（化学工程专业论文）高浓度模拟pta生产废水的间歇生物处理技术研究.pdf

摘要 摘要 精对苯二甲酸( p 1 a ) 是全球产量最高的五十种化学品之一，是生产聚酯的主要原 料。p t a 生产过程所产生的废水具有成分复杂、c o d 高的特点，属于较难处理的高浓 度有机废水。目前国内处理p t a 生产废水主要采用连续式生物处理技术，而间歇生物 处理技术方面的研究还鲜于报道。因此卜本论文采用间歇生物技术对p t a 生产废水进 行处理。首先研究水解s b r 工艺和好氧s b r 工艺对p t a 生产废水的处理，了解该废 水的水解、好氧降解特点，然后在此基础上对水解一好氧组合s b r 工艺进行研究，从 而进一步了解间歇生物技术处理p t a 生产废水的可行性。 首先以模拟p t a 生产废水为目标废水。采用水解s b r 工艺进行处理，结果表明， 温度、搅拌速率是影响该工艺处理效果的重要因素，水解过程去除c o d 的速率较慢， 初始t a 浓度为8 0 0 m g l 。时，c o d 去除率达到9 0 需要9 6 h 。 好氧s b r 工艺能够实现对模拟p t a 生产废水的快速降解，初始t a 浓度 8 0 4 0 - 8 0 【1 2 】 a f bp t a 生产废水3 6 0 8 - - , 6 7 2 8 1 3 - e s g b碱减量度水1 0 0 肛3 0 0 02 4 0 1 5 0 0 1 4d 3 0 7 03 0 5 0 【7 】 资料来源：官宝红，徐根良赵德明，王侃对苯_ 甲酸废水的处理技术【j 】水处理技术，2 0 0 2 ，8 ( 3 ) ：1 2 9 1 3 3 但是由于p t a 生产废水含有较高浓度的对苯二甲酸，加上醋酸钴及醋酸锰( 催化剂) 的存在及原水p h 值低，而使其具有特殊性，使厌氧工艺出现一定的困难。未经驯化的 普通厌氧菌对1 1 a 无降解能力，即使经长期驯化对t a 的去除率也只能达3 0 - - - 4 0 ；醋酸 钴及醋酸锰进入厌氧反应器后，由于体系中存在二氧化碳( 有机物分解为二氧化碳和 水) ，生成的碳酸锰及碳酸钴沉淀在污泥中1 i 断积累，使污泥活性逐渐降低。另外， 9 第一章文献综述 厌氧条件下微生物代谢活动较低，对废水的净化效率不如好氧处理好，而目厌氧生物处 理工艺易受环境条件以及干扰物质影响，抗冲击负荷能力较差，且菌驯化适应时间要求 较长，常需要3 6 个月，并且厌氧菌在有氧气存在的条件下将失去活性，因此管理操作 要求严格。虽然厌氧处理法的净化出水水质不能达到很高的水平，但它作为高浓度有机 废水在好氧处理前的预处理是经济有效的【“。一些厌氧生物处理工艺的实例见表1 4 1 ”。 1 3 2 3 水解生物处理法 水解生物处理法实际上是完成了厌氧反应的水解和酸化两个阶段，厌氧工艺是在绝 对无氧的条件( b p d o = 0 ) 下反应，而水解反应则是在水解条件( 即d 0 ogaj一 第三章模拟p t a 生，扛废水的处理 3 1 3 搅拌速率的影响 选择搅拌速率分别为3 0r m i n 、6 0r m i n 。1 和9 0r m i n ，研究搅拌速率的改变对c o d 和t a 的去除效果的影响，结果如图3 3 所示。 图3 3 搅拌速率对废水处理效果的影响 口一3 0r m i n ：一。一6 0r m i n - 1 ；一一9 0r m i n l 装蔷o_【矗召h嚣。一日ogaj口ou 摹毫。uol3晤。一净ogaj卜 第三章模拟p t a 生产废水的处理 由图可见，当搅拌速率为3 0r m i n o 时，水解s b r 系统反应4 8h ，c o d 和t a 的去 除率分别为6 0 3 和9 1 1 ，均低于其它两个搅拌速率所取得的去除率，处理p t a 生产 废水的效果最差，这说明搅拌速率太低，系统中的一部分菌体停留在反应器底部，不能 与废水充分接触，导致菌体去除污染物的能力没有得到充分发挥，从而影响了废水处理 的效果。而当搅拌速率为9 0r m i n 。时，其c o d 和t a 的最终去除率均略低于搅拌速率 为6 0rm i n l 时的效果，这说明并不是搅拌速率越高则废水处理效果越好，高的搅拌速 率虽然能够使废水和微生物充分接触，但是也在菌体上作用了较强的剪切力，并且可能 提高废水中的溶氧，因此在一定程度上影响了菌体的活性，导致废水处理效果有所下降。 根据以上实验结果，选择6 0rm i n 。1 作为后续水解反应的搅拌速率，以保证较好的废水 处理效果。 3 1 4 水解s b r 法的局限性 由上述对水解s b r 法处理模拟p t a 生产废水工艺条件的初步研究可以发现，随着 初始t a 浓度增加，降解t a 的微生物受底物抑制作用明显，导致系统将废水中大部分 污染物降解所需的水解时间增长，而实际p t a 生产废水中t a 浓度为8 0 0 - 2 5 0 0m g l 1 【1 0 ，若采用水解s b r 法进行处理，要达到较高的c o d 、t a 去除率需要较长的处理 时间，并且单级水解工艺出水往往很难达到废水排放标准，还需要后续的生物处理，因 此一般利用水解工艺可以提高废水可生化性能的特点，将水解工艺作为废水的预处理工 艺。 