论文部分内容阅读
在橡胶、制革、食品发酵等工业领域，生产过程中会产生大量含有高浓度硫酸盐、氨氮以及有机污染物的废水。在针对这类废水的处理过程中，厌氧生物处理不仅费用低、对COD、BOD的去除率高，而且可以提高废水的可生化性，是后续好氧生物处理的必要保障，已经成为了处理中不可或缺的工艺环节。然而废水中高浓度的硫酸盐在厌氧环境中，将会在硫酸盐还原菌的作用下被转化成为大量的H2S。产生的H2S将对大多数厌氧菌产生直接或间接的抑制作用，同时H2S对生态环境也有着非常巨大的危害。因此，有关的处理工艺在处理这类废水的过程中必须解决以下两个问题:(1)降低H2S对厌氧菌的抑制作用，以保障厌氧反应器的运行效率;(2)避免H2S释放造成环境污染。在实际应用中，还必须最大限度地降低建设投资和运行费用，使之能够被市场所接受。现有的厌氧处理工艺中，常规的如单相厌氧工艺不能消除H2S对微生物的抑制作用，两相厌氧工艺和单相吹脱工艺投资较大，运行费用较高。在H2S的处理方面，前人提出了采用光合细菌和无色细菌将之氧化成单质硫的工艺方案，并且进行了相关的实验研究。很显然，高硫酸盐高氨氮高浓度有机废水处理必须通过多种工艺技术的组合才能完成，但相关的技术集成方案和实验研究鲜有报道，技术瓶颈依然存在。本论文研究提出了利用厌氧处理、好氧硝化与同步脱硫反硝化相结合的工艺，利用不同反应器之间的过程与功能耦合与互补，实现对废水中硫酸盐、氨氮以及有机污染物的同步去除。
根据厌氧、好氧和同步脱硫反硝化反应器的主要特点及其生化反应类型，提出了高硫酸盐高氨氮高浓度有机废水处理的工艺流程和实验方案，建立了有关的实验装置。选用佛山市静安污水处理厂的厌氧污泥和好氧污泥，经过适当驯化后分别对厌氧反应器和好氧反应器进行接种。实验进水取自佛山市某调味食品有限公司初沉池的污水，经过适当稀释与添加葡萄糖、硫酸盐等，以调节进水中污染物的成分与浓度。将进水COD浓度为5000mg/L，硫酸盐浓度为1000mg/L，水力停留时间为12h，厌氧出水与好氧出水的混合比为3∶1，系统温度为25～30℃，pH≈6.8设定为基准实验条件。此时反应器的COD负荷为10000mg/(L·d)、硫酸盐负荷为2000mg/(L·d)。系统在启动之后，使系统在基准实验条件下运行30天，系统的COD去除率达到85％，硫的去除率达到70％，氨氮去除率达到43％，系统运行稳定。
在基准实验条件下，通过分别改变进水中的COD浓度、硫酸盐浓度、pH等参数来监测这些参数对具体某一个反应器或者整个系统运行状况的影响。实验结果显示，进水COD浓度的增加会使得整个系统的COD去除率降低，而系统的硫去除率增加。进水硫酸盐浓度的增加会使整个系统的COD去除率与硫去除率都明显降低。控制厌氧反应器内部pH≈6.8、同步脱硫反硝化反应器内部的pH≈8.0时，可以使系统保持较高的COD去除率与硫酸盐转化率。调整厌氧出水与好氧出水的混合比分别为3∶1和3.5∶1时，即S∶N分别为5∶3.3和5∶3.8时，整个系统的硫去除率达到较高值。
利用自产气体对厌氧反应器进行吹脱，可以使更多的H2S以气体形式离开溶液，降低溶液中H2S的浓度，从而减轻H2S对厌氧菌的抑制，提高系统的处理效率与硫酸盐的负荷能力。
厌氧反应器所产生的H2S气体在同步脱硫反硝化反应器中会有部分被吸收，而H2S的吸收率受到通气速率的影响。将通气速率控制在0.83～1.25mL/(min*L)时，可以使得H2S在同步脱硫反硝化反应器中达到70％的吸收率。由于气体中的部分H2S参与到了同步脱硫反硝化反应中，气体中的H2S含量减少，在一定程度上降低了回收气体中H2S的成本。
分别改变进水中的COD浓度、硫酸盐浓度、pH、水力停留时间等参数，监测厌氧反应器单位时间的总产气量与H2S产气量的改变情况。实验结果显示，厌氧反应器进水中硫酸盐浓度的增加，会使得厌氧反应器的总产气量减少，H2S产气量增加。而进水中的COD浓度的增加，会使得厌氧反应器的总产气量与H2S产气量都增加。厌氧反应器的H2S产气量随着pH的增加而明显降低，而总产气量在pH≈7.0时达到最大值。当pH≈6.8时，厌氧反应器的总产气量与H2S产气量都保持较大值。将厌氧反应器的COD容积负荷控制在5000mg/(L·d)，硫酸盐的容积负荷控制在1000mg/(L·d)，总产气量在12h＜HRT＜20h时达到最大值。而H2S产气量则随着HRT的增加而增长。