高浓度工业废水处理两相厌氧法
近年来，工业废水排放量大幅度增加，其浓度也越来越高，高浓度工业废水的处理已成为一个难题。这些高浓度工业废水主要来自造纸、制药、金属表面处理、纺织印染、石油化工等重污染行业，含有大量难降解或不易降解的物质及有害、有毒物质。基于此背景对高浓度工业废水的处理进行研究。目前采用较多的方法可分为物理法、化学法、生物法。近几十年来，由于生物处理方法发展较为成熟，且具有环保特点，得到了广泛的应用，在各国水污染防治中发挥了很大的作用。其中，两相厌氧法是一种新兴的生物处理方法，能达到良好的工业废水处理效果。因此，对高浓度工业废水处理的研究，均以两相厌氧法为主。
一
实验设计和实验材料
1.1 试验材料
试验选取某化工产品生产公司的高浓度工业废水作为试验材料，从该公司废水综合排放口获取一定量的高浓度工业废水，包括冲洗废水、回收残液、母液等废水。获取的高浓度工业废水中含有各种副反应产物、反应产物及原料，具有毒性大、色度深、可生化性差、COD值高等特点。
1.2 测试设备及仪器
实验中用到的设备仪器包括显微镜，电磁搅拌器等，如下。
型号为计量补液泵，生产厂家为嘉德泵业制造有限公司；型号为AFQ-4414Q，生产厂家为海曙精密仪器制造有限公司；型号为CＲD2345，生产厂家为海曙精密仪器制造有限公司；型号为-4566，生产厂家为嘉特电炉制造厂管式电阻炉；型号为EＲGVV-34，生产厂家为天元精密仪器制造厂恒温电热鼓风干燥箱；型号为RFWＲF-23，生产厂家为精科仪器制造厂分析天平。
1.3 实验设计
1.3.1 实验装置设计
设计的试验装置由产甲烷反应器、中间调节池、产酸反应器三部分组成，产甲烷反应器设计为UASB反应器，产酸反应器设计为CSTＲ反应器，试验装置总体设计如图1所示。
CSTR反应器的设计如下：
（1）配有加热装置；
（2）设置4个直径为5 mm的取样口；
（3）底部锥形进水结构高度为125mm，锥度为45度；
（4）流出方式包括回流口、出水口；
（5）沉降区容积设计为19.8L，高度设定为300mm，内径设定为290mm；
(6)反应区容积设计为39.7L，高度设定为，内径设定为190mm；
（7）反应器有效容积设计为56.2L，总容积设计为59.5L；
（8）总高度设定为；
（9）所用材质为PVC聚氯乙烯。
中间调节池设计为锥底柱形沉淀池，锥体高度设定为260mm，总高度设定为610mm，内径设定为240mm。进水管延伸至池底，顶部设置加药口，锥体底部布设排泥口。
UASB反应器的设计如下：
(1)在反应器上安装加热装置、搅拌装置；
（2）底部设污泥回流口，顶部设排气口，距底部150mm处设取样口，距底部50mm处设进水口；
（3）材料选择：有机玻璃；
（4）有效容积设计为15.2L；
（5）总容积设计为19.5L；
（6）总高度设定为450mm；
（7）反应器内径设定为240 mm。
所设计的试验装置中，对于产酸反应器，进水取样在配水槽，出水取样在出口处进行；对于产甲烷反应器，进水取样在回流槽，出水取样在出口槽进行；污泥取样在所需反应器的相应取样口进行。
1.3.2 分析项目
试验中分析项目包括污泥形态、污泥微生物生物量、VFA、COD、进出水pH值等，分析项目具体分析方法如表1所示。
VSS即挥发性悬浮物的具体分析方法如下：将定量滤纸烘干至恒重。洗净瓷坩埚，将样品置于瓷坩埚中放入马弗炉中灼烧一小时，温度控制在600℃。当炉内温度降到100℃时，取出瓷坩埚放入干燥器中冷却，冷却后称重。在瓷坩埚中取适量均匀的水样，容积为毫升，用滤纸过滤。干燥后灼烧，置于瓷坩埚中灼烧。灼烧后，当温度降到100℃时，取出瓷坩埚放入干燥器中冷却，冷却后称重。
VSS含量和灰分含量按下列公式计算：
上式中，a表示滤纸重量；c表示滤纸及悬浮物的重量；W表示灰分重量；b表示坩埚重量；d表示灰分及坩埚的重量。
混合液中总悬浮物SS的具体分析方法为：将中速定量滤纸放入烘箱中烘干，温度为102℃～105℃，烘干两小时，烘干后冷却，称重至恒重。取适量均匀的水样，用滤纸过滤。将滤纸及滤纸上的沉淀物放入烘箱中烘干，温度为103℃～105℃，烘干两小时。冷却后称重。
