UASB＋厭氧水解技術(shù)處理含PVA退漿廢水的研究

李治剛

（魯泰紡織股份有限公司，山東 淄博 255000）

作為紡織大國，我國的紡織業(yè)是工業(yè)化進(jìn)程中的支柱產(chǎn)業(yè)之一。但是隨著紡織工業(yè)的發(fā)展，暴露出的環(huán)境污染問題愈加嚴(yán)重，特別是紡織印染廢水的處理問題成為當(dāng)今紡織行業(yè)和水處理行業(yè)考慮的重點(diǎn)[1]。退漿印染廢水具有聚乙烯醇（PVA）含量高、化學(xué)需氧量（COD）高和降解難度大的特點(diǎn)，特別是高濃度的PVA 排入水體中會造成底泥中重金屬的釋放與遷移[2-3]。

目前，含PVA 退漿廢水的處理方法主要由物化法和生化法[4]。物化法主要包括膜分離技術(shù)和高級氧化技術(shù)；生化法主要包括高效降解菌法和厭氧/好氧生化法。但是上述方法均存在運(yùn)行成本高、處理效果難以穩(wěn)定等問題，因此，通常采用幾種方法相結(jié)合的方式對退漿廢水進(jìn)行處理。吳火焰等對水解酸化-接觸氧化工藝在處理印染廢水方面的動力學(xué)進(jìn)行了研究，得出了厭氧水解反應(yīng)器和生物接觸氧化反應(yīng)器內(nèi)的動力學(xué)方程[5]。孫根行等采用新型水解酸化反應(yīng)器對處理含PVA 退漿廢水進(jìn)行了研究，得出新型水解酸化反應(yīng)器對廢水中的COD具有高效的處理能力[6]。岳秀等采用雙氧水協(xié)同水解酸化-接觸氧化工藝，實現(xiàn)了對含PVA 模擬印染廢水的強(qiáng)化處理，穩(wěn)定運(yùn)行后COD平均去除率為89.8%，PVA 平均去除率為87.4%[7]。Senthilkumar 等采用升流式厭氧污泥床（UASB）工藝對印染廢水進(jìn)行了處理，發(fā)現(xiàn)UASB 工藝對COD以及PVA均具能實現(xiàn)高效去除[8]。

UASB作為第2代高效厭氧處理器，常被用做紡織印染廢水的前處理工序中。筆者在前人研究基礎(chǔ)上，采用UASB＋厭氧水解技術(shù)處理含PVA退漿廢水，以期提升對PVA等污染物的處理能力。

1 實驗部分

1.1 實驗裝置

UASB＋厭氧水解技術(shù)實驗裝置主要由蓄水池、UASB1、UASB2 和厭氧水解反應(yīng)器組成，其中，蓄水池容積60 L，UASB1、UASB2一級厭氧水解反應(yīng)器的容積均為20 L。實驗裝置如圖1所示。

圖1 實驗裝置Fig 1 Experimental setup

由圖1可以看出，含PVA退漿廢水從蓄水池出來后從底部進(jìn)入UASB1、UASB2 反應(yīng)器，經(jīng)過UASB反應(yīng)器初步處理后的廢水從上部流出，部分進(jìn)入?yún)捬跛夥磻?yīng)器，部分重新回流至UASB反應(yīng)器的底部。進(jìn)入?yún)捬跛夥磻?yīng)器的廢水部分從頂部流出，進(jìn)入下一步處理階段，部分繼續(xù)回流至厭氧水解反應(yīng)器的底部。為了滿足試驗的可調(diào)控性，UASB 反應(yīng)器之間采用了串聯(lián)或并聯(lián)的形式：當(dāng)廢水中污染物含量過高時，UASB1和UASB2采取串聯(lián)的形式；當(dāng)進(jìn)水量大于50%時，采取并聯(lián)的形式；當(dāng)進(jìn)水量小于50%時，可只運(yùn)行其中1個UASB反應(yīng)器。

1.2 試驗用水

實際工業(yè)廢水中成分較多，在試驗過程中難以準(zhǔn)確調(diào)控。采用實驗室模擬印染廢水，其含PVA退漿廢水水質(zhì)見表1。

表1 含PVA退漿廢水水質(zhì)Tab 1 Water quality of desizing wastewater containing PVA

1.2 分析方法及儀器

1.2.1 測試方法與指標(biāo)

