A/O工艺处理家具喷漆废水的研究

黄 冰，兰善红，温志良

(1.东莞市环保产业促进中心，广东 东莞 523000；2.东莞理工学院，广东 东莞 523808)

A/O工艺处理家具喷漆废水的研究

黄 冰1，兰善红2*，温志良1

(1.东莞市环保产业促进中心，广东 东莞 523000；2.东莞理工学院，广东 东莞 523808)

采用A/O工艺，即UASB-生物接触氧化联合工艺来处理家具喷漆废水，通过测定反应器进出水CODcr浓度及pH值来确定反应器的最佳运行条件。试验结果表明：(1)UASB反应器保持水力停留时间为32h时，在进水CODcr浓度范围为2800～3300mg/L，容积负荷在1.98～2.2kgCOD/m3·d范围内，进水pH范围在7.4～8之间的条件下，UASB反应器的CODcr去除率达到70%以上，此时出水CODcr浓度为1000mg/L左右。(2)生物接触氧化反应器的一级和二级反应池的水力停留时间均保持8h不变，在进水CODcr浓度在800～1500mg/L范围，容积负荷在0.88～1.67kgCODcr/m3·d范围，进水pH值范围在6.7～7.3之间的条件下，反应器的去除率可达到70%左右，此时出水CODcr浓度为400mg/L左右。

家具喷漆废水；UASB；生物接触氧化

家具喷漆废水[1-3]是一类成分复杂的高浓度有机废水，其除由于含有甲苯、酮类、酯类和醇类等有机溶剂，因此具有较高毒性[4]外，还具有高CODcr浓度、低可生化性以及高色度等特点。未经处理的家具喷漆废水不仅对人体会造成可逆甚至不可逆的损害[5]，其在水体和土壤中也难以降解[6]，致使水体和土壤中的有害成分积累，严重影响水中动植物的生长。

混凝沉淀法、生物法、化学氧化法是处理喷漆废水的常用手段。混凝沉淀法[7]对于家具喷漆废水中的细小悬浮物和胶体污染物质的处理效果较为显著，但较容易受到酸碱度、水温、浊度、混凝剂种类等因素的影响[8-9]。好氧生物法[10]使用范围广泛且成本较低，但也受到溶解氧量、pH值、微生物所需营养元素平衡等因素的制约[11]。化学氧化法[12]多是针对家具喷漆废水中含有化学性质稳定的难降解物质使用。由于家具喷漆废水成分的日益复杂，使用传统的、单一的方法已经很难达到其相关的处理要求。

根据不同家具喷漆废水的特点，联合工艺处理家具喷漆废水的方法[13-14]应运而生。本研究根据处理的家具喷漆废水的可生化性差、CODcr浓度高的特点，采用UASB-生物接触氧化法联合工艺(即A/O工艺)处理家具喷漆废水，研究了各工艺单元的运行效果，对各个污染物质的去除效率和污染物降解过程中存在的规律以及运行过程中主要因素对运行效果的影响进行了分析，得出反应器的最佳运行条件，以期为家具喷漆废水的处理提供合理、高效的方法。

1 实验材料

1.1 实验废水来源及水质

实验废水来源为东莞市某喷漆厂产生的废水，废水较为澄清，废水的CODcr为4917 mg/L，SS为600mg/L，pH值为5～7。

1.2 工艺流程

1.2.1 工艺流程图

采用UASB-生物接触氧化法联合工艺(即A/O工艺)处理家具喷漆废水的工艺流程图如下图1所示。

图1 A/O工艺流程图

Fig.1 A/O process chart

1.2.2 UASB实验装置及启动

实验所采用的UASB反应器是一个半径为0.25m，高1.8m的圆柱体。同时反应器内部装有磁化器，其作用是对水系统进行磁处理，从而加快了溶液内部结晶作用，同时起到防垢作用，防止堵塞。需要处理的废水在进水箱中经过稀释后，由蠕动泵从反应器的底部泵入，至下而上流经反应器，最终从反应器上部流出。

UASB反应器内的污泥取自污水厂的沉淀池污泥，污泥量为反应器有效体积的2/3，废水从污水厂已运行的混凝沉淀池取水，进入反应器前，要将废水稀释至CODcr浓度为2000mg/L，运行一周或CODcr去除率升至60%后，提高进水COD浓度至5000mg/L，观察反应器的运行情况。

