好氧厌氧反应器组合处理母液水效果研究

【摘 要】在PVC生产中产生的难于生化降解的聚合母液水的有效利用成为PVC行业清洁生产的关键点，本文对新疆天业集团20万吨聚氯乙烯离心母液水进行了研究。针对现有的系统无法使接触氧化池出水COD降至40mg/L以下，接触氧化池微生物膜脱落引起的悬浮物含量超标的难题，采用不同浓度厌氧细菌放入厌氧好氧组合装置对PVC母液水进行降解试验，研究结果表明：厌氧反应器里添加水解酸化池的活性污泥发挥有机物降解能力的最佳条件为控制PH为8.2，温度为30℃，水力停留时间控制在8小时；每天好氧反应器里投加300mL菌液后，对母液水处理效果较好，COD去除率保持在85%以上，水中悬浮物去除率达到90%以上。

【关键词】聚氯乙烯；母液水；活性污泥；好氧反应器；生化处理

引言

本实验利用模拟实验装置即厌氧好氧组合系统研究该装置启动条件，厌氧区活性污泥处理母液水的最佳条件，好氧反应器弹性材料挂膜时间，在好氧反应器里投加活性菌观察母液水的COD去除率，及好氧区悬浮物的变化量，与不投加活性菌的一组实验做对比找出母液水处理投加细菌的最佳条件。

1.试验原料及菌种

聚氯乙烯母液水，采天业化工厂20吨聚氯乙烯生产中的离心母液水水质指标见表：

厂区培养好的白色细菌菌种（存放于35℃恒温箱中），取自离心母液处理水解酸化池的厌氧污泥；接触氧化池中段的污泥，聚氯乙烯弹性填料（φ150×O 5mm，比表面积296m2/m3。经测量反应器内填料总表面积为7.1m2）。

2.实验工艺图

图1 厌氧好氧实验工艺图

3.实验方法与步骤

3.1 母液水处理设备启动

离心母液水槽中的离心母液水由离心泵泵入厌氧反应器底部，厌氧反应器出水口位于厌氧反应器中上部，当离心母液水充满厌氧反应器后就流入好氧反应器反应，好氧处理后的水从好氧反应器上部排出，构成一套厌氧好氧组合生物处理系统。

启动反应器后每天测定PH值，测定厌氧反应器进出口COD值，计算COD去除率，直到去除率趋于平稳可视为反应器启动成功。

3.2 厌氧反应器最佳运行条件确定

厌氧反应器在该工艺中的主要作用是减少好氧区的水质变化量，尤其是温度变化量。为好氧设备里的活性细菌提供良好的生存温度[1]，起到缓冲作用。母液水经过冷却塔降温后，进入厌氧区的温度在22-40℃之间，PH在6.8-8.2之间波动。为了确定最优化的条件，反应器温度控制在20℃，30℃，40℃ 三种条件，PH值控制在6.8-8.2之间，选取水利停留时间为6h，8h，10h三种时间。采用不同条件下测定COD去除率，用正交分析方法找出主要影响因素。确定合适的反应条件[2]。

3.3 好氧反应器挂膜

含有高活性细菌的污泥1L接种到好氧反应器里面，再加入11mL离心母液水，这样好氧反应器就被充满。开启空气泵，保持溶解氧DO值在4-6mg/L[3]。这样的条件保持曝气2天。3天后观察填料表面颜色发生变化，出现浅黄色的生物膜。由此看来生物膜已经初步挂膜。分析原因可能是弹性填料的空隙较多，比表面积大，微生物可以很好的在上边生存，还一个重要原因是曝气装置选用一节长管，竖直放进反应器，这样产生了内循环曝气，避免了气体直接冲击填料层而导致生物膜被破坏。

3.4 厌氧好氧组合反应器正常运行

实验设备启动器期过后开始正式运行试验。实验分两组进行，第一组实验在好氧反应器里不添加高活性细菌，第二组实验过程中每日添加同等浓度不同体积的高活性细菌。每日测定CODcr，PH值，通过对比找出最佳的细菌投放量。为好氧反应器里投加细菌量给予数据支持。

3.5 污水中悬浮物测定

采用重量法测定悬浮物[4]。

3.6 COD检测方法

计算方法：

测定结果保留三位有效数字。

4.结果与分析

4.1厌氧反应器启动过程分析

图2 每日PH检测

由图2可知，启动期间厌氧反应器PH值在6.2-8.3之间波动，在第八天以后波动幅度较小，PH保持在7.1-8.2之间。说明母液水PH值波动范围不大。

图 3 母液水进水COD值与厌氧反应器COD去除率

有图3可以看出，开始2天的时间厌氧反应器COD的去除率不高，第一天去除率为10.3%，第二天去除率为12.6%。但是这个情况到了第三天就有好转，去除率从第二天的12.6%升到33.5%，以后的几天里都保持去除率在44%左右，说明前两天污泥还没有适应反应器的反应条件，但是到了第三天以后去除率平稳，说明厌氧反应器启动成功[6]。

4.2 厌氧区处理效果分析

厌氧反应器启动成功后，通过文献得知，该反应器运行时，活性污泥的处理能力由温度、PH及水力停留时间决定的[7]-[8]。为了确定活性污泥在该反应器的最佳处理效果，采取了三个温度条件，三个PH值，三个水力停留时间条件做实验对比，采用正交分析方法找出主要影响因素。

我们做三因素的三水平实验，如表2所示：

Dj----------第j列的极差。等于第j列各水平对应的试验指标平均值中的最大值减最小值，即Dj=max{Ⅰj/ kj ，Ⅱj/ kj ，… }-min{ Ⅰj/ kj ，Ⅱj/ kj ，… }

