UASB处理技术在精细化工企业废水处理中的应用

姜加兵(江苏邦弛茂元安全技术科技有限公司，江苏 南京 210009)

0 引言

通过对国内外研究文献进行研究，UASB处理技术可用于自有机大分子物质降解处理，其技术适应性强、涵盖面广，相较于好氧处理技术而言，不需要消耗大量电能，且UASB技术产生的污泥量较小，经处理后的污泥可通过工艺改进再次利用。因此，在精细化工污水处理中应用UASB技术具有良好的应用推广价值。本文以某精细化工企业废水处理为例，深入研究UASB技术废水处理效果。

UASB厌氧处理技术由荷兰学者于20世纪70年代提出，其基本原理是由两个反应器将污水处理过程分离，即上部三项分离区和下部反应区。污水经下部厌氧污泥床沉淀后进入上部反应区(如图1所示)，与颗粒状污泥充分接触并发生反应，有机大分子物质在厌氧细菌的作用下分解为小分子物质，并产生甲烷气体、二氧化碳气体，形成甲烷气泡，气泡上升产生的浮力将部分污泥升起，最终带动污泥进入顶部收集室，实现污水中固、液、气三相分离。甲烷气体可被综合利用，污泥持续上升后与废水充分接触、反应，污泥中的有机物被降解为小分子物质，并在重力作用下降至反应器底部，通过定期排泥排出。

图1 UASB处理技术原理示意图

1 试验材料及处理方法

1.1 试验用水

本试验选用某精细化工企业预处理后的混合水样作为研究对象，其污水性质如表1所示。

表1 污水性质表

1.2 试验仪器及设备

本次试验使用的试验器具包括：电子天平、气流烘干器、pH计、鼓风干燥箱、紫外分光光度计、恒流泵、恒温水浴锅、磁力加热搅拌器、加热器等。

1.3 测定方法

针对本工程污水各项控制指标测量方法如表2所示。

1.4 UASB试验装置

本试验中，UASB试验装置由三部分组成，即顶部、中部、底部，其中，顶部三相分离器，其主要作用是实现三相分离，是本试验装置中的关键。底部为污泥床。污水经预处理后进入UASB试验装置。

本试验中，UASB反应器采用有机玻璃材质，装置高度为1.2m，直径为50mm，总容积为8L。综合考虑污水处理时反应温度对试验结果影响较大，为保持试验温度恒定，本试验在装置外侧筒体上覆盖保温材料。此外，为防止因甲烷外泄危害人身安全，本试验在分离器集气室位置加设了气体收集器，以保障本试验顺利、安全开展。

2 UASB反应试验开展及影响因素

2.1 UASB反应试验启动

本试验中，由于UASB反应装置初次运行，其启动过程可分为初次启动和再次启动。在初次启动时，需对接种污泥进行培养和驯化，待初次启动完成后，再次启时可缩短装置启动时间。根据理论和实验研究表明，UASB反应启动时需要把握几个要点，即反应器内pH值应控制在6～8范围。促进甲烷菌的培养和驯化；为防止驯化失败，需要对COD过高的污水进行稀释处理；反应器启动时，可提高废水有机负荷，待甲烷菌培养后逐渐提高污水水力负荷；针对悬浮物过高的污水，应经与预沉降、气浮后降低污水内悬浮物含量；尽量避免循环利用污泥，剩余后的污泥不应用于反应器反应。

根据UASB污水处理技术方案，甲烷菌培养和驯化可分为同步法和异步法两种，通过对比两种技术方案优势和劣势，本试验采用同步培养法，即先加入适量的废水，使废水中甲烷菌培养至适应污水环境后投入使用。在试验初期，为能促进颗粒类污泥有效形成，需要对装置进行一定的控制，重点控制反应器的反应条件(如表3所示)。

