（环境科学专业论文）sbr工艺处理含苯酚及氨氮废水的试验研究.pdf

6 0 ，活性污泥沉降性能严重变差。进水氨氮浓度的增大使硝化反应时间的延长， 在同一时间内氨氮去除率的下降，但对苯酚降解的影响不大。 试验测定和理论计算得出苯酚对硝化的抑制率( 苯酚对生物硝化的抑制程度， 以硝化速率来计算) 为5 0 时的苯酚质量浓度为1 9 7 m l ，2 1 1 m l ，抑制作用为 7 5 时的苯酚质量浓度为3 4 4 5 m g i _ ，4 0 1 5 r a g l ：苯酚对硝化过程的抑制属非竞争性 抑制，是可逆的；有苯酚时温度对硝化速率的影响要大于无苯酚时温度对硝化速率 的影响，因此，在苯酚存在下要达到无苯酚存在时相同的硝化速率应适当地提高温 度。 关键词：s b r 工艺；苯酚；生物硝化；抑制作用 i i e e p e r i m e n t a ls t u d yo nt h ew a s t e w a t e rc o n t a i n i n ga m m o n i a a n dp n e n o lb ys b rp r o c e s s a b s t r a c t o w i n g t oc o n t a i n i n gp h e n o la n da m m o n i a ，p e t r o c h e m i c a ls e w a g ei sq u i t ed i f f i c u l tt o b et r e a t e d t h er u l e so f p h e n o la n da m m o n i ad e g r a d a t i o na n dt h es l u d g es e t t l i n gp r o p e r t y w e r ed i s c u s s e da tt h ed i f f e r e n tc o n d i t i o n s ，s u c ha st h et e m p e r a t u r e ，d i s s o l v e do x y g e n ( d o ) ，p h ，a n ds u b s t r a t ec o n c e n t r a t i o ni nt h i sa r t i c l et h r o u g ht h et e s to fb i o t r e a t m e n to f s e w a g eu s i n gs b rp r o c e s s a n dt h eb e s to p e r a t i n gc o n d i t i o n so fp h e n o la n da m m o n i a d e g r a d a t i o nw e r ed e t e r m i n e d t h er u l e so fp h e n o li n h i b i t i o nt ob i o l o g i c a ln i t r i f i c a t i o n w e r ea l s os t u d i e d t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a t ，w h e nt h ei n f l u e n tc o n c e n t r a t i o no fp h e n o la n da m m o n i a w e r ea b o u t2 1 m g la n d6 2 m g lw i t ht h ed o ，p h ，a e r o b i ct i m ea n dt h es l u d g e c o n c e n t r a t i o nw e r e2 0 - - 2 5 m g l ，8 o 8 5 ，8 ha n da b o u t3 0 0 0 m g lr e s p e c t i v e l y , a tt h e c o n d i t i o n so ft e m p e r a t u r ew a s1 5 0 c 2 0 。c p h e n o ld e g r a d a t i o nr a t ei n c r e a s e dw i t ht h e t e m p e r a t u r ei n c r e a s e d ，a n da b o v e2 0 。