通过上述表格可以看出当PH值在8.2，温度保持30℃，水力停留时间8小时的条件最适应反应的进行。

4.3 投加活性菌对好氧区处理能力的影响

在好氧反应器里添加活性菌的量会对COD去除率有何影响还是个未知数。一般情况下，细菌的投加量不能由公式推算。只能通过实验得出结论[10]。因此做五组对比实验。第一组实验中在好氧反应器里按C N P比例100：5：1添加营养物质[11]，除了第一天添加1L降解有机物高效菌之外，剩下的9天里不添加任何降解有机物高效细菌。

第二组至第五组实验中其他反应条件不变，除了第一天添加1L降解有机物高效菌之外，每天一次向好氧反应器里分别添加100mL、200mL、300mL、400mL含有高效菌的悬菌液。每组试验持续10天时间，每天测定COD值，观察微生物膜的成膜情况。

图4 活性菌不同投加量对好氧区COD改变量的影响

图5 活性菌不同投加量对好氧区COD去除率的影响

图6 投加菌液的量对COD去除率的影响

图4图5表明五次实验的前3天都出现了COD变化量较小的现象，这一现象是由前三天好氧反应器里的因微生物没有附着在载体上未形成生物膜引起的微生物生长较慢，随着时间的推移用肉眼观察好氧反应器里的弹性填料上布满了黄白色的絮状物体。

离心母液水进入曝气池中，与池中的其他物质进行混合，微生物极易存活，外界因素对其影响不是很大，微生物要进行繁殖，衰减，呼吸的三个过程[12]。因此三天的时间微生物就可以在弹性填料上生存繁殖。

第四天以后反应器中微生物降解有机物的能力就提高了，第五天至第十天COD去除率基本稳定。从这些共性中推断微生物附着在弹性载体上繁殖并起作用的时间为三天。之后反应器可以正常运行。

从表6看到每天添加300mL菌液的一组实验COD去除率最高，稳定运行后达到72.11%，而每天添加400mL菌液的一组实验中稳定运行时候COD去除率仅为68.07%。这说明添加的菌液不是越多越好。在12L的反应器里加入300mL菌液是比较合适的。

4.4 组合反应器总的处理效果评价

厌氧好氧反应器组合启动后正常运行，在此期间我们只改变好氧反应器里细菌的投加量，而厌氧反应器里的活性污泥没有更换。厌氧区一直用循环水夹套加热进入其中的离心母液水温度保持30℃，水力停留时间8小时， PH值在8.2的最佳条件进行实验。

好氧区添加磷酸二氢钾控制碳氮磷比例，为微生物提供营养物质。

图7 厌氧好氧组合反应器COD去除率对比

由图7看到在整个反应中，COD去除率都比较高，相比而言，未投加活性菌的一组实验中COD去除率保持在70%左右，添加300mL菌液的一组悬浮物去除率达到85%以上。未投加活性菌的实验COD去除率用了五天的时间达到稳定值。而加入活性菌的其他四组实验中COD去除率都在三天内趋于稳定。而且保持COD去除率最高的一组还是添加300mg/L活性菌的一组。这说明活性菌的添加量不是越多越好。

5.小结

厌氧反应器里添加水解酸化池的活性污泥后需要三天时间才可以启动成功。说明活性污泥微生物的适应期为3天左右。厌氧反应器里添加水解酸化池的活性污泥发挥有机物降解能力的最佳条件为控制PH为8.2，温度为30℃，水力停留时间控制在8小时。

好氧反应器里的弹性填料是好氧微生物的生长的载体。在曝气量一定的时候，微生物需要2-3天时间成长期，在此期间活性菌对有机物的降解效果不明显。每天好氧反应器里投加300mL菌液后，对母液水处理效果较好。而不是大多数人认为的高效菌投放量越大越好，为后期实验提供了数据支持。

组合反应器的COD 去除率也有所提高，可保持去除率达85%以上。反应器出口处COD值下降到40mg/L以下。以前利用好氧反应器处理母液水出水COD值不能低于40mg/L。在这点上有所突破。

参考文献：

[1]邴涓林，黄志明.聚氯乙烯技术.北京：2007年12月.14-17.

[2]张忠祥.有机化学污染物与有机化工废水的生物毒性及生物降解性的初步研究[J].化工环保，1984，4（4）：211-218.

[3]Breitenbueher，K.，Open-Pore in Sintered Glass as A High―Efficiency SupportMedium in Bioreactors：New Results And Long-Term Experiences Achieved in High―Rate Anaerobic Digestion”，Wat.Sci.Tech.V01.22，（1990）.

[4]王文祥，齐水冰，刘铁梅.厌氧生物处理技术发展概况.内蒙古环境科学，2009，Vol.2l（2）：78～8l.

[5]浦定燕.膨胀颗粒污泥床（EGSB）反应器的研究与应用：[硕士学位论文].南京：南京理工大学，2004.

[6]贾卓，厉喜军.离心母液水系统热源的综合利用.化工：时刊，2003， 17：46-48.

[7]戴之荷，方唏，聂建校，等.黄河高浊度水混凝沉淀试验的研究[J].给水排水，2000，26（6）：25.27.

[8]李永定.PVC污水处理回用技术获突破，中国水利报，2003.7.31.

[9]国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法[M].第四版（增补版）.北京：中国环境科学出版社，2009.

[10]黄世臣.延吉市生活污水中高效降解菌的分离与筛选[J].延边大学农学学报，2008.

[11]朱宇斌.煤气洗涤废水处理研究[学位论文]. 2010年 兰州理工大学.

[12]耿亮.基于化学镀的电磁波屏蔽织物开发[学位论文].2007年 西安工程大学.