高濃度木糖醇生產(chǎn)廢水厭氧技術(shù)

食品、發(fā)酵、化工、煉焦、醫(yī)藥、農(nóng)藥、造紙、制革等行業(yè)排出的有機(jī)物，不僅數(shù)量多、廢水量大，而且濃度高，有些還含有有害、有毒物質(zhì)，對(duì)環(huán)境造成很大危害。此外，這類(lèi)高濃度有機(jī)廢水的處理工藝復(fù)雜、投資成本高，采用常規(guī)的廢水處理方法難以達(dá)到凈化的目的或無(wú)法滿足凈化處理的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)要求。如何經(jīng)濟(jì)有效地凈化處理這類(lèi)高濃度有機(jī)廢水及工業(yè)廢水成為了現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域亟待解決的難題。木糖生產(chǎn)廢水屬于高濃度有機(jī)廢水，廢水中含有木質(zhì)素、纖維素、半纖維素等難降解的有機(jī)物。

內(nèi)循環(huán)(InternalCirculation，IC)厭氧反應(yīng)器于20世紀(jì)80年代中期由荷蘭PAQUES公司開(kāi)發(fā)成功，并推入國(guó)際廢水處理工程市場(chǎng)，可用于處理土豆加工、啤酒、食品、檸檬酸等工業(yè)廢水。反應(yīng)器高度約為16～25m，容積負(fù)荷為普通升流式厭氧污泥床(UASB)的4倍左右，占地少，是一種值得推廣的新型反應(yīng)器。本實(shí)驗(yàn)在內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器的基礎(chǔ)上，輔助以外循環(huán)對(duì)高濃度木糖醇生產(chǎn)廢水進(jìn)行了中試實(shí)驗(yàn)。輔助外循環(huán)可以提高反應(yīng)器抗沖擊負(fù)荷的能力，同時(shí)也可以適當(dāng)改變外循環(huán)的回流比。

1、實(shí)驗(yàn)

1.1 水力模型

IC反應(yīng)器最典型的特性是廢水和污泥在沼氣提升管和泥水下降管中循環(huán)，可視為一種特殊的氣體式反應(yīng)器。1976年由Hills對(duì)氣升式反應(yīng)器(上升管直徑0.15m，高10.5m)的研究中得到。上升管中的氣持率(εgr)可通過(guò)上升管氣體表面上升流速(ugr)和液體表面上升流速(ulr)間的經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式估算，見(jiàn)式(1)和式(2)：

式中：εgr為上升管中的氣持率；ugr為上升管中氣體表面上升流速，m/s；ulr為液體表面上升流速，m/s。

Pereboom于1994年根據(jù)能量守恒得出的液體表面上升流速(ulr)見(jiàn)式(2)，Pereboom結(jié)合氣持率(εgr)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)等實(shí)際情況對(duì)ulr進(jìn)行了修訂，見(jiàn)式(3)：

式中：hD為氣液擴(kuò)散高度，m；Δh為提升管與下降管間的液位差，m；KB/T為底部和頂部阻力系數(shù)；Ar/d為提升管與下降管間的橫截面積；εgd為回流管中的持氣率，%。

IC反應(yīng)器的水力模型是在不考慮循環(huán)過(guò)程中的壁面磨損，只考慮廢水從沼氣提升管向回流管和從回流管向沼氣提升管流動(dòng)處的局部損失的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，因此，此水力模型還需要進(jìn)一步深入研究。

1.2 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)用O＆IC反應(yīng)器為自行設(shè)計(jì)制造，O＆IC反應(yīng)器的基本構(gòu)造如圖1所示：反應(yīng)器高2000cm，直徑50cm，有效容積為360L，高徑比一般為4～8，反應(yīng)器主要由6個(gè)部分組成：混合區(qū)、第1反應(yīng)室、第2反應(yīng)室、出水區(qū)、內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)和外循環(huán)系統(tǒng)。其中內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)是O＆IC反應(yīng)器的核心部分，由三相分離器、沼氣提升管、氣液分離器和回流管組成。用WMZK－01溫控儀和熱源構(gòu)成自動(dòng)溫控系統(tǒng)，將原水箱和循環(huán)水箱的溫度控制在(35±1)℃。

廢水首先經(jīng)提升通過(guò)布水系統(tǒng)進(jìn)入IC反應(yīng)器底部的混合區(qū)，并與來(lái)自泥水下降管的內(nèi)循環(huán)泥水混合液充分混合后進(jìn)人顆粒污泥床進(jìn)行COD的生化降解，此處的COD容積負(fù)荷很高，大部分進(jìn)水COD在此處被降解，產(chǎn)生大量沼氣由一級(jí)三相分離器收集。由于沼氣產(chǎn)生氣提作用，使得沼氣、污泥和水的混合物沿沼氣提升管上升至反應(yīng)器頂部的氣液分離器，沼氣在該處與泥水分離并被導(dǎo)出處理系統(tǒng)。泥水混合物則沿泥水下降管進(jìn)人反應(yīng)器底部的混合區(qū)，并與進(jìn)水充分混合后進(jìn)入污泥膨脹床區(qū)，形成內(nèi)循環(huán)。使有機(jī)物與顆粒污泥的傳質(zhì)過(guò)程加強(qiáng)，反應(yīng)器的處理能力得到提高。另外，實(shí)驗(yàn)中輔助以外循環(huán)，可以提高反應(yīng)器抗沖擊負(fù)荷的能力。

