高濃度工業廢水處理兩相厭氧法
近年來，工業廢水的排放量大幅上升，同時其濃度也是越來越高，高濃度的工業廢水處理成為難題。這些高濃度工業廢水主要來自造紙、制藥、金屬表面處理、紡織印染、石化等重污染行業，含有大量難降解或無法降解物質以及有害有毒物質。基于該背景對高濃度工業廢水的處理問題進行研究。目前應用較多的方法可以分為物理方法、化學方法以及生物方法。在最近幾十年，由于生物處理法發展得更加成熟，并且具備環保特性，使其得到了廣泛的應用，在各國的防治水污染工作中都起到了很大作用。其中兩相厭氧法是一種新出現的生物處理法，能夠達到很好的工業廢水處理效果，因此基于兩相厭氧法進行高濃度工業廢水處理的研究。
1、試驗設計與試驗材料
1.1 試驗材料
試驗中，選擇某化工產品生產公司的高濃度工業廢水作為試驗材料。在該公司的廢水綜合排放口取得一定試驗高濃度工業廢水，其中包括沖洗廢水、回收殘液、母液類等多種廢水。取得的試驗高濃度工業廢水中含有各種副反應產物、反應物產品及原料，具有毒性大、色度深、可生化性差、COD值高等特征。
1.2 試驗設備及儀器
在試驗中，使用的設備及儀器包括顯微鏡、電磁攪拌器等，具體如下。
型號為FVJ3456TS，生產廠家為加德泵業生產有限公司的計量補液泵；型號為AFQ－4414Q，生產廠家為海樹精密儀器生產有限公司的顯微鏡；型號為CＲD2345，生產廠家為海樹精密儀器生產有限公司的電磁攪拌器；型號為DWEQ32－4566，生產廠家為加特電爐生產廠的管式電阻爐；型號為EＲGVV－34，生產廠家為天緣精密儀器生產廠的恒溫電熱鼓風干燥箱；型號為ＲFWＲF－23，生產廠家為精科儀器制造廠的分析天平。
1.3 試驗設計
1.3.1 試驗裝置設計
設計的試驗裝置由三部分構成，包括產甲烷反應器、中間調節池、產酸反應器。其中產甲烷反應器與產酸反應器分別設計成UASB反應器與CSTＲ反應器。試驗裝置整體設計具體見圖1。
其中CSTＲ反應器的設計具體如下：
(1)配置加熱裝置；
(2)設置了四個取樣口，直徑為5mm；
(3)底部錐形進水結構的高是125mm，錐度是45度；
(4)設置的出流方式包括回流口與出水口兩種；
(5)沉降區容積設計為19.8L，高設為300mm，內徑設為290mm；
(6)反應區容積設計為39.7L，高設為1260mm，內徑設為190mm；
(7)反應器有效容積設計為56.2L，總容積設計為59.5L；
(8)總高設為1560mm；
(9)材料使用PVC聚氯乙烯。
中間調節池設計為一個柱狀沉淀池，為其設計一個錐形底部，其錐高設為260mm，總高設為610mm，內徑設為240mm。將進水管伸到池底部，在頂部對加藥口進行設置，并在錐底對污泥排放口進行鋪設。
UASB反應器的設計具體如下：
(1)為反應器配置加熱裝置和攪拌裝置；
(2)在底部側面設置污泥回流口，頂部設置排氣口，在距底部150mm處對采樣口進行設置，距底部50mm處對進水口進行設置；
(3)材料選擇有機玻璃；
(4)有效容積設計為15.2L；
(5)總容積設計為19.5L；
(6)總高設為450mm；
(7)反應器內徑設為240mm。
在設計的試驗裝置中，對于產酸反應器來說，在配水槽中進行進水取樣，在出水口處進行出水采樣；對于產甲烷反應器來說，在回流槽中進行進水取樣，在出水槽進行出水采樣；取樣污泥樣品則在所需反應器的對應采樣口處進行。
1.3.2 分析項目
試驗中的分析項目包括污泥形態、污泥微生物量、VFA、COD、進出水pH值等。分析項目的具體分析方法見表1。
其中VSS即揮發性懸浮固體的分析方法具體如下：對定量濾紙進行干燥處理直至恒重。洗滌瓷坩鍋，在馬弗爐中對瓷坩鍋中的樣品進行一小時的灼燒，溫度控制在600℃。當爐內降溫到100℃時，將瓷坩鍋取出并在干燥器內冷卻，冷卻后稱重。在瓷坩鍋中取出適量均勻水樣，體積為毫升，利用濾紙進行過濾。干燥后燃燒并放在瓷坩鍋中灼燒。灼燒后當降溫到100℃時，將瓷坩鍋取出并在干燥器內冷卻，冷卻后稱重。
通過下式計算VSS的含量及灰分含量：
上式中a表示濾紙重量；c代表濾紙和懸浮物重量；W表示灰分重量；b代表坩堝重量；d表示灰分和坩堝重量。
SS即混合液總懸浮物的分析方法具體如下：在烘箱中對中速定量濾紙進行烘干，溫度設定為102℃～105℃，烘干時間設定為兩小時。完成烘干后冷卻并稱重直到恒重。取適量均勻水樣，利用濾紙進行過濾。在烘箱中對濾紙及上面的沉淀物進行兩個小時的烘干處理，溫度設定為103℃～105℃。冷卻后進行稱重。
