艺即 生物膜法则是土壤自净功能的人工强化，是一种使微生物群体以膜状附着在某些载体的 表面，通过与废水接触，生物膜上的微生物摄取污水中的有机物作为营养并加以代谢， 以使废水得到净化的方法【2 。 悬浮生长型的好氧处理工艺因其曝气池内的活性污泥与废水由于曝气的搅拌作用 而强烈混合，传质速率高，生化反应速度快，出水水质好。活性污泥法是目前应用最为 广泛的好氧生物处理工艺，在废水处理领域发挥着巨大的作用。但与附着生长的生物膜 法相比，其工艺流程稍嫌复杂，运彳亍管理要求较高，易出现棘手的活性污泥膨胀问题。 本论文中将要讨论的P V C 化工离心母

7、液有机物浓度很低，根据C h u d o b a 等人提出的活 性污泥混合培养中的动力学选择性准则口5 】1 2 6 】，具有低的饱和常数K 。和最大比增长速率 u 。的微生物如丝状菌在混合培养的曝气池中当基质浓度很低时将具有相对高的增长 速率并占优势，所以更易导致污泥膨胀的发生。基于这个认识，我们在实验中考虑用生 物膜法来进一步处理厌氧系统的出水，因此在这里仅对生物膜法的发展概况作一简单的 介绍。 生物膜法工艺是在2 0 世纪5 0 6 0 年代开始出现的，主要有生物滤池( BF ，B i o l o g i c a l F i l t e r ) 、生物转盘( B T B i o l o

8、g i c a lT u m p l a t e ) 、生物接触氧化( B O C ，B i o l o g i c a lC o n t a c t O x i d a t i o n ) 年1 生物流化床( B F B ，B i o l o g i c a lF l u i d i z e dB e d ) 等工艺。 生物滤池工艺又可分为普通生物滤池( 又称滴滤池) 、高负荷生物滤池、塔式生物滤 池等多种形式。在生物滤池中，见图2 7 所示，废水通过布水器均匀地分布在滤池表面， 滤池中装满了填料( 碎石、卵石或塑料填料) ，废水沿着滤料闻的空隙从上到下流到池底 通过集水沟及排水渠流出池外。

9、在滤料的上中下各个层面上生长着适应于流到该层废水 水质的微生物菌群。因而生物滤池中生物相较丰富，生物链长，污泥量少，运行简易且 靠自然通风，运行费用低。但箕在运行过程中也常出现诸如滤池阻塞积水、臭味大、滋 生滤池蝇、旋转布水器出水口堵塞、生物膜的异常脱落等问题。 生物转盘工艺是6 0 年代在生物滤池的基础上发展起来的，它在中心轴上固定着 一系列质轻高强的薄圆板，其4 0 的面积浸在废水中，见图2 - 8 所示。当驱动装置低速 转动时，盘片与废水和空气交替接触，微生物从空气中摄取必要的氧气并对废水中污染 物质进行生化降解。生物转盘工艺具有节能和高效的特征，在国内外广泛用于生活污水 与有机工业废水

10、的中小型水量和中低浓度的处理。其缺点是转盘造价较高，转盘顶上需 要有遮盖以防暴雨时冲刷生物膜，寒冷地区宜建在室内，所需的占地面积一般比活性污 第二幸反应曩_ 彝型的连择 泥法多，建设投资也高于活性污泥法。 鼋台 豳井 Y 出水o - J 图2 7 生物滤1 也图2 - 8 生物转盘图2 - 9 生物；i f c 化床 - 生物流化床是7 0 年代开发的一种新型的生物膜法废水处理构筑物【l 】，见图2 - 9 所 示。其特点是采用比重大于l 的细小惰性颗粒如砂、焦炭、陶粒、活性炭等为载体，微 生物生长在载体的表面形成生物膜，废水( 预充氧或在床内充氧) 以较高的流速自下而上 流动，使载体处于流化

11、状态，其上附着的生物膜可与废水充分接触。根据供氧的方式可 分为两相生物流化床工艺和三相生物流化床工艺。前者的基本特点是在生物流化床外部 设有充氧设备和脱膜设备，在流化床内只有液、固两相，而后者向流化床内赢接充氧而 不设外部的充氧装置，反应器内气液固三相共存。由于流化床内生物固体浓度很高，氧 和有机物的传质效率也很高。所以生物流化床是一种高效的生物处理构筑物。目前存在 的问题是其流化状态不易控制，生产实践经验很少，尤其对于三相流化床尚无合适的模 型可以描述其流动特征，因此在进行放大设计时有一定的不确定性【2 7 】。 由于生物膜反应器本身存在的优点，近年来国内外一些专家学者均对此进行了更为 深入

