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厭氧折流板反應(yīng)器處理有機磷農(nóng)藥廢水的研究

論文類型 技術(shù)與工程 發(fā)表日期 2002-08-01
來源 《工業(yè)用水與廢水》2002年第4期
作者 賀嵩邡,易辰俞,戴友芝
關(guān)鍵詞 有機磷 農(nóng)藥生產(chǎn)廢水 厭氧折流板反應(yīng)器 厭氧消化
摘要 在有效容積27.6L的厭氧折流板反應(yīng)器中,處理預處理后的農(nóng)藥中間體甲基氯化物生產(chǎn)廢水,當進水CODcr為6421.5mg/L、HRT為94h時,CODcr的去除率可達68%,與廢水75%的生化極限接近。反應(yīng)器的處理效果隨溫度下降而降低,當系統(tǒng)溫度由35℃下降至25℃時,反應(yīng)器的CODcr去除率下降12%。反應(yīng)器具有較強的耐濃度沖擊能力,沖擊后完全恢復需20d。

賀嵩邡1,易辰俞2,戴友芝2
(1.湖南省環(huán)境監(jiān)測中心站,湖南 長沙 410004;2.湘潭大學環(huán)境工程系,湖南 湘潭 411105)

  摘要:在有效容積27.6L的厭氧折流板反應(yīng)器中,處理預處理后的農(nóng)藥中間體甲基氯化物生產(chǎn)廢水,當進水CODcr為6421.5mg/L、HRT為94h時,CODcr的去除率可達68%,與廢水75%的生化極限接近。反應(yīng)器的處理效果隨溫度下降而降低,當系統(tǒng)溫度由35℃下降至25℃時,反應(yīng)器的CODcr去除率下降12%。反應(yīng)器具有較強的耐濃度沖擊能力,沖擊后完全恢復需20d。
  關(guān)鍵詞:有機磷;農(nóng)藥生產(chǎn)廢水;厭氧折流板反應(yīng)器;厭氧消化
  中圖分類號:X703.3;X786
  文獻標識碼:A
  文章編號:1009-2455(2002)04-0026-03

Research on Anaerobic Baffled Reactor in
Treating Organic Phosphorous Pesticide Wastewater

HE Song-fang1,YI Chen-yu2, DAI You-zhi2
(1.Hunan Environmental Monitoring Center,Changsha 410004,China;
2.Environmental Engineering Department,Xiangtan University,Xiangtan 411105,China)

  Abstract:An anaerobic baffled reactor(ABR) with an effective volume of 27.6L was used to treated pesticide intermediate methyl chloride wastewater which had been pretreated.When CODcr of the influent was 6421.5mg/L,HRT was 94h,the removal efficiency of CODcr reached 68%,which is close to the removal limit of anaerobic biodegradability(75%).The removal efficiency of the reactor reduced as the temperature decreased.When the temperature of the system dropped from 35℃ to 25℃,CODcr removal efficiency of the reactor reduced 12%.The reactor was of strong load shock resistance,and the overall recovery of the system needed 20 days.
  Key words:organic phosphorous;pesticide wastewater;anaerobic baffled reactor;anaerobic digestion

  厭氧折流板反應(yīng)器(anaerobic baffled reactor,ABR)是McCarty和Bachmann等人于1982年提出的一種新型高效厭氧反應(yīng)器[1]。ABR中有多個豎立排列的隔板,使其形成一組升流式和降流式的厭氧污泥床。在單個反應(yīng)室內(nèi),水力特性接近于完全混合式,而從整體效果上看,則近似于推流式,ABR的推流特性使其在處理對細菌有抑制或有毒的物質(zhì)時具有潛在的優(yōu)勢[2-3]。但目前利用ABR處理實際的有毒廢水尚報導較少,本研究利用ABR處理有機磷農(nóng)藥中間體甲基氯化物生產(chǎn)廢水,考察了進水濃度,水力停留時間,溫度變化以及濃度沖擊對ABR處理效果的影響。

1 試驗裝置與工藝流程

  試驗用厭氧折流板反應(yīng)器,長×寬×高=500mm×150mm×500mm,有效容積27.6L。ABR分為5格反應(yīng)室,每室由上、下流室組成,另加沉淀室,每格頂部設(shè)有導氣口,側(cè)部設(shè)有取水樣口,整個反應(yīng)器安置在恒溫水浴內(nèi),其溫度通過WMZK-03型溫控儀維持在35±1℃(考察溫度的影響時除外)。工藝流程如圖1所示。

2 實驗水質(zhì)

  甲基氯化物是生產(chǎn)絕大多數(shù)-硫代磷酸酯農(nóng)藥(如甲胺磷、對硫磷、殺螟松等)的重要中間體。在甲基氯化物的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的堿性廢水,廢水中的甲基氯化物屬難生物降解類,此廢水目前仍沒有切實可行的處理技術(shù)。試驗所用的廢水取自湖南某農(nóng)藥廠甲基氯化物生產(chǎn)車間甲醇回收塔殘液,經(jīng)鐵碳內(nèi)電解十石灰沉磷預處理后稀釋3~6倍作為ABR的進水。其原廢水和預處理后出水的水質(zhì)情況見表1。

