祝洪芬
(山西省长治市环境监测站，山西 长治 046000)
引 言
精细化工与我们的生活息息相关，影响着我们的衣食住行，是当今化工行业主要的创新源动力。然而，精细化工在生产过程中会使用各类化工原料及溶剂，加上其产品附加值较高，合成路线较为繁琐，因此其会产生大量含有多种污染物种类的废水[1]。而且，精细化工废水具有COD浓度高、毒性大、可生化性差及水质不稳等特点[2]，如果不处理排放，会给环境及人类健康带来严重的破坏。上流式厌氧生物反应器(UASB)具有工艺结构紧凑、厌氧污泥浓度高、处理能力大、无混合搅拌设备、水力停留时间短、抗冲击效果好等优点[3]，结合企业实际工况，本研究采用UASB处理工艺处理某精细化工企业扩产后的废水。
1 试验材料与方法
1.1 试验用水
选择某精细化工企业废水预处理后的混合水样为研究对象，其水质指标，如表1所示。
表1 试验用水水质指标
1.2 主要仪器与设备
1) 电子天平，MS104TS，梅特勒-托利多(常州)称重设备系统企业；2) 气流烘干器，HG-3，天津市顺诺仪器科技企业；3) pH计，雷磁pHSJ-4F，上海仪电科学仪器股份企业；4) 鼓风干燥箱，DHG-9203A，天津市顺诺仪器科技企业；5) 紫外分光光度计，UV1902PC，上海奥析科学仪器企业；6) 恒流泵，LABV6，保定申辰泵业企业；7) 恒温水浴锅，HH-4，天津市顺诺仪器科技企业；8) 磁力加热攒拌器，HWCL-3，郑州长城科工贸企业；9) 加热器，WLD15S，南京三乐微波技术发展企业。
1.3 测定方法(见表2)
表2 本试验废水常规指标的测定方法
1.4 UASB试验装置
UASB试验装置分为三大部分，分别为顶部、中间和底部。其中，位于顶部的三相分离器把气体、固体、液体三者进行有效的分类，是整个UASB装置最核心及最至关重要的部件[4]。可以说，只有具备了三相分离器这个核心部件才能称得上是UASB，才能保证UASB正常运行。
本次试验装置UASB反应器主要采用有机玻璃制作而成，装置高1.2 m，直径50 mm(外径)，总容积约8 L。考虑到反应温度对试验影响较大，对装置外部的筒体进行了保温。另外，为防止后期甲烷气体产生较多，可能导致危险，对其设置了收集装置。本试验流程装置，如第214页图1所示。
2 UASB反应启动装置及试验运行
UASB反应装置的启动过程分初次启动和再次启动。其中，初次启动主要是对接种的污泥进行培养、驯化，再次启动主要是缩短UASB反应装置整体启动时间。根据研究及实践经验可知，UASB反应启动需注意以下六点[5]：1) 保持反应器内pH在6～8，促使甲烷菌生成；2) 为防止驯化失败，需对过高COD的进水进行稀释；3) 启动时应先提高废水有机负荷，之后再逐步提高水力负荷；4) 对悬浮物过高的废水，应该采取沉降、气浮等预处理手段降低悬浮物的含量；5) 控制进水浓度在500 mg/L～1 000 mg/L；6) 不采用循环污泥，剩余污泥不再进入UASB反应器。另外，本试验UASB反应启动装置也应注意。
图1 本试验流程装置示意图
2.1 启动方案
污泥的培养和驯化一般有同步法和异步法两种方法。通过对比两种方法的优劣，结合具体情况，本试验选择采用加入适量废水，让细菌在繁殖生长中同步适应废水的同步法。而且在试验初期，为了能够让颗类污泥更有效率的形成，需要对装置进行一定的控制，控制参数及措施，如表3所示。
表3 本试验UASB反应器条件控制
2.2 污泥接种运行
通过对UASB反应装置处理该企业精细化工废水的试运行可得：
1) 污泥接种初期(0 d～30 d)。在污泥接种初期，UASB装置中几乎没有气体产生，COD的去除效率不高，低于50%，且出水COD不稳定。可能是由于污泥接种初期微生物对底物需要有一个适应过程，大多数微生物还未适应环境条件，因此达不到正常新陈代谢水平，不能发挥应有作用。