通過下式進行SS含量的計算：
在VFA即揮發性脂肪酸的分析中，使用的試劑為乙二醇、酸性氯化鐵試劑、硫酸羥胺溶液(10%)、氫氧化鈉(4.5mol/L)、1∶1硫酸。測定分為兩個步驟，首先配制乙酸標準液并繪制標準曲線，接著對樣品進行測定。
COD的分析中，使用的試劑為標準COD溶液、粉末硫酸汞、標準重鉻酸鉀溶液、硫酸銀溶液(5g)、濃硫酸(500ml)。在實驗中對替代試劑進行自制，通過HACH－COD測定儀進行密封加熱，使用直讀光度計程序對COD進行測定。
1.4 污泥接種
將好氧剩余污泥當做接種污泥，由于其中含有絮凝劑，實施一周左右的曝氣培養。為使污泥達到初步適應狀態，加入少量廢水。
在污泥接種中，Ｒ1(產甲烷反應器)污泥接種量是9L，污泥床可達到250mm的高度，污泥在反應器中占據60%的體積。在接種后，平均反應器污泥濃度約為21g·SS/L。Ｒ2(產酸反應器)污泥接種量是28L，污泥床可達到700mm的高度，在反應器中占據70%的體積。在接種后，平均反應器污泥濃度約為23g·SS/L。
1.5 厭氧反應器啟動
首先實施產甲烷反應器和產酸反應器的氣密性試驗，以順利進行厭氧污泥接種。檢測氣密性的方法具體如下：將二者分別連接蠕動泵，將自來水當做進水并連續進水。當反應器中充滿自來水后，將蠕動泵調節為空轉狀態并運行。此時在反應器內會連續產生氣泡，當集氣裝置可以收集到氣體，代表反應器具備良好的氣密性。當確定其氣密性良好后，在反應器上部的污泥接種口中接入過濾后的種泥。在接種污泥后靜沉，反應器內會出現明顯的污泥分層。
2、試驗結果分析
2.1 去除結果分析
首先在常溫運行狀態下對兩相厭氧法的COD去除情況與氨氮濃度變化情況進行觀察。在進水COD與氨氮濃度不斷增長的情況下，裝置的出水COD與氨氮濃度變化情況具體見圖2。
根據圖2中的數據，在25℃和20℃時，隨著進水濃度不斷增長，裝置出水中COD與氨氮濃度整體變化不大，保持著很好的出水水質；在15℃以及10℃時，裝置出水中COD與氨氮濃度升高，出水水質有所下降。該結果說明，在25℃－20℃之間，由于微生物有著較高的活性，因此處理COD與降低氨氮濃度的能力較強；而當溫度下降至15℃－10℃的區間，微生物整體活性下降，處理COD與氨氮的能力也隨之下降，使出水中的COD與氨氮濃度整體有所增加。但在10℃時，裝置出水中COD與氨氮濃度仍然低于250mg/L，仍然保持著較高的COD與氨氮濃度去除能力，說明兩相厭氧法適用于低溫下的高濃度工業廢水COD與氨氮去除處理。
2.2 VFA變化情況分析
裝置啟動后，Ｒ1出水與Ｒ2出水的VFA變化情況具體見表2。
由表2的VFA變化情況可知，在啟動初期，Ｒ1出水與Ｒ2出水的VFA含量差異較小且較低，這是由于剛啟動反應器后污泥活性較低，再加上水力停留時間比較長，因此二者分相不明顯。
在啟動中期，水力停留時間減少，使進水COD負荷不斷提升，Ｒ1由于COD負荷的提升出現VFA含量上升的現象，但上升幅度較小。Ｒ2由于水解酸化現象使VFA含量大幅提升。
在啟動后期，Ｒ1的微生物活性持續提高，因此VFA含量沒有上升。而Ｒ2的COD負荷持續增長，使其VFA含量大幅上升。
2.3 污泥生物量變化情況分析
試驗裝置需要產生足夠的厭氧污泥才能證明其成功啟動，基于此對反應器中污泥形態及生物量是否足夠進行測試。其中生物量變化情況測試結果具體見圖3。
根據圖3的污泥生物量變化數據，可以發現反應器在啟動后各項指標都在不斷增大，這說明反應器中的污泥活性在逐漸增大。
污泥的形態觀察結果為污泥顏色越來越深直到變成黑亮色，并且底部出現了一些1mm以上粒徑的顆粒污泥，說明試驗裝置運行狀態良好。
2.4 SS/VSS含量變化情況分析
最后對SS/VSS含量變化情況進行測定，結果具體見表3。
表3數據表明，試驗裝置實現了SS與VSS含量的降低，在運行中期其效果開始變得顯著。
3、結語
在基于兩相厭氧法進行高濃度工業廢水處理研究的過程中，成功通過兩相厭氧法設計了一種處理效果良好的高濃度工業廢水處理裝置。在試驗中，裝置的效果得到了驗證，但也發生了污泥上浮、短流等問題，將會在今后的研究中對這些問題進行改善。（
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