EGSB预处理高温PVC离心母液废水的研究雷显峰

书书书檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲檲殘殘殘殘论述与研究EGSB预处理高温PVC离心母液废水的研究雷显峰1，陈昌振1，郭晓燕1，2，黄福奎2，3，马世虎3，胡万里1，唐运平4(1．南开大学天津市城市生态环境修复与污染防治重点实验室，天津300071;2．南开大学环境污染过程与基准教育部重点实验室，天津300071;3．天津工业大学中空纤维膜材料与膜过程教育部实验室，天津300160;4．天津市环境保护科学研究院，天津300191)摘要:以EGSB反应器作为预处理系统处理高温、低浓度、难降解的PVC离心母液化工废水，通过逐渐增加PVC离心母液废水占葡萄糖模拟废水比例的方法来驯化厌氧微生物，在容积负荷和水力停留时间分别保持在0．2kgCOD/(m3·d)和50h左右时，对COD的去除率维持在约80%，实现了系统的成功启动。继续提升负荷以考察系统的最大处理效能，当容积负荷达到0．6kgCOD/(m3·d)、水力停留时间为16h时，对COD的去除率也能达到70%左右。对停止运行2个月的反应器，通过逐渐增加负荷的方式运行，系统能在12d内完成启动。该系统运行高效、稳定，大大减轻了后续处理工艺的负荷，为PVC离心母液后续处理工艺的连续稳定运行提供了保证。关键词:高温厌氧;EGSB反应器;预处理;PVC离心母液;可生化性中图分类号:X703文献标识码:A文章编号:1000－4602(2011)01－0001－04基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大专项(2008ZX07314－001)ExpandedGranularSludgeBedReactorforPretreatingMotherLiquidofPolyvinylChlorideunderThermophilicConditionLEIXian-feng1，CHENChang-zhen1，GUOXiao-yan1，2，HUANGFu-kui2，3，MAShi-hu3，HUWan-li1，TANGYun-ping4(1．TianjinKeyLaboratoryofEnvironmentalRemediationandPollutionControl，NankaiUniversity，Tianjin300071，China;2．KeyLaboratoryofPollutionProcessesandEnvironmentalCriteria＜MinistryofEducation＞，NankaiUniversity，Tianjin300071，China;3．KeyLaboratoryofHollowFiberMembraneMaterialandMembraneProcess＜MinistryofEducation＞，TianjinPolytechnicUniversity，Tianjin300160，China;4．TianjinAcademyofEnvironmentalSciences，Tianjin300191，China)Abstract:Anexpandedgranularsludgebedreactor(EGSB)wasemployedasthepretreatmentsystemtotreathightemperature，lowconcentrationandrefractorymotherliquidofpolyvinylchloride．Theanaerobicmicroorganismswereacclimatizedbygraduallyincreasingtheproportionofthemotherliq-uidofpolyvinylchlorideinglucosesimulatedwastewater．Whenthevolumeloadingrateandhydraulicre-tentiontimeareabout0．2kgCOD/(m3·d)and50h，theremovalrateofCODisapproximately80%．Thestart-upofthesystemissuccessfullyachieved．Theloadingrateisfurtherincreasedtoinvestigatethemaximumtreatmentcapacityofthesystem．Whenthevolumeloadingrateandhydraulicretentiontime·1·第27卷第1期2011年1月中国给水排水CHINAWATER＆WASTEWATERVol．27No．1Jan．2011书书书are0．6kgCOD/(m3·d)and16h，theremovalrateofCODis70%．Fortherestart-upofthereactoraftertwomonthsuspension，theloadingrateisgraduallyincreased，whichresultsinasuccessfulstart-upwithin12days．Theexpandedgranularsludgebedreactorisanefficientandreliablesysteminoperationwhenpretreatingthemotherliquidofpolyvinylchloride，thusreducingtheloadofthesubsequentprocess，andensuringsafeandstableoperationforthesubsequentprocess．