微氧水解酸化工艺改善难生物降解废水——生物降解性能研究

1.威立雅水务设备安装工程(上海)有限公司 马超 2.华东理工大学资源与环境工程学院 丁雷

微氧水解酸化工艺改善难生物降解废水
——生物降解性能研究

1.威立雅水务设备安装工程(上海)有限公司 马超 2.华东理工大学资源与环境工程学院 丁雷

采用制药废水,试验对比研究了微氧水解酸化工艺改善难生物降解废水生物降解性能的效果及其对环境条件的影响。结果表明,微氧环境提高了兼性水解酸化菌的生理代谢功能,较好地抑制了恶臭类厌氧副产物的产生,改善了周围环境。在污泥量为25000mg/L、HRT为12h条件下,废水的生物降解性能得到了极大改善,中、高浓度废水BOD5/COD分别提高了20%和16%,为后续生物处理提供了良好的基质准备。工艺抗毒性和冲击负荷能力较强,处理效率恢复较快。

微氧水解酸化难生物降解废水生物降解性能

图1 试验装置图

难生物降解废水的处理一直是污水处理中的难点。废水中的可生物降解物质是废水生物处理的物质基础,因而实现难生物降解物质向可生物降解物质的转化就成为难生物降解废水生物处理的关键性步骤。水解酸化是污水厌氧消化的第一阶段,由兼性水解酸化菌完成,其生理生态及代谢特性完全不同于严格厌氧菌,且具有繁殖能力强、代谢速率快,对外界环境适应能力强的特点,能在较短的HRT,较宽的p H范围和较低的温度条件下,有效的转化和降解某些毒性物质和难生物降解物质,能够实现芳香烃及杂环化合物的开环裂解等[1],从而将废水中的悬浮性固体物质转化为溶解性物质,将难降解和具有生物毒性抑制性作用的大分子物质转变成易于生物降解的小分子物质,改善废水的生物降解性能,成为其他生物处理工艺的有效预处理阶段。本研究采用制药废水进行试验,探究了微氧水解酸化工艺对难生物降解废水生物降解性能的改善作用及其系统运行效果,并考查了其对环境条件的改善。

一、试验装置与方法

1.试验装置。试验装置如图1所示。试验采用底部产生较大气泡的穿孔曝气方式,孔径为Φ3mm。采用平流式堰流出水,不设甲烷集气装置。

2.试验水质。本试验采用中、高两种浓度的制药废水进行研究,该废水具有残留有机物质的毒害抑制性作用强、难生物降解物质品种多的特点。

由表1可见,本试验采用的废水水质波动性较大,硫酸盐含量较高,悬浮物含量较多,且VSS/SS值较高,抑制性有机溶媒COD含量较大,导致高、中浓度试验废水的BOD5/COD值分别在0.35和0.40左右。试验测定出的废水BOD5/COD值并不低的结果,主要是由于测定时废水的大倍数稀释而产生的其生物毒性抑制性作用明显降低而带来的误差结果,实际上废水的生物降解性能更差。

表1 试验废水水质

3.试验方法。试验采用实际生产排放的废水,现场进行试验。采用对比试验的方式,分别研究厌氧与微氧条件下的水解酸化效果。

二、试验结果与分析

1.废水生物降解性能改善。废水的生物降解性能是决定废水处理系统运行效果及处理水质好坏的关键因素。表1的试验废水水质表明,其可生化性并不好,因此,此类废水生物降解性能的改善有良好的物质基础并有较大的提升空间。水解酸化工艺将大分子难生物降解物质开环裂解生成的小分子VFA是其生物降解性能改善的物质基础。图2、3所示分别为HRT12h条件下,微氧水解酸化工艺对中、高浓度废水生物降解性能的改善情况。

图2 中浓度水解酸化系统生物降解性能改善情况

图3 高浓度水解酸化系统生物降解性能改善情况

试验结果表明,经微氧水解酸化后,两系统废水生物降解性能均得到了较大改善,中浓度废水BOD5/ COD提高了20%左右,高浓度废水BOD5/COD提高了16%左右,而在同等条件下,厌氧水解酸化生物降解性能提高的效果相对要低10%左右。此外,从图中还可看出,经微氧水解酸化工艺后,废水生物降解性能的改善情况与进水生物降解性能相关性较大,即进水生物降解性能越好,经水解酸化后其BOD5/COD提升越多。中浓度废水生物降解性能的改善情况要好于高浓度废水也说明了这一点。这主要归因于进水中残留物质的生物毒性抑制性作用,同时也显示了系统较好的毒性和负荷缓冲性能。废水经水解酸化后BOD5未降反升的现象,充分表明了微氧水解酸化系统功能的发挥,废水中悬浮态大颗粒难降解物质得到了降解,生物毒性得到了降低或消除,废水生物降解性能得到了改善。对比研究还表明,微氧环境提高了兼性水解酸化菌的生理代谢功能,穿孔曝气改善了水力条件,增加了系统内微生物与有机基质间的接触机会,强化了水解污泥与有机底物之间的传质作用,提高了系统酸化效率。