表1 甲基氯化物生產(chǎn)廢水及預處理出水水質(zhì) 水樣 CODcr/
(mg·L-1) pH 有機磷/
(mg·L-1) 無機磷/
(mg·L-1) 硫化物/
(mg·L-1) m(BOD5)/m(CODcr) Cl-/
(g·L-1) 不可生化COD占總
COD的比例/% 原廢水 55456.3 12.08 9591.8 408.2 2259.9 0.107 108.8 30 預處理出水 20834.9 10.3 3777.3 12.4 534.0 0.302 87.5 25

3 接種污泥

  反應(yīng)器的接種污泥取自某化纖廠污水處理站UASB回流污泥(約3/5)、某皮革廠厭氧塘污泥(約1/5)和該農(nóng)藥廠污水總排放口底泥(約1/5),混合后放入反應(yīng)器(污泥m(VSS)/m(SS)=19%),經(jīng)50d的共基質(zhì)(葡萄糖)培養(yǎng)馴化,污泥的產(chǎn)甲烷活性較好,污泥m(VSS)/m(SS)上升至35.5%。

4 試驗結(jié)果與討論

4.1 進水濃度、水力停留時間的影響
  以預處理后的出水稀釋一定的倍數(shù)后,利用蠕動泵進水,測定進、出水的CODcr、揮發(fā)酸(VFA)、碳酸氫堿度(HCO3-)、pH值等參數(shù),試驗考察了進水濃度和水力停留時間(HRT)對反應(yīng)器的影響,反應(yīng)器穩(wěn)定運行時試驗數(shù)據(jù)見表2。

表2 穩(wěn)定運行時進水濃度及HRT對ABR的影響 進水CODcr/
(mg·L-1) HRT/h ECOD/
% 出水VFA/
(mg·L-1) 第一階段 4158.4 47 36 920 第二階段 4038.5 94 57.5 680 第三階段 6421.3 94 56 830 第四階段 8056.5 94 53.6 2050

  從表2可以看出,對于難降解的有毒廢水,水力停留時間對ABR處理效果的影響較大,隨停留時間的增大,ABR的處理效果明顯變好,而進水CODcr濃度對ECOD的影響較小,當HRT恒定為94h,進水CODcr由4038.5增高至6421.3mg/L時,ECOD僅下降1.5%。
  考慮到出水揮發(fā)性脂肪酸(VFA)形成的COD極易被后續(xù)的好氧曝氣池降解,將出水VFA830mg/L左右換算成已降解的COD后,ABR對廢水的CODcr去除率(ECOD)約達到70%左右,這與該廢水75%的生化極限接近,因此沒有必要再進一步延長HRT。
  試驗在進水pH值和反應(yīng)器溫度基本穩(wěn)定的條件下,選擇HRT和進水CODcr濃度二個因素,進行優(yōu)化回歸考察了兩者與反應(yīng)器去除效果之間的關(guān)系。試驗因素與水平變化值見表3。

表3 試驗因素與水平變化值 水平變化值 試驗因素 CODcr/(g·L-1) HRT/h 上水平(-1) 4 47 下水平(+1) 8 94 零水平(0) 6 70.5 變化區(qū)間(△) 2 23.5

  試驗得出水力停留時間對處理效果影響的顯著性遠大于進水CODcr濃度?;貧w結(jié)論:ECOD(%)=45.78-7.86[CODcr(g/L)]+0.17[HRT(h)]+0.073[(CODcr(g/L)][HRT(h)](在進水CODcr4~8g/L、HRT47~94h的范圍內(nèi)適用)。在實際運用中,可利用優(yōu)化回歸的結(jié)論指導運行參數(shù)的選擇。
4.2 溫度變化的影響
  在系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時,維持進水CODcr濃度6450mg/L左右、進水HCO3-3420mg/L左右、停留時間94h不變,調(diào)節(jié)恒溫水浴值為25±1℃??疾鞙囟扔?5℃下降至25℃對ABR系統(tǒng)的影響。待其達到平衡后,又恢復水浴溫度,考察其恢復的規(guī)律。結(jié)果見圖2。

  溫度從第95d由35℃降低至25℃,第98d的出水可視為全部在25℃的溫度下進行降解。從圖2可看出,CODcr的去除率由55%降至38.5%,出水揮發(fā)酸由920mg/L左右上升至1747.8mg/L??梢姡诮禍爻跗?,去除率急劇下降,且出水揮發(fā)酸出現(xiàn)積累,可能是產(chǎn)甲烷菌首先受到抑制引起。在反應(yīng)器運行的101d,當系統(tǒng)適應(yīng)了調(diào)整的溫度后,CODcr去除率得到一定的回升,達到43%左右,然而較35℃時仍下降了約12%。這與Nachaiyasit等人[4]在中等負荷以易降解物質(zhì)為基質(zhì)時,反應(yīng)器溫度由35℃降至25℃對ABR的去除效率無明顯影響的結(jié)論不同??赏茰y對于有毒難降解廢水,當溫度改變時,ABR系統(tǒng)的處理效果也隨之發(fā)生相應(yīng)變化,但在一定范圍內(nèi)不會破壞整個系統(tǒng)。
  當系統(tǒng)自104d恢復35℃后,運行5d處理效果即達穩(wěn)定,可見ABR系統(tǒng)對于溫度的變化恢復較為迅速。
4.3 濃度沖擊的影響
  系統(tǒng)在恒溫35℃,停留時間94h條件下,反應(yīng)器的進水由6426.5mg/L上升到10063.5mg/L進水24h,此后又恢復6426.5mg/L的進水??疾炝朔磻?yīng)器在濃度沖擊后的恢復狀況,試驗數(shù)據(jù)見圖3。