Keywords:thermophilicanaerobictreatment;expandedgranularsludgebedreactor(EGSB);pretreatment;motherliquidofpolyvinylchloride;biodegradability生产聚氯乙烯(PVC)过程中排放的离心母液废水的温度较高(60～70℃)，COD一般在300mg/L左右，并含有分散剂、引发剂以及少量的氯乙烯(VCM)单体等生物抑制性物质，是一种典型的低浓度难降解化工废水。现有的处理方法一般是先将其冷却至室温或中温，再采用物化、化学或生化法进行处理。其中，采用传统的絮凝、沉淀、过滤等物化方法预处理PVC母液废水虽可去除部分PVC悬浮颗粒，却很难有效去除聚乙烯醇、分散剂等可溶性高分子化合物，因此，出水只能排放或作冲洗用水等进行简单的回用［1］。化学方法虽然能高效处理PVC母液废水［2、3］，但运行成本高、操作繁杂。杨座国等［4］采用聚丙烯中空纤维微滤膜生物反应器(MBR)处理PVC母液废水，对COD和SS的去除率都在90%以上。但废水中悬浮物的含量高，且存在PVA胶体，加剧了膜污染，导致反应器无法长时间稳定运行。黄鹏等［5］采用工业化规模的移动床生物膜反应器(MBBR)处理PVC母液废水，在进水温度为44～55℃、HRT为32h的条件下，对COD的去除率稳定在70%以上。但好氧处理的能耗较高，与当今倡导的节能减排和低碳型工艺相悖。厌氧膨胀颗粒污泥床反应器(EGSB)具有占地面积小、运行成本低、处理效率高、传质效果好、容积负荷高等优点，是当今最受瞩目的高效厌氧反应器之一。目前有关EGSB反应器的应用研究主要集中在中温下处理中、高浓度的废水上［6］，鲜见在高温条件下处理低浓度有机化工废水的研究报道。1试验装置与方法1.1试验用水离心母液废水取自天津某化工厂，其水质呈微碱性，温度为60～70℃，SS为47mg/L左右，浊度为60～80NTU，COD为320～380mg/L，BOD5/COD值为0．08，属典型的低浓度难降解化工废水。模拟废水按COD∶N∶P为200∶5∶1由葡萄糖、尿素、多聚磷酸钠配制而成，同时添加Fe、Co、Ni、Ca等微量元素以及NaHCO3碱性缓冲剂。1.2接种污泥将取自天津市经济技术开发区污水处理厂SBR工艺的好氧污泥和处理PVC离心母液废水的好氧接触氧化工艺污泥混合后作为接种污泥，测得SS为47．68g/L，VSS为24．16g/L，VSS/SS值为0．51，接种量为EGSB反应器反应区容积的80%。1.3试验装置EGSB反应器(见图1)采用有机玻璃制成，从下至上依次为污泥床区、悬浮层区、三相分离器;反应区外径为159mm、内径为90mm、高度为1559mm、沉淀区高度为275mm，反应器有效容积约为13．4L。沿反应器高度设置10个采样口，通过水浴使温度保持在(55±2)℃，原水经磁力计量泵由反应器底部进入，由三相分离器的溢流堰出水，产生的气体经水封瓶后排放。图1EGSB反应器示意Fig．1SchematicdiagramofEGSBreactor1.4分析方法COD:重铬酸钾法;碱度和挥发酸:联合滴定法;SS、VSS:重量法;pH:PHS－25型pH计;产气量:LML－2型湿式气体流量计。·2·第27卷第1期中国给水排水．watergasheat．com1.5试验方法①接种污泥的驯化和培养接种污泥后，将人工配水充满反应器，通过夹套循环水进行升温，升温幅度为3℃/d，当温度升至40℃时直接将温度升至50℃，再以3℃/d的幅度升至55℃，并且保持水温为(55±2)℃。在该阶段，系统进水先采用葡萄糖模拟废水，然后通过不断降低葡萄糖废水比例而提高母液废水比例的方法来驯化微生物，最终达到进水全部为PVC离心母液废水。②容积负荷的提升在反应器启动成功后，通过逐步提高反应器的进水流量来增加容积负荷，以考察系统的最大处理效能。在此阶段反应器的进水流量从启动成功时的8L/d逐渐提高到20L/d。③停运2个月后的再次启动在提升容积负荷试验完成后，恰逢学校放寒假，于是将反应器注满水后停止运行2个月。对于在常温甚至低温条件下放置2个月的EGSB反应器，其能否快速启动是关键。考虑到污泥中微生物活性的恢复及对水质的适应都需要一段时间，故选择停运前负荷的一半为再次启动负荷，然后逐渐提高负荷。对于运行温度的选择，是将循环水箱的水直接加热到55℃后再打开水浴循环泵。期间密切关注对COD的去除率、出水pH以及碱度的变化。2结果与讨论2.1反应器的启动对于有毒、难生物降解的工业废水，按传统生化法进行处理，仅提供此类物质作为唯一的碳源和能源是难以奏效的。根据环境工程微生物学原理，可从两方面着手改善该类废水生物处理技术的作用功效:一个是筛选和分离专属微生物;另一个是通过一定的措施改善废水的可生化性，以确保其为普通微生物所利用。通常条件下，后者更容易实现。有研究表明，在多种基质共存的环境中，难降解物质可被微生物以共代谢方式所利用［7］。PVC离心母液废水中含有分散剂、引发剂以及氯乙烯等化合物，这些物质对微生物都有不同程度的毒害作用。余素林采用中温EGSB反应器处理PVC离心母液废水，系统内没有降解现象发生。笔者先采用葡萄糖模拟废水驯化微生物，使目标降解菌迅速增殖，增加生物量并且保持较高的活力，促进对难生物降解物质的去除，然后逐步提高PVC离心母液废水的比例(如表1所示)以启动EGSB系统。反应器启动成功后，对COD的去除率维持在80%以上，说明该启动措施是可行的，并大大减轻了后续处理工艺的负荷。表1启动期间对COD的去除效果Tab．1CODremovalbyEGSBduringstart-up%项目运行天数/d1～2021～2627～3031～4243～6465～7677～90母液废水比例02033507585100COD去除率608185867982832.2反应器的容积负荷在系统的启动期间(1～90d)，进水流量约为6L/d，相应的HRT约为50h，容积负荷维持在0．2kgCOD/(m3·d)左右(如图2所示)，对COD的去除率基本稳定在80%左右。周长波等［8］在中温条件下采用EGSB预处理PVC离心母液废水，对TOC的去除率只有55%，与之相比则本系统具有明显的优势。图2容积负荷、HRT和对COD的去除率随运