焦化廢水微氧EGSB反應器處理方法

焦化廢水的水質(zhì)復雜，且含有酚、氨氮、氰化物、硫氰化物等多種難降解、毒性污染物。目前的廢水處理方法，多采用A/O 及其變形工藝，其中O 段為活性污泥法，由于O 段反應器內的生物相單一，易受到毒性污染物的抑制作用，這樣導致有機化合物的去除率大幅下降。與UASB 反應器相比，EGSB 由于具有高回流和高上升流速，使之可以稀釋、快速降解抑制性及毒性污染物〔1, 2〕；其次，顆粒污泥的形成，可以保證反應器高污泥濃度，同時(shí)為產(chǎn)甲烷菌等嚴格厭氧菌提供了一個(gè)厭氧環(huán)境。通入適量的氧，不會(huì )降低產(chǎn)甲烷菌的活性； 而且反應器里面生物相的多樣性和彼此間的協(xié)同代謝作用，還可以降低有毒中間體的積累，提高系統穩定性〔3, 4〕。

目前，有學(xué)者對EGSB 反應器在微氧條件下的運行特性進(jìn)行了研究，當反應器進(jìn)水采用自配水，適量氧的加入，并沒(méi)有對產(chǎn)甲烷菌產(chǎn)生毒害抑制作用〔5〕；還有學(xué)者采用兩級UASB 反應器處理焦化廢水，由于UASB 反應器較低的上升流速，COD 的最大去除率只有55%~60%〔6〕�；�于上述情況，筆者進(jìn)一步討論EGSB 反應器中曝氣量對焦化廢水處理效果的影響，并同時(shí)考察液體上升流速及進(jìn)水COD 對COD 去除率的影響，以期為今后EGSB 反應器高效處理焦化廢水的工程實(shí)踐提供理論依據。

1 實(shí)驗材料與方法

1.1 EGSB 反應器

實(shí)驗所用EGSB 反應器總體積為18 L，反應區體積為12 L，內徑為100 mm，高徑比為17∶1；沉淀區體積為6 L，內徑為140 mm。反應器采用保溫棉與地熱輻射膜包裹，并用水浴鍋對進(jìn)水進(jìn)行加熱，以維持反應器的溫度在30～35 ℃。實(shí)驗裝置如圖 1 所示。

圖 1 EGSB 反應器工藝流程 

1.2 接種污泥和實(shí)驗用水

厭氧EGSB 反應器內的顆粒污泥是通過(guò)接種市政消化污泥并用啤酒自配水培養、馴化得到的，待反應器穩定運行后，開(kāi)始向回流柱里面曝氣，使反應器內部厭氧顆粒污泥處于微氧環(huán)境。

實(shí)驗所用焦化廢水取自太原煤氣化集團第一焦化廠(chǎng)和第二焦化廠(chǎng)的調節池，其COD 為500～1 740mg/L，pH 為8.0～9.2，色度為126～401 倍，濁度為55～80 NTU，焦化廢水中小蘇打添加量為3 g/L。

1.3 分析測試方法

COD 用重鉻酸鉀法〔7〕；pH 用pHS-3C 酸度計；色度用稀釋倍數法；濁度用便攜式濁度計法。

顆粒污泥的粒徑采用篩分法，污泥濃度（MLSS）采用重量法測定。

2 結果與討論

2.1 進(jìn)水COD 對COD 去除率的影響

實(shí)驗分為三個(gè)階段：第一階段（0～18 d）；第二階段（19～44 d）；第三階段（45～53 d）。進(jìn)水流量控制在1 L/h，曝氣量為4 000 mL/min，液體上升流速（Vup ）為2.4 m/h。實(shí)驗分析了不同進(jìn)水COD 下，EGSB 反應器處理焦化廢水的運行情況，結果如圖 2 所示。

圖 2 進(jìn)水COD 對COD 去除率的影響

第一階段，當進(jìn)水COD 控制在500~733 mg/L之間時(shí)，開(kāi)始得到的COD 去除率為35%，隨著(zhù)反應器的不斷運行，出水COD 逐漸減小，相應的去除率不斷提高，最后的3 d 時(shí)間里，去除率穩定在75%左右。從第19 天開(kāi)始，將進(jìn)水COD 提高到1 340~1 740mg/L，這時(shí)COD 去除率快速下降，一直降到9%。到35～44 d，去除率有所提高，最終穩定在37%左右。從第45 天開(kāi)始，再次降低進(jìn)水COD，一直降到650mg/L，這時(shí)的去除率開(kāi)始上升，達到62%，反應器穩定運行5 d 后，去除率繼續上升，并達到76%。這可能是由于反應器內存在著(zhù)大量進(jìn)行共代謝作用的厭氧和好氧菌群，當曝氣量一定時(shí)，微生物可以最大程度地利用溶解氧（DO）來(lái)降解廢水中的COD，當廢水有機物濃度升高時(shí)，DO 這時(shí)已經(jīng)成為制約因素，使得好氧菌不能得到足夠的氧來(lái)及時(shí)降解廢水中的有害物質(zhì)，不能為產(chǎn)甲烷菌等厭氧菌提供一個(gè)有利的代謝環(huán)境〔8〕，所以導致第二階段COD 去除率的快速大幅下降。

2.2 曝氣量對COD 去除率的影響

EGSB 反應器加入適量的氧可以提高COD 去除率，但對于不同的進(jìn)水濃度，所需的曝氣量是不同的。為此，分別考察了進(jìn)水流量為1 L/h，Vup=2.4 m/h時(shí)，曝氣量對不同進(jìn)水COD 時(shí)的處理效果的影響，結果如圖 3、4 所示。

