应用厌氧技术处理含高浓度硫酸盐废水

应用厌氧技术处理含高浓度硫酸盐废水

2008-06-10 10:55:15 来源：转载浏览次数：82

含硫酸盐废水中的硫酸盐本身虽然无害，但是它遇到厌氧环境会在硫酸盐还原菌(SRB)作用下产生H2S，H2S能严重腐蚀处理设施和排水管道，且气味恶臭，严重污染大气。

关键字：技术[382篇] 处理[3650篇] 硫酸盐[5篇]

含硫酸盐废水中的硫酸盐本身虽然无害，但是它遇到厌氧环境会在硫酸盐还原菌(SRB)作用下产生H2S，H2S能严重腐蚀处理设施和排水管道，且气味恶臭，严重污染大气。另外硫酸盐废水排入水体会使受纳水体酸化，pH降低，危害水生生物；排入农田会破坏土壤结构，使土壤板结，减少农作物产量及降低农产品品质。目前，我国很多城市的地下水已经受到不同程度的硫酸盐污染，寻求行之有效的硫酸盐废水处

理工艺早已成为环境工程界普遍关注的问题[1]。

硫酸盐废水来源广泛，按硫酸盐废水的特点可将其分为两大类：第一类废水含有大量的SO42－和高浓度有机物；第二类废水也含有大量SO42－，但有机物含量较少。本研究主要针对第一类废水进行。此类废水的厌氧生物处理工艺可归纳为两大类：（1）单相处理工艺；（2）两相处理工艺[2，3]。比较两种处理工艺，

单相处理工艺具有经济简便的优势。

应用单相处理工艺时最大的困难在于硫酸盐还原菌（SRB）对产甲烷菌（MPB）的竞争与抑制作用：（1）竞争作用，因为在厌氧反应器内SRB与MPB同时存在，并且这两类菌可利用同种底物，从而在底物浓度不足时会发生竞争作用，不过由于高浓度有机废水可提供较充足的营养，故对本类废水这已不成为问题；（2）抑制作用，主要是由硫酸盐的还原产物硫化物引起的，尽管由于实验条件、方法的不同，关于抑制程度不同研究人员[4，5]所得出的结果不尽相同，但存在这一抑制作用却是毋庸质疑的。能否成功解除这一抑制作用就成了单相法处理这类废水的关键，这方面已有人提出了多种解决途径，例如气提法、金属离子沉淀法、出水硫化物氧化（如利用各种各样的微生物进行的生物氧化法）与回流工艺相结合的方案等等[1，6，7]。以上方法虽然都有一定的作用，但是操作起来都显得较为繁琐，本试验采用EGSB反应器，通过在反应器内维持一定的上升水流速度(v up)，从而在v up以及反应自身所产气体的推动之下将产生抑制作用的H2S从

液相转移至气相，减轻或解除硫化物的抑制作用。

本研究采用上述技术处理含硫酸盐高浓度有机废水，希望在保证废水COD去除效果的前提下达到高的硫酸盐去除率和还原负荷。一旦硫酸盐还原成硫化物就可以通过化学或者生物法转化成单质硫[8～10]，从而

实现废水脱硫的最终目的。

1 材料与方法

1.1 接种污泥

取自某柠檬酸生产企业IC反应器中的厌氧颗粒污泥，根据荷兰Lettinga推荐的接种量[11]，本反应器内

的种泥量控制在10～15 kgVSS/m3。

1.2 试验用水

采用人工模拟废水，其中COD:N:P=200:5:1，硫酸盐浓度通过另外添加硫酸钠控制，具体配方见表1。

表1 模拟废水成分[12]mg/L

1.3 试验装置

试验中的EGSB反应器由有机玻璃制成，总体积为7.0 L，其中反应区为3.8 L。反应区高度为104.3 cm，内径为6.2 cm，高径比约为16.8。整套试验装置置于恒温室内，温度控制在30 ℃左右。