COD 濃度根據(jù)HJ 828—2017《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測定重鉻酸鹽法》進(jìn)行測試[9]；BOD5濃度根據(jù)HJ 505—2009《水質(zhì)五日生化需氧量(BOD5)的測定 稀釋與接種法》進(jìn)行測試[10]；氨氮濃度根據(jù)HJ 666—2013《水質(zhì)氨氮的測定流動注射-水楊酸分光光度法》進(jìn)行測試[11]；pH根據(jù)GB/T 9724—2007《化學(xué)試劑pH值測定通則》進(jìn)行測試[12]；PVA濃度采用硼酸-碘液分光光度法進(jìn)行測試。

1.2.2 實驗儀器

CODmax II 重鉻酸鉀法COD 分析儀；M7-B2型BOD5測定分析儀；SH-220型氨氮測定儀；哈希HQ411d 數(shù)字化pH 分析儀；DR5000 紫外分光光度計。

2 分析與討論

2.1 廢水污染物處理效果

經(jīng)過100 d 的試驗研究分析，采用UASB＋厭氧水解技術(shù)處理含PVA 退漿廢水污染物，去除效果見表2。

表2 廢水污染物去除效果Tab 2 Removal effect of pollutants from wastewater

由表2可以看出，在采用UASB＋厭氧水解技術(shù)處理含PVA 退漿廢水時，廢水中的各類污染物都得到了一定幅度的減少，但pH值無變化。其中對PVA 的去除率達(dá)到90%以上，COD 去除率達(dá)到88%以上。實驗結(jié)果充分表明，采用UASB＋厭氧水解技術(shù)處理含PVA 退漿廢水具有高效、除污率高的特點(diǎn)。

2.2 PVA處理效果

2.2.1 UASB反應(yīng)器中PVA處理效果

UASB反應(yīng)器中PVA處理效果如圖2所示。

圖2 UASB反應(yīng)器中PVA處理效果Fig 2 PVA treatment effect in UASB reactor

由圖2可以看出，在UASB運(yùn)行過程中，隨著進(jìn)水中PVA 質(zhì)量濃度的逐漸增大，出水PVA 質(zhì)量濃度隨之增大，且2者變化趨勢一致。在運(yùn)行初始階段，PVA 的去除率達(dá)到40%左右，且受PVA 濃度的影響較小。但是當(dāng)運(yùn)行周期達(dá)到50 d 之后，隨著進(jìn)水PVA 質(zhì)量濃度的增大，PVA 去除率逐漸降低至40%，到80 d 后趨于穩(wěn)定。這主要是因為在UASB 反應(yīng)器中，能夠起到降解PVA 的菌種數(shù)量是有限的，因此在運(yùn)行初始階段，在低濃度的PVA 條件下能夠?qū)VA 進(jìn)行有效降解。隨著運(yùn)行時間的增加，前期大量的PVA 已經(jīng)消耗了部分菌種，所以對PVA 的降解效果變?nèi)酰瑫r高濃度的PVA 也在一定程度上對PVA 降解菌的生長和活性具有一定的抑制作用。

2.2.2 UASB反應(yīng)器中COD處理效果

UASB反應(yīng)器中COD處理效果如圖3所示。

圖3 UASB反應(yīng)器中COD處理效果Fig 3 COD treatment effect in UASB reactor

由圖3 可以看出，隨著進(jìn)水COD 的變化，UASB反應(yīng)器對COD的去除率在60%～64%之間波動，具體表現(xiàn)為，在運(yùn)行前期，COD 的去除率整體呈上升趨勢，當(dāng)運(yùn)行時間達(dá)到50 d 時，COD 去除率最高；當(dāng)運(yùn)行時間超過50 d 后，COD 去除率逐漸下降，且在80 d 時區(qū)域穩(wěn)定。這主要是因為，當(dāng)運(yùn)行一段時間后，UASB反應(yīng)器內(nèi)有一定量的PVA 富集，從而對各有機(jī)物的去除具有一定的抑制作用；同時，當(dāng)UASB反應(yīng)器內(nèi)的存留的PVA達(dá)到一定濃度時，會導(dǎo)致反應(yīng)器內(nèi)整體溶液黏度增大，降低底物和產(chǎn)物在溶液中的擴(kuò)散速度，造成反應(yīng)速率降低，去除率下降。

2.2.2 厭氧水解反應(yīng)器對PVA處理效果

由UASB 反應(yīng)器處理過的含PVA 退漿廢水進(jìn)入?yún)捬跛夥磻?yīng)器中進(jìn)行二次處理，實現(xiàn)PVA 的高效去除。厭氧水解技術(shù)對PVA的處理效果如圖4所示。

