張 賓

（中國石化 北京化工研究院環(huán)保所，北京 100013）

UASB反應(yīng)器反硝化處理工業(yè)廢水

張 賓

（中國石化 北京化工研究院環(huán)保所，北京 100013）

采用絮狀污泥成功啟動升流式厭氧污泥床（UASB）反應(yīng)器處理含甲酸、苯胺、環(huán)已酮、NO3-等的工業(yè)廢水。UASB反應(yīng)器以低負(fù)荷啟動，10天后逐漸提高進(jìn)水COD，出水COD保持在710～770 mg/L，COD去除率為40%～60%；出水TOC保持在115～314 mg/L，TOC去除率由60.3%逐漸升高至87.2%，最終維持在81%左右；出水中ρ（NO3-）維持在134～176 mg/L，NO3-去除率為90%左右，系統(tǒng)穩(wěn)定后NO3-去除率幾乎為100%。在進(jìn)水COD容積負(fù)荷不超過5.00 kg/（m3·d）的條件下，實(shí)際COD容積負(fù)荷穩(wěn)定在2.00 kg/（m3·d）左右，實(shí)際TOC容積負(fù)荷穩(wěn)定在1.00 kg/（m3·d）以上。當(dāng)進(jìn)水COD容積負(fù)荷不大于4.48 kg/（m3·d）時(shí)，COD去除率為55%～74%，TOC去除率為63%～87%，NO3-去除率大于95%。

升流式厭氧污泥床；絮狀污泥；反硝化；容積負(fù)荷

某企業(yè)生產(chǎn)廢水中含有高濃度的甲酸、苯胺、環(huán)己酮、NO3-等污染物，同時(shí)還含有一定量的酚類和苯類有機(jī)物，具有高色度、高COD、高鹽、高pH等特點(diǎn)，很難被直接生化處理［1］。有些相似的企業(yè)采用了一些運(yùn)行成本較高的物理法和化學(xué)法［2-11］，但處理效果不佳。對甲酸類廢水的處理大多采用化學(xué)法，但所針對的多為單一或低濃度的酸類廢水，而對成分復(fù)雜且含較高濃度的甲酸廢水的處理研究較少。

升流式厭氧污泥床（UASB）反應(yīng)器具有占地小、能耗低、產(chǎn)泥量少、二次污染小等優(yōu)點(diǎn)，作為預(yù)處理單元可以顯著降低后續(xù)好氧處理的投資和運(yùn)行費(fèi)用。為了成功啟動UASB反應(yīng)器，種污泥的選擇至關(guān)重要，最佳種污泥是來自相同水質(zhì)的UASB反應(yīng)器內(nèi)現(xiàn)成的顆粒污泥，這可使反應(yīng)啟動時(shí)間大大縮短，該啟動方式在UASB技術(shù)較為發(fā)達(dá)的西歐、加拿大和美國較為常見［12］。由于很難獲得足夠的顆粒污泥來啟動大規(guī)模的反應(yīng)裝置，而絮狀污泥不但易獲得，且經(jīng)濟(jì)合理，因此采用絮狀污泥啟動UASB反應(yīng)器成為研究熱點(diǎn)。目前對采用缺氧顆粒污泥啟動UASB反應(yīng)器的研究較多，對采用絮狀污泥啟動UASB反應(yīng)器進(jìn)行反硝化處理工業(yè)廢水的研究較少，且實(shí)驗(yàn)大多采用成分單一的自配水，缺乏實(shí)際參考價(jià)值。

本工作利用絮狀污泥啟動UASB反應(yīng)器反硝化處理含甲酸、苯胺、環(huán)已酮、NO3-等污染物的工業(yè)廢水，考查UASB反應(yīng)器的運(yùn)行情況及對COD，TOC，NO3-的去除效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 廢水水質(zhì)及污泥來源

廢水取自某化工企業(yè)，主要污染物為甲酸、苯胺、環(huán)己酮、NO3-、酚類、苯、氯苯等。進(jìn)水COD為1 360～2 140 mg/L，TOC為960 ～1 093 mg/L，ρ（NO3-）為878 ～1 574 mg/L。

接種污泥為某廢水處理廠的好氧絮狀污泥，灰黃色。

1.2 試劑和儀器

實(shí)驗(yàn)所用試劑均為分析純。

N/C3000型TOC分析儀：德國耶拿公司；2695-2424型高效液相色譜儀：美國Waters公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)裝置

UASB反應(yīng)器主體部分為玻璃材質(zhì)，總?cè)莘e10.6 L，反應(yīng)區(qū)內(nèi)徑17 cm，高100 cm；上部三相分離器區(qū)內(nèi)徑20 cm，高30 cm。反應(yīng)器上部為沉淀區(qū)，通過三相分離器進(jìn)行固、液、氣的分離。反應(yīng)器設(shè)有取樣口，底部進(jìn)水排泥，頂部加蓋，設(shè)置出氣口。通過夾套內(nèi)熱水循環(huán)維持反應(yīng)器內(nèi)溫度，待處理廢水通過計(jì)量泵由底部進(jìn)入反應(yīng)器，處理后的水從反應(yīng)器上端出水口排出。產(chǎn)生的氣體通過氣體計(jì)量罐收集、計(jì)量，最終排入大氣。UASB反硝化工藝流程見圖1。