1.2.3 生物接触氧化反应器实验装置及启动

实验所采用的生物接触氧化反应器由进出水系统、反应池、填料、曝气装置及过滤装置组成。反应器的生物接触氧化池共有两个，分别为一级好氧池和二级好氧池，一级和二级好氧池的长宽高相同，长为0.3m，宽为0.3m，高为1.2m。内部有磁化器和200目筛网组成的过滤装置，其中磁化器的作用是对水系统进行磁处理，从而加快了溶液内部结晶作用，同时起到防垢作用，防止堵塞。生物接触氧化反应器的进水为UASB反应器的出水，其中生物接触氧化反应器所选用的填料是环形纤维填料。

向反应器中加入的污泥量(MLSS)为4000mg/L，调节pH值为7，一级和二级好氧池的水力停留时间均为8h，悬挂纤维填料，进水为UASB反应器的出水，检测反应器的进出水pH值和CODcr浓度。直至反应器挂膜成功。

1.3 分析项目

CODcr采用快速测定法检测，使用QCOD-2F型化学需氧量速测仪；pH使用pH-520型便携式酸度计检测；SS采用105℃烘干称重法测定。

2 结果与讨论

2.1 UASB反应器运行结果与讨论

2.1.1 容积负荷对UASB反应器运行效果的影响

容积负荷的改变是通过改变进水CODcr的浓度来改变的，通过试验研究，容积负荷从1.32 kg CODcr/m3·d提升至3.37 kg CODcr/m3·d。容积负荷与CODcr去除率的关系如图2所示。

图2 UASB反应器容积负荷与CODcr去除率的关系

Fig.2 Relation between volume loading of UASB and CODcrremoval rate

由图2分析可知，UASB反应器对CODcr的去除率随着容积负荷先上升先后下降，由试验的结果得出容积负荷与CODcr去除率的关系存在一定的波动，这是由于废水的性质变化较大，而且在配水过程中难以准确控制进水CODcr的浓度，从而导致容积负荷与去除率之间的关系存在一定的波动性。在试验的初期，容积负荷较低时，CODcr的去除率较低，只有30%～40%。在容积负荷逐渐提升的过程中，CODcr去除率也不断增大，容积负荷在1.98～2.2kgCODcr/m3·d时，去除率达到70%以上。但随着容积负荷的继续增加，容积负荷在大于2.2kgCODcr/m3·d时，CODcr去除率逐渐下降，这是由于反应器内一定数量的微生物在一段时间内降解废水中的有机物是有限的，同时微生物也受到废水pH值的影响而导致CODcr的去除率下降。因此，容积负荷在1.98～2.2kgCOD/m3·d左右时，反应器有最佳的处理效果，去除率达到70%以上。

2.1.2 pH对UASB反应器运行效果的影响

控制进入反应器的废水pH值，主要是通过调节进水箱中废水的pH值来控制，当进水箱中废水的pH值过低时，向进水箱中加入一定量的氢氧化钠晶体，搅拌使晶体溶解，待晶体溶解完全且完全混合均匀后，测试进水箱中废水的pH值。当进水箱中废水的pH值过高时，在污水处理厂的酸性废水池中取一定量的酸性废水，直接加入到进水箱中，搅拌均匀后可立刻测试废水的pH值。在本次试验中，进水的pH范围为5～9，进水pH值与CODcr去除率的关系如图3所示。

微生物的正常生长受到环境的pH值的影响，一般微生物的生长繁殖都有一个适宜的pH范围，在范围之外的pH值可能会抑制微生物的生命活动。在厌氧处理过程中，微生物生物代谢过程中的酶的活性受pH值的影响较大，同时pH值也可能影响废水中物质的解离状态，从而改变了废水中的营养物质的可给性和有害物质的毒性[15]。在厌氧消化过程中，产酸菌与水解菌对pH的适应范围较大，最适pH值范围在5.5～6之间，而甲烷菌对pH较敏感，一般认为最适pH值在6.5～7.8[16]。由图3分析可知，在试验初期，进水pH值的变化波动较大，而出水pH值也随之变化。在反应器内微生物逐渐适应废水环境后，反应器的CODcr去除率升高，去除率达到70%以上，后来随着进水pH值的逐渐增大，去除率逐渐变低，这是由于pH过高会抑制微生物的活性，微生物在代谢过程中，酶的活性变低，同时也可能是pH过高影响废水中有机物质的解离状态，微生物在生长过程中得不到所需的营养物质，废水中有机物质被降解的量减少，导致去除率下降。从图中可知，pH值在7.4～8之间，反应器的CODcr去除率最佳，pH值大于8或小于7.4都会使去除率有所下降。

