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近年来,随着纺织业的发展,其产生的环境污染日趋严重,其中上浆环节所产生的含有PVA上浆废水(简称上浆废水)引起的环境污染已经制约了纺织业的可持续发展。PVA废水的处理方法有很多,但实际中尚未找到处理效率高,成本低的处理方法。本文以上浆废水为处理对象,采用自主研发的螺旋对称流厌氧专利反应器(SSSAB)为载体,以期获得一种高效稳定的上浆废水处理方法。
本文通过杯罐批次试验,分析了厌氧生物法处理上浆废水的可行性;以SSSAB为主要载体,从去除效能、运行稳定性和颗粒污泥形态等方面研究了厌氧生物流化床处理上浆废水的运行性能。具体研究结果如下:
1、厌氧生物流化床处理模拟上浆废水
(1)当淀粉浓度:PVA浓度为1.875:1时,COD和PVA的去除效果最佳。COD和PVA的去除率分别为55.2%和46.8%,与未加淀粉相比COD和PVA去除率分别提高了34.2%和30.0%。
(2)采用SSSAB处理PVA废水是可行的。
a) 用淀粉为共基质,采用逐步增加淀粉和PVA浓度的方式快速增加SSSAB的有机负荷,30 d可启动成功,COD和PVA的分别去除率可达90.0%和38.6%。停车20 d后,SSSAB的性能可很快恢复(17 d),重启后COD去除率可达90%,PVA的去除率在40% ~53%之间。
b) 当HRT分别为92 h、74 h~47 h和41 h~35 h时,COD的平均去除率分别为79.7%、59.9%和58.2%,而相应的PVA的平均去除率分别由30.9%缓慢降至26.2%,再迅速降至19.1%;缩短HRT至47 h以上的PVA去除率下降缓慢,微生物需要更长的时间降解PVA相对淀粉而言。
2、厌氧-好氧生物流化床处理实际上浆废水
(1)上浆废水稀释16倍(即COD为3000 mg/L左右)时甲烷产率最大,此时厌氧污泥对上浆废水的利用率最高,COD去除率为41.9%。
(2)采用SSSAB处理上浆废水可取得较好的效果。
a) SSSAB处理上浆废水启动快。首次启动,历时55 d采用逐渐增加OLR方式可使SSSAB启动成功,COD和PVA的平均去除率分别可达和89.0%和38.6%。中途停车(停车20 d)再启动,SSSAB可在17 d后快速恢复,重启后COD和PVA平均去除率可达89.0%和36.9%。
b) HRT 92 h~47 h和41 h~ 35 h时,COD平均去除率分别为72.5%和67.8%,而相应的PVA的平均去除率分为25.8%和18.0%。最高OLR可达(4.10±0.18)kg·(m3·d)-1,COD去除率为67.4%,但PVA去除率仅为15.5%。
c) 厌氧-好氧工艺对COD和PVA的平均总去除率分别为80.0%(厌氧和好氧分别平均贡献70.0%和10.0%)和60.0%(厌氧和好氧分别平均贡献23.5%和36.5%)。好氧反应器对有机物去除效果波动较大,COD和PVA的去除率分别为15%~60%和30%~60%之间。
3、两级厌氧-好氧生物流化床处理实际上浆废水
(1)两级厌氧-好氧工艺,COD和PVA平均总去除率可达89.4%(一级厌氧、二级厌氧和好氧分别平均贡献64.3%、7.1%和18.0%)和90.7%(一级厌氧、二级厌氧和好氧分别平均贡献18.1%,21.0%, 51.6%)。一级厌氧主要降解上浆废水中的淀粉和一部分PVA,二级厌氧主要将废水中的PVA近一步降解。
(2)一级和二级厌氧反应器各段中优势菌群各有不同:一级厌氧反应器底部主要为丝状菌、球菌和杆菌,无明显优势菌;中部优势菌为丝状菌,伴有少量球菌;上部优势菌为球菌和杆菌,有少量丝状菌。二级厌氧反应器底部主要为杆菌;中部优势菌为杆菌,伴有球菌;上部菌群和中部相似,但比中部有更多的球菌。在二级厌氧反应器的中部和上部观察到一级厌氧反应器中没有的链球菌,推测此菌为PVA降解菌。