2) 接种污泥形成期(31 d～60 d)。在此阶段，厌氧细菌得到了有效的生长和繁殖，并有少量的气体产生，COD去除率不断提高，可达60%～70%，且出水COD逐渐稳定。可能是由于污泥经过上一个阶段的驯化过后，体系内的颗类较小和沉降性能较差的污泥基本被淘汰，厌氧细菌得到了有效的生长和繁殖，其通过正常的生长代谢不断分解并降低COD。
3) 接种污泥成熟期(61 d～94 d)。在接种污泥成熟期内的第80天，在废水中原有的及由产酸菌产生的VFA合并分解作用下，COD的去除效率较高，可达到75%～85%，且出水COD已基本稳定。可能是由于污泥经过前两个阶段的不断驯化及生长繁殖，体系中产甲烷的细菌和产乙酸的细菌达到一种平衡状态，而在这种状态下，对废水的处理效果最好。
2.3 影响COD去除的因素分析
在试验期间，对影响COD去除的因素进行了研究，结果如下。
1) 水力停留时间(HRT)。本试验考察了HRT为12 h、18 h、24 h、30 h、36 h时COD的去除率。结果表明，初期的12 h，COD去除率较低，约为60%；当HRT从12 h增加到24 h，COD去除率上升较快，升至75%；之后，随着HRT的不断增大，COD去除率变化不大。可能是因为当水力停留时间较短，污染物与活性污泥接触不充分，甲烷化还没有完成，因此COD去除率较低。考虑到时间效率，综合各种因素，确定最佳水力停留时间HRT为24 h。
2) 温度。本试验考察了温度为20 ℃、30 ℃、35 ℃、40 ℃时COD的去除率。结果表明，在20 ℃～35 ℃，COD的去除率随温度的升高而逐渐增大，之后变化不明显。可能是因为我们研究的是中温区域的厌氧细菌，温度太低厌氧细菌处于凝胶状态，失去活性，温度升至35 ℃时，此时反应内产酸菌和甲烷菌相对平衡，系统有效运行，COD去除率约75%。因此，最终确定最适温度为35 ℃。
3) 碱度。本试验考察了碱度为500、800、1 100、1 400、1 700、2 000 mg/L时COD的去除率。结果表明，COD的去除率随碱度的升高呈“凸”型抛物线形状，碱度在1 100 mg/L时，COD去除率最大，约为75%。可能是因为碱度较低时，不仅甲烷菌的生长受到了抑制，产甲烷菌和产酸菌比例失衡，而且会因缓冲能力不够而使反应器内消化液的数值偏低，因此COD去除率较低；而碱度较高时，pH值也同步升高，不利于产酸菌的生长，进而得体系失衡，影响去除率。因此，确定最佳碱度为1 100 mg/L。
4) pH值。本试验考察了pH值为6、6.5、7、7.5、8时COD的去除率。结果表明，COD的去除率随pH值的升高也呈“凸”型抛物线形状，pH值在7时，COD去除率最大，约为75%。可能是因为pH值的变化会影响体系内的微生物生长环境，进而影响生物酶的活性，导致微生物细胞内的代谢发生异常，造成COD去除率较低。由于pH值为7～8时，抛物线右端较高缓，因此，选择最适宜的pH值是7～8。
3 工程运行结果
本次试验结束之后，经过调试后，最佳运行参数条件为水力停留时间(HRT)为24 h，温度为35 ℃，碱度为1 100 mg/L，pH值在7～8时，体系正常运行，UASB运行后COD去除率保持70%以上，平均74.3%，且好氧出水COD皆在300 mg/L(国家废水排放标准)以下，可以达标排放。
4 结论
本试验在某精细化工企业原有工艺基础上采用UASB工艺，得出如下结论：
1) 找出的最佳参数条件是水力停留时间(HRT)为24 h，温度为35 ℃，碱度为1 100 mg/L，pH值在7～8；
2) 本试验构建的UASB工艺，出水COD<300 mg/L(国家废水排放标准)，可以达标排放；
3) 本试验可靠，可以进一步实践研究及推广运行。
