黃 冰，蘭善紅，溫志良

(1.東莞市環(huán)保產(chǎn)業(yè)促進(jìn)中心，廣東 東莞 523000；2.東莞理工學(xué)院，廣東 東莞 523808)

A/O工藝處理家具噴漆廢水的研究

黃 冰1，蘭善紅2*，溫志良1

(1.東莞市環(huán)保產(chǎn)業(yè)促進(jìn)中心，廣東 東莞 523000；2.東莞理工學(xué)院，廣東 東莞 523808)

采用A/O工藝，即UASB-生物接觸氧化聯(lián)合工藝來(lái)處理家具噴漆廢水，通過(guò)測(cè)定反應(yīng)器進(jìn)出水CODcr濃度及pH值來(lái)確定反應(yīng)器的最佳運(yùn)行條件。試驗(yàn)結(jié)果表明：(1)UASB反應(yīng)器保持水力停留時(shí)間為32h時(shí)，在進(jìn)水CODcr濃度范圍為2800～3300mg/L，容積負(fù)荷在1.98～2.2kgCOD/m3·d范圍內(nèi)，進(jìn)水pH范圍在7.4～8之間的條件下，UASB反應(yīng)器的CODcr去除率達(dá)到70%以上，此時(shí)出水CODcr濃度為1000mg/L左右。(2)生物接觸氧化反應(yīng)器的一級(jí)和二級(jí)反應(yīng)池的水力停留時(shí)間均保持8h不變，在進(jìn)水CODcr濃度在800～1500mg/L范圍，容積負(fù)荷在0.88～1.67kgCODcr/m3·d范圍，進(jìn)水pH值范圍在6.7～7.3之間的條件下，反應(yīng)器的去除率可達(dá)到70%左右，此時(shí)出水CODcr濃度為400mg/L左右。

家具噴漆廢水；UASB；生物接觸氧化

家具噴漆廢水[1-3]是一類成分復(fù)雜的高濃度有機(jī)廢水，其除由于含有甲苯、酮類、酯類和醇類等有機(jī)溶劑，因此具有較高毒性[4]外，還具有高CODcr濃度、低可生化性以及高色度等特點(diǎn)。未經(jīng)處理的家具噴漆廢水不僅對(duì)人體會(huì)造成可逆甚至不可逆的損害[5]，其在水體和土壤中也難以降解[6]，致使水體和土壤中的有害成分積累，嚴(yán)重影響水中動(dòng)植物的生長(zhǎng)。

混凝沉淀法、生物法、化學(xué)氧化法是處理噴漆廢水的常用手段?；炷恋矸╗7]對(duì)于家具噴漆廢水中的細(xì)小懸浮物和膠體污染物質(zhì)的處理效果較為顯著，但較容易受到酸堿度、水溫、濁度、混凝劑種類等因素的影響[8-9]。好氧生物法[10]使用范圍廣泛且成本較低，但也受到溶解氧量、pH值、微生物所需營(yíng)養(yǎng)元素平衡等因素的制約[11]?；瘜W(xué)氧化法[12]多是針對(duì)家具噴漆廢水中含有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的難降解物質(zhì)使用。由于家具噴漆廢水成分的日益復(fù)雜，使用傳統(tǒng)的、單一的方法已經(jīng)很難達(dá)到其相關(guān)的處理要求。

根據(jù)不同家具噴漆廢水的特點(diǎn)，聯(lián)合工藝處理家具噴漆廢水的方法[13-14]應(yīng)運(yùn)而生。本研究根據(jù)處理的家具噴漆廢水的可生化性差、CODcr濃度高的特點(diǎn)，采用UASB-生物接觸氧化法聯(lián)合工藝(即A/O工藝)處理家具噴漆廢水，研究了各工藝單元的運(yùn)行效果，對(duì)各個(gè)污染物質(zhì)的去除效率和污染物降解過(guò)程中存在的規(guī)律以及運(yùn)行過(guò)程中主要因素對(duì)運(yùn)行效果的影響進(jìn)行了分析，得出反應(yīng)器的最佳運(yùn)行條件，以期為家具噴漆廢水的處理提供合理、高效的方法。