c ，i tc h a n g e dl i t t l e , a n dt h ep h e n o lr e m o v a lr a t e s t a b i l i z e do v e r9 9 a t1 5 0 d 之5 。c a m m o n i ad e g r a d a t i o nr a t ei n c r e a s e dw i t ht h e t e m p e r a t u r ei n c r e a s e d 。a n dt h ea m m o n i ar e m o v a lr a t ew a s8 3 6 w i t ht h ee f f l u e n t c o n c e n t r a t i o no fa m m o n i aw a sb e l o w1 0 m g l t h es v w a s2 6 a t2 5 a n d4 5 a t 1 5 。c ，s ot h es l u d g es e t t l i n gp r o p e r t ya t2 5 ( 2w a sb e t t e rt h a nt h a ta t1 5 c c o n s i d e r i n gt h e p h e n o la n da m m o n i ad e g r a d a t i o n t h eb e s tt e m p e r a t u r ew a sa t2 0 2 5 w i t ht h ei n f l u e n tc o n c e n t r a t i o no fp h e n o la n da m m o n i aw e r ea b o u t2 1 m g la n d 6 2 m g lw i t l lt h et e m p e r a t u r e ，p h ，a e r o b i ct i m ea n dt h es l u d g ec o n c e n t r a t i o nw e r e 2 0 c 2 5 c ，8 o 一8 5 ，8 ha n da b o u t3 0 0 0 m g lr e s p e c t i v e l y , a tt h ec o n d i t i o n so fd o c o n c e n t r a t i o nw a s1 0 - - 2 5 r a g l ,a n dw h e nd o 5 m g l ) 时则造成鱼中毒死亡含酚浓度高 的废水亦不宜用于农田灌溉，否则，会使农作物枯死或减产。水中含微量酚类，在 加氯消毒时，可产生特异的氯酚臭。因此，含酚工业废水的排放必须执行严格的标 准，一般条件下，规定挥发酚的最高允许排放浓度为o 5 m g l ；饮用水中挥发性酚 的浓度为o 0 0 1 m g l ；水源水体中含酚最高容许浓度为o 0 0 2 m g l ；根据这种要求， 必须对含酚废水的产生和已经产生的含酚废水采取有效的处理措施，严格控制排放。 1 1 2 含酚废水的处理技术 1 1 2 1 物化法 ( 1 ) 萃取法 萃取法是利用酚在萃取剂及水中的不同溶解度，采用与水不相溶的有机萃取剂， 从废水中将酚萃取出来，主要用于高浓度含酚废水的预处理及酚的回收。 目前常用的萃取剂有烃，芳香烃，醚类以及酮类等。采用萃取技术可使含酚废 水几乎完全资源化，不需生化处理，出水符合排放标准【舶。根据可逆反应一络合反 应萃取分离体系提出的络合萃取法处理含酚废水技术，经单一萃取后，就可使废水 达标，允许最高浓度可达5 0 0 0 0 m g l ，可在酸性，碱性或中性环境中使用，适用于 青岛大学硕士学位论文 各种含酚废水的处理【3 】 ( 2 ) 吸附法 根据酚有一定极性或表面活性的特点，可通过多孔固体吸附剂对含酚废水中的 酚进行吸附，经吸附饱和后，用有机溶液或碱液进行解吸再生，分离出酚，吸附剂 可长期反复使用。活性炭作为吸附剂在废水治理方面已经得到广泛应用【4 1 ，对高浓 度，低浓度废水都有较好的去除效果。活性炭吸附性能高，再生与回收都有较成熟 的经验，可作为焦化、炼油、石化废水的深度处理1 5 1 。此外活性炭还可与其他方法 相配合，组成其他新工艺，如a s p a c t 法等。