UASB工藝處理三氯乙烯廢水研究及其運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化.pdf

1、三氯乙烯(TCE)是工業(yè)上廣泛應(yīng)用的化工溶劑之一，是環(huán)境中普遍存在的一種有機(jī)污染物。然而TCE使用后的不恰當(dāng)處理使其嚴(yán)重的污染了大氣、土壤和水體，對(duì)環(huán)境和人體均造成了較大的危害，國(guó)外廣泛的開展了含氯有機(jī)污染物在地下水中的治理研究。生物修復(fù)技術(shù)以其處理效率高、降解徹底、不造成二次污染等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為人們關(guān)注的地下水有機(jī)污染物處理新技術(shù)。升流式厭氧污泥床(UASB)反應(yīng)器是一種目前發(fā)展最快的高處理效率的廢水的厭氧處理的工藝。UASB反

2、應(yīng)器具有造價(jià)較低、占地較少、能耗較小，并且能夠回收利用資源等優(yōu)點(diǎn)，體現(xiàn)了3R(Reduce，Recycle，Reuse)的現(xiàn)代的環(huán)保思想。
　　 本研究將重點(diǎn)放在UASB反應(yīng)器中厭氧顆粒污泥降解TCE的處理效能的影響因素和反應(yīng)器運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化。研究TCE對(duì)厭氧顆粒污泥的產(chǎn)甲烷毒性影響以及顆粒污泥產(chǎn)甲烷活性恢復(fù)情況;研究連續(xù)運(yùn)行條件下TCE在UASB反應(yīng)器中生物降解TCE的處理效果;探討反應(yīng)器運(yùn)行溫度、進(jìn)水pH值、水力停留時(shí)間(H

3、RT)等運(yùn)行參數(shù)對(duì)TCE在UASB反應(yīng)器中降解效果的影響;并運(yùn)用響應(yīng)面(RSM)的中心組合設(shè)計(jì)(CCD)對(duì)UASB反應(yīng)器的運(yùn)行條件進(jìn)行優(yōu)化。所得的主要結(jié)論如下:
　　 產(chǎn)甲烷毒性試驗(yàn)表明:當(dāng)TCE濃度為20mg/L和30mg/L時(shí)對(duì)厭氧顆粒污泥產(chǎn)甲烷活性有重度抑制。產(chǎn)甲烷活性恢復(fù)試驗(yàn)表明:當(dāng)TCE濃度為5mg/、10mg/L和15mg/L時(shí)厭氧顆粒污泥產(chǎn)甲烷活性得到恢復(fù)，而濃度為20mg/L和30mg/L時(shí)厭氧顆粒污泥產(chǎn)甲烷活性

4、并未得到恢復(fù)，TCE引起了產(chǎn)甲烷菌死亡。
　　 吸附試驗(yàn)表明:加入TCE的最初一段時(shí)間，顆粒污泥對(duì)TCE的吸附量較大，而且在加入TCE后約0.25h，顆粒污泥對(duì)TCE的吸附基本達(dá)到吸附平衡;隨后發(fā)生了解吸現(xiàn)象，大約在1h時(shí)又達(dá)到了解吸平衡。污泥對(duì)TCE的吸附和解吸曲線均符合Freudlich等溫方程，但吸附和解吸方程不完全一致，并且吸附量大于解吸量，說明部分的吸附是不可逆的。
　　 反應(yīng)器運(yùn)行過程中，結(jié)合吸附試驗(yàn)結(jié)果可知

5、，在厭氧條件下TCE的去除只有一部分是由于厭氧顆粒污泥對(duì)TCE的吸附作用，其余的是通過生物降解去除的。這說明，吸附與生物去除是相互交織在一起的，但主要以生物降解為主。
　　 在T=30℃，進(jìn)水pH值為7.0±0.1，進(jìn)水堿度為（1780±20）mgCaCO3/L的條件下，HRT由25h縮短至5h時(shí)，COD去除率在HRT=25h時(shí)達(dá)到最大96.17％，而在HRT=5h達(dá)到最低去除率83.36％;TCE在HRT=25h達(dá)到最大降解率

6、99.10％，而在HRT=5h時(shí)降解率最低83.99％; HRT的縮短會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)一定的沖擊作用，各項(xiàng)指標(biāo)都有所下降，對(duì)TCE處理效能也有一定的影響，尤其是在HRT=5h的情況下更為嚴(yán)重。
　　 在HRT=15h，進(jìn)水pH值為7.0±0.1，進(jìn)水堿度為（1500±100）mgCaCO3/L時(shí)，溫度由20℃升高至30℃時(shí)，厭氧顆粒污泥的活性逐漸增強(qiáng)。溫度由30℃升高到35℃時(shí)，反應(yīng)器內(nèi)各項(xiàng)指標(biāo)變化不明顯。而溫度在40℃時(shí)，厭氧顆粒

7、污泥的活性受到抑制。COD去除率在35℃時(shí)達(dá)到最大91.80％，而在40℃時(shí)達(dá)到最低去除率78.22％; TCE在30℃達(dá)到最大降解率97.89％,而在40℃時(shí)降解率最低77.90％。結(jié)果表明，隨著溫度的升高反應(yīng)器內(nèi)能適應(yīng)外部溫度變化的厭氧微生物逐漸占據(jù)優(yōu)勢(shì)，提高了反應(yīng)器運(yùn)行處理TCE的效能。但當(dāng)溫度過高時(shí)，TCE的降解率下降，說明降解TCE的微生物活性下降，使反應(yīng)器處理TCE的效能下降。
　　 在T=30℃，HRT=15h，進(jìn)

8、水pH值由6.0上升至7.5時(shí)，厭氧顆粒污泥的活性逐漸增強(qiáng)。COD在進(jìn)水pH值為7.5時(shí)達(dá)到最大去除率90.76％，而在進(jìn)水pH值為8.0時(shí)達(dá)到最低去除率85.13％; TCE在進(jìn)水pH值7.0達(dá)到最大降解率96.76％，而在進(jìn)水pH值為6.0時(shí)降解率最低79.33％。進(jìn)水pH值在7.0-7.5時(shí)，TCE的降解速率較快，并且反應(yīng)器內(nèi)各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到較好的水平，并且進(jìn)永pH值小于7.0時(shí)TCE降解率明顯小于進(jìn)水pH值大于7.0時(shí)TCE的降解

9、速率，說明偏酸環(huán)境對(duì)TCE降解的影響更大。
　　 UASB反應(yīng)器運(yùn)行條件優(yōu)化試驗(yàn)，采用響應(yīng)面法(RSM)中中心組合設(shè)計(jì)(CCD)對(duì)HRT、溫度和進(jìn)水pH值進(jìn)行優(yōu)化。通過模型預(yù)測(cè)的最適宜的UASB反應(yīng)器運(yùn)行條件為HRT為19.44h，溫度為31.07℃，進(jìn)水pH為7.13時(shí)，預(yù)測(cè)COD和TCE去除率達(dá)到87.04％和96.52％。以模型預(yù)測(cè)得到的最佳條件進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，實(shí)際操作中UASB反應(yīng)器運(yùn)行條件為HRT為20h，溫度為32℃，