1 實(shí)驗(yàn)材料

1.1 實(shí)驗(yàn)廢水來(lái)源及水質(zhì)

實(shí)驗(yàn)廢水來(lái)源為東莞市某噴漆廠產(chǎn)生的廢水，廢水較為澄清，廢水的CODcr為4917 mg/L，SS為600mg/L，pH值為5～7。

1.2 工藝流程

1.2.1 工藝流程圖

采用UASB-生物接觸氧化法聯(lián)合工藝(即A/O工藝)處理家具噴漆廢水的工藝流程圖如下圖1所示。

圖1 A/O工藝流程圖

Fig.1 A/O process chart

1.2.2 UASB實(shí)驗(yàn)裝置及啟動(dòng)

實(shí)驗(yàn)所采用的UASB反應(yīng)器是一個(gè)半徑為0.25m，高1.8m的圓柱體。同時(shí)反應(yīng)器內(nèi)部裝有磁化器，其作用是對(duì)水系統(tǒng)進(jìn)行磁處理，從而加快了溶液內(nèi)部結(jié)晶作用，同時(shí)起到防垢作用，防止堵塞。需要處理的廢水在進(jìn)水箱中經(jīng)過(guò)稀釋后，由蠕動(dòng)泵從反應(yīng)器的底部泵入，至下而上流經(jīng)反應(yīng)器，最終從反應(yīng)器上部流出。

UASB反應(yīng)器內(nèi)的污泥取自污水廠的沉淀池污泥，污泥量為反應(yīng)器有效體積的2/3，廢水從污水廠已運(yùn)行的混凝沉淀池取水，進(jìn)入反應(yīng)器前，要將廢水稀釋至CODcr濃度為2000mg/L，運(yùn)行一周或CODcr去除率升至60%后，提高進(jìn)水COD濃度至5000mg/L，觀察反應(yīng)器的運(yùn)行情況。

1.2.3 生物接觸氧化反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)裝置及啟動(dòng)

實(shí)驗(yàn)所采用的生物接觸氧化反應(yīng)器由進(jìn)出水系統(tǒng)、反應(yīng)池、填料、曝氣裝置及過(guò)濾裝置組成。反應(yīng)器的生物接觸氧化池共有兩個(gè)，分別為一級(jí)好氧池和二級(jí)好氧池，一級(jí)和二級(jí)好氧池的長(zhǎng)寬高相同，長(zhǎng)為0.3m，寬為0.3m，高為1.2m。內(nèi)部有磁化器和200目篩網(wǎng)組成的過(guò)濾裝置，其中磁化器的作用是對(duì)水系統(tǒng)進(jìn)行磁處理，從而加快了溶液內(nèi)部結(jié)晶作用，同時(shí)起到防垢作用，防止堵塞。生物接觸氧化反應(yīng)器的進(jìn)水為UASB反應(yīng)器的出水，其中生物接觸氧化反應(yīng)器所選用的填料是環(huán)形纖維填料。

向反應(yīng)器中加入的污泥量(MLSS)為4000mg/L，調(diào)節(jié)pH值為7，一級(jí)和二級(jí)好氧池的水力停留時(shí)間均為8h，懸掛纖維填料，進(jìn)水為UASB反應(yīng)器的出水，檢測(cè)反應(yīng)器的進(jìn)出水pH值和CODcr濃度。直至反應(yīng)器掛膜成功。

1.3 分析項(xiàng)目

CODcr采用快速測(cè)定法檢測(cè)，使用QCOD-2F型化學(xué)需氧量速測(cè)儀；pH使用pH-520型便攜式酸度計(jì)檢測(cè)；SS采用105℃烘干稱重法測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 UASB反應(yīng)器運(yùn)行結(jié)果與討論