3 2 好氧s b r 法 3 2 1 初始t a 浓度的影响 好氧s b r 法处理不同初始t a 浓度模拟废水的结果如图3 4 所示。t a 浓度 7 0 0m gl 1 时，进水c o d 完全由t a 提供，下文所述的t a 平均去除速率均为曝气 反应4 h 所得到的数据。 由图可见，t a 的平均去除速率随初始t a 浓度的增加而提高，即t a 负荷较高其降 解速率就较快，反之则较慢，这与何星海”1 在摇瓶实验中所观察到的现象一致。 4 第三章模拟p t a 生产废水的处埋 分别对图3 4 中初始i a 浓度 7 0 0m gl 1 时的t a 去除率进行分析 发现，两部分的t a 去除率十分接近，均达到9 0 以上，t a 去除率并不因废水中葡萄 糖的存在而受到影响，这从定意义上说明葡萄糖的存在对t a 的好氧降解并没有明显 的抑制作用，这一结沦与何星海口3 l 的结论一致。 由图可见，当t a 浓度小于1 5 0 0m gl 。1 时，曝气反应4h ，t a 和c o d 的去除率均 可以达到9 0 以上，这泌明在该浓度范围内，此：1 ，：艺条件就能实现t a 的高效降解；当 t a 浓度达到1 5 0 0m gl 。1 时，t a 和c o d 的去除率仅能分别达到8 1 o 和7 7 2 ，出水 t a 和c o d 分别达2 7 3m gl 。和6 3 7m gl ，出水水质较差，这说明在设定的工艺条件 下，已经不能实现对该浓度模拟p t a 废水的高效降解，因此需要对处理该浓度废水的 工艺进行进一步改进。 t a l o a d r a g l l 图3 4 初始t a 浓度对废水处理效果的影响 口一t ar e m o v a le f f i c i e n c y ；一o c o dr e m o v a le f f i c i e n c y x a v e r a g et ar e m o v a lr a t e 3 2 2 曝气量的影响 选择曝气量为1l m i n 、1 5l m i n 、2l m i n 、2 ，5l m i n l 和3l m i n 一，研究曝气量 的改变对废水处理效果的影响，结果如图3 5 所示。 4 2 琴j。uql3基。一要。吕2 。ii一比吕。_害一矗o盎益l盘d蒿 第三章模拟p t a 生产废水的处理 t i m e h t i m e h 图3 5 曝气量对废水处理效果的影响 口一1l m i n ： 一一1 5l m i n ：一2l m i n ； 一2 5l m i n ；一+ 一3l m i n 由图可见，当曝气量从ll r a i n 1 、1 5l m i n 1 增加到2l m i n 。1 时，经过相同的曝气反 应时间，t a 和c o d 的平均去除速率和去除率均明显提高，这是因为提高曝气量可以促 进微生物细胞分泌胞外多糖，使细胞发生黏附和聚集，并保证细菌群落的结构完整性8 0 】， 从而改善污泥的沉淀性能，使系统处理p t a 生产废水的能力增强，由图3 6 可见，随着 曝气量从1l m i n 。提高到3l m i n ，胞外多糖也从4 2 5g g - i 增加到4 6 9g g ，这一结果验 4 3 莲蓉iiql3_l罄三对092ogp_l口ou 第= 章模拟p t a 生产拔水的处理 证了以上推断；但是继续增加曝气量到2 ，5l r a i n 1 和3l m i n 。发现，t a ： = f l c o d 的去除效 果不再明显提高，这是因为过高的曝气量在促进胞外多糖分泌的同时也在细胞e 作用了 较强的剪切力8 7 1 ，在一定程度上影响了微生物的活性。这一结果表明，当初始t a 浓度 为1 5 0 0 n a g l - i 时，2l r a i n - 1 的曝气量取得最佳的废水处理效果。 0 _ o ? ? 一 篱攀一，一?i ： ：，：， 蘩 ， ：。 - 一。 菱 z ： ? 矗 只i 7 7 刁 ：，一7 ，7 蘩 荔； 0 ： ：o 镌溺 ? 爹i 一陲鞫 ， 一； 1 0 1 52 0 25 30 a e l a t i o nr a t e lm i n 。 图3 6 曝气量对菌体胞外多糖含量的影响 3 2 3 沉淀时问的影响 选择沉淀时问分别为3 0r a i n 、2 0m i n 、1 0m i n 和5m i n ，研究沉淀时问的改变对 废水处理效果的影响，结果如图3 7 所示。 改变污泥的沉淀时问可以实现对反应器中不同沉淀性能菌体的筛选8 ”。由图可见， 在3 0m i n 和2 0m i n 沉淀时间条件下，该系统对t a 和c o d 的去除效果较接近，曝气4 h ，其t a 去除率分别为8 2 5 和7 4 9 ，直到曝气6h 其t a 去除率爿分别达到9 7 o 和9 0 7 ，而沉淀1 0r a i n 和5m i n 在曝气4 h 时就取得较好的效果，t a 去除率分别达到 9 5 8 和9 3 3 ，其1 a 去除效果均优于沉淀时问为3 0m i n 和2 0m i n 的情况，这说明短 的沉淀时间有利于筛选 h 降解t a 的优势菌。 但是对c o d 的