圖1 UASB反硝化工藝流程

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

取一定量的好氧絮狀污泥從頂部倒入U(xiǎn)ASB反應(yīng)器中，靜置2天后測定底部污泥濃度為28 g/L。用自來水將廢水稀釋一定倍數(shù)，用36%（w）鹽酸將稀釋后廢水pH調(diào)至4.4～5.5，加入尿素和KH2PO4作為氮源和磷源，使n（ C）∶n（N） ∶n（P）=200∶5∶1，待配水完成后用進(jìn)料泵將廢水從底部泵入U(xiǎn)ASB反應(yīng)器。反應(yīng)溫度控制在25～30 ℃。

1.5 分析方法

采用重鉻酸鉀法測定COD［13］211-213；采用酚二磺酸光度法測定ρ（NO3-）［13］259-261；采用TOC分析儀測定TOC。

2 結(jié)果與討論

2.1 UASB反應(yīng)器的啟動效果

廢水進(jìn)入U(xiǎn)ASB反應(yīng)器運(yùn)行1天后反應(yīng)器內(nèi)有許多微小的氣泡產(chǎn)生，2天后部分絮狀污泥與氣泡黏附而上浮。反應(yīng)初期由于產(chǎn)氣量較少，反應(yīng)器內(nèi)底部污泥床出現(xiàn)斷層，且污泥床外部溝流現(xiàn)象較多，這是因?yàn)槲勰喾聪趸钚赃€很低，產(chǎn)氣量小，不足以攪動污泥，溝流使泥水混合效果變差。在這一階段絮狀污泥在產(chǎn)氣和水力剪切力的作用下進(jìn)一步分離，數(shù)天后反應(yīng)器內(nèi)污泥上浮現(xiàn)象逐漸減弱，污泥顏色由灰黃色變?yōu)闇\黃色，反應(yīng)器內(nèi)液相由混濁液變?yōu)槌吻逡?。隨著廢水進(jìn)水量的逐漸增加，9天左右在污泥床層內(nèi)產(chǎn)生較多的氣泡，產(chǎn)氣的攪拌作用使污泥床不斷運(yùn)動從而很好地與廢水混合，說明利用絮狀污泥啟動UASB反應(yīng)器反硝化污泥的馴化過程已經(jīng)完成。

2.2 UASB反應(yīng)器對污染物的去除效果

2.2.1 COD

UASB反應(yīng)器對廢水COD的去除效果見圖2。由圖2可見：運(yùn)行前10天，進(jìn)水COD為1 380～2 140 mg/L，出水COD不穩(wěn)定，在390～1 350 mg/L之間波動，這是因?yàn)榍捌诜磻?yīng)器內(nèi)反硝化現(xiàn)象較弱，產(chǎn)氣較少，泥水分布不均；運(yùn)行10天后，在進(jìn)水COD 由1 360 mg/L逐漸提高至1 880 mg/L的過程中，出水COD基本保持在710～770 mg/L，COD去除率為40%～60%，說明UASB反應(yīng)器在經(jīng)過前期反硝化污泥馴化后，運(yùn)行穩(wěn)定性逐漸提高，對COD有較好的去除效果。2.2.2 TOC

圖2 UASB反應(yīng)器對廢水COD的去除效果

UASB反應(yīng)器對廢水TOC的去除效果見圖3。由圖3可見：運(yùn)行前10天，進(jìn)水TOC為960～1 093 mg/L，出水TOC為275～600 mg/L，TOC去除率為37.5%～74.8%；運(yùn)行10天后反硝化菌增多，對污泥逐漸適應(yīng)，在進(jìn)水TOC有一定波動的情況下，出水TOC保持在115～314 mg/L，TOC去除率由60.3%逐漸升高至87.2%，最終維持在81%左右。

2.2.3 ρ（NO3-）

UASB反應(yīng)器對廢水中ρ（NO3-）的去除效果見圖4。由圖4可見：運(yùn)行前10天，進(jìn)水中ρ（NO-）3由878 mg/L逐漸提高至1 205 mg/L，出水中ρ（NO3-）一直穩(wěn)定在5 mg/L以下；運(yùn)行10天后，將進(jìn)水中ρ（NO3-）提高至1 574 mg/L，出水中ρ（NO3-）維持在134 ～176 mg/L，NO3-去除率為90%左右；運(yùn)行20天后，出水中ρ（NO3－）降至100 mg/L以下；增加進(jìn)水中ρ（NO3-）至1 992 mg/L，出水中ρ（NO3-）一直保持在較低水平，系統(tǒng)穩(wěn)定后NO3-去除率幾乎為100%。