12、的研究，内容涉及到生物膜载体的开发与改良、微生物在载体表面的固定机理与技 术、生物膜增长与有机物的去除关系等，生物膜反应器的研究将进一步向纵深发展【2 “。 2 2 2 接触氧化工艺简介及其在废水处理中的应用现状 2 2 2 1 接触氧化法的工艺特征 生物接触氧化法基本的流程如图2 1 0 所示。 生物接触氧化法因其滤料及其上的生物膜均淹没于水中，故又称淹没式生物滤池， 接触氧化池内设置填料，经过充氧的废水与长满生物膜的填料相接触，在生物膜的作用 F ，使废水得到净化。在这种反应器中，部分微生物以生物膜的形式固着生长于填料表 面，部分则是以絮状悬浮于水中。此外，由于此项技术采用与活性污泥法中的

13、曝气池相 1 7 第二章反应童真型的连择 同的曝气方法，向微生物提供所需的氧气，这样就相当于在曝气池中充填供微生物栖息 的填料，因此又称为“接触曝气法”。 国2 1 0 接触氧化工艺基本流程 综上所述，生物接触氧化法是一种介于活性污泥法与生物滤池两者之间的生物处理 技术，也可以说是具有活性污泥法特点的生物膜法工艺： 生物接触氧化工艺有以下主要特点 1 l ： 由于填料的比表面极大，池内的充氧条件好，接触氧化池内单位容积生物量高于活 性污泥曝气池及生物滤池。因站生物接触氧化法具有很高的容积负荷，可达普通活 性污泥法的2 5 倍以上。 由于相当部分的微生物固着在填料表面生长，生物接触氧化工艺不需要

14、设污泥回 流系统，也不存在污泥膨胀问题，运行管理简便。 由于生物接触氧化池内生物量多，水流属完全混合型，因此生物接触氧化工艺对水 质水量的骤变有较强的适应能力。 由于接触氧化池内生物固体含量高，当有机容积负荷较高时，其有机污泥负荷F M 仍可以保持普通的水平，因此在容积负荷较高时的污泥产量仍可相当于甚至低于活 性污泥法。 2 2 2 2 接触氧化法在水处理中的应用现状 从上面的简要分析中可以看出，接触氧化工艺有许多独特的优点。章非娟教授研究 并总结了几种主要的好氧生物处理工艺的运行参数，如表2 一l 所示【“。 从这些数据比较中不难看到，与普通活性污泥法及其它的生物膜法工艺相比，生物 接触氧化

15、法微生物浓度高，在更短的水力停留时汹下却可达到更高的容积负荷；不仪 用于处理城市污水，也能处理复杂的工业废水如印染废水等并且取得令人满意的效果。 正因为这样t 生物接触氧化法自1 9 7 1 年由日本学者小岛贞男发明并试验成功后 25 1 近 2 0 年来在国内外都得到了广泛的研究和应用。概括起来，生物接触氧化法在水处理中的 1R 第二幸反应器真型的连择 应用领域可以划分为：生活污水和城市废水；工业废水；微污染水源水。 表2 一l 几种好氧生物处理工艺主要运行参数的比较 生物量容积负荷水力停留时间 处理工艺B O D 5 去除率( )废水种类 ( 叽)k g B O D “m J d )( h

16、 ) 接触氧化法 1 0 2 03 0 6 00 5 158 0 9 0 城市废水 接触氧化法 1 0 2 01 5 30l _ 5 3 08 0 9 0 印染废水 高负荷生物滤池 0 7 7 0 i 5 m g L 的情况。另外，厌氧出水在1 2 月1 6 日再次出现异常增高，不过从图上可 以分析出，这次是由于产品改型，离心母液T O C 从2 0 m g L 变为7 0 m g L ，所以对厌氧 反应器内复杂的厌氧微生物降解过程造成了一定的冲击。事实上，上面的图表完整地反 应出了厌氧反应器受改型的冲击，厌氧出水T O C 从图中的第2 6 天开始逐步升高到第3 0 天到达最高点，厌氧微生物经过4 天适应后又使厌氧出水T O C 由第3 0 天的5 9 8 m g L 逐步回落最后稳定在4 0 m g L 左右。 同时我们注意到一个有意义的现象：当产品的生产出现变化，离心母液T O C 从 第三