近年來(lái)，工業(yè)廢水的排放量大幅上升，同時(shí)其濃度也是越來(lái)越高，高濃度的工業(yè)廢水處理成為難題。這些高濃度工業(yè)廢水主要來(lái)自造紙、制藥、金屬表面處理、紡織印染、石化等重污染行業(yè)，含有大量難降解或無(wú)法降解物質(zhì)以及有害有毒物質(zhì)?；谠摫尘皩Ω邼舛裙I(yè)廢水的處理問(wèn)題進(jìn)行研究。目前應用較多的方法可以分為物理方法、化學(xué)方法以及生物方法。在最近幾十年，由于生物處理法發(fā)展得更加成熟，并且具備環(huán)保特性，使其得到了廣泛的應用，在各國的防治水污染工作中都起到了很大作用。其中兩相厭氧法是一種新出現的生物處理法，能夠達到很好的工業(yè)廢水處理效果，因此基于兩相厭氧法進(jìn)行高濃度工業(yè)廢水處理的研究。

1、試驗設計與試驗材料

1.1 試驗材料

試驗中，選擇某化工產(chǎn)品生產(chǎn)公司的高濃度工業(yè)廢水作為試驗材料。在該公司的廢水綜合排放口取得一定試驗高濃度工業(yè)廢水，其中包括沖洗廢水、回收殘液、母液類(lèi)等多種廢水。取得的試驗高濃度工業(yè)廢水中含有各種副反應產(chǎn)物、反應物產(chǎn)品及原料，具有毒性大、色度深、可生化性差、COD值高等特征。

1.2 試驗設備及儀器

在試驗中，使用的設備及儀器包括顯微鏡、電磁攪拌器等，具體如下。

型號為FVJ3456TS，生產(chǎn)廠(chǎng)家為加德泵業(yè)生產(chǎn)有限公司的計量補液泵；型號為AFQ－4414Q，生產(chǎn)廠(chǎng)家為海樹(shù)精密儀器生產(chǎn)有限公司的顯微鏡；型號為CＲD2345，生產(chǎn)廠(chǎng)家為海樹(shù)精密儀器生產(chǎn)有限公司的電磁攪拌器；型號為DWEQ32－4566，生產(chǎn)廠(chǎng)家為加特電爐生產(chǎn)廠(chǎng)的管式電阻爐；型號為EＲGVV－34，生產(chǎn)廠(chǎng)家為天緣精密儀器生產(chǎn)廠(chǎng)的恒溫電熱鼓風(fēng)干燥箱；型號為ＲFWＲF－23，生產(chǎn)廠(chǎng)家為精科儀器制造廠(chǎng)的分析天平。

1.3 試驗設計

1.3.1 試驗裝置設計

設計的試驗裝置由三部分構成，包括產(chǎn)甲烷反應器、中間調節池、產(chǎn)酸反應器。其中產(chǎn)甲烷反應器與產(chǎn)酸反應器分別設計成UASB反應器與CSTＲ反應器。試驗裝置整體設計具體見(jiàn)圖1。

其中CSTＲ反應器的設計具體如下：

(1)配置加熱裝置；

(2)設置了四個(gè)取樣口，直徑為5mm；

(3)底部錐形進(jìn)水結構的高是125mm，錐度是45度；

(4)設置的出流方式包括回流口與出水口兩種；

(5)沉降區容積設計為19.8L，高設為300mm，內徑設為290mm；

(6)反應區容積設計為39.7L，高設為1260mm，內徑設為190mm；

(7)反應器有效容積設計為56.2L，總容積設計為59.5L；

(8)總高設為1560mm；

(9)材料使用PVC聚氯乙烯。

中間調節池設計為一個(gè)柱狀沉淀池，為其設計一個(gè)錐形底部，其錐高設為260mm，總高設為610mm，內徑設為240mm。將進(jìn)水管伸到池底部，在頂部對加藥口進(jìn)行設置，并在錐底對污泥排放口進(jìn)行鋪設。

