姜加兵(江蘇邦弛茂元安全技術科技有限公司，江蘇 南京 210009)

0 引言

通過對國內(nèi)外研究文獻進行研究，UASB處理技術可用于自有機大分子物質(zhì)降解處理，其技術適應性強、涵蓋面廣，相較于好氧處理技術而言，不需要消耗大量電能，且UASB技術產(chǎn)生的污泥量較小，經(jīng)處理后的污泥可通過工藝改進再次利用。因此，在精細化工污水處理中應用UASB技術具有良好的應用推廣價值。本文以某精細化工企業(yè)廢水處理為例，深入研究UASB技術廢水處理效果。

UASB厭氧處理技術由荷蘭學者于20世紀70年代提出，其基本原理是由兩個反應器將污水處理過程分離，即上部三項分離區(qū)和下部反應區(qū)。污水經(jīng)下部厭氧污泥床沉淀后進入上部反應區(qū)(如圖1所示)，與顆粒狀污泥充分接觸并發(fā)生反應，有機大分子物質(zhì)在厭氧細菌的作用下分解為小分子物質(zhì)，并產(chǎn)生甲烷氣體、二氧化碳氣體，形成甲烷氣泡，氣泡上升產(chǎn)生的浮力將部分污泥升起，最終帶動污泥進入頂部收集室，實現(xiàn)污水中固、液、氣三相分離。甲烷氣體可被綜合利用，污泥持續(xù)上升后與廢水充分接觸、反應，污泥中的有機物被降解為小分子物質(zhì)，并在重力作用下降至反應器底部，通過定期排泥排出。

圖1 UASB處理技術原理示意圖

1 試驗材料及處理方法

1.1 試驗用水

本試驗選用某精細化工企業(yè)預處理后的混合水樣作為研究對象，其污水性質(zhì)如表1所示。

表1 污水性質(zhì)表

1.2 試驗儀器及設備

本次試驗使用的試驗器具包括：電子天平、氣流烘干器、pH計、鼓風干燥箱、紫外分光光度計、恒流泵、恒溫水浴鍋、磁力加熱攪拌器、加熱器等。

1.3 測定方法

針對本工程污水各項控制指標測量方法如表2所示。

1.4 UASB試驗裝置

本試驗中，UASB試驗裝置由三部分組成，即頂部、中部、底部，其中，頂部三相分離器，其主要作用是實現(xiàn)三相分離，是本試驗裝置中的關鍵。底部為污泥床。污水經(jīng)預處理后進入UASB試驗裝置。

本試驗中，UASB反應器采用有機玻璃材質(zhì)，裝置高度為1.2m，直徑為50mm，總?cè)莘e為8L。綜合考慮污水處理時反應溫度對試驗結(jié)果影響較大，為保持試驗溫度恒定，本試驗在裝置外側(cè)筒體上覆蓋保溫材料。此外，為防止因甲烷外泄危害人身安全，本試驗在分離器集氣室位置加設了氣體收集器，以保障本試驗順利、安全開展。

2 UASB反應試驗開展及影響因素

2.1 UASB反應試驗啟動

本試驗中，由于UASB反應裝置初次運行，其啟動過程可分為初次啟動和再次啟動。在初次啟動時，需對接種污泥進行培養(yǎng)和馴化，待初次啟動完成后，再次啟時可縮短裝置啟動時間。根據(jù)理論和實驗研究表明，UASB反應啟動時需要把握幾個要點，即反應器內(nèi)pH值應控制在6～8范圍。促進甲烷菌的培養(yǎng)和馴化；為防止馴化失敗，需要對COD過高的污水進行稀釋處理；反應器啟動時，可提高廢水有機負荷，待甲烷菌培養(yǎng)后逐漸提高污水水力負荷；針對懸浮物過高的污水，應經(jīng)與預沉降、氣浮后降低污水內(nèi)懸浮物含量；盡量避免循環(huán)利用污泥，剩余后的污泥不應用于反應器反應。

根據(jù)UASB污水處理技術方案，甲烷菌培養(yǎng)和馴化可分為同步法和異步法兩種，通過對比兩種技術方案優(yōu)勢和劣勢，本試驗采用同步培養(yǎng)法，即先加入適量的廢水，使廢水中甲烷菌培養(yǎng)至適應污水環(huán)境后投入使用。在試驗初期，為能促進顆粒類污泥有效形成，需要對裝置進行一定的控制，重點控制反應器的反應條件(如表3所示)。

表3 反應器反應條件

2.2 污泥接種運行

在污泥接種運行階段，隨時間變化，污泥接種不同時間階段表現(xiàn)出不同的特征，根據(jù)反應情況，可將污泥接種運行分為三個階段：第一階段(0～30d)，污泥接種前，反應器內(nèi)無氣體產(chǎn)生，COD去除率低于50%，且經(jīng)污水混合預處理后COD不穩(wěn)定，可能是污泥接種后微生物需要一個緩慢適應的過程，該階段由于大部分微生物尚未完全適應環(huán)境，未能達到正常的新陳代謝水平，導致污泥接種初期處理效果不佳；第二階段(31～60d)為污泥接種形成期，該階段厭氧細菌逐漸適應了污水環(huán)境，少量氣體產(chǎn)生，COD隨時間延長去除率不斷提高，經(jīng)處理后污水COD去除率可達到60%～70%，可能是因為厭氧細菌經(jīng)培養(yǎng)和馴化后體系內(nèi)較小的顆類和沉降性能較差的污泥基本被排出，厭氧細菌生長和繁殖迅速，通過生物降解導致污水內(nèi)COD去除率不斷上升；第三階段(61～90d)污泥接種成熟期，自污泥接種第80d起，污水COD去除率不斷提高，可達到75%～85%，且經(jīng)處理后的污水COD去除率基本保持穩(wěn)定，可能因為經(jīng)污泥接種培養(yǎng)、馴化后，污水體系內(nèi)厭氧細菌和產(chǎn)乙酸細菌達到平衡狀態(tài)，在該狀態(tài)下，厭氧細菌能夠有效處理反應器內(nèi)污水，污水處理效果良好，達到預期污水處理效果。