2.1.1 容積負(fù)荷對(duì)UASB反應(yīng)器運(yùn)行效果的影響

容積負(fù)荷的改變是通過(guò)改變進(jìn)水CODcr的濃度來(lái)改變的，通過(guò)試驗(yàn)研究，容積負(fù)荷從1.32 kg CODcr/m3·d提升至3.37 kg CODcr/m3·d。容積負(fù)荷與CODcr去除率的關(guān)系如圖2所示。

圖2 UASB反應(yīng)器容積負(fù)荷與CODcr去除率的關(guān)系

Fig.2 Relation between volume loading of UASB and CODcrremoval rate

由圖2分析可知，UASB反應(yīng)器對(duì)CODcr的去除率隨著容積負(fù)荷先上升先后下降，由試驗(yàn)的結(jié)果得出容積負(fù)荷與CODcr去除率的關(guān)系存在一定的波動(dòng)，這是由于廢水的性質(zhì)變化較大，而且在配水過(guò)程中難以準(zhǔn)確控制進(jìn)水CODcr的濃度，從而導(dǎo)致容積負(fù)荷與去除率之間的關(guān)系存在一定的波動(dòng)性。在試驗(yàn)的初期，容積負(fù)荷較低時(shí)，CODcr的去除率較低，只有30%～40%。在容積負(fù)荷逐漸提升的過(guò)程中，CODcr去除率也不斷增大，容積負(fù)荷在1.98～2.2kgCODcr/m3·d時(shí)，去除率達(dá)到70%以上。但隨著容積負(fù)荷的繼續(xù)增加，容積負(fù)荷在大于2.2kgCODcr/m3·d時(shí)，CODcr去除率逐漸下降，這是由于反應(yīng)器內(nèi)一定數(shù)量的微生物在一段時(shí)間內(nèi)降解廢水中的有機(jī)物是有限的，同時(shí)微生物也受到廢水pH值的影響而導(dǎo)致CODcr的去除率下降。因此，容積負(fù)荷在1.98～2.2kgCOD/m3·d左右時(shí)，反應(yīng)器有最佳的處理效果，去除率達(dá)到70%以上。

2.1.2 pH對(duì)UASB反應(yīng)器運(yùn)行效果的影響

控制進(jìn)入反應(yīng)器的廢水pH值，主要是通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)水箱中廢水的pH值來(lái)控制，當(dāng)進(jìn)水箱中廢水的pH值過(guò)低時(shí)，向進(jìn)水箱中加入一定量的氫氧化鈉晶體，攪拌使晶體溶解，待晶體溶解完全且完全混合均勻后，測(cè)試進(jìn)水箱中廢水的pH值。當(dāng)進(jìn)水箱中廢水的pH值過(guò)高時(shí)，在污水處理廠的酸性廢水池中取一定量的酸性廢水，直接加入到進(jìn)水箱中，攪拌均勻后可立刻測(cè)試廢水的pH值。在本次試驗(yàn)中，進(jìn)水的pH范圍為5～9，進(jìn)水pH值與CODcr去除率的關(guān)系如圖3所示。