UASB反應器的設計具體如下：

(1)為反應器配置加熱裝置和攪拌裝置；

(2)在底部側面設置污泥回流口，頂部設置排氣口，在距底部150mm處對采樣口進(jìn)行設置，距底部50mm處對進(jìn)水口進(jìn)行設置；

(3)材料選擇有機玻璃；

(4)有效容積設計為15.2L；

(5)總容積設計為19.5L；

(6)總高設為450mm；

(7)反應器內徑設為240mm。

在設計的試驗裝置中，對于產(chǎn)酸反應器來(lái)說(shuō)，在配水槽中進(jìn)行進(jìn)水取樣，在出水口處進(jìn)行出水采樣；對于產(chǎn)甲烷反應器來(lái)說(shuō)，在回流槽中進(jìn)行進(jìn)水取樣，在出水槽進(jìn)行出水采樣；取樣污泥樣品則在所需反應器的對應采樣口處進(jìn)行。

1.3.2 分析項目

試驗中的分析項目包括污泥形態(tài)、污泥微生物量、VFA、COD、進(jìn)出水pH值等。分析項目的具體分析方法見(jiàn)表1。

其中VSS即揮發(fā)性懸浮固體的分析方法具體如下：對定量濾紙進(jìn)行干燥處理直至恒重。洗滌瓷坩鍋，在馬弗爐中對瓷坩鍋中的樣品進(jìn)行一小時(shí)的灼燒，溫度控制在600℃。當爐內降溫到100℃時(shí)，將瓷坩鍋取出并在干燥器內冷卻，冷卻后稱(chēng)重。在瓷坩鍋中取出適量均勻水樣，體積為毫升，利用濾紙進(jìn)行過(guò)濾。干燥后燃燒并放在瓷坩鍋中灼燒。灼燒后當降溫到100℃時(shí)，將瓷坩鍋取出并在干燥器內冷卻，冷卻后稱(chēng)重。

通過(guò)下式計算VSS的含量及灰分含量：

上式中a表示濾紙重量；c代表濾紙和懸浮物重量；W表示灰分重量；b代表坩堝重量；d表示灰分和坩堝重量。

SS即混合液總懸浮物的分析方法具體如下：在烘箱中對中速定量濾紙進(jìn)行烘干，溫度設定為102℃～105℃，烘干時(shí)間設定為兩小時(shí)。完成烘干后冷卻并稱(chēng)重直到恒重。取適量均勻水樣，利用濾紙進(jìn)行過(guò)濾。在烘箱中對濾紙及上面的沉淀物進(jìn)行兩個(gè)小時(shí)的烘干處理，溫度設定為103℃～105℃。冷卻后進(jìn)行稱(chēng)重。

通過(guò)下式進(jìn)行SS含量的計算：

在VFA即揮發(fā)性脂肪酸的分析中，使用的試劑為乙二醇、酸性氯化鐵試劑、硫酸羥胺溶液(10%)、氫氧化鈉(4.5mol/L)、1∶1硫酸。測定分為兩個(gè)步驟，首先配制乙酸標準液并繪制標準曲線(xiàn)，接著(zhù)對樣品進(jìn)行測定。

COD的分析中，使用的試劑為標準COD溶液、粉末硫酸汞、標準重鉻酸鉀溶液、硫酸銀溶液(5g)、濃硫酸(500ml)。在實(shí)驗中對替代試劑進(jìn)行自制，通過(guò)HACH－COD測定儀進(jìn)行密封加熱，使用直讀光度計程序對COD進(jìn)行測定。

1.4 污泥接種

將好氧剩余污泥當做接種污泥，由于其中含有絮凝劑，實(shí)施一周左右的曝氣培養。為使污泥達到初步適應狀態(tài)，加入少量廢水。

在污泥接種中，Ｒ1(產(chǎn)甲烷反應器)污泥接種量是9L，污泥床可達到250mm的高度，污泥在反應器中占據60%的體積。在接種后，平均反應器污泥濃度約為21g?SS/L。Ｒ2(產(chǎn)酸反應器)污泥接種量是28L，污泥床可達到700mm的高度，在反應器中占據70%的體積。在接種后，平均反應器污泥濃度約為23g?SS/L。

1.5 厭氧反應器啟動(dòng)

首先實(shí)施產(chǎn)甲烷反應器和產(chǎn)酸反應器的氣密性試驗，以順利進(jìn)行厭氧污泥接種。檢測氣密性的方法具體如下：將二者分別連接蠕動(dòng)泵，將自來(lái)水當做進(jìn)水并連續進(jìn)水。當反應器中充滿(mǎn)自來(lái)水后，將蠕動(dòng)泵調節為空轉狀態(tài)并運行。此時(shí)在反應器內會(huì )連續產(chǎn)生氣泡，當集氣裝置可以收集到氣體，代表反應器具備良好的氣密性。當確定其氣密性良好后，在反應器上部的污泥接種口中接入過(guò)濾后的種泥。在接種污泥后靜沉，反應器內會(huì )出現明顯的污泥分層。