大孔树i 旨l h 于具有多孔网状结构，有 很大的吸附表面积和孑l 径，吸附容量大，再生活化容易，尤其对酚吸附效率高，因 而被广泛地应用于含酚废水的处理中【6 1 。有机膨润土作为一种新的吸附材料，在废 水处理中越来越受到人们的重视【7 1 ，朱利中等人就有机膨润土在废水处理中的应用 进行了大量的研究【引。此外，有机高岭土、粉煤厌以及垃圾焚烧底灰作为吸附材料 在有机废水处理中的应用研究也有所报道【叭。 ( 3 ) 液膜法 液膜法是通过液膜的快速传递，同时进行萃取与反萃取从而达到分离与浓缩之 目的。将配制成的乳浊液分散于废水中，使之形成液膜，液膜将水相内水相氢氧化 钠溶液隔开，水相中酚透过液膜渗入内相，与水相乳液形成酚钠，酚钠不为溶剂所 溶解，因为无法透过液膜扩散返回废水中，这样，废水中酚便不断地通过液膜而被 富集，从而达到除酚目的。液膜法处理高浓度含酚废水具有高效率和低成本的特点， 越来越得到更广泛的应用【1 0 1 。 ( 4 ) 气提法 根据挥发酚可与水蒸汽形成共沸混合物，利用酚在两相中的平衡浓度差异，在 强烈对流中，挥发酚由水相转为气相，从而使废水得以净化，再用碱液洗涤含酚蒸 汽，回收粗酚。浓度较高的含酚废水可用于气提法处理，去除率在8 0 8 5 。废 水中苯酚的去除，还可用共沸蒸馏法。如添加一些助剂，可提高其去除率。加入的 添加剂要能与水共沸，而且其共沸点希望低于苯酚与水的共沸温度【1 1 1 。 1 1 2 2 化学法 ( 1 ) 化学氧化法 在废水中添加化学氧化剂，使酚氧化分解，同时也氧化水中的还原性物质。常 用的化学氧化剂为臭氧，过氧化氢等。 ( 2 ) 湿式氧化法 湿式氧化法( w e ta i ro x i d a t i o n ，简称w a o ) 最初由美国的f j z i m m e r m a n n 于19 5 8 年研究提出，用于处理造纸黑液。它是在高温( 1 2 5 3 2 0 ) 、高压( 0 5 2 0 m p a ) 下， 以氧气或空气为氧化剂，将废水中的有机物氧化降解成无机物或小分子有机物，达 2 第一章绪论 到去除污染物的一种水处理方法。与常规方法相比，具有适用范围广、处理效率高、 极少有二次污染、氧化速率快、可回收能量等特点。 ( 3 ) 光化学氧化法 光化学氧化是近2 0 年发展起来的先进氧化技术，它的反应条件温和、氧化能力 强、使用范围广，特别适用于有毒难降解有机物的处理。多相光催化氧化法用于水 中难降解污染物的去除，是8 0 年代中期发展起来的新技术，具有节能，高效等优势， 以二氧化钛为主的半导体催化剂在光照条件下，生成具有相当氧化还原性的电子与 孔穴，能使多种污染物得到不同程度的降解与去除，但光量子效率低、固定化技术、 催化剂的污染与活化等问题有待于进一步解决。与多相催化氧化相比，均相催化氧 化法其氧化能力和光解速率都大大提高，而且不存在催化剂的回收和固定，以及催 化剂的污染和活化等问题，因而是一种十分方便的处理技术，同益受到环境科学者 的重视，国内外已经有相关研究报道1 1 2 1 。常用的均相氧化体系有：u v f e n t o n ，u v 0 3 ， u v h 2 0 等，其中应用最多是f e n t o n 试剂。均相催化氧化法由于能耗高，催化剂用量 大，仅适用于低浓度有机物废水的处理。 ( 4 ) 超l 临界水氧化法 超临界水氧化法( s u p e r c r i t i c a lw a t e ro x i d a t i o n ，s c w o ) 是湿式空气氧化法的强化 和改进，是由美国m o d a r 公司于1 9 8 2 年开发成功的，其原理是利用超临界水作为 介质来氧化分解有机物。与湿式氧化法一样，超临界水氧化法也是以水为液相主体， 利用空气中的0 2 为氧化剂，在高温高压下反应。其改进与提高之处就是利用水在超 临界状态( 温度大于3 7 4 1 5 。c ，压力大于2 2 0 5 m p a ) 下的性质，水的介电常数减少至近 似于有机物与气体，从而使气体、有机物能完全溶于废水中，气、液相界面消失， 形成一个均相的氧化体系，消除了在湿式氧化过程中存在的相际传质阻力，提高了 反应速率，又由于在均相体系中，氧化态自由基的活性更高，氧化程度随之提高。 g l o y n a 的实验发现，在5 0 0 。c 和3 4 5 x 1 0 5 p a 下，5 m i n 之内可去除废水中超过9 9 9 的 c o d 。 ( 5 ) 超声化学氧化法 声化学氧化处理废水是利用超声空化效应所带来的高温高压( 温度大于5 0 0 0 k ) ， 几乎所有污染物在此条件下均可完全氧化降解。同时，水分子裂解产生羟基自由基， 也可以氧化降解污染物。在声化学氧化过程中，由于大多数氧化反应发生在液相主 体气泡界面上。j a m e sds y m o u r 通过往废水中加入盐类如n a c i 等，从而提高废水的 离子强度，把有机物从液相挤到液气界面上，大大提高有机物质的氧化效率，例如 利用2 0 k h z 的超声波，通过加入盐类，酚的氧化可提高3 倍，氯酚氧化可提高6 倍， 对乙基酚的氧化可提高7 倍【”】。 声化学处理废水是一种新发展起来的废水处理技术，在国内仍处在实验室研究 3 青岛大学硕士学位论文 阶段，对一些有毒难降解的有机废水如印染、纺织、造纸等工业的处理有少量研究。 由于该技术能量利用率低，存在着处理量小、费用高等问题。为此，一些学者相继 开发了几种超声波与其它水处理方法耦合的新工艺，如超声臭氧，超声、过氧化氢 等，取得了较好的效果。 1 1 2 3 生化法 生化法是利用微生物净化废水的方法，废水中含酚浓度较低时，适用于生化法 处理，该法处理效果较好，所需费用也较物化法低。但操作管理条件要求高，采用 生化法时要注意废水中不得含有焦油或油类物质，否则会使微生物死亡。 ( 1 ) 活性污泥法 活性污泥法是以活性污泥为主体的废水处理方法，该法目前已成为焦化、煤气、 炼油、木材防腐、合成橡胶、染料等工业废水治理的主要方法【1 4 l 。其优点是：设备 简单、处理效果好、受气候条件影响小等。缺点是预处理要求高，运行费用较高。 光和细菌( p s b ) 固定于活性污泥上并经驯化培养后，在好氧条件下处理含酚废水，可 明显提高去酚能力，可减少菌体流失，具有抗冲击力强，对温度、口h 值适应广等特 点，国外的几篇报道中也说明苯酚在活性污泥中也得到了很好的降解【”一7 1 。 ( 2 ) 生物膜法 生物膜【1 8 】是一种生长在固定介质表面上、由好氧微生物及其吸7 附、截留的有机 物所组成的粘膜。在处理废水时，废水流过生物膜，借助于生物膜中微生物的作用， 在有氧存在的条件下，氧化废水中的有机物质，经处理后的污水可以排放或作污水 灌溉。具体的应用方式有生物滤池法，生物转盘法，接触曝气法等。近年来，我国 生物膜法的研究开发着重于基础和应用两方面，主要内容有：( 1 ) 生物膜法的动力学模 式研究：( 2 ) 新的填充料的开发研究；( 3 ) 接触曝气法“无污泥低氧”运转控制研究；( 4 ) 在工业废水中处理的应用。 ( 3 ) 接触氧化法 接触氧化法又称a s f f 1 9 1 法，该法兼有生物膜法和活性污泥法的优点。自1 9 8 0 年以来，在我国得到较为广泛的应用。尤其在染料废水的处理中已取得良好的效益。 本法采用人工曝气，填料完全浸没在污水中，使微生物以固定生物膜的形态附着于 填料表面，与所需净化的污水相接触，从而对水中有机污染物进行降解与转化。 h a m a d e m f 2 6 1 采用多段a s f f 法处理含酚废水，当酚浓度为1 9 0 - - 9 0 0 m g l ，水力负荷 为0 0 2 o 2 2 m 3 m 2 d ，水温为2 0 时，酚去除率可达9 9 9 9 。 ( 4 ) 厌氧法【2 0 川 除了用好氧法处理含酚废水外，近年来，厌氧法的研究也取得了良好成果。研 究人员在对焦化废水的厌氧生物处理的实验中发现：焦化废水中的甲酚及二甲酚等 对厌氧微生物有抑制作用。因此，厌氧处理一般采用颗粒活性炭( g a c ) 滤床或流化 4 第一章绪论 床，g a c 膨胀床等，废水中大部分抑制性有机物首先被吸附在g a c 上，从而降低了 对厌氧微生物的抑制作用。用该法处理废水的主要问题在于c o d 和t o c 的去除率不 高，一般在7 0 0 , 6 左右，而且g a c 饱和较快，使用周期短，再生也有一定的困难，处 理的时间也比较长。此外，为了提高生化处理效率，选用高效优良菌种，应用投菌 法或固定化微生物细胞，以提高反应器内生物浓度，提高处理效率，缩小反应器体 积及节省能源是当前国内外废水生化处理研究的一个方向。针对某些特定的难生物 降解的有毒废水，可人工选育出降解能力强的菌种并将他们加入活性泥或生物转盘 中，以提高生物处理的效果。 