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科学中国人2017年06月科学中国人“UASB+微电解+BCO+BAC”组合工艺处理有机废水的中试研究刘守成，金艳芳，隋志强，张烨，寇焕起北京沃太斯环保科技发展有限公司研发部摘要：传统的升流式厌氧污泥床反应器（UASB）+铁碳微电解+接触氧化池（BCO）+混凝沉淀工艺流程与生物活性炭法（BAC法）有机结合。采用流态化生物碳法，使微生物在系统中呈悬浮态和附着态。所用原水来至某炼化污水处理厂所产生的高COD值有机废水。在试验中取得最佳的工艺操作参数，COD、石油类、SS祛除率分别达到90%、85%、85%，B/C达到0.4以上。关键词：厌氧反应器；微电解；生物接触氧化；生物活性碳；有机废水一、概述在生物洗涤-生物滴滤-生物过滤工艺处理VOC气体的过程中产生高浓度有机废水，废水中主要含有气相溶入液相的非甲烷总烃和生物吸收剂和表面活性剂，COD值13000mg/L,BOD值为2500mg/L左右，可生化性差。因此，研发了“UASB+微电解+BCO+BAC”组合工艺，并在西北某炼化污水处理厂，进行中试实验。将传统的“UASB+铁碳微电解+BCO+混凝”工艺与生物活性碳法有机结合，该组合的创新点在于未单独设置生物活性炭滤池，而是在UASB反应器中添加颗粒状活性炭（GAC），调节水力条件，使其具有厌氧膨胀床特性，微生物在反应器中呈悬浮与附着态；在BCO反应器中设置承托板，添加颗粒活性炭，活性炭与弹性纤维材料作为微生物的共同载体，结合了生物接触氧化和曝气生物滤池工艺。四个月中试实验，取得良好效果，主要指标均达到《石油炼制工业废水治理技术规范》（HJ2045-2014）废水处理场设计进水水质指标。二、原水水质参数及工艺流程（一）原水水质参数污水中主要污染物来源：（1）生物吸收剂物质：鼠李糖脂（成份为鼠李糖脂生物表面活性剂、多糖、蛋白质，营养盐）、吐温20、柠檬酸钠、碳酸钠。（2）由气相向液相转移的VOC类物质：主要为三苯，占2/3，另外1/3为除三苯外的非甲烷总烃（以柴油计），污水总量约为2吨。实验进水主要水质指标见表1。（二）工艺流程工艺介绍：调节池中，根据不同时期对水质要求，调节PH值、COD值等参数。因污水中其他污染物与COD有比例关系，所以以COD值为调节标度。图1中试装置示意图调节池出水由蠕动泵，以Q=0.04m3/h泵入UASB底部，污水在上流期间与污泥床层中污泥、生物炭颗粒、悬浮微生物充分接触，其中富含的水解酸化菌和产甲烷杆菌与有机物作用，使烃类有机物最终转化为CO2和CH4，有机氮、有机硫转化为氨和H2S气体，所产生的废气回流至气体处理装置。UASB出水经溢流堰进入铁碳微电解池底部，当将铁碳球形填料在酸性环境下中时，由于铁和碳之间的电极电位差，废水中会形成无数个微原电池。产生的了初生态的Fe2+和原子H，使有机物发生断链、开环等作用。在曝气的条件下，空气中的氧将Fe2+氧化生成的Fe3+逐渐水解生成聚合度大的Fe（OH）3胶体絮凝剂，可以有效地凝聚水中的污染物，从而增强对废水的净化效果，进一步提高污水的可生化性。铁碳反应器出水COD稳定在1000mg/L左右，污水进入接触氧化池底部，由曝气风机提供充足的氧气，使污水与弹性纤维填料、生物炭上的生物膜、水中悬浮态微生物充分接触，同时起到冲刷掉老的生物膜，促进新的生物膜生长。该反应器微生物主要由假单孢杆菌、芽孢杆菌、微球菌属、原生生物、后生生物构成，微生物在水体和生物膜上与污染物接触并降解污染物。出水由上部溢流口进入沉淀池。接触氧化池出水经过伞式布水器进入混凝沉淀池，以聚合氯化铝为混凝剂，聚丙烯酰胺为助凝剂，均按20mg/L投加试剂，沉淀30min，出水经过溢流堰进入集水槽，达标水排放入石化污水处理系统，未达标的回流至配水槽，泥水混合物由排泥口排放，并收集进一步处理。中试装置的规格及运行参数见表2。三、各单元水质状况及处理效果分析UASB进出水水质状况统计见表3。表1原水水质指标项目原水指标CODCr（mg/L）13000BOD5（mg/L）2500石油类（mg/L）320SS（mg/L）800NH3-N（mg/L）450TP（mg/L）70PH13表2中试装置的规格及运行参数表UASB铁碳反应池接触氧化池规格/mh:2.5d：11.5×1×1.52×1.5×1.5有效容积/m3221.9填料类型生物炭填料铁碳球状填料纤维与生物炭混合HRT/h505045溶解氧/(mg﹒L-1)0.22～42～4--222017年06月科学技术升流式厌氧反应器内，在为期45天的驯化期间，按照烃降解功能菌种投加方案，采用同步培养法，逐渐增加COD负荷，将自然筛选的适用于石化行业废水的高效微生物菌种（包含酵母菌、乳酸菌和片球菌属等烃降解功能菌）激活并增值，平板计数菌种密度为2×108CFU/mL，在30天左右形成大量菌胶团，驯化完成后采用内循环法将细菌固定在颗粒活性炭上。