2、試驗結果分析

2.1 去除結果分析

首先在常溫運行狀態(tài)下對兩相厭氧法的COD去除情況與氨氮濃度變化情況進(jìn)行觀(guān)察。在進(jìn)水COD與氨氮濃度不斷增長(cháng)的情況下，裝置的出水COD與氨氮濃度變化情況具體見(jiàn)圖2。

根據圖2中的數據，在25℃和20℃時(shí)，隨著(zhù)進(jìn)水濃度不斷增長(cháng)，裝置出水中COD與氨氮濃度整體變化不大，保持著(zhù)很好的出水水質(zhì)；在15℃以及10℃時(shí)，裝置出水中COD與氨氮濃度升高，出水水質(zhì)有所下降。該結果說(shuō)明，在25℃－20℃之間，由于微生物有著(zhù)較高的活性，因此處理COD與降低氨氮濃度的能力較強；而當溫度下降至15℃－10℃的區間，微生物整體活性下降，處理COD與氨氮的能力也隨之下降，使出水中的COD與氨氮濃度整體有所增加。但在10℃時(shí)，裝置出水中COD與氨氮濃度仍然低于250mg/L，仍然保持著(zhù)較高的COD與氨氮濃度去除能力，說(shuō)明兩相厭氧法適用于低溫下的高濃度工業(yè)廢水COD與氨氮去除處理。

2.2 VFA變化情況分析

裝置啟動(dòng)后，Ｒ1出水與Ｒ2出水的VFA變化情況具體見(jiàn)表2。

由表2的VFA變化情況可知，在啟動(dòng)初期，Ｒ1出水與Ｒ2出水的VFA含量差異較小且較低，這是由于剛啟動(dòng)反應器后污泥活性較低，再加上水力停留時(shí)間比較長(cháng)，因此二者分相不明顯。

在啟動(dòng)中期，水力停留時(shí)間減少，使進(jìn)水COD負荷不斷提升，Ｒ1由于COD負荷的提升出現VFA含量上升的現象，但上升幅度較小。Ｒ2由于水解酸化現象使VFA含量大幅提升。

在啟動(dòng)后期，Ｒ1的微生物活性持續提高，因此VFA含量沒(méi)有上升。而Ｒ2的COD負荷持續增長(cháng)，使其VFA含量大幅上升。

2.3 污泥生物量變化情況分析

試驗裝置需要產(chǎn)生足夠的厭氧污泥才能證明其成功啟動(dòng)，基于此對反應器中污泥形態(tài)及生物量是否足夠進(jìn)行測試。其中生物量變化情況測試結果具體見(jiàn)圖3。

根據圖3的污泥生物量變化數據，可以發(fā)現反應器在啟動(dòng)后各項指標都在不斷增大，這說(shuō)明反應器中的污泥活性在逐漸增大。

污泥的形態(tài)觀(guān)察結果為污泥顏色越來(lái)越深直到變成黑亮色，并且底部出現了一些1mm以上粒徑的顆粒污泥，說(shuō)明試驗裝置運行狀態(tài)良好。

2.4 SS/VSS含量變化情況分析

最后對SS/VSS含量變化情況進(jìn)行測定，結果具體見(jiàn)表3。

表3數據表明，試驗裝置實(shí)現了SS與VSS含量的降低，在運行中期其效果開(kāi)始變得顯著(zhù)。

3、結語(yǔ)

在基于兩相厭氧法進(jìn)行高濃度工業(yè)廢水處理研究的過(guò)程中，成功通過(guò)兩相厭氧法設計了一種處理效果良好的高濃度工業(yè)廢水處理裝置。在試驗中，裝置的效果得到了驗證，但也發(fā)生了污泥上浮、短流等問(wèn)題，將會(huì )在今后的研究中對這些問(wèn)題進(jìn)行改善。（來(lái)源：江蘇省生態(tài)環(huán)境廳江蘇省環(huán)境保護宣傳教育中心，江蘇省水文水資源勘測局常州分局，江蘇省生態(tài)環(huán)境廳江蘇省生態(tài)環(huán)境評估中心，南京中電環(huán)?？萍加邢薰荆?/span>