基于一体式两相厌氧-PACT好氧组合工艺的工业废水处理特性研究

工业废水的主要污染源来自石油化工,印染和金属表面处理等重污染行业,含有大量有毒有害物质,是引起水环境污染的重要原因,也是水污染控制与治理的重点和难点.以苯系物为代表的有机物和金属离子是工业废水中的典型污染物,如处理不当,会对水生态环境造成严重影响,危害生物圈的健康,也会给人类带来疾病.工业废水的治理一般首先采用物理或化学技术,将废水中的污染物进行物理分离或高级氧化,减少污染物的数量或将有机大分子污染物转化为低毒,易生物降解的低分子有机物,再采用生物技术将其氧化成CO2和H2O. 废水生物处理主要包括厌氧和好氧生物... 展开 工业废水的主要污染源来自石油化工,印染和金属表面处理等重污染行业,含有大量有毒有害物质,是引起水环境污染的重要原因,也是水污染控制与治理的重点和难点.以苯系物为代表的有机物和金属离子是工业废水中的典型污染物,如处理不当,会对水生态环境造成严重影响,危害生物圈的健康,也会给人类带来疾病.工业废水的治理一般首先采用物理或化学技术,将废水中的污染物进行物理分离或高级氧化,减少污染物的数量或将有机大分子污染物转化为低毒,易生物降解的低分子有机物,再采用生物技术将其氧化成CO2和H2O. 废水生物处理主要包括厌氧和好氧生物技术,目前在实际工程中应用较多的厌氧接触工艺,厌氧流化床工艺,上流式厌氧工艺和两相厌氧工艺具有各自的优缺点,在反应器的结构形式上仍有较大改进空间来提高厌氧处理的效率.生物强化技术是指通过生物反应器改进,固定化微生物技术和投加高效菌群等提高生物处理效能.好氧生物强化技术中应用较广的粉末活性炭生物强化技术(PACT)由于涉及到复杂的吸附与生物降解同步作用过程,目前的相关研究对PACT工艺缺乏全方位表征,使得PACT工艺在实际应用中针对性不强.而工业废水生物处理过程中COD去除到一定的程度时,很难继续降低,相关研究表明生物处理出水中溶解性有机物(DOM)是影响出水水质的主要原因.溶解性微生物产物(SMP)是生化处理出水中有机物的主要组成部分,SMP的存在提高了出水COD,显著降低了系统处理效率,并对尾水深度处理造成了较大影响.因此,综合目前广泛使用的上流式,混合式和折流式三类厌氧反应器的特点,通过结构优化和改进,研发新型的一体式两相厌氧反应器处理具有典型特征的工业废水,在此基础上进一步采用PACT好氧工艺进行生物强化降解处理,并对生物处理过程中的溶解性有机物产出特性进行研究,对于优化和改进工业废水生物处理工艺,提高处理效率具有重要意义. 本论文基于上述背景,在自主研发的一体式两相厌氧反应器基础上开展了"一体式两相厌氧+PACT好氧工艺"处理工业废水的影响因素及SMP产出特性研究,主要研究内容和结论如下: (1)设计开发出一种新型一体式两相厌氧反应器,考察了该厌氧反应器处理实际和模拟工业废水的处理效果,研究了典型有机毒物甲苯和重金属离子Ni2+对厌氧系统的影响.研究表明一体式两相厌氧反应器内部产酸相和产甲烷相实现了一定程度的分离,提高了抵抗冲击负荷影响的能力,对废水B/C提升效果明显.不同浓度的有机毒物甲苯对厌氧系统会产生不同抑制作用,并对厌氧发酵方式产生影响.金属离子Ni2+是微生物生长所需的微量营养元素,低浓度的Ni2+刺激厌氧微生物生长,随着Ni2+浓度增加对微生物的抑制作用逐渐增强.厌氧系统在投加Ni2+前后产酸相和产甲烷相中挥发性脂肪酸(VFA)的浓度表现出不同变化趋势,总体而言Ni2+浓度≤30mg/L时对厌氧系统的产酸发酵和甲烷化均具有促进作用,产酸量出现波动式增加,发酵方式以丙酸型发酵为主.当进水Ni2+浓度较高时,由于产酸相起到了较好的缓冲作用,产甲烷相仍能保持较好的出水水质. (2) PACT好氧工艺对污染物的去除效果要优于活性污泥法和纯粉末活性炭吸附法,PACT工艺是活性炭吸附和生物降解共同作用,相互促进的结果,伪二级动力学方程较好地拟合了PACT工艺反应动力学数据,粉末活性炭颗粒外的微生物降解作用对反应动力学影响较大,活性炭吸附过程中污染物在颗粒内部的扩散作用是次要原因,活性污泥系统中的生物强化作用伴随着固定化微生物和微生物的不完全再生过程. (3)厌氧系统中产酸相是SMP的累积阶段,产甲烷相是SMP的代谢和生成阶段.产酸相的有机物相对分子质量呈"双峰"分布,产甲烷相的有机物相对分子质量呈"三峰"分布;厌氧出水中的溶解性有机物主要为酸类,醇类和酯类等物质.不同浓度的甲苯对厌氧微生物代谢能力的影响各不相同,高浓度甲苯对厌氧微生物具有明显抑制作用.厌氧系统中产酸相污泥对Ni2+具有一定的滞留能力,而SMP对Ni2+具有一定的络合作用;不同浓度的甲苯和Ni2+影响产酸相和产甲烷相出水中SMP组分和荧光物质的变化.好氧系统SMP的产生量呈现先增后降的趋势,SMP呈现低分子和高分子化合物的双峰区域分布,出水中溶解性有机物主要为醛类,酸类,酯类和酮类等物质. (4)采用"一体式两相厌氧+PACT好氧"工艺处理实际工业废水的中试研究表明,组合工艺中一体式两相厌氧工段可以有效提高废水B/C比,好氧工段投加粉末活性炭可以有效提高好氧系统的稳定性和处理效果.对组合工艺中不同工段出水的相关分析检测表明废水经过不同工艺流程处理后毒性明显降低,反应器中生物相良好,出水水质优于常规"厌氧+好氧"工艺.综合研究成果,对示范工程-某工业园区污水处理厂的厌氧和好氧工段进行了技术改造,处理出水稳定达到排放标准的要求. 收起

化工园区工业污水"分类分质"处理工艺系统设计

为提高化工园区环境治理水平,太湖流域某化工园区建设专业的污水处理厂用于处理化工废水.通过"一企一管,明管(专管)输送"方式收集园区内各企业化工废水后排放至园区专业污水处理厂,按照"分类收集,分质处理"的方式进行集中处理.污水处理厂设计规模为1.0×10^(4) m^(3)/d,其中有机化工废水采用"调节均质+水解酸化+AO生化+芬顿氧化+高效沉淀+活性炭原位吸附脱附"组合工艺处理,无机化工废水采用"调节均质+高效沉淀"工艺处理,出水水质能稳定达到《太湖地区城镇污水处理厂及重点工业行业主要水污染物排放限值》(DB 32/1072—2018)及《化学工业水污染物排放标准》(DB 32/939—2020)排放限值要求.平均废水处理成本约为8.466元/m^(3).