微生物的正常生長(zhǎng)受到環(huán)境的pH值的影響，一般微生物的生長(zhǎng)繁殖都有一個(gè)適宜的pH范圍，在范圍之外的pH值可能會(huì)抑制微生物的生命活動(dòng)。在厭氧處理過(guò)程中，微生物生物代謝過(guò)程中的酶的活性受pH值的影響較大，同時(shí)pH值也可能影響廢水中物質(zhì)的解離狀態(tài)，從而改變了廢水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的可給性和有害物質(zhì)的毒性[15]。在厭氧消化過(guò)程中，產(chǎn)酸菌與水解菌對(duì)pH的適應(yīng)范圍較大，最適pH值范圍在5.5～6之間，而甲烷菌對(duì)pH較敏感，一般認(rèn)為最適pH值在6.5～7.8[16]。由圖3分析可知，在試驗(yàn)初期，進(jìn)水pH值的變化波動(dòng)較大，而出水pH值也隨之變化。在反應(yīng)器內(nèi)微生物逐漸適應(yīng)廢水環(huán)境后，反應(yīng)器的CODcr去除率升高，去除率達(dá)到70%以上，后來(lái)隨著進(jìn)水pH值的逐漸增大，去除率逐漸變低，這是由于pH過(guò)高會(huì)抑制微生物的活性，微生物在代謝過(guò)程中，酶的活性變低，同時(shí)也可能是pH過(guò)高影響廢水中有機(jī)物質(zhì)的解離狀態(tài)，微生物在生長(zhǎng)過(guò)程中得不到所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，廢水中有機(jī)物質(zhì)被降解的量減少，導(dǎo)致去除率下降。從圖中可知，pH值在7.4～8之間，反應(yīng)器的CODcr去除率最佳，pH值大于8或小于7.4都會(huì)使去除率有所下降。

圖3 UASB反應(yīng)器進(jìn)水pH值與CODcr去除率的關(guān)系

Fig.3 Relation between influent pH value and CODcrremoval rate of UASB

2.1.3 UASB反應(yīng)器運(yùn)行結(jié)果

在UASB反應(yīng)器中，在不同時(shí)期微生物對(duì)廢水中的有機(jī)物的降解能力也有所不同，在反應(yīng)器啟動(dòng)初期，進(jìn)水CODcr濃度保持在2000mg/L左右，讓反應(yīng)器內(nèi)的微生物適應(yīng)廢水的水質(zhì)環(huán)境，讓反應(yīng)器平穩(wěn)啟動(dòng)。隨后逐漸增加進(jìn)水CODcr的濃度，觀察反應(yīng)器的運(yùn)行效果，反應(yīng)器進(jìn)出水CODcr濃度關(guān)系圖見(jiàn)圖4。

圖4 UASB反應(yīng)器進(jìn)水CODcr濃度與出水CODcr濃度關(guān)系

Fig.4 Relation between influent CODcrconcentration and effluent CODcrconcentration in UASB

根據(jù)圖4可知，在試驗(yàn)的初期，進(jìn)水CODcr的濃度在2000mg/L左右，出水CODcr的濃度在1500mg/L左右，CODcr去除率在30%～40%之間，由于初期進(jìn)水pH值起伏較大，同時(shí)容積負(fù)荷較低，導(dǎo)致去除率較低。在UASB反應(yīng)器內(nèi)的污泥對(duì)廢水產(chǎn)生了適應(yīng)性，CODcr去除率升至70%左右，進(jìn)水CODcr濃度2800～3300mg/L范圍內(nèi)，出水CODcr濃度在1000mg/L左右，進(jìn)水pH值在7.4-8之間。隨著進(jìn)水CODcr濃度的不斷增加，出水CODcr的濃度也隨之增加，后期進(jìn)水CODcr濃度依舊增加，但出水CODcr濃度保持在2700mg/L左右，CODcr去除率呈下降趨勢(shì)，這是由于進(jìn)水pH值的增大而抑制了反應(yīng)器內(nèi)微生物的活性，導(dǎo)致微生物對(duì)廢水中的有機(jī)物的降解速率變低，從而導(dǎo)致去除率下降。

2.2 生物接觸氧化反應(yīng)器運(yùn)行結(jié)果與討論

2.2.1 容積負(fù)荷對(duì)生物接觸氧化反應(yīng)器運(yùn)行效果的影響

生物接觸氧化反應(yīng)器的容積負(fù)荷根據(jù)UASB反應(yīng)器出水CODcr濃度的變化而變化，容積負(fù)荷與CODcr去除率的關(guān)系如圖5所示。

圖5 生物接觸氧化反應(yīng)器容積負(fù)荷與CODcr去除率關(guān)系

Fig.5 Relation between volumetric loading and CODcrremoval rate in biological contact oxidation

