腈纶废水的水解酸化试验
厌氧生物降解过程一般分为3 个阶段： 水解发酵阶段、产氢产乙酸阶段、甲烷发酵阶段， 前两个阶段又称为水解酸化阶段。考虑到产甲烷菌与水解产酸菌的生长速度不同。近年来， 国内外陆续报道了利用厌氧水解工艺处理各种工业废水的试验研究。水解酸化的作用将废水中的非溶解态有机物水解成溶解态有机物， 将某些难生物降解有机物转化为易生物降解物质， 改善废水的可生化性， 降低一部分有机污染物和污泥产率， 能够大大缩短反应器停留时间。根据微生物在反应器内的生长状态， 可把各种反应器分为三大类型： 悬浮式反应器、接触式反应器、复合式反应器。复合式反应器内既存在水解(酸化)的污泥， 又存在水解(酸化)生物膜， 形成水解(酸化)污泥-生物膜的综合体。
腈纶废水是一种难降解有机废水， 污染物组成复杂， 毒性高。以水解酸化作为腈纶废水前处理工艺， 对复合水解反应器启动运行情况及影响因素进行研究与分析， 目的在于确定最佳的运行参数。
1 材料与方法
1.1 试验装置
反应器由圆柱形有机玻璃加工而成，反应区有效体积15 L，反应器半径100 mm，高径比为10 ∶1。反应器安装在恒温室中，温度可在10 ～ 40 ℃之间调节，反应器内添加聚氯乙烯梅花型填料，微生物可附着生长、繁殖，形成挂膜性能良好的生物复合体，有回流作用，能有效地截留和吸附废水中的颗粒性物质和胶体物质，可形成悬浮相污泥复合体。采用内循环式，反应器内循环由蠕动泵控制，废水由进水泵打入高位水箱， 再由流量计计量进入主反应区，由出口排出。反应器装置如图1 所示。
1.2 试验材料
1.2.1 接种污泥
接种污泥为大庆炼化厂的好氧絮状污泥， 污泥呈灰黑色， 松散絮状， 污泥的m(VSS)/m(SS) =0.89， 接种量为3 L，反应器内的污泥质量浓度约20g[VSS]/L。微生物能附着聚氯乙烯填料生长，可形成良好的生物膜， 反应器启动初期无进水， 循环回流培养污泥5 d， 之后将废水通入反应器内，流量由1L/d 增加到10L/d， 持续30d。
1.2.2 试验用水
试验用水为大庆石化厂的工业废水， 水质见表1 所示。
2 结果与讨论
2.1 进水CODCr
浓度对复合水解反应器的影响在启动初期， 反应器在低浓度、低流速的条件下运行， 水解反应器HRT 维持在24 h， 进水CODCr的质量浓度为150 mg/L， CODCr容积负荷为0.31 kg/(m3·d)，对污泥进行培养驯化。随着进水CODCr变化， 反应器CODCr去除率的变化情况如图2 所示。运行过程中发现， 因进水COD Cr浓度较低， 水解反应器停留时间过高，大部分可降解的有机物被去除。由于污泥负荷较低， 水解反应器启动较为容易。随着进水CODCr值逐步增加， 去除率增加。当进水CODCr质量浓度超过1 200 mg/L 时，反应器CODCr去除率增加缓慢， 大体上保持在20%。废水的可生化性得到极大地提高， m(BOD5)/m(CODCr)由0.31 提高到0.51(见图3)， 有利于后续的生物处理。表明复合水解反应器对有机负荷有较好的适应能力，启动迅速， 出水水质稳定。
2.2 温度对复合水解反应器的影响
水解反应是一个典型的生化反应， 因此，温度对水解反应的影响符合一般的生物反应规律， 即在一定的范围内， 温度越高， 水解反应的速率越大。在不同水温下CODCr去除率见图4。从图4 中可以看出， 在最低温度10 ℃ 下， 反应器仍可稳定运行， 其CODCr去除率与最高温度时差异不大，去除率基本保持在20% 左右。说明当温度在10 ～ 25 ℃之间变化， 水解反应速率变化不大， 复合水解反应器对低温变化的适应性较强。一方面由于水解反应器内形成大量的活性污泥， 污泥浓度高， 水解酸化细菌对温度的变化也不敏感，温度波动对大生物量的影响不大; 另一方面可以从传质的角度来解释，