(3)两级厌氧-好氧工艺与厌氧-好氧工艺相比,对上浆废水的处理效果更好。COD的总去除率由80.0%增加到89.4%左右,PVA的总去除率由60.0%增加到90.7%。
本文通过杯罐批次试验,分析了厌氧生物法处理上浆废水的可行性;以SSSAB为主要载体,从去除效能、运行稳定性和颗粒污泥形态等方面研究了厌氧生物流化床处理上浆废水的运行性能。具体研究结果如下:
1、厌氧生物流化床处理模拟上浆废水
(1)当淀粉浓度:PVA浓度为1.875:1时,COD和PVA的去除效果最佳。COD和PVA的去除率分别为55.2%和46.8%,与未加淀粉相比COD和PVA去除率分别提高了34.2%和30.0%。
(2)采用SSSAB处理PVA废水是可行的。
a) 用淀粉为共基质,采用逐步增加淀粉和PVA浓度的方式快速增加SSSAB的有机负荷,30 d可启动成功,COD和PVA的分别去除率可达90.0%和38.6%。停车20 d后,SSSAB的性能可很快恢复(17 d),重启后COD去除率可达90%,PVA的去除率在40% ~53%之间。
b) 当HRT分别为92 h、74 h~47 h和41 h~35 h时,COD的平均去除率分别为79.7%、59.9%和58.2%,而相应的PVA的平均去除率分别由30.9%缓慢降至26.2%,再迅速降至19.1%;缩短HRT至47 h以上的PVA去除率下降缓慢,微生物需要更长的时间降解PVA相对淀粉而言。
2、厌氧-好氧生物流化床处理实际上浆废水
(1)上浆废水稀释16倍(即COD为3000 mg/L左右)时甲烷产率最大,此时厌氧污泥对上浆废水的利用率最高,COD去除率为41.9%。
(2)采用SSSAB处理上浆废水可取得较好的效果。
a) SSSAB处理上浆废水启动快。首次启动,历时55 d采用逐渐增加OLR方式可使SSSAB启动成功,COD和PVA的平均去除率分别可达和89.0%和38.6%。中途停车(停车20 d)再启动,SSSAB可在17 d后快速恢复,重启后COD和PVA平均去除率可达89.0%和36.9%。
b) HRT 92 h~47 h和41 h~ 35 h时,COD平均去除率分别为72.5%和67.8%,而相应的PVA的平均去除率分为25.8%和18.0%。最高OLR可达(4.10±0.18)kg·(m3·d)-1,COD去除率为67.4%,但PVA去除率仅为15.5%。
c) 厌氧-好氧工艺对COD和PVA的平均总去除率分别为80.0%(厌氧和好氧分别平均贡献70.0%和10.0%)和60.0%(厌氧和好氧分别平均贡献23.5%和36.5%)。好氧反应器对有机物去除效果波动较大,COD和PVA的去除率分别为15%~60%和30%~60%之间。
3、两级厌氧-好氧生物流化床处理实际上浆废水
(1)两级厌氧-好氧工艺,COD和PVA平均总去除率可达89.4%(一级厌氧、二级厌氧和好氧分别平均贡献64.3%、7.1%和18.0%)和90.7%(一级厌氧、二级厌氧和好氧分别平均贡献18.1%,21.0%, 51.6%)。一级厌氧主要降解上浆废水中的淀粉和一部分PVA,二级厌氧主要将废水中的PVA近一步降解。
(2)一级和二级厌氧反应器各段中优势菌群各有不同:一级厌氧反应器底部主要为丝状菌、球菌和杆菌,无明显优势菌;中部优势菌为丝状菌,伴有少量球菌;上部优势菌为球菌和杆菌,有少量丝状菌。二级厌氧反应器底部主要为杆菌;中部优势菌为杆菌,伴有球菌;上部菌群和中部相似,但比中部有更多的球菌。在二级厌氧反应器的中部和上部观察到一级厌氧反应器中没有的链球菌,推测此菌为PVA降解菌。
(3)两级厌氧-好氧工艺与厌氧-好氧工艺相比,对上浆废水的处理效果更好。COD的总去除率由80.0%增加到89.4%左右,PVA的总去除率由60.0%增加到90.7%。