张 宾

（中国石化 北京化工研究院环保所，北京 100013）

UASB反应器反硝化处理工业废水

张 宾

（中国石化 北京化工研究院环保所，北京 100013）

采用絮状污泥成功启动升流式厌氧污泥床（UASB）反应器处理含甲酸、苯胺、环已酮、NO3-等的工业废水。UASB反应器以低负荷启动，10天后逐渐提高进水COD，出水COD保持在710～770 mg/L，COD去除率为40%～60%；出水TOC保持在115～314 mg/L，TOC去除率由60.3%逐渐升高至87.2%，最终维持在81%左右；出水中ρ（NO3-）维持在134～176 mg/L，NO3-去除率为90%左右，系统稳定后NO3-去除率几乎为100%。在进水COD容积负荷不超过5.00 kg/（m3·d）的条件下，实际COD容积负荷稳定在2.00 kg/（m3·d）左右，实际TOC容积负荷稳定在1.00 kg/（m3·d）以上。当进水COD容积负荷不大于4.48 kg/（m3·d）时，COD去除率为55%～74%，TOC去除率为63%～87%，NO3-去除率大于95%。

升流式厌氧污泥床；絮状污泥；反硝化；容积负荷

某企业生产废水中含有高浓度的甲酸、苯胺、环己酮、NO3-等污染物，同时还含有一定量的酚类和苯类有机物，具有高色度、高COD、高盐、高pH等特点，很难被直接生化处理［1］。有些相似的企业采用了一些运行成本较高的物理法和化学法［2-11］，但处理效果不佳。对甲酸类废水的处理大多采用化学法，但所针对的多为单一或低浓度的酸类废水，而对成分复杂且含较高浓度的甲酸废水的处理研究较少。

升流式厌氧污泥床（UASB）反应器具有占地小、能耗低、产泥量少、二次污染小等优点，作为预处理单元可以显著降低后续好氧处理的投资和运行费用。为了成功启动UASB反应器，种污泥的选择至关重要，最佳种污泥是来自相同水质的UASB反应器内现成的颗粒污泥，这可使反应启动时间大大缩短，该启动方式在UASB技术较为发达的西欧、加拿大和美国较为常见［12］。由于很难获得足够的颗粒污泥来启动大规模的反应装置，而絮状污泥不但易获得，且经济合理，因此采用絮状污泥启动UASB反应器成为研究热点。目前对采用缺氧颗粒污泥启动UASB反应器的研究较多，对采用絮状污泥启动UASB反应器进行反硝化处理工业废水的研究较少，且实验大多采用成分单一的自配水，缺乏实际参考价值。

本工作利用絮状污泥启动UASB反应器反硝化处理含甲酸、苯胺、环已酮、NO3-等污染物的工业废水，考查UASB反应器的运行情况及对COD，TOC，NO3-的去除效果。

1 实验部分

1.1 废水水质及污泥来源

废水取自某化工企业，主要污染物为甲酸、苯胺、环己酮、NO3-、酚类、苯、氯苯等。进水COD为1 360～2 140 mg/L，TOC为960 ～1 093 mg/L，ρ（NO3-）为878 ～1 574 mg/L。

接种污泥为某废水处理厂的好氧絮状污泥，灰黄色。

1.2 试剂和仪器

实验所用试剂均为分析纯。

N/C3000型TOC分析仪：德国耶拿公司；2695-2424型高效液相色谱仪：美国Waters公司。

1.3 实验装置

UASB反应器主体部分为玻璃材质，总容积10.6 L，反应区内径17 cm，高100 cm；上部三相分离器区内径20 cm，高30 cm。反应器上部为沉淀区，通过三相分离器进行固、液、气的分离。反应器设有取样口，底部进水排泥，顶部加盖，设置出气口。通过夹套内热水循环维持反应器内温度，待处理废水通过计量泵由底部进入反应器，处理后的水从反应器上端出水口排出。产生的气体通过气体计量罐收集、计量，最终排入大气。UASB反硝化工艺流程见图1。

图1 UASB反硝化工艺流程

1.4 实验方法

取一定量的好氧絮状污泥从顶部倒入UASB反应器中，静置2天后测定底部污泥浓度为28 g/L。用自来水将废水稀释一定倍数，用36%（w）盐酸将稀释后废水pH调至4.4～5.5，加入尿素和KH2PO4作为氮源和磷源，使n（ C）∶n（N） ∶n（P）=200∶5∶1，待配水完成后用进料泵将废水从底部泵入UASB反应器。反应温度控制在25～30 ℃。

1.5 分析方法

采用重铬酸钾法测定COD［13］211-213；采用酚二磺酸光度法测定ρ（NO3-）［13］259-261；采用TOC分析仪测定TOC。

2 结果与讨论

2.1 UASB反应器的启动效果

废水进入UASB反应器运行1天后反应器内有许多微小的气泡产生，2天后部分絮状污泥与气泡黏附而上浮。反应初期由于产气量较少，反应器内底部污泥床出现断层，且污泥床外部沟流现象较多，这是因为污泥反硝化活性还很低，产气量小，不足以搅动污泥，沟流使泥水混合效果变差。在这一阶段絮状污泥在产气和水力剪切力的作用下进一步分离，数天后反应器内污泥上浮现象逐渐减弱，污泥颜色由灰黄色变为浅黄色，反应器内液相由混浊液变为澄清液。随着废水进水量的逐渐增加，9天左右在污泥床层内产生较多的气泡，产气的搅拌作用使污泥床不断运动从而很好地与废水混合，说明利用絮状污泥启动UASB反应器反硝化污泥的驯化过程已经完成。