2.3 試驗過程中污水處理效果的影響因素

在本試驗過程中，為深入研究不同條件下UASB污水處理效果，通過改變試驗條件研究不同情況下UASB污水處理技術影響因素：

(1)考慮水力停留時間因素，在污泥接種進入成熟期后，分別考察了水力停留12h、18h、24h、30h、36h情況下污水COD去除率。經(jīng)試驗研究表明，水力停留時間12h時，COD去除率較低，僅為60%。將水力停留時間提高至24h后，COD去除率不斷提高，由60%提高至75%。隨水力停留時間不斷延長，污水COD去除率變化不明顯，其原因可能是因為水力停留時間較短的情況下，污水中污泥與厭氧細菌接觸不充分，導致反應器內(nèi)污泥甲烷化未完全完成。因此，在采用UASB技術處理精細化工污水時需要綜合考慮水力停留時間，綜合污水處理效率，最佳水力停留時間應控制在24h左右。

(2)反應溫度。在污泥接種80d后，分別觀察反應器溫度在20℃、30℃、35℃、40℃等情況下污水處理效果，經(jīng)試驗研究，在20～35℃溫度區(qū)間內(nèi)，精細化工污水中COD去除率隨溫度升高而不斷提高，35～40℃溫度區(qū)間內(nèi)，污水COD去除率變化不顯著，其原因可能是因為試驗測量的溫度是反應器內(nèi)中心溫度，溫度較低的區(qū)域厭氧細菌處于凝膠狀態(tài)，由于溫度過低導致厭氧細菌失去活性，當溫度上升至35℃后，反應器內(nèi)甲烷菌和產(chǎn)酸菌達到平衡狀態(tài)，體系內(nèi)細菌生長、繁育狀態(tài)良好，環(huán)境溫度適宜，溫度繼續(xù)升高后對微生物影響較小。綜合考慮系統(tǒng)運行能耗、污水處理效率等因素，本試驗確定UASB最佳反應溫度為35℃。

(3)堿度因素。在同等條件下考察不同堿度對污水處理效果的影響，按300mg/L間隔梯度將調(diào)整反應器內(nèi)堿度，結(jié)果表明，COD去除率隨堿度升高而呈現(xiàn)拋物線趨勢，當反應器內(nèi)堿度在1100mg/L時，污水COD去除率達到75%，隨著堿度的增加、降低，污水COD去除率不斷下降。究其原因，可能是因為堿度較低時甲烷菌生長受到酸性抑制，導致甲烷菌和產(chǎn)酸菌比例失衡，進而導致體系內(nèi)酸堿度失衡，進而導致污水COD去除率下降。當堿度偏高時，相應產(chǎn)酸菌生長受到抑制，pH值不斷升高，導致體系內(nèi)微生物失衡，最終影響污水COD去除率下降。結(jié)合試驗結(jié)果，將最佳堿度確定為1100mg/L。

(4) pH因素。本試驗中，按0.5刻度調(diào)整反應器內(nèi)pH值(6～8)，試驗結(jié)果表明，pH值為7時，污水COD去除率最高，達到75%，pH值上升、下降都會引起COD去除率下降，其原因基本與堿度因素影響機理一致，主要是因酸堿度不平衡導致甲烷菌和產(chǎn)酸菌失衡，進而影響COD去除率。但經(jīng)深入研究發(fā)現(xiàn)，pH值位于7～8區(qū)間內(nèi)時，COD去除率變化平緩。綜合工藝操作穩(wěn)定性控制要求，可將UASB污水處理技術最佳pH值設定為7～8。

3 試驗結(jié)果

經(jīng)過90d試驗，最終確定最佳工藝操作條件如下：水力停留時間24h，溫度控制在35℃左右，最佳堿度為1100mg/L，pH值在7～8范圍內(nèi)時，精細化工污水COD去除率可達到75%，經(jīng)處理后，污水可達到國家廢水排放標準要求，污水處理效果良好。

4 結(jié)語

經(jīng)本次試驗研究，有效驗證了UASB污水處理技術在精細化工污水處理中的有效性，并確定了最佳工藝操作條件，水力停留時間24h，溫度控制在35℃左右，最佳堿度為1100mg/L，pH值7～8，經(jīng)UASB污水處理后，精細化工污水COD去除率可達到75%，出水COD含量小于300mg/L，達到國家廢水排放標準，能夠滿足精細化工污水處理技術要求，在實際應用中，應根據(jù)精細化工反應器設備實際情況進行深入的驗證和研究，提高UASB污水處理技術應用效果。