2.COD去除效果。水解酸化工艺重点在于污染物质化学结构和性质上的改变,而不在于其量的去除[1,3,4],尤其当进水COD浓度较低时,往往出现COD负去除率的情况,这主要是由截留在污泥床中的VSS被酸化生成VFA而释放到出水中引起的。大多数产酸菌为亲水性(高表面能,接触角大于45°)[5],对溶解性及胶体性有机物具有较好的吸附去除效果。COD的去除主要是依靠污泥层的截留作用和大颗粒有机物质的沉淀作用而完成的,去除的主要是悬浮性和污泥吸附的胶体性COD,而HRT对COD的去除率影响不大。试验结果表明,中浓度废水COD去除率为15%～20%,而高浓度废水COD去除率仅达到10%～15%,而在同等条件下,厌氧水解酸化COD的去除率普遍要高5%左右,这主要是由厌氧水解酸化系统良好的沉降环境产生的,微氧水解酸化系统出水携带SS较高是导致其出水COD较高的主要原因。

3.抗冲击负荷性能。进水量和进水浓度的突然增大所产生的容积冲击负荷也可使水解酸化效果明显降低。然而在恢复正常进水后,微氧水解酸化系统比厌氧水解酸化系统能更快地恢复到原来的处理效果。反应器中大量兼性水解酸化菌的存在是工艺稳定高效运行的生物学基础。在进水水质波动较大的情况下,出水水质相对稳定,表现出较好的抗冲击负荷能力和系统稳定性。

4.HRT对水解酸化效果的影响。试验结果表明, HRT对微氧水解酸化效果影响较大。当HRT从24h逐渐缩短至12h时,水解酸化效果有小幅降低,而当HRT继续降低至8h时,水解酸化污泥絮体颗粒变小,沉降性能变差,系统出水出现明显浑浊,废水BOD5/ COD提高幅度减小,水解酸化效果明显降低。因此,综合考虑水解酸化效果、能耗和工程应用可行性,对于该试验废水,采用HRT为12h是适宜的。

5.对环境条件的改善。废水厌氧生物处理过程中产生的H2S、吲哚、粪臭素和硫醇等恶臭类副产物对周围环境影响较大[6]。这些物质主要产生于厌氧消化的产氢产乙酸阶段,而水解酸化工艺将生化反应进程严格控制在水解酸化阶段,从而可以较好地避免恶臭类物质的产生。微氧水解酸化工艺中微氧环境的引入对于生成恶臭类副产物的严格厌氧菌有较强的生物毒性抑制性作用,极大地降低了该类物质的产生,较好地改善了周围环境。

三、结论

通过以上的研究分析,可以得出以下结论:

(1)微氧水解酸化工艺对难生物降解废水生物降解性能有较好的改善作用。试验废水BOD5/COD提高了16%～20%,为后续生物处理提供了良好的基质准备。

(2)微氧水解酸化工艺重点在于污染物质化学结构和性质上的改变,而不在于其量的去除。

(3)反应器内大量兼性水解酸化菌的存在是微氧水解酸化工艺稳定高效运行的生物学基础。

(4)微氧水解酸化工艺能够较好地抑制恶臭类厌氧副产物的产生,极大地改善了周围环境。

[1]钱易,汤鸿霄,文湘华.水体颗粒物和难降解有机物的特性与控制技术原理-难降解有机物(下卷) [M].北京:中国环境科学出版社,2000

[2]水和废水监测分析方法(第四版)[M].北京:中国环境科学出版社,2002

[3]Tarek A.Elmitwalli,et,al.Low temperature treatment of domestic sewage in upflow anaerobic sludge blanket and anaerobic hybrid reactors[J]. Wat.Sci.Tech.1999,39(5):177-185

[4]王凯军.低浓度污水厌氧—水解处理工艺[M].北京:中国环境科学出版社,1991

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