表3 反应器反应条件

2.2 污泥接种运行

在污泥接种运行阶段，随时间变化，污泥接种不同时间阶段表现出不同的特征，根据反应情况，可将污泥接种运行分为三个阶段：第一阶段(0～30d)，污泥接种前，反应器内无气体产生，COD去除率低于50%，且经污水混合预处理后COD不稳定，可能是污泥接种后微生物需要一个缓慢适应的过程，该阶段由于大部分微生物尚未完全适应环境，未能达到正常的新陈代谢水平，导致污泥接种初期处理效果不佳；第二阶段(31～60d)为污泥接种形成期，该阶段厌氧细菌逐渐适应了污水环境，少量气体产生，COD随时间延长去除率不断提高，经处理后污水COD去除率可达到60%～70%，可能是因为厌氧细菌经培养和驯化后体系内较小的颗类和沉降性能较差的污泥基本被排出，厌氧细菌生长和繁殖迅速，通过生物降解导致污水内COD去除率不断上升；第三阶段(61～90d)污泥接种成熟期，自污泥接种第80d起，污水COD去除率不断提高，可达到75%～85%，且经处理后的污水COD去除率基本保持稳定，可能因为经污泥接种培养、驯化后，污水体系内厌氧细菌和产乙酸细菌达到平衡状态，在该状态下，厌氧细菌能够有效处理反应器内污水，污水处理效果良好，达到预期污水处理效果。

2.3 试验过程中污水处理效果的影响因素

在本试验过程中，为深入研究不同条件下UASB污水处理效果，通过改变试验条件研究不同情况下UASB污水处理技术影响因素：

(1)考虑水力停留时间因素，在污泥接种进入成熟期后，分别考察了水力停留12h、18h、24h、30h、36h情况下污水COD去除率。经试验研究表明，水力停留时间12h时，COD去除率较低，仅为60%。将水力停留时间提高至24h后，COD去除率不断提高，由60%提高至75%。随水力停留时间不断延长，污水COD去除率变化不明显，其原因可能是因为水力停留时间较短的情况下，污水中污泥与厌氧细菌接触不充分，导致反应器内污泥甲烷化未完全完成。因此，在采用UASB技术处理精细化工污水时需要综合考虑水力停留时间，综合污水处理效率，最佳水力停留时间应控制在24h左右。

(2)反应温度。在污泥接种80d后，分别观察反应器温度在20℃、30℃、35℃、40℃等情况下污水处理效果，经试验研究，在20～35℃温度区间内，精细化工污水中COD去除率随温度升高而不断提高，35～40℃温度区间内，污水COD去除率变化不显著，其原因可能是因为试验测量的温度是反应器内中心温度，温度较低的区域厌氧细菌处于凝胶状态，由于温度过低导致厌氧细菌失去活性，当温度上升至35℃后，反应器内甲烷菌和产酸菌达到平衡状态，体系内细菌生长、繁育状态良好，环境温度适宜，温度继续升高后对微生物影响较小。综合考虑系统运行能耗、污水处理效率等因素，本试验确定UASB最佳反应温度为35℃。

(3)碱度因素。在同等条件下考察不同碱度对污水处理效果的影响，按300mg/L间隔梯度将调整反应器内碱度，结果表明，COD去除率随碱度升高而呈现抛物线趋势，当反应器内碱度在1100mg/L时，污水COD去除率达到75%，随着碱度的增加、降低，污水COD去除率不断下降。究其原因，可能是因为碱度较低时甲烷菌生长受到酸性抑制，导致甲烷菌和产酸菌比例失衡，进而导致体系内酸碱度失衡，进而导致污水COD去除率下降。当碱度偏高时，相应产酸菌生长受到抑制，pH值不断升高，导致体系内微生物失衡，最终影响污水COD去除率下降。结合试验结果，将最佳碱度确定为1100mg/L。

(4) pH因素。本试验中，按0.5刻度调整反应器内pH值(6～8)，试验结果表明，pH值为7时，污水COD去除率最高，达到75%，pH值上升、下降都会引起COD去除率下降，其原因基本与碱度因素影响机理一致，主要是因酸碱度不平衡导致甲烷菌和产酸菌失衡，进而影响COD去除率。但经深入研究发现，pH值位于7～8区间内时，COD去除率变化平缓。综合工艺操作稳定性控制要求，可将UASB污水处理技术最佳pH值设定为7～8。

3 试验结果

经过90d试验，最终确定最佳工艺操作条件如下：水力停留时间24h，温度控制在35℃左右，最佳碱度为1100mg/L，pH值在7～8范围内时，精细化工污水COD去除率可达到75%，经处理后，污水可达到国家废水排放标准要求，污水处理效果良好。

4 结语

经本次试验研究，有效验证了UASB污水处理技术在精细化工污水处理中的有效性，并确定了最佳工艺操作条件，水力停留时间24h，温度控制在35℃左右，最佳碱度为1100mg/L，pH值7～8，经UASB污水处理后，精细化工污水COD去除率可达到75%，出水COD含量小于300mg/L，达到国家废水排放标准，能够满足精细化工污水处理技术要求，在实际应用中，应根据精细化工反应器设备实际情况进行深入的验证和研究，提高UASB污水处理技术应用效果。