圖4 厭氧水解反應(yīng)器對PVA處理效果Fig 4 Effect of anaerobic hydrolysis reactor on PVA treatment

由圖4可以看出，在厭氧水解階段，厭氧水解反應(yīng)器對UASB 出水的PVA 具有高效降解作用。在整體運(yùn)行階段，對PVA 的去除率均穩(wěn)定在85%以上。與UASB反應(yīng)器階段相比，厭氧水解階段對PVA的去除率更高，這主要是因為UASB反應(yīng)器對PVA 這種難降解有機(jī)物去除效果不明顯，PVA 的去除量低于其他有機(jī)污染物的去除量，PVA 有“濃縮富集”的趨勢，導(dǎo)致了后續(xù)厭氧水解階段中PVA降解菌的富集，進(jìn)一步強(qiáng)化了PVA的去除。

2.3 流量對PVA處理效果的影響

在印染廢水處理過程中，進(jìn)水流量的大小決定著廢水在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間，最終會影響廢水中污染物的處理效果。在UASB處理階段，高的液體流速增加污水系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)水區(qū)的擾動，增加了污泥與進(jìn)水有機(jī)物之間的接觸，有利于提高去除率，為了保持系統(tǒng)中足夠多的污泥，上升流速不能超過一定的限值。在進(jìn)水流量分別為3、5、7、9、11 L/h 的條件下，分析進(jìn)水流量對PVA 的處理效果，結(jié)果如圖5所示。

圖5 進(jìn)水流量對PVA的處理效果Fig 5 The effect of influent flow rate on PVA treatment

由圖5可以看出，在進(jìn)水PVA含量相同的條件下，UASB反應(yīng)器和厭氧水解出水的PVA含量均隨著進(jìn)水流量的增加而增加，PVA 去除率下降。當(dāng)進(jìn)水流量為3 L/h時，PVA去除率達(dá)到92.67%，當(dāng)進(jìn)水流量為11 L/h 時，PVA 去除率為88.33%。這主要是因為，隨著流量的增加，單位時間內(nèi)通過的廢水量增多，但是一定體積的廢水在反應(yīng)器內(nèi)的停留時間減短。根據(jù)UASB反應(yīng)器的工作原理可知，退漿廢水主要是從反應(yīng)器的底部引入，污水向上通過包含顆?；蛐鯛钗勰嗟奈勰啻玻瑓捬醴磻?yīng)發(fā)生在廢水和污泥顆粒接觸的過程。當(dāng)流量增加后，廢水和污泥顆粒的接觸時間變短，厭氧反應(yīng)不完全，因此，PVA 去除率降低。厭氧水解階段主要是通過產(chǎn)酸菌、甲烷菌等菌類微生物將大分子難溶解物質(zhì)轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)。因此，當(dāng)進(jìn)水流量增加時，由于厭氧水解工藝中菌類數(shù)量是一定的，因此大量的廢水進(jìn)入?yún)捬跛怆A段后會造成菌類的大量消耗，繼續(xù)增加流量會導(dǎo)致PVA等處理量減少，PVA 去除率下降。因此，綜合考慮PVA 的去除效果以及運(yùn)行成本，當(dāng)進(jìn)水流量為5 L/h，工藝條件較好，PVA去除率為91.67%。

3 結(jié) 論

針對含聚乙烯醇（PVA）退漿廢水具有處理難度大、運(yùn)行成本高等問題，采用UASB＋厭氧水解技術(shù)對含PVA退漿廢水進(jìn)行處理，得到以下結(jié)論：

1）在采用UASB＋厭氧水解技術(shù)處理含PVA退漿廢水過程時，對廢水中PVA、COD、BOD5和氨氮等污染因子都具有一定高效的去除效果，其中對PVA 的去除率達(dá)到90%以上，對COD 的去除率達(dá)到88%以上。

2）在UASB反應(yīng)器處理階段，PVA以及COD的去除率隨著運(yùn)行時間的增加先增加后減小，當(dāng)運(yùn)行時間為50 d時，去除效果較好。

3）對厭氧水解技術(shù)處理PVA 的效果進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)厭氧水解階段對PVA 的去除率更高，這主要與PVA在厭氧水解階段的“濃縮富集”有關(guān)。

4）在采用UASB 厭氧水解技術(shù)處理含PVA 退漿廢水時，流量對PVA 的處理效果具有重要的影響，UASB反應(yīng)器和厭氧水解出水PVA含量均隨著進(jìn)水流量的增加而增加，PVA 的去除率下降，當(dāng)進(jìn)水流量為5 L/h，工藝條件較好，PVA 去除率為91.67%。