1.3 實(shí)驗(yàn)樣品

實(shí)驗(yàn)樣品取某木糖醇廠生產(chǎn)廢水污水處理站預(yù)處理段后廢水，原木糖醇廠生產(chǎn)廢水，預(yù)處理后所用工藝為UASB，進(jìn)水水質(zhì)如表1所示。UASB出現(xiàn)跑泥等問(wèn)題，出水COD為1700mg/L，對(duì)后繼處理單元SBＲ?guī)?lái)沖擊負(fù)荷，使好氧處理單元的處理影響很大，以致出水不能達(dá)標(biāo)排放。針對(duì)此問(wèn)題就厭氧段工藝進(jìn)行了IC厭氧反應(yīng)器的中試實(shí)驗(yàn)。

接種污泥采用某檸檬酸有限公司IC反應(yīng)器中的顆粒污泥，污泥的TSS為70g/L。用1m3水樣連續(xù)并部分循環(huán)(72h)進(jìn)行漂洗和活化。

1.4 常規(guī)分析方法

采用多功能測(cè)試儀測(cè)定試樣的pH，采用微波密封消解COD速測(cè)儀測(cè)定廢水的COD。

2、結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在O＆IC反應(yīng)器中加入顆粒污泥后，開(kāi)始進(jìn)水，并以0.5℃/h速率逐漸加熱原水到37±1℃，初始原水流量為50L/h，對(duì)加入的顆粒污泥進(jìn)行馴化，經(jīng)過(guò)24h的連續(xù)進(jìn)水反應(yīng)，有氣體產(chǎn)生，然后用循環(huán)水箱的水進(jìn)行循環(huán)進(jìn)水，并慢慢減少再增大原水流量，穩(wěn)定后調(diào)節(jié)原水流量為50L/h，回流水量為100L/h，經(jīng)過(guò)一周的反應(yīng)器發(fā)應(yīng)及污泥的培養(yǎng)馴化，反應(yīng)器基本趨于穩(wěn)定，每隔2～4h取樣一次，14h后，我們調(diào)節(jié)原水流量為40L/h，回流水量為120L/h，并測(cè)其COD和pH變化，如表2所示。

2.2 討論由表2可以看出，IC厭氧反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定后，調(diào)節(jié)原水與回流水的比為1∶2到1∶3，污水經(jīng)IC反應(yīng)器的COD去除率基本保持在78.6%～83.6%之間，pH也基本在7.65～8.16之間，個(gè)別數(shù)據(jù)的起伏與進(jìn)水量控制、溫度調(diào)節(jié)等影響因素有關(guān)，同時(shí)增加回流比提高了上升流速和設(shè)備的抗沖擊能力，整體表現(xiàn)了很好的穩(wěn)定性和去除效果。IC反應(yīng)器的主要特點(diǎn)就是流體在沼氣提升管和回流管之間形成一個(gè)內(nèi)循環(huán)的水流，回流的稀釋作用同時(shí)增加外循環(huán)比UASB厭氧反應(yīng)器具有更好的處理高濃度和難降解的有機(jī)廢水。

3、結(jié)論

IC反應(yīng)器是一種高技術(shù)的新型超高效厭氧反應(yīng)器，其主要特點(diǎn)是：有機(jī)負(fù)荷高，水力停留時(shí)間短，高徑比大，占地面積小，基建投資省等。O＆IC反應(yīng)器作為IC的一種改進(jìn)，繼承了IC反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)增加輔助外循環(huán)，加大了反應(yīng)器的內(nèi)部循環(huán)，提高了反應(yīng)器的耐沖擊負(fù)荷及運(yùn)行穩(wěn)定性，本次中試實(shí)驗(yàn)研究為木糖醇處理提供理論依據(jù)。

與UASB出現(xiàn)的跑泥現(xiàn)象，O＆IC反應(yīng)器兩級(jí)三相分離器的特殊結(jié)構(gòu)保證了在較高上升流速條件下對(duì)污泥截留。O＆IC的穩(wěn)定處理保證了下一級(jí)處理單元的處理的穩(wěn)定性。

CODCr/SO2－4遠(yuǎn)大于2，＜2000mg/L，＜4500mg/L，無(wú)抑制作用。

O＆IC反應(yīng)器在處理木糖醇廢水的實(shí)驗(yàn)中，去除率達(dá)到80%以上，是有效的處理工藝單元。隨著O＆IC研究的不斷深入，在高濃度有機(jī)廢水處理中具有廣闊的應(yīng)用前景，值得推廣與應(yīng)用。（來(lái)源：中聯(lián)西北工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，西北工業(yè)大學(xué)）