图3 UASB反应器进水pH值与CODcr去除率的关系

Fig.3 Relation between influent pH value and CODcrremoval rate of UASB

2.1.3 UASB反应器运行结果

在UASB反应器中，在不同时期微生物对废水中的有机物的降解能力也有所不同，在反应器启动初期，进水CODcr浓度保持在2000mg/L左右，让反应器内的微生物适应废水的水质环境，让反应器平稳启动。随后逐渐增加进水CODcr的浓度，观察反应器的运行效果，反应器进出水CODcr浓度关系图见图4。

图4 UASB反应器进水CODcr浓度与出水CODcr浓度关系

Fig.4 Relation between influent CODcrconcentration and effluent CODcrconcentration in UASB

根据图4可知，在试验的初期，进水CODcr的浓度在2000mg/L左右，出水CODcr的浓度在1500mg/L左右，CODcr去除率在30%～40%之间，由于初期进水pH值起伏较大，同时容积负荷较低，导致去除率较低。在UASB反应器内的污泥对废水产生了适应性，CODcr去除率升至70%左右，进水CODcr浓度2800～3300mg/L范围内，出水CODcr浓度在1000mg/L左右，进水pH值在7.4-8之间。随着进水CODcr浓度的不断增加，出水CODcr的浓度也随之增加，后期进水CODcr浓度依旧增加，但出水CODcr浓度保持在2700mg/L左右，CODcr去除率呈下降趋势，这是由于进水pH值的增大而抑制了反应器内微生物的活性，导致微生物对废水中的有机物的降解速率变低，从而导致去除率下降。

2.2 生物接触氧化反应器运行结果与讨论

2.2.1 容积负荷对生物接触氧化反应器运行效果的影响

生物接触氧化反应器的容积负荷根据UASB反应器出水CODcr浓度的变化而变化，容积负荷与CODcr去除率的关系如图5所示。

图5 生物接触氧化反应器容积负荷与CODcr去除率关系

Fig.5 Relation between volumetric loading and CODcrremoval rate in biological contact oxidation

由图5分析可知，由于反应器的进水为UASB反应器的出水，而UASB反应器的出水CODcr浓度存在一定的波动性，导致反应器中的微生物不能适应水质变化，微生物的活性受到一定程度的影响，当UASB反应器出水CODcr浓度过低时，废水中提供的有机物可能不满足微生物生命活动所需的营养物质，使微生物的活性下降。当UASB反应器出水CODcr浓度过高时，微生物降解有机物的能力是有限的，不能降解完全，导致CODcr去除率降低。根据关系图可得出，忽略反应器的不稳定因素，容积负荷在0.88～1.67kgCODcr/m3·d范围时，反应器有最佳的处理效果，反应器的去除率可达到70%左右。

2.2.2 pH对生物接触氧化反应器运行效果的影响

水体中pH值对微生物的生理活性有着重要的影响，只有在适宜的pH环境下，微生物才能正常生长。一般微生物适宜的pH值范围为4-9，最适宜的范围为6.5～8.5，生物接触氧化反应器的进水pH值为UASB出水pH值，保持水利停留时间不变，检测pH值的改变对反应器运行效果的影响。生物接触氧化反应器进水pH值与CODcr去除率的关系如图6所示。

图6 生物接触氧化反应器进水pH值与CODcr去除率的关系

Fig.6 Relation between influent pH and CODcrremoval rate in biological contact oxidation

根据测得的实验数据分析可知，进出水的pH值变化不大，在试验后期，随着进水pH值的升高，反应器的去除率逐渐变低，这是由于pH值过高会抑制微生物的活性，微生物在代谢过程中酶的活性受到pH值的影响，pH值过高酶的活性降低，导致CODcr去除率降低。从图6分析可知，pH值在6.7～7.3范围内，反应器的CODcr去除率最佳，pH值大于7.3或小于6.7，都可能使反应器中微生物活性降低，导致去除率下降。