  從圖3可看出系統(tǒng)從沖擊開始到基本恢復大致分為如下四個階段:
  階段Ⅰ:假穩(wěn)定段(110~113d),此階段由于停留時間較長,出水CODcr值僅有微小增加,VFA與HCO3-略有下降,整個系統(tǒng)似乎仍處于穩(wěn)定態(tài),這主要是由反應(yīng)器的推流特性所決定。
  階段Ⅱ:產(chǎn)酸、產(chǎn)甲烷抑制段(114~118d),此段產(chǎn)酸菌與產(chǎn)甲烷菌都嚴重受到抑制,反應(yīng)器基本上無氣體產(chǎn)生,出水CODcr急劇上升,出水的揮發(fā)酸由930mg/L降至210mg/L左右,出水堿度比進水降低約500mg/L,系統(tǒng)的緩沖能力大大減弱。從圖3還可看出,HCO3-的最低值(第117d)比出水VFA的最低值(第115d)晚2d出現(xiàn),即HCO3-的變化滯后于VFA約2d。
  階段Ⅲ:產(chǎn)酸恢復段(119~122d)。根據(jù)廢水厭氧處理的微生物學與生物化學原理,復雜物料的厭氧生物降解可分為水解、酸化、產(chǎn)乙酸、產(chǎn)甲烷四個階段[5],每一階段由特定的微生物來完成。由圖3可見,此段出水VFA逐漸升高,而CODcr的去除率卻只有少量增加,表明酸化菌與產(chǎn)乙酸菌的活性逐漸恢復。
  階段Ⅳ:產(chǎn)甲烷恢復段(123~129d),在產(chǎn)酸菌恢復的過程中,產(chǎn)甲烷菌逐漸恢復,反應(yīng)器產(chǎn)氣量開始增加,從圖中可以看出,出水VFA大量減少,HCO3-開始上升,產(chǎn)酸菌與產(chǎn)甲烷菌重新達到平衡,此時系統(tǒng)恢復平衡,CODcr的去除率重新達到55%。

5 結(jié)論

 ?、倮肁BR處理有機磷農(nóng)藥廢水,當進水CODcr高達6421.3mg/L時,CODcr的去除率可達到68%,與廢水75%的生化極限接近。
 ?、贏BR處理甲基氯化物生產(chǎn)廢水時,水力停留時間對系統(tǒng)的影響比進水CODcr濃度顯著。
  ③系統(tǒng)溫度由35℃下降到25℃時,整個系統(tǒng)的CODcr去除率下降12%左右。反應(yīng)器內(nèi)的產(chǎn)甲烷菌首先受到抑制,并受到抑制的程度比產(chǎn)酸菌大。恢復溫度后,系統(tǒng)能較快恢復平衡。
 ?、芙?jīng)濃度沖擊后,系統(tǒng)依次經(jīng)歷假穩(wěn)定段、產(chǎn)酸與產(chǎn)甲烷被抑制段、產(chǎn)酸恢復段、產(chǎn)甲烷恢復段,整個過程約需20d左右。
 ?、莞淖兿到y(tǒng)運行參數(shù)時,出水堿度的變化通常滯后揮發(fā)酸2~3d,在實際運用中,出水揮發(fā)酸更能表征系統(tǒng)的活性。

參考文獻
[1]Bachmann A,beard VL,McCarty PL.Performance characteristics of the anaerobic ballled reactor[J].Wat Res,1985,19(1):99~106.
[2]Holt C J,Matthew R G S,Terzis E.A comparative study using the anaerobic baffled reactor to treat a phenolic wastewater.Proc 8th international conf on anaerobic digestion[C].Sendi Japan,1997(2):40~47.
[3]戴友芝,施漢昌,等.有毒物沖擊負荷對厭氧折流板反應(yīng)器的影響[J].中國環(huán)境科學,2000,20(1):40~44.
[4]Nachaiyasit S,Stucbey D C.Effect of low temperatures on the performance of an anaerobic baffled reactor(ABR)[J].Journal Chem Tech Biotechnol,1997,69:276~284.
[5]賀延齡.廢水的厭氧生物處理[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,1998.


作者簡介
賀嵩邡(1973~),男,湖南婁底人,助理工程師,1997年畢業(yè)于湘潭大學環(huán)境工程系,現(xiàn)正攻讀博士學位,主要從事環(huán)境監(jiān)測與治理方面的工作,電話(0731)5576034。

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