2.2 UASB反应器对污染物的去除效果

2.2.1 COD

UASB反应器对废水COD的去除效果见图2。由图2可见：运行前10天，进水COD为1 380～2 140 mg/L，出水COD不稳定，在390～1 350 mg/L之间波动，这是因为前期反应器内反硝化现象较弱，产气较少，泥水分布不均；运行10天后，在进水COD 由1 360 mg/L逐渐提高至1 880 mg/L的过程中，出水COD基本保持在710～770 mg/L，COD去除率为40%～60%，说明UASB反应器在经过前期反硝化污泥驯化后，运行稳定性逐渐提高，对COD有较好的去除效果。2.2.2 TOC

图2 UASB反应器对废水COD的去除效果

UASB反应器对废水TOC的去除效果见图3。由图3可见：运行前10天，进水TOC为960～1 093 mg/L，出水TOC为275～600 mg/L，TOC去除率为37.5%～74.8%；运行10天后反硝化菌增多，对污泥逐渐适应，在进水TOC有一定波动的情况下，出水TOC保持在115～314 mg/L，TOC去除率由60.3%逐渐升高至87.2%，最终维持在81%左右。

2.2.3 ρ（NO3-）

UASB反应器对废水中ρ（NO3-）的去除效果见图4。由图4可见：运行前10天，进水中ρ（NO-）3由878 mg/L逐渐提高至1 205 mg/L，出水中ρ（NO3-）一直稳定在5 mg/L以下；运行10天后，将进水中ρ（NO3-）提高至1 574 mg/L，出水中ρ（NO3-）维持在134 ～176 mg/L，NO3-去除率为90%左右；运行20天后，出水中ρ（NO3－）降至100 mg/L以下；增加进水中ρ（NO3-）至1 992 mg/L，出水中ρ（NO3-）一直保持在较低水平，系统稳定后NO3-去除率几乎为100%。

图3 UASB反应器对废水TOC的去除效果

图4 UASB反应器对废水中ρ（NO3-）的去除效果

2.3 运行负荷的确定

装置运行的进水容积负荷和实际容积负荷见图5。

图5 装置运行的进水容积负荷和实际容积负荷。

由图5可见，启动初期由于污泥上浮现象较为严重，容易与反硝化产生的气泡黏附，故采用较低的负荷运行。随后逐渐提高UASB反应器的进水负荷，最高进水COD容积负荷达5.18 kg/（m3·d）。在进水COD容积负荷不超过5.00 kg/（m3·d）的条件下，实际COD容积负荷稳定在2.00 kg/（m3·d）左右，实际TOC容积负荷稳定在1.00 kg/（m3·d）以上。

2.4 进水COD容积负荷对UASB反应器反硝化处理效果的影响

进水COD容积负荷对UASB反应器反硝化处理效果的影响见图6。由图6可见：随着UASB反应器进水COD容积负荷的增加，COD去除率、TOC去除率及NO3-去除率逐渐下降；当进水COD容积负荷不大于4.48 kg/（m3·d）时，COD去除率为55%～74%，TOC去除率为63%～87%，NO3-去除率大于95%。

图6 进水COD容积负荷对UASB反应器反硝化处理效果的影响

3 结论

a） UASB反应器以低负荷启动，启动初期进水COD在1 360～2 140mg/L之间波动，出水有较大波动，10天后逐渐提高进水COD，出水COD保持在710～770 mg/L，COD去除率为40%～60%。

b）UASB反应器启动初期，TOC去除率波动较大，10天后，出水TOC保持在115～314 mg/L，TOC去除率由60.3%逐渐升高至87.2%，最终维持在81%左右。

c） UASB反应器运行10天后，出水中ρ（NO3-）维持在134 ～176 mg/L，NO3-去除率为90%左右；系统稳定后NO3-去除率几乎为100%。

d） 在进水COD容积负荷不超过5.00 kg/ （m3·d）的条件下，实际COD容积负荷稳定在2.00 kg/（m3·d）左右，实际TOC容积负荷稳定在1.00 kg/（m3·d）以上。当进水COD容积负荷不大于4.48 kg/（m3·d）时，COD去除率为55%～74%，TOC去除率为63%～87%，NO3-去除率大于95%。

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（编辑 祖国红）

Denitrification treatment of industrial wastewater by UASB

Zhang Bin

（Environmental Protection Research Institute，BRICI，SINOPEC，Beijing 100013，China）

The industrial wastewater containing formic acid，aniline，cyclohexanone and NO3-was treated in UASB with fl occulent sludge. When the UASB reactor is started at low COD load and the infl uent COD is gradually increased after 10 d，the effl uent COD keeps 710-770 mg/L and the COD removal rate is 40%-60%；The effl uent TOC keeps 115-314 mg/L，the TOC removal rate is increased from 60.3% to 87.2% and then remained about 81%；The effl uentρ（NO3-） is 134-176 mg/L，the removal rate of NO3-is about 90% and almost 100% of the stable system. Under the condition of infl uent COD volume load less than 5.00 kg/（m3·d），The actual volume load can be remained about 2.00 kg/（m3·d） for COD and over 1.00 kg/（m3·d） for TOC. When the infl uent COD volume load is less than 4.48 kg/（m3·d），the removal rates of COD，TOC and NO3-are 55%-74%，63%-87% and above 95%，respectively.

upfl ow anaerobic sludge blanket （UASB）；fl occulent sludge ；denitrifi cation ；volume load

X703

A

1006-1878（2016）04-0406-04

10.3969/j.issn.1006-1878.2016.04.010

2015 - 12 - 26；

2016 - 01 - 12。

张宾（1982—），男，北京市人，硕士，工程师，电话 13911628403，电邮 zhangb.bjhy@sinopec.com。