由圖5分析可知，由于反應(yīng)器的進(jìn)水為UASB反應(yīng)器的出水，而UASB反應(yīng)器的出水CODcr濃度存在一定的波動(dòng)性，導(dǎo)致反應(yīng)器中的微生物不能適應(yīng)水質(zhì)變化，微生物的活性受到一定程度的影響，當(dāng)UASB反應(yīng)器出水CODcr濃度過(guò)低時(shí)，廢水中提供的有機(jī)物可能不滿足微生物生命活動(dòng)所需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，使微生物的活性下降。當(dāng)UASB反應(yīng)器出水CODcr濃度過(guò)高時(shí)，微生物降解有機(jī)物的能力是有限的，不能降解完全，導(dǎo)致CODcr去除率降低。根據(jù)關(guān)系圖可得出，忽略反應(yīng)器的不穩(wěn)定因素，容積負(fù)荷在0.88～1.67kgCODcr/m3·d范圍時(shí)，反應(yīng)器有最佳的處理效果，反應(yīng)器的去除率可達(dá)到70%左右。

2.2.2 pH對(duì)生物接觸氧化反應(yīng)器運(yùn)行效果的影響

水體中pH值對(duì)微生物的生理活性有著重要的影響，只有在適宜的pH環(huán)境下，微生物才能正常生長(zhǎng)。一般微生物適宜的pH值范圍為4-9，最適宜的范圍為6.5～8.5，生物接觸氧化反應(yīng)器的進(jìn)水pH值為UASB出水pH值，保持水利停留時(shí)間不變，檢測(cè)pH值的改變對(duì)反應(yīng)器運(yùn)行效果的影響。生物接觸氧化反應(yīng)器進(jìn)水pH值與CODcr去除率的關(guān)系如圖6所示。

圖6 生物接觸氧化反應(yīng)器進(jìn)水pH值與CODcr去除率的關(guān)系

Fig.6 Relation between influent pH and CODcrremoval rate in biological contact oxidation

根據(jù)測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，進(jìn)出水的pH值變化不大，在試驗(yàn)后期，隨著進(jìn)水pH值的升高，反應(yīng)器的去除率逐漸變低，這是由于pH值過(guò)高會(huì)抑制微生物的活性，微生物在代謝過(guò)程中酶的活性受到pH值的影響，pH值過(guò)高酶的活性降低，導(dǎo)致CODcr去除率降低。從圖6分析可知，pH值在6.7～7.3范圍內(nèi)，反應(yīng)器的CODcr去除率最佳，pH值大于7.3或小于6.7，都可能使反應(yīng)器中微生物活性降低，導(dǎo)致去除率下降。

2.2.3 生物接觸氧化反應(yīng)器運(yùn)行結(jié)果

生物接觸氧化反應(yīng)器的進(jìn)水為UASB反應(yīng)器的出水，保持水利停留時(shí)間不變，測(cè)試反應(yīng)器進(jìn)出水的CODcr濃度和進(jìn)出水pH值。進(jìn)出水CODcr濃度與CODcr去除率的關(guān)系如圖7所示。

圖7 生物接觸氧化反應(yīng)器進(jìn)水CODcr濃度與出水CODcr濃度關(guān)系

Fig.7 relation between influent CODcrconcentration and effluent CODcrconcentration in biological contact oxidation

由圖7分析可知，反應(yīng)器的出水CODcr濃度波動(dòng)較大，受到UASB反應(yīng)器出水CODcr濃度的影響，由于UASB反應(yīng)器的出水CODcr濃度并不是呈遞增規(guī)律上升，因此生物接觸氧化反應(yīng)器中的微生物不能適應(yīng)水質(zhì)的變化，微生物的活性受到影響，反應(yīng)器的出水情況變化較大，結(jié)合數(shù)據(jù)分析，出水CODcr濃度隨著進(jìn)水CODcr濃度的變化而變化，但在后期隨著進(jìn)水CODcr的繼續(xù)增加，出水CODcr保持在1500mg/L左右，CODcr去除率也逐漸下降，這可能是反應(yīng)器中微生物受到容積負(fù)荷和pH值等因素的影響。在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，進(jìn)水CODcr范圍在800～1500mg/L范圍內(nèi)，去除率可達(dá)到67%左右。