本反应器添加梅花型填料， 有利于微生物的生长，能有效地截留和吸附废水中的颗粒性物质和胶体物质， 这是个快速反应的物理过程，所需时间较短，截留下来的物质吸附在水解污泥的表面， 慢慢被分解， 这就使反应器内污泥停留时间要大于水力停留时间， 保证一定的去除率。因而温度在一定范围内对水解酸化的影响甚微，这与De Zeeuw 等的报道一致。
2.3 HRT 对复合水解反应器的影响
HRT 是水解反应器运行控制的重要参数之一，直接影响水解酸化的处理效果，在温度为25 ℃ 左右， 进水CODCr的质量浓度为1400 mg / L 左右的条件下来改变HRT。图5 表示HRT 对复合水解反应器CODCr去除率的影响趋势。从图5 中可以看出， CODCr去除率是随着HRT 的提高而增加， 但影响不是很大。当HRT 超过7 h， CODCr去除率提高很少， 在7 ～ 9 h 内， CODCr去除率较高。虽然继续延长HRT 还可能提高去除率，但已不是很明显。因为这一阶段主要是水解酸化细菌在生物酶作用下将不溶性有机物水解成溶解性有机物， 将高分子有机污染物分解成小分子有机污染物， 污染物的形式上改变了，但数量本质没有变化， 表征在CODCr上就是去除率没有改变。因此最佳HRT 为7 ～ 8 h。
2.4 pH 值的影响
水解反应的pH 值适应范围较广， 文献指出， pH 值在3.5 ~ 10 内均能发生水解反应，但最佳pH 值为5.5 ～ 6.6， 在水解酸化反应中， pH 值是逐渐降低，丙酸的含量会相对增大， 乙酸的含量则相对减小， 但水解酸化后一般有好氧生物处理， 不存在丙酸抑制的问题， 在反应器运行期间， 进水pH 值为8 左右， 经过多次监测， 反应器内pH 值保持在5 ～ 6 之间，进出水pH 值的变化可直接反映水解酸化的效果。进出水pH 值变化大说明水解酸化作用明显，且出水水质比较稳定。
2.5 回流量对复合水解反应器的影响
由于水解酸化的上升流速大于1 m/ h 时处理效果不好， 因此确定回流量为0、50% 时考察其对复合水解反应器的影响， 结果见图6。在HRT 为7 h， 进水浓度基本相同的条件下，通过改变回流流速来改变回流量。由图6 可知， 在无回流情况下， 反应器CODCr去除率为10% 左右。而在回流量为50%， 上升流量为6.4 L / h， CODCr容积负荷约为5.69 kg / (m3·d)的情况下， 反应器CODCr去除率最高可达23.8%， 去除率提高了1 倍多， 测得腈纶废水出水的m(BOD5) /m(CODCr) 为0.55。由此可见，提高回流量可以增强水解酸化作用， 进一步说明了腈纶废水存在难生物降解物质。
3 结论
(1) 复合水解反应器放弃了反应时间长， 控制要求严格高的产甲烷阶段。影响水解酸化重要因素有进水浓度、HRT、回流量， 而pH 值、温度对水解酸化反应影响较小。本试验的最佳参数：在HRT 为7 h， 回流量为50% 的条件下， CODCr去除率可达23.8%， 出水m(BOD5)/m(CODCr)为0.55。
(2) 反应器内加入填料， 微生物固着生长， 并增设回流装置， 回流量为50%时泥水可很好的接触， 可形成高浓度的悬浮相水解污泥，增强了水解酸化作用， 并能对进水负荷的变化起到一定的缓冲作用。
(3) 复合水解反应器能有效提高废水的可生化性， 适合于作难生物降解的腈纶废水的预处理。(作者：周键，兰州交通大学环境与市政工程学院)
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