圖 3 曝氣量對COD（500~733 mg/L）去除率的影響
  
圖 4 曝氣量對COD（1 340~1 740 mg/L）去除率的影響 

由圖 3 可見(jiàn)，反應器處理低COD 濃度的進(jìn)水時(shí)，第1 天的COD 去除率為34%，到第3 天達到61%。從第6 天開(kāi)始，將曝氣量提高到8 000 mL/min，COD 去除率不斷提高，由67%上升到74%。接下來(lái)繼續加大反應器的曝氣量，并控制在15 000 mL/min，在最初2 天，反應器的去除效果穩步提升，最高達到82%，隨著(zhù)反應器繼續運行，COD 去除率逐漸下降到62%。由圖 4 可見(jiàn)，處理高COD 濃度的進(jìn)水時(shí)，曝氣量為4 000 mL/min 時(shí)，COD 平均去除率為28%，曝氣量為8 000 mL/min 時(shí)，COD 平均去除率提高到52%，繼續提高曝氣量到15 000 mL/min 時(shí)，去除率達到58%，隨后開(kāi)始下降。對比圖 3、4 可以發(fā)現，通過(guò)增加曝氣量，為反應器補充一定的DO 可以提高反應器的去除效果，與15 000 mL/min 相比，8 000 mL/min 時(shí)的曝氣量，更有利于反應器的穩定運行；曝氣量由4 000 mL/min 提高到8 000 mL/min，COD 為500~733 mg/L 和1 340~1 740 mg/L 的焦化廢水，去除效果達到穩定時(shí)所用的時(shí)間分別為2 d和5 d。

2.3 液體上升流速對COD 去除率的影響

液體上升流速是保證EGSB 反應器高效穩定運行的關(guān)鍵，Vup過(guò)低使得污泥床層不能實(shí)現有效膨脹，影響到泥水間的傳質(zhì)效果，導致反應器的去除效果較差；盡管在EGSB 反應器里，上升流速與基質(zhì)去除之間存在的關(guān)系還不是很清楚，但是，污泥的尺寸似乎起著(zhù)非常重要的作用〔9〕。下面，通過(guò)逐步提高液體上升流速，來(lái)觀(guān)察COD 的去除率及污泥的粒徑分布。

反應器的曝氣量為8 000 mL/min，進(jìn)水COD 控制在1 340~1 740 mg/L，考察反應器的不同Vup對COD 去除率的影響，結果如圖 5 所示。

圖 5 Vup對COD 去除率的影響

由圖 5 可見(jiàn)，Vup從2.4 m/h 增加到2.9 m/h 時(shí)，COD 去除率由50%提高到71%；將上升流速繼續提高到3.5 m/h 時(shí)，COD 去除率由71%增加到74%，但后續COD 去除率開(kāi)始下降，一直降到42%。這可能是由于Vup為2.4 m/h 時(shí)，污泥主要集中于反應器中下部，泥水間傳質(zhì)效果差，污水中的有機物不能被有效去除；而提高到3.5 m/h 時(shí)上升水流形成較大的剪切力，對顆粒污泥造成一定的破壞，降低了反應器內的污泥質(zhì)量濃度，不利于反應器的長(cháng)期穩定運行〔10〕，因此Vup控制在2.9 m/h 較合適，具體污泥質(zhì)量濃度和粒徑分布見(jiàn)表 1、表 2。

由表 2 可見(jiàn)，Vup由2.4 m/h 增加到2.9 m/h 時(shí)，大粒徑污泥的比例在增多，0.8～1.25 mm 粒徑分布的污泥質(zhì)量分數增加了2%，粒徑為0.45～0.80 mm 的顆粒污泥則由24%增加到53%；當Vup由2.9 m/h 增加到3.5 m/h 時(shí)，0.8～1.25 mm 和0.45～0.80 mm 粒徑分布的顆粒污泥分別減小了6%和47%，0～0.45 mm粒徑分布的顆粒污泥則由原來(lái)的36%增加到91%。觀(guān)察發(fā)現，上升流速的適當提高可以使得厭氧污泥顆�；�，污泥平均粒徑增大；但是過(guò)高的上升流速會(huì )對反應器中的顆粒污泥形成過(guò)度剪切，甚至破壞，導致污泥解體，隨出水一同流失。而形成的顆粒污泥，構成了空間上的好氧、微氧及厭氧環(huán)境，污泥外層絲狀菌占優(yōu)勢，內層則以桿菌、絲狀菌、球菌等混生為主；不同類(lèi)型細菌緊密排列，可以及時(shí)轉移、降解一些毒性有機物的中間代謝產(chǎn)物，降低對甲烷菌的抑制作用，提高反應器的處理效率〔11〕。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結論

（1）微氧EGSB 反應器在處理低濃度的焦化廢水時(shí)，COD 的去除效果較好，達到62%~82%。

（2）提高曝氣量可以明顯改善焦化廢水中COD的去除效果，適宜的曝氣量為8 000 mL/min，當COD為500~733 mg/L 和1 340~1 740 mg/L 時(shí)，去除率分別為82%和58%。

（3）通過(guò)提高Vup ，可以強化反應器中泥水兩相間的傳質(zhì)效果，進(jìn)而提高焦化廢水中COD 的去除效果；但過(guò)高的Vup會(huì )導致EGSB 反應器內顆粒污泥的破壞甚至解體，不利于反應器的長(cháng)久穩定運行，因此，合適的Vup為2.9 m/h。