由上表数据可以看出驯化后厌氧菌对于COD、石油类去除效果明显。在稳定运行期COD、氨氮（异养菌发生反硝化作用）、石油类去除率分别达到60%、51%、42%，B/C比由0.2升至0.25，可生化性升高，同时氨氮、总磷、SS下降明显，所产生的恶臭气体于反应器顶部搜集导入前段气体处理装置。在铁碳反应器中，在原电池反应、絮凝等多重作用下，污水可生化性进一步提高，B/C比提高至2.8～3.0，色度，SS去除率达到50%左右。接触氧化池驯化期间采用闷曝法，投加我公司筛选培育的假单孢杆菌及芽孢杆菌等菌种，在投加菌液3天后即形成生物膜，微生物固定在活性炭上采用内循环法。在驯化阶段各项污染物去除率随着进水浓度升高不断升高，稳定运行期COD、氨氮（自养菌的硝化作用）、石油类去除率分别达到69%、80%、43%，B/C比至0.4以上，COD、BOD、氨氮等部分指标已达到设计要求，接触氧化池进出水水质状况统计见表4。经过厌氧反应器、铁碳反应器、生物接触氧化池后，主要出水指标均达到设计要求，次要出水指标基本达到要求，污水在经过混凝沉淀池后，出水中SS、色度分别为200～240、50～70，均达到设计指标。污水经过工艺组合处理后综合出水指标见表5。四、总结在中试实验中，应用“UASB+微电解+BCO+BAC”组合工艺处理生物三段法产生的有机废水，取得良好效果，各项出水指标均达到《石油炼制工业废水治理技术规范》（HJ2045-2014）中废水处理场设计进水水质指标；同时也验证了研发的有机物降解菌对于高浓度有机废水的处理能力，该菌系具有有机物降解率高，抗冲击能力强等特点，同时细菌系统温度适用范围广，在17～40℃范围内均能繁殖，并保持一定的处理效率。“UASB+微电解+BCO+BAC”组合工艺不仅限于与三段式生物法配合，尤其是生物活性炭与UASB、BCO装置特殊结合方式，使其对难于生物降解的高含烃废水有很高的处理能力，应用范围广泛，尤其适合炼化污水处理。参考文献：[1]邹茂荣，彭永臻，荣宏伟.HOBAF工艺处理石化废水生产性试验研究[J].哈尔滨商业大学学报（自然科学版），2004，20（4）：196-198.[2]李海泉，安娜，张金松.生物活性炭滤池换炭方式与效能评价[J].广东化工，2014，41（7）：41-43.[3]冉祥军，刘翔，杜海波，赵杰.“混凝气浮十BAC十纳滤”工艺在污水回用工程中的应用[J].石油化工环境保护，2004,27（4）：24-25.[4]车春波，苏荣军，聂千.采用生物活性炭法对含油污水进行深度处理[J].炼油与化工，2009，20：53-55.[5]李伟光，李欣，朱文芳.固定化生物活性炭处理含油废水的试验研究[J].哈尔滨商业大学学报（自然科学版），2004，2（20）：187-190.[6]娄金生，姜广信，于连清，秦霄黎，樊建军，黄仕元，王文标.酸化水解-接触氧化-生物炭法处理印染废水的应用[J].工业给排水，1997，23（2）：30-33.[7]张智翔，廖晓斌，张晓健，陈超，谢曙光.升流式生物活性炭系统中生物量、活性及净水效果研究[J].北京大学学报（自然科学版），2013，3（49）：504-508.[8]王捷.常温下UASB反应器处理低浓度有机废水运行特性[D].西安：长安大学，2004：28-35.[9]肖本益.UASB反应器的启动及厌氧颗粒污泥的特性研究[D].天津：天津轻工业学院，2002：9-13.[10]李玲利.水解酸化接触氧化物化工艺处理印染废水应用研究[D].南昌：南昌大学，2012：30-37.作者简介：刘守成（1991-），男，汉族，内蒙古自治区扎兰屯人，北京沃太斯环保科技发展有限公司，本科，石化有机废水、废气处理装置研发。表3UASB进出水水质状况统计表指标阶段CODcrBOD5氨氮石油类驯化期/(mg﹒L-1)进水2500～3800--55～80出水1800～2700--40～60稳定运行期/(mg﹒L-1)进水350070045070出水145033023040去除率/%60%-51%42%负荷/(kg﹒m-3﹒d-1)0.82---表4接触氧化池进出水水质状况统计表指标阶段CODcrBOD5氨氮石油类驯化期/(mg﹒L-1)进水1200～1600--26～50出水800～1200--18～30稳定运行期/(mg﹒L-1)进水130040020030出水3801704017去除率/%69%-80%43%负荷/(kg﹒m-3﹒d-1)0.45---表5出水水质指标项目出水指标CODCr（mg/L）350BOD5（mg/L）140石油类（mg/L）15SS（mg/L）230NH3-N（mg/L）40TP（mg/L）8.5PH6～8--23