SS含量按下式计算：
在VFA、挥发性脂肪酸的分析中，所用试剂为乙二醇、酸性三氯化铁试剂、硫酸羟胺溶液（10%）、氢氧化钠（4.5mol/L）、1：1硫酸。测定分两步，先配制乙酸标准溶液并绘制标准曲线，再进行样品测定。
在COD分析中，所用试剂为COD标准溶液、硫酸汞粉末、重铬酸钾标准溶液、硫酸银溶液（5g）、浓硫酸（500ml）。实验中代用试剂自行配制，采用HACH-COD测定仪密封加热，采用直读光度计程序测定COD。
1.4 污泥接种
采用好氧剩余污泥作为接种污泥，由于其中含有絮凝剂，需曝气培养一周左右，为使污泥达到初步适应状态，需加入少量废水。
在污泥接种中，R1（甲烷反应器）污泥接种量为9L，污泥床层高度可达250mm，污泥占反应器容积的60%，接种后反应器平均污泥浓度约为21g·SS/L；R2（产酸反应器）污泥接种量为28L，污泥床层高度可达700mm，污泥占反应器容积的70%，接种后反应器平均污泥浓度约为23g·SS/L。
1.5 厌氧反应器启动
首先对产甲烷反应器和产酸反应器进行气密性试验，以顺利进行厌氧污泥接种。气密性试验具体方法为：将二者分别接入蠕动泵，以自来水作为进水，不断加水。当反应器内充满自来水后，将蠕动泵调至空转状态并运行，此时反应器内会不断产生气泡，当气体收集装置能收集到气体时，说明反应器气密性良好。当确定其气密性良好后，将过滤后的种子污泥接入反应器上部的污泥接种口，待污泥接种并静置沉降后，反应器内会出现明显的污泥分层现象。
二
测试结果分析
2.1 去除结果分析
首先在常温运行条件下观察两相厌氧工艺的COD去除率及氨氮浓度变化情况，随着进水COD和氨氮浓度的不断升高，装置出水COD和氨氮浓度的变化情况如图2所示。
根据图2数据可知，在25℃和20℃时，随着进水浓度的继续升高，装置出水中COD和氨氮浓度整体变化不大，保持了良好的出水水质；在15℃和10℃时，装置出水中COD和氨氮浓度升高，出水水质下降。此结果说明，在25℃~20℃之间，由于微生物活性较高，处理COD和降低氨氮浓度的能力强；当温度下降到15℃~10℃这一范围内时，微生物整体活性降低，处理COD和氨氮的能力也随之降低，造成出水中COD和氨氮浓度整体升高。 但在10℃时，该装置出水中COD和氨氮浓度仍然低于250mg/L，COD和氨氮浓度去除能力仍然较高，说明两相厌氧法适合于低温下高浓度工业废水中COD和氨氮的去除。
2.2 VFA变化分析
装置启动后，R1出水、R2出水VFA变化情况见表2。
从表2中VFA的变化可以看出，启动初期，R1和R2出水VFA含量较少且较低，这是因为反应器启动后污泥活性较低，且水力停留时间较长，因此两者相分离不明显。
启动中期，水力停留时间减少，导致进水COD负荷不断增加，由于COD负荷的增加，R1中VFA含量有所增加，但增幅较小；R2中由于水解酸化作用，VFA含量明显增加。
启动后期，R1的微生物活性不断增强，因此VFA含量没有增加；但R2的COD负荷不断增加，导致其VFA含量大幅增加。
2.3 污泥生物量变化分析
试验装置需要产生足够的厌氧污泥才能证明其启动成功，在此基础上对反应器内的污泥形态和生物量进行检测，看其是否足够，生物量变化测试结果如图3所示。
根据图3污泥生物量变化数据可以发现，启动后反应器的各项指标都在不断的上升，这意味着反应器内污泥的活性在逐渐的上升。
污泥的形态观察结果显示，污泥的颜色越来越深直至变成亮黑色，并且底部出现了一些粒径大于1mm的颗粒污泥，表明试验装置运行状态良好。
2.4 SS/VSS含量变化分析
最后测量了SS/VSS含量的变化，结果如表3所示。
表3数据表明，试验装置实现了SS和VSS含量的降低，并且效果在运行中期开始变得明显。
三
结论
在基于两相厌氧法处理高浓度工业废水的研究过程中，通过两相厌氧法成功设计了一套处理效果良好的高浓度工业废水处理装置，试验中验证了该装置的效果，但也出现了污泥上浮、短流道等问题，这些问题将在今后的研究中加以改进。