3 結(jié)論

采用A/O工藝處理家具噴漆廢水，即UASB-生物接觸氧化法聯(lián)合工藝處理家具噴漆廢水的研究，通過(guò)研究各相關(guān)參數(shù)對(duì)反應(yīng)器運(yùn)行效果的影響，得出最佳運(yùn)行條件，通過(guò)試驗(yàn)得出以下結(jié)論：(1)UASB反應(yīng)器，保持水力停留時(shí)間為32h，當(dāng)進(jìn)水CODcr濃度范圍為2800～3300mg/L時(shí)，容積負(fù)荷在1.98～2.2kgCOD/m3·d范圍時(shí)，反應(yīng)器的COD去除率達(dá)到70%以上，此時(shí)出水CODcr濃度為1000mg/L左右；當(dāng)UASB反應(yīng)器的進(jìn)水pH范圍在7.4～8之間時(shí)，反應(yīng)器的凈化效果最好，CODcr去除率達(dá)到70%以上。(2)生物接觸氧化反應(yīng)器，一級(jí)和二級(jí)反應(yīng)池的水力停留時(shí)間均保持8h不變，當(dāng)進(jìn)水CODcr濃度在800～1500mg/L范圍，容積負(fù)荷在0.88～1.67kgCODcr/m3·d范圍時(shí)，反應(yīng)器的去除率可達(dá)到70%左右，此時(shí)出水CODcr濃度為500mg/L左右；生物接觸氧化反應(yīng)器的進(jìn)水范圍在6.7～7.3之間時(shí)，反應(yīng)器運(yùn)行效果最佳，CODcr去除率在70%左右。

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StudyonA/OProcessforTreatmentofFurniturePaintWastewater

HuangBing1，LanShanhong2，WenZhiliang1

(1. Dongguan Environmental Protection Industry Promotion Center, Dongguan 523000,China;2.School of Environment and Civil Engineering, Dongguan University of Technology, Dongguan 523808,China)

The A/O process, UASB- biological contact oxidation process to deal with the furniture paint wastewater, through the determination of the reactor effluent CODcrconcentration and pH value to determine the best operating conditions of the reactor. The test results showed that: (1) the UASB reactor hydraulic retention time is 32h, the influent CODcrconcentration range of 2800～3300mg/L, volume load in 1.98～2.2 kgCODcr/m3·d range, the influent pH is in the range of 7.4～8 under the condition of the UASB reactor CODcrremoval rate reached more than 70%, and the effluent CODcrconcentration was about 1000mg/L. (2) hydraulic grade one and two reactor biological contact oxidation reactor residence time were unchanged at 8h, the influent CODcrconcentration in the range of 800～1500mg/L, volume load in 0.88～1.67 kgCODcr/m3·d range, the influent pH value is in the range of 6.7～7.3 under the condition of the reactor the removal rate can reach about 70%, this time the effluent CODcrconcentration is about 400mg/L.

furniture painting wastewater; UASB; biological contact oxidation

2017-07-03

廣東省教育廳自然科學(xué)項(xiàng)目(2015KTSCX140)；東莞市社會(huì)科技發(fā)展(重點(diǎn))項(xiàng)目(2017507101426)

黃 冰，女；通訊作者：蘭善紅(1972—)，畬族，江西信豐人，教授。

X703

A

1008-021X(2017)18-0194-04

(本文文獻(xiàn)格式黃冰，蘭善紅，溫志良.A/O工藝處理家具噴漆廢水的研究[J].山東化工，2017，46(18)：194-197-199.)