2.2.3 生物接触氧化反应器运行结果

生物接触氧化反应器的进水为UASB反应器的出水，保持水利停留时间不变，测试反应器进出水的CODcr浓度和进出水pH值。进出水CODcr浓度与CODcr去除率的关系如图7所示。

图7 生物接触氧化反应器进水CODcr浓度与出水CODcr浓度关系

Fig.7 relation between influent CODcrconcentration and effluent CODcrconcentration in biological contact oxidation

由图7分析可知，反应器的出水CODcr浓度波动较大，受到UASB反应器出水CODcr浓度的影响，由于UASB反应器的出水CODcr浓度并不是呈递增规律上升，因此生物接触氧化反应器中的微生物不能适应水质的变化，微生物的活性受到影响，反应器的出水情况变化较大，结合数据分析，出水CODcr浓度随着进水CODcr浓度的变化而变化，但在后期随着进水CODcr的继续增加，出水CODcr保持在1500mg/L左右，CODcr去除率也逐渐下降，这可能是反应器中微生物受到容积负荷和pH值等因素的影响。在整个试验过程中，进水CODcr范围在800～1500mg/L范围内，去除率可达到67%左右。

3 结论

采用A/O工艺处理家具喷漆废水，即UASB-生物接触氧化法联合工艺处理家具喷漆废水的研究，通过研究各相关参数对反应器运行效果的影响，得出最佳运行条件，通过试验得出以下结论：(1)UASB反应器，保持水力停留时间为32h，当进水CODcr浓度范围为2800～3300mg/L时，容积负荷在1.98～2.2kgCOD/m3·d范围时，反应器的COD去除率达到70%以上，此时出水CODcr浓度为1000mg/L左右；当UASB反应器的进水pH范围在7.4～8之间时，反应器的净化效果最好，CODcr去除率达到70%以上。(2)生物接触氧化反应器，一级和二级反应池的水力停留时间均保持8h不变，当进水CODcr浓度在800～1500mg/L范围，容积负荷在0.88～1.67kgCODcr/m3·d范围时，反应器的去除率可达到70%左右，此时出水CODcr浓度为500mg/L左右；生物接触氧化反应器的进水范围在6.7～7.3之间时，反应器运行效果最佳，CODcr去除率在70%左右。

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StudyonA/OProcessforTreatmentofFurniturePaintWastewater

HuangBing1，LanShanhong2，WenZhiliang1

(1. Dongguan Environmental Protection Industry Promotion Center, Dongguan 523000,China;2.School of Environment and Civil Engineering, Dongguan University of Technology, Dongguan 523808,China)

The A/O process, UASB- biological contact oxidation process to deal with the furniture paint wastewater, through the determination of the reactor effluent CODcrconcentration and pH value to determine the best operating conditions of the reactor. The test results showed that: (1) the UASB reactor hydraulic retention time is 32h, the influent CODcrconcentration range of 2800～3300mg/L, volume load in 1.98～2.2 kgCODcr/m3·d range, the influent pH is in the range of 7.4～8 under the condition of the UASB reactor CODcrremoval rate reached more than 70%, and the effluent CODcrconcentration was about 1000mg/L. (2) hydraulic grade one and two reactor biological contact oxidation reactor residence time were unchanged at 8h, the influent CODcrconcentration in the range of 800～1500mg/L, volume load in 0.88～1.67 kgCODcr/m3·d range, the influent pH value is in the range of 6.7～7.3 under the condition of the reactor the removal rate can reach about 70%, this time the effluent CODcrconcentration is about 400mg/L.

furniture painting wastewater; UASB; biological contact oxidation

2017-07-03

广东省教育厅自然科学项目(2015KTSCX140)；东莞市社会科技发展(重点)项目(2017507101426)

黄 冰，女；通讯作者：兰善红(1972—)，畲族，江西信丰人，教授。

X703

A

1008-021X(2017)18-0194-04

(本文文献格式黄冰，兰善红，温志良.A/O工艺处理家具喷漆废水的研究[J].山东化工，2017，46(18)：194-197-199.)