长期以来，国内外的研究都表明，由于许多好氧菌及微生物可利用苯酚作为其 生长的碳源【6 5 】，因此生物法也是常用的除苯酚方法。 1 1 3 生物法除苯酚的国内外研究现状 1 9 9 3 年，刘永淞1 2 2 】用s b r 法处理含酚废水，研究发现进水苯酚浓度1 0 0 m g l 以内时，苯酚能达到很好的去除，并且探讨了温度对苯酚去除效果的影响，表明进 水温度在2 0 4 0 时苯酚的处理效果最佳。 1 9 9 3 年，周岳溪等【2 3 】采用s b r 法处理造漆工业废水的研究中表明，水温1 5 3 0 条件下，苯酚可以得到较好的降解。 1 9 9 5 年，周群英等阱】用s b r 工艺处理味精废水，s b r 处理系统分别在6 c 1 5 、2 5 士l 、2 5 3 0 恒温条件下运行，结果2 5 j ：1 运行结果最好，苯酚去 除率在9 5 以上。 2 0 0 2 年，吴罡等【2 5 】采用s b rt 艺处理含酚废水，研究结果表明苯酚浓度在 4 0 0 m g l 内，苯酚的去除率可达到9 6 。 2 0 0 2 年，于萍等1 2 q 在好氧生物处理中，采用活性污泥加沉淀池二级联合处理， 控制运行参数为：p n 值7 2 ，温度3 0 ，溶解氧质量浓度大于2 0 m g l ，在苯酚质 量浓度小于1 2 5 0 m g l 时，效果较好：当苯酚质量浓度增加到2 5 0 0 m g l 和4 5 0 0 m g l 时，处理失效，并有沉淀生成。 2 0 0 3 年，刘和【2 。7 】等采用经苯酚驯化后的活性污泥制成固定化微生物小球，处理 了两种不同类型的含酚废水：对于苯酚浓度为2 1 4 8 0 m g l 、c o d 为1 0 8 2 8 8 m g l 的 高浓度含酚废水，经2 4 h 处理后，对苯酚及c o d 去除率分别为5 0 1 和3 8 7 ；对 于苯酚浓度为1 8 0 7 m g l 、c o d 为9 4 7 m g l 左右的一般浓度混合含酚废水，经6 l i 处理后对苯酚及c o d 去除率分别为8 9 1 和8 4 6 ，而活性污泥法分别为7 6 6 和 7 5 o 固定化微生物法的c o d 去除率在废水c o d 1 5 0 0 m g l 时保持稳定，而活性污 泥法在c o d 2 o m g l 时，苯酚的降解速 率受d o 影响很小，而在d o 2 0 m g l 时，苯酚的比降解速率接 近最大值，增大d o 浓度对它几乎没有影响；而当d o 2 0 m e c l ，溶解氧浓度对硝化过程影响可不 予考虑。但d o 浓度不宜太高，因为溶解氧过高能够导致有机物分解过快，从而使 微生物缺乏营养，活性污泥易于老化，结构松散。此外溶解氧过高，过量能耗，在 经济上也是不适宜的。 第四章氨氦降解规律的研究 4 2 1 试验方案 本试验探讨s b r 反应器中d o 浓度对氨氮去除速率的影响，反应初始苯酚浓度 2 0 m g l ，氨氮浓度6 0 m g l ，在水温2 0 2 5 c ，p h8 5 左右，m l s s3 0 0 0 m g l 左右 时，每个周期通过改变曝气量控制d o 恒定。s b r 反应过程中分别控制d o 在 1 5 m g l 、2 0 m g l 和2 5 m g l 三个不同的水平，曝气8 小时，每曝气l 小时取一次 水样，测定三氮的浓度值。 4 2 2 结果与讨论 三氮浓度随时间的变化规律及氨氮的硝化速率见图4 5 、4 6 、4 7 和表4 2 图4 5 不同d o 下氨氮浓度随时问的变化 f i g4 5v a r a t i o no f n h 3 - n a td i f f e r e n td ow i t ht i m e 由表4 2 可看出，提高混合液d o 浓度，可加快硝化反应进程，反之，则硝化 反应速率下降。用图4 5 表示，可以更直观的看到d o 浓度对氨氮降解速率的影响。 将反应过程d o 的恒定值由1 5 m g l 提高到2 0 m g l 时，硝化速率由o 0 4 4 k g n h 3 - n ( k g m l s s d ) 提高到了0 0 6 5 k g n h 3 - n ( k g m l s s d ) ，反应时间缩短了3 0 。过程 d o 的恒定值由2 0 m g l 提高到2 5 m g l ，反应时间没有明显变化，硝化速率都在