试验装置及流程如图1所示，整套装置形成了一个闭路循环，在换水周期内连续运转。

图1 试验装置及工艺流程图

1－进水及全回流出水接受容器；2－柱塞泵；3－湿式气体流量计；4－出气管

1.4 试验内容与方法

采取每天进出水各一次的半连续运行方式。首先在进水中不添加硫酸盐的情况下启动反应器，由于本实验用接种污泥是直接从某企业中正在高负荷运行的IC反应器中取出的颗粒污泥，活性非常之高，故在进水COD4000 mg/L左右的条件下，COD容积负荷很快达到了20 kg/(m3·d)并能够稳定运行，然后即在此情

况下进行下列试验。

1.4.1 确定装置运行最佳v up的试验

对于本套装置，v up是保证其稳定运行的至关重要并且需要首先进行研究的参数。相对于从反应器中去除气体的效果而言，v up自然越大越好，但从保证污泥良好稳定生长的角度，v up有最适的取值范围。故决定从污泥生长方面来确定最佳v up，即待反应器在20 kgCOD/(m3·d)的容积负荷下稳定运行后，考察污泥的生长量（通过污泥床体积来反映）和废水的COD去除率。v up值选取为2、4、6及8 m/h，各阶段运行时间定为1周，通过排泥控制运行前的污泥床体积相等，运行期末测一次污泥床体积，并每天检测一次进出水COD。

1.4.2 硫酸盐废水处理试验

待确定最佳v up的试验结束后，紧接着即在此v up值下进行硫酸盐废水处理试验。尽管v up值不是在处理硫酸盐废水时得到的，因此不一定最适于硫酸盐废水处理，但是利用其作为本实验的运行参数仍不失为一

项可行的策略。

在维持COD容积负荷20 kg/(m3·d)不变的条件下，通过向进水中添加Na2SO4并逐渐提高加入量来进行本试验，其中加入的Na2SO4量依次为20、30、45及60 g，对应的进水中SO42－分别为676、1014、1521和2028 mg/L，待硫酸盐还原率与COD去除率均达到80%以上，并稳定运行3 d后即可进入下一阶段。

1.5 分析项目与方法

COD：半微量快速烘箱法；pH：pH-2S型酸度计；碱度：分步滴定法[13]；MLSS（悬浮固体）及MLVSS （挥发性悬浮固体）：重量法[14]；SO42－：络合滴定法[13]；硫化物：滴定法[14]；颗粒污泥沉降速度：取量程为1 L的量筒，测定其高度，并注满清水。将用自来水淘洗过的颗粒污泥逐个加入量筒内，用秒表计量单个颗粒污泥从筒口沉降到筒底所需时间ｔ，然后利用公式v=H/ｔ(v为沉速，H为量筒高度，ｔ为沉淀时间)计算得出该颗粒污泥的沉速。测试过程中，在某个粒径范围内一般测定其中20～30个任意选取的颗粒污泥进行测试，取其平均值作为该粒径范围颗粒污泥的沉速。

2 结果与讨论

2.1 最佳运行v up的确定

据资料反映，EGSB反应器的v up一般为5～10 m/h[15]。从图2和图3明显可以看出通过污泥的生长量和废水的COD去除率确定的本工艺最佳v up为6 m/h。当v up较低时，v up产生的搅动效果不够，反应器内会出现“气袋”[16]，影响了传质效果，从而带来污泥生长活性及去除效果的下降；而当v up较高时会对污泥造成较大的剪切力，使得污泥流失量增加，同样对污泥生长不利。这从各个阶段的出水SS值亦可反映出来，当v up值取为2、4、6及8 m/h时对应的SS值分别约为150、175、250及370 mg/L，可见在前面三种条件下，反应器出水和COD去除率较为平稳，而当v up为8 m/h时反应器运行非常不稳定，出水SS和COD去除率变化较大。因此，认为v up6 m/h时的上升流速较为适合颗粒污泥厌氧反应体系。经检测在6 m/h阶段下的颗粒污泥性质良好，沉降速度达到了88 m/h，粒径一般在2～3 mm。

图2 不同v up阶段的反应器运行情况

注：从左至右对应v up分别为2、4、6及8 m/h。

2.2 硫酸盐废水处理过程