圖3 UASB反應(yīng)器對廢水TOC的去除效果

圖4 UASB反應(yīng)器對廢水中ρ（NO3-）的去除效果

2.3 運(yùn)行負(fù)荷的確定

裝置運(yùn)行的進(jìn)水容積負(fù)荷和實(shí)際容積負(fù)荷見圖5。

圖5 裝置運(yùn)行的進(jìn)水容積負(fù)荷和實(shí)際容積負(fù)荷。

由圖5可見，啟動初期由于污泥上浮現(xiàn)象較為嚴(yán)重，容易與反硝化產(chǎn)生的氣泡黏附，故采用較低的負(fù)荷運(yùn)行。隨后逐漸提高UASB反應(yīng)器的進(jìn)水負(fù)荷，最高進(jìn)水COD容積負(fù)荷達(dá)5.18 kg/（m3·d）。在進(jìn)水COD容積負(fù)荷不超過5.00 kg/（m3·d）的條件下，實(shí)際COD容積負(fù)荷穩(wěn)定在2.00 kg/（m3·d）左右，實(shí)際TOC容積負(fù)荷穩(wěn)定在1.00 kg/（m3·d）以上。

2.4 進(jìn)水COD容積負(fù)荷對UASB反應(yīng)器反硝化處理效果的影響

進(jìn)水COD容積負(fù)荷對UASB反應(yīng)器反硝化處理效果的影響見圖6。由圖6可見：隨著UASB反應(yīng)器進(jìn)水COD容積負(fù)荷的增加，COD去除率、TOC去除率及NO3-去除率逐漸下降；當(dāng)進(jìn)水COD容積負(fù)荷不大于4.48 kg/（m3·d）時(shí)，COD去除率為55%～74%，TOC去除率為63%～87%，NO3-去除率大于95%。

圖6 進(jìn)水COD容積負(fù)荷對UASB反應(yīng)器反硝化處理效果的影響

3 結(jié)論

a） UASB反應(yīng)器以低負(fù)荷啟動，啟動初期進(jìn)水COD在1 360～2 140mg/L之間波動，出水有較大波動，10天后逐漸提高進(jìn)水COD，出水COD保持在710～770 mg/L，COD去除率為40%～60%。

b）UASB反應(yīng)器啟動初期，TOC去除率波動較大，10天后，出水TOC保持在115～314 mg/L，TOC去除率由60.3%逐漸升高至87.2%，最終維持在81%左右。

c） UASB反應(yīng)器運(yùn)行10天后，出水中ρ（NO3-）維持在134 ～176 mg/L，NO3-去除率為90%左右；系統(tǒng)穩(wěn)定后NO3-去除率幾乎為100%。

d） 在進(jìn)水COD容積負(fù)荷不超過5.00 kg/ （m3·d）的條件下，實(shí)際COD容積負(fù)荷穩(wěn)定在2.00 kg/（m3·d）左右，實(shí)際TOC容積負(fù)荷穩(wěn)定在1.00 kg/（m3·d）以上。當(dāng)進(jìn)水COD容積負(fù)荷不大于4.48 kg/（m3·d）時(shí)，COD去除率為55%～74%，TOC去除率為63%～87%，NO3-去除率大于95%。

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（編輯 祖國紅）

Denitrification treatment of industrial wastewater by UASB

Zhang Bin

（Environmental Protection Research Institute，BRICI，SINOPEC，Beijing 100013，China）

The industrial wastewater containing formic acid，aniline，cyclohexanone and NO3-was treated in UASB with fl occulent sludge. When the UASB reactor is started at low COD load and the infl uent COD is gradually increased after 10 d，the effl uent COD keeps 710-770 mg/L and the COD removal rate is 40%-60%；The effl uent TOC keeps 115-314 mg/L，the TOC removal rate is increased from 60.3% to 87.2% and then remained about 81%；The effl uentρ（NO3-） is 134-176 mg/L，the removal rate of NO3-is about 90% and almost 100% of the stable system. Under the condition of infl uent COD volume load less than 5.00 kg/（m3·d），The actual volume load can be remained about 2.00 kg/（m3·d） for COD and over 1.00 kg/（m3·d） for TOC. When the infl uent COD volume load is less than 4.48 kg/（m3·d），the removal rates of COD，TOC and NO3-are 55%-74%，63%-87% and above 95%，respectively.

upfl ow anaerobic sludge blanket （UASB）；fl occulent sludge ；denitrifi cation ；volume load

X703

A

1006-1878（2016）04-0406-04

10.3969/j.issn.1006-1878.2016.04.010

2015 - 12 - 26；

2016 - 01 - 12。

張賓（1982—），男，北京市人，碩士，工程師，電話 13911628403，電